基于左手材料的新型天线研究

发布时间：2018-08-27 18:59

【摘要】：左手材料指一类人工制作的复合结构或复合材料,它具有天然材料不具备的电磁特性,在一定的频段下同时具有负介电常数和负磁导率的材料。利用左手材料的这一特性,我们将其应用到天线设计中,可以提高天线的某些特性,比如天线小型化、多频、宽带、增益等,满足雷达、通信系统对天线越来越多的要求。本文主要研究左手材料在天线中的应用。首先,研究了左手材料的实现方法。通过研究开口谐振环(Split Ring Resonator,SRR)和螺旋谐振器(Spiral Resonator,SR)结构,验证了左手材料结构具有负介电常数和负磁导率的特性,并且研究了影响SRR和SR单元左手材料的特性参数,为左手材料在天线中应用提供了设计基础。接着,本文采用加载的方法,设计了一种小型化双频天线。采用电小环天线作为辐射天线,在电小环天线上加载磁谐振左手材料结构SR和无源谐振LC结构,同时实现了天线在0.64GHz和2.56GHz处工作,反射系数分别为-25dB和-38dB。在谐振频率2.56GHz处,天线尺寸为0.3?;在谐振频率0.65GHz处,天线尺寸仅为0.07?,实现了亚波长天线。天线加工后,进行了实物测试,各项测试数据与仿真数据吻合较好。因此,加载左手材料可以使天线匹配更好,并且实现小型化设计。其次,本文采用加载左手材料覆层结构的方法,设计了两种高增益微带天线:SR覆层微带天线和SRR覆层微带天线。加载覆层结构后,微带天线的谐振频率和带宽基本保持不变。相比于普通微带天线,加载SR覆层后,微带天线的增益从6.9dB增大到8.8dB,半功率宽度减小18°;加载SRR覆层后,微带天线的增益从6.9dB增大到9.5dB,半功率宽度减小28°。说明了加载左手材料覆层能够明显提高天线的增益,减小半功率宽度,验证了本文中的左手材料覆层具有汇聚电磁波的作用。最后,对全文的研究内容做了概括和总结,并提出了下一步的研究方向。
[Abstract]:Left-handed materials refer to a class of artificial composite structures or composite materials which have electromagnetic properties which are not possessed by natural materials and have negative permittivity and negative permeability at a certain frequency range. Using this characteristic of left-handed material, we apply it to antenna design, which can improve some characteristics of antenna, such as antenna miniaturization, multi-frequency, wideband, gain and so on, which can meet more and more requirements of radar and communication system. This paper focuses on the application of left-handed materials in antenna. Firstly, the realization method of left-handed material is studied. By studying the open resonant ring (Split Ring Resonator,SRR) and the helical resonator (Spiral Resonator,SR) structure, the properties of the left-handed structure with negative permittivity and negative permeability are verified, and the characteristic parameters affecting the left-handed material of the SRR and SR elements are studied. It provides a design basis for the application of left-handed materials in antenna. Then, a miniaturized dual-frequency antenna is designed by loading method. An electric small ring antenna is used as a radiation antenna. The magnetically resonant left-handed structure SR and the passive resonant LC structure are loaded on the electric small ring antenna. At the same time, the antenna works at 0.64GHz and 2.56GHz with reflection coefficients of -25dB and -38dB, respectively. At the resonant frequency 2.56GHz, the antenna size is 0.3g and at the resonant frequency 0.65GHz, the antenna size is only 0.07m, and the sub-wavelength antenna is realized. After processing the antenna, the test data are in good agreement with the simulation data. Therefore, loading the left-handed material can make the antenna match better and realize the miniaturization design. Secondly, two kinds of high gain microstrip antenna: SR cladding antenna and SRR cladding microstrip antenna are designed by using the method of loading left-handed material cladding structure. After loading the cladding structure, the resonant frequency and bandwidth of the microstrip antenna remain basically unchanged. Compared with the conventional microstrip antenna, the gain of the microstrip antenna increases from 6.9dB to 8.8 dB and the half-power width decreases by 18 掳after loading the SR coating, and the gain of the microstrip antenna increases from 6.9dB to 9.5 dB and the half-power width decreases by 28 掳after the SRR coating is loaded. It is shown that the left-handed material coating can obviously increase the antenna gain and reduce the half-power width. It is proved that the left-handed material coating has the function of converging electromagnetic wave. Finally, the research content is summarized and summarized, and the next research direction is proposed.
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN822

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本文编号：2208150