基于电磁超材料的微带天线研究

发布时间：2017-12-04 12:24

  本文关键词：基于电磁超材料的微带天线研究

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【摘要】：超材料(Metamaterials)是一种由亚波长的金属结构周期排列而成的人工复合结构,它能与某些频率的电磁波产生电谐振或磁谐振,从而具有自然界中不存在的特殊电磁特性。科学家们一直致力于将超材料的特殊电磁特性运用到实际工程之中。微带天线作为无线通信系统中最常使用的天线之一,具有结构简单、体积小、质量轻、剖面低、成本低、易于集成和制作等优点。在微带天线的设计和应用方面,超材料显示出了巨大的潜力,比如改善微带天线的辐射性能,以及实现微带天线的小型化等。因此,基于超材料对微带天线进行研究,对改善天线性能、提高通信质量具有深远意义。本文基于电磁超材料对微带天线的设计与应用进行了论述和研究,主要研究内容包括：超材料结构在改善微带阵列天线定向性方面的研究；超材料吸波体在缩减微带天线RCS(雷达散射截面)方面的研究；超材料互补结构在设计多频微带天线方面的研究；以及利用超材料单元结构作为辐射贴片制作全向微带天线方面的研究。本文首先介绍了超材料和微带天线的基本理论,其中重点介绍了超材料单元结构的等效电磁参数的提取方法,并利用文献中的超材料模型对本文中超材料结构仿真方法的正确性进行了验证。其次,在微带阵列天线的阵元之间放置小尺寸的超材料结构,利用超材料结构的陷波特性有效地抑制了天线表面波,进而达到了降低阵元间耦合、改善天线定向性的效果。随后,将超材料吸波体与同轴微带天线共形,在天线的定向性得到较大改善的同时,天线的RCS实现了大幅度缩减,RCS的最大缩减量达到24.4 dB。然后,在普通微带天线的辐射贴片上蚀刻出超材料互补结构,利用超材料互补结构的电磁谐振特性,使得天线在较低频处产生额外的工作频段,从而实现了微带天线的多频化和小型化。最后设计了两款以超材料单元结构作为辐射贴片的多频带全向微带天线,这两款天线的工作频段均是由各自的辐射贴片的磁谐振产生的。实测结果显示这两款天线可工作于移动4G/WLAN/WiMax等频段内,且满足无线传感网络WSN的通信需求。两款天线的其中之一是一款小型化微带天线,其电尺寸仅为0.18λ×0.144λ×0.013λ,电尺寸相比于普通微带天线缩减了40%,有效地实现了微带天线的小型化。以上研究成果可以为电磁超材料在微带天线中的应用以及小型化微带天线的设计提供参考和借鉴。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN822

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本文编号：1250997