基于复合左右手传输线的微带天线研究
本文关键词： 复合左右手传输线 漏波天线 后向辐射 谐振天线 出处：《电子科技大学》2015年硕士论文 论文类型：学位论文
【摘要】：左手材料是一种“双负”电磁材料,它的电场矢量、磁场矢量和波矢量符合左手螺旋定则。采用传输线形式实现的左手材料:复合左右手传输线(Composite Right/Left-Handed Transmission Line,CRLH-TL),相对于传统金属导线阵列和开口谐振环结构,克服了高插入损耗、低带宽、不利于匹配等缺点。CRLH-TL在某些特定频段独有的电磁波传播特性,应用到天线设计方面具有不可比拟的优势。本文主要研究:将CRLH-TL单元运用到微带漏波天线及谐振小天线设计中,力图实现天线主波束半空间连续扫描和物理尺寸小型化的目标。本论文主要工作内容如下:1.通过传输线理论获取CRLH-TL单元的等效电路模型,理论分析运用CRLH-TL单元设计微带天线的可行性,推导了CRLH-TL的电报方程,行进的电流与电压表达式,等效本构关系等。2.分别设计了基于叉指电容型和基于MIM(Metal-Insulator-Metal)电容型的CRLH-TL单元,根据色散曲线调节CRLH-TL单元直至平衡状态,以实现电磁波从左手区到右手区的无缝过渡。应用两种类型的CRLH-TL单元分别设计多单元的微带漏波天线,通过Ansoft HFSS仿真得到:12单元基于叉指电容型的CRLH-TL微带漏波天线的辐射频段为:3.8GHz~5.7GHz,20单元基于MIM电容型的CRLH-TL微带漏波天线具有3.7GHz~5.9GHz的辐射频段。此外,基于两种CRLH-TL类型的微带漏波天线均实现了宽边辐射。3.在传输线单元中加载并联电感,可构造出介电常数为负的CRLH-TL单元。根据电磁波色散关系,得到单元谐振频率和天线尺寸无关的特性,进而设计出可双频工作的基于CRLH-TL谐振小天线。通过优化馈电点的位置,获得1.66GHz的最低工作频率,物理尺寸仅为同频率右手微带天线的26%,具有小物理尺寸、低成本等特性。Ansoft HFSS仿真表明:天线低频工作模式近似为微带天线定向辐射,高频工作模式类似半空间全向辐射。
[Abstract]:Left-handed material is a "double negative" electromagnetic material, its electric field vector. Magnetic field vector and wave vector conform to left-handed helical rule. Left-handed material in transmission line form: composite left-hand transmission line (. Composite Right/Left-Handed Transmission Line. Compared with traditional metal wire array and open resonant ring structure, CRLH-TLN can overcome high insertion loss and low bandwidth. It is not conducive to matching and other shortcomings. CRLH-TL in some specific frequency band unique electromagnetic wave propagation characteristics. CRLH-TL element is applied to the design of microstrip leaky wave antenna and resonant small antenna. The main work of this thesis is as follows: 1. The equivalent circuit model of CRLH-TL cell is obtained by transmission line theory. The feasibility of designing microstrip antenna with CRLH-TL element is analyzed theoretically. The Telegraph equation of CRLH-TL and the expression of traveling current and voltage are derived. The equivalent constitutive relation and so on. 2. The CRLH-TL cells based on interDigital capacitance and MIMM-Metal-Insulator-MetalMetal-based capacitors are designed respectively. The CRLH-TL cell is adjusted to the equilibrium state according to the dispersion curve. In order to realize the seamless transition of electromagnetic wave from left-handed to right-hand region, two types of CRLH-TL elements are used to design multi-element microstrip leaky wave antennas. The Ansoft HFSS simulation shows that the radiation frequency band of the CRLH-TL microstrip leaky wave antenna based on the cross finger capacitance is 5. 7GHz. The 20 unit CRLH-TL microstrip leaky wave antenna based on MIM capacitive type has 3.7GHz ~ 5.9GHz radiation band. Based on two kinds of CRLH-TL microstrip leaky wave antennas, the wide-edge radiation. 3. The parallel inductance is loaded in the transmission line unit. A CRLH-TL element with negative dielectric constant can be constructed. According to the dispersion relation of electromagnetic wave, the resonant frequency of the unit is independent of the size of the antenna. Furthermore, a dual-frequency resonant antenna based on CRLH-TL is designed. The lowest operating frequency of 1.66GHz is obtained by optimizing the position of feed point. The physical size is only 26 of the right-hand microstrip antenna of the same frequency and has a small physical size. Ansoft HFSS simulation shows that the low frequency mode of antenna is similar to the directional radiation of microstrip antenna, and the high frequency mode is similar to half space omnidirectional radiation.
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN822
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，本文编号：1460412
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