基于超表面的宽频带高增益天线设计

发布时间：2020-10-09 18:07

　　 随着无线设备的升级和不断发展,人民的生活和国防技术日益现代化,无线设备的应用越来越广泛。人们在信息容量、传输质量和服务多样性方面对无线通信技术提出了更加迫切的需求。许多学者对天线的方向图可重构和极化方式上做了大量研究,取得了很多成果。如今,高增益宽带天线和阵列天线已成为研究热点之一。Fabry-Pérot(F-P)谐振腔天线非常好地改善了增益,并且具有简单的结构和良好的方向性。但是带宽窄是其较为明显的缺点,如何提高带宽并且又能保证高增益是一个值得研究的课题。超材料是人工电磁周期结构,其周期远小于波长。其具备多种超常物理特性,比如:负折射率、逆多普勒效应、逆Snell折射效应等,被应用于新型隐身、智能蒙皮、吸波、天线等领域。传统阵列天线周期与波长可相比拟,而超表面天线为亚波长单元尺寸,周期远小于波长,更容易实现小型化等优点。本文主要研究的内容如下:1.利用人工电磁超表面(metasurface)对F-P谐振腔天线进行设计,以提高带宽(增益带宽和阻抗带宽)并获得高增益,所提出天线的整体尺寸只有0.09倍中心频率5GHz对应的波长;采用遗传算法(GA)对天线的性能进行总体优化,主要考虑增益带宽和阻抗带宽,以达到最宽的带宽需求。优化后的阻抗带宽(S_(11)(27)-10dB)为44%,3dB增益带宽超过46%,最大增益为11.8dBi。最后,为了验证天线的设计思路,加工并制作了天线的实物模型,利用Aglient E8361A矢网分析仪进行测试,其S参数、增益和方向图与仿真结果十分契合。2.圆极化天线在实际生活中得到广泛应用,利用人工电磁超表面展宽圆极化天线的轴比带宽,并且可以不影响阻抗带宽和增益等性能。采用微带贴片天线作为馈源,改变贴片的形状实现线极化到圆极化的转换,并且采用超表面展宽轴比带宽和阻抗带宽。最后,所提出天线的剖面仅为对应于中心频率波长的0.06倍,阻抗带宽(S_(11)(27)-10dB)达到49.18%,3dB轴比带宽超过22%。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN820
【部分图文】：

光子晶体模型的典型结构

高阻抗表面结构

利用互补FSS结构的设计示意图

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本文编号：2834015