一种新型二维传输线的特性分析及其应用的研究

发布时间：2020-05-20 18:09

【摘要】：二维传输线(Two-Dimensional Transmission Line,2DTL)是一种新型的二维导波传播媒质。相较于传统的点对点的传输线结构,新型的二维传输线具有两个特点:一是电磁波可在二维的方向上传播;二是在二维传输线的表面任意位置都可进行信号能量的耦合传递。因为这些特点,近十几年来,在传统微波技术、物联网(Internet of Things,IoT)和传感器网络(Sensor Network,SN)等领域内,二维传输线具有广阔的研究和应用价值。自从二维传输线被首次提出以来,对于其研究主要围绕高效率的能量耦合和高速率的信号传递。但相较于非常广阔的应用场景而言,对于二维传输线的研究需求远不及此。例如二维传输线虽然能支持二维的导波传播,但是对于导波传播方向控制方面的研究尚不成熟,未能完全实现其灵活的特性;并且作为物联网和无线传感器网络应用的载体,对于在二维传输线上构建无线通信系统的需求极为迫切。基于上述情况,本文以进一步拓展二维传输线的灵活性为目标,在深入分析结构特性的基础上,对其广阔的应用场景进行拓展研究。展开了超宽带技术、漏波技术和分布式馈电技术的详细分析和讨论。主要内容如下:首先,详细介绍二维传输线的研究背景和研究动态,阐述其作为一种新型微波传输结构在各个行业内的应用场景。并且深入分析其传输特性,包括电磁场分布、导波模式、能量耦合机理和能量耗散特性。将二维传输线的结构特性和传输特性清晰直观地展现出来,为后文应用的研究做好理论基础。其次,在二维传输线特性分析的基础上,展开对二维传输线应用的拓展研究。提出作为传输线应用的超宽带技术,分析网格形状对其表面电流的影响,并通过单元色散特性将影响量化,得出网格边界越复杂,色散曲线越平缓,工作带宽越接近周期单元的通频带。通过分形结构的引入在不改变单元周期和单元基本形状的情况下,能最大限度复杂化其网格边界,延长电流路径,并最终达到将二维传输线的工作频带拓宽的效果。接着,出于二维传输线系统对于无线通信的需求,以及传统微波领域内对漏波天线的研究需求,对二维传输线的漏波技术进行详细的讨论。在研究过程中主要关注在两端口系统中通过漏波结构向空间中辐射的效率,在单个漏波单元的情况下达到36%的总辐射效率,在周期排布漏波单元之后将总辐射效率提升至65%。最后,为了进一步拓展二维传输线的灵活性,对二维传输线间波束聚焦和扫描进行了研究。通过对馈电方式、馈电位置、馈电数量等因素的详细讨论,设计了分布式馈电的二维传输线系统。在该系统中,通过多个分布式端口馈电进行波束聚焦,并通过端口相位调节,进行波束方向的扫描。同时为了实现对聚焦后波束能量的提取,设计了多款能量耦合装置用于在不同位置测试取样。在测试的过程中,同时分析了耦合装置的方向性对测试及实际使用时的影响。最终将测试的结果绘制成图,与仿真中的结果对比,证明了设计的有效性。
【图文】：

图 1-1 Hiroyuki 教授提出的“二维传输”概念图[5]后，东京大学团队继续对该方向深入研究，2004 年到 200表了相关文献，进一步阐述了二维传输线设计的关键指片、支持高密度元器件摆放以及易于能量耦合，并且列举

2 Hiroyuki 教授团队最初提出的二维传输线及耦合器计在灵活性上有所欠缺，Hiroyuki 教授团队在]，，如图 1-3(a)所示，该方案由三层组成，底面均匀的金属网格用于构成感性的表面。并且
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN811

【参考文献】

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1 李R

本文编号：2673000