加载特异媒质的微带天线的辐射特性的分析与研究
发布时间：2021-06-12 07:41
自人工电磁材料的概念提出以来,就引起了高度关注。人工电磁材料是一种亚波长单元构成的周期或非周期结构,可以具备很多自然界中的物质所不具备的特性,能够有效地改善光学或微波器件的性能。在人工电磁材料的设计中,变换光学理论是很有力的研究手段,可以更直观地寻找设计所需要的材料参数。本文将利用人工电磁材料和变换光学原理来研究和分析天线的辐射特性,主要的工作内容如下:（1）以拓展圆形贴片天线全向模式的带宽作为研究的目标,利用变换光学理论推导出介质板上材料参数的连续分布特性。然后又从场的角度对其进行了分析,得出另外两种材料的分布特性。通过仿真验证,加入上述超材料后均能够有效地提高贴片天线的带宽。其中利用变换光学理论设计的圆形贴片天线的带宽提升到了43.9%。（2）以设计贴片天线的覆盖板来实现多波束为研究目标,首先对变换光学所推导出的材料参数进行从三维到二维的简化,通过仿真验证了简化后的材料特性与简化前的材料特性一致。（3）对上述研究所推到出材料参数进行离散近似,并利用电谐振单元构造了一种多层超表面结构,放置在贴片天线上,实现了多波束辐射。综合以上内容分析可知,人工电磁材料与变换光学理论的结合,将会对天...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１根据／／与Ｓ值对材料进行分类［２７］??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ａｒｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ?ａｃｃｏｒｄｉｎｇ?ｔｏ?／ｊ．?ａｎｄ??
％?ｓｉｎ?砀＝％?ｓｉｎ?沒２?（２－１）??其中，化和化分别为入射角和折射角。如图２－４所示：??＼０１?；?ｙ?＼ｅｉ?Ｉ?ｙ?！??右手材料左手洲???右手材料?＼?＾?左手材料??？２＼?＼??ａ）?＇?ｂ）?ｃ）??图２－４?ａ）两种材料均为右手材料ｂ）右手材料到左手材料ｃ）左手材料到左手材料??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?ａ）?Ｂｏｔｈ?ｍｅｄｉａ?ａｒｅ?ｒｉｇｈｔ－ｈａｎｄｅｄ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｂ）?Ｆｒｏｍ?ｒｉｇｈｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｔｏ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ??ｍａｔｅｒｉａｌ?ｃ）?Ｆｒｏｍ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｔｏ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ??除了以上应用，它最引人注目的属性如超分辨率成像ｉ２８】、逆多普勒效应，完美??透镜等。也正是这些别具一格的反常特性，使超材料的应用领域比较广泛。??２．２坐标变换方法??当传统材料越来越满足不了人们的需求时，菲斯拉格的发现重新吸引了人们??的注意。他发现的超材料是材料设计方法上的重大创新，对新一代信息技术、新能??源技术、微细加工技术、国防技术等领域产生较为深远的影响。但是由于技术原因，??对超材料的研宄大多停留在实验室内。２００６年，Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ在论文中提出了一种能??够操控电磁波的理论，该理论被后来的学者称为变换光学。变换光学的提出，极大??地推动了超材料的发展
从上图可以看出，当ＴＥ平面波均匀入射到变换后的圆形区域时，电磁波绕过??隐身区域后又成功恢复到原来的传播路径上。从原理上来说，该圆形区域能够填入??任何物体。此理论虽然很早就提出了，但是使用的材料参数是经过数学推导的，由??于过于完美而迟迟未能做出真正意义上的隐身衣。到目前为止，国内外的科学家依??然在对其进行深入的研究，相信在不久的未来，一定能够看到真正的隐身衣。??另外，变换光学既然能够通过设计材料参数来操纵电磁波，那么对于天线这个??导波系统而言，原理上也是可以被设计的。天线己有一百多年的发展历史，理论己??趋于完善，用传统的方法来提高天线性能略显疲软。自从变换光学提出以来，科研??人员在＋断的将理论进行完善，同时相继出现了很多关于天线领域的研宄［３“３３］。??共形天线这个概念从提出以来就被人重视，它早期被应用到军事领域，如导弹、??卫星、战机等设备上。而实验室中，关于共形天线最为简单的应用就是隐形地毯。??由于共形天线体积小的特点，可近似成一平面，因而它即可以很好的满足空气动力??学又能减小军用设备的散射面积。这些优势使得共形天线在国防及军事引起了高??度重视。另外，随着研究学者的深入研究，变换光学与共形天线结合不再仅限于应??用到国防领域，其在民用通信中也有较好的发展。它可以作为通信设备被安装到衣??
【参考文献】：
期刊论文
[1]变换光学透镜天线研究进展[J]. 曹尚文,周永江,程海峰. 中国光学. 2017(02)
博士论文
[1]各向异性材料中的波：隐身衣、旋转衣和声子晶体[D]. 陈焕阳.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]宽带全向天线的研究[D]. 刘文博.西安电子科技大学 2017
[2]基于各向异性电磁超表面的多波束辐射与极化调控研究[D]. 刘艳青.东南大学 2016
[3]小型化超宽带微带天线研究[D]. 尹成龙.西安电子科技大学 2014
[4]Meta等效媒质理论及其在天线设计中的应用[D]. 王瑞.西安电子科技大学 2010
[5]用改进的方法提取人工电磁材料的等效电磁参数[D]. 侯伶利.兰州大学 2008
本文编号：3226220
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１根据／／与Ｓ值对材料进行分类［２７］??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ａｒｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ?ａｃｃｏｒｄｉｎｇ?ｔｏ?／ｊ．?ａｎｄ??
％?ｓｉｎ?砀＝％?ｓｉｎ?沒２?（２－１）??其中，化和化分别为入射角和折射角。如图２－４所示：??＼０１?；?ｙ?＼ｅｉ?Ｉ?ｙ?！??右手材料左手洲???右手材料?＼?＾?左手材料??？２＼?＼??ａ）?＇?ｂ）?ｃ）??图２－４?ａ）两种材料均为右手材料ｂ）右手材料到左手材料ｃ）左手材料到左手材料??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?ａ）?Ｂｏｔｈ?ｍｅｄｉａ?ａｒｅ?ｒｉｇｈｔ－ｈａｎｄｅｄ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｂ）?Ｆｒｏｍ?ｒｉｇｈｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｔｏ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ??ｍａｔｅｒｉａｌ?ｃ）?Ｆｒｏｍ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｔｏ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ??除了以上应用，它最引人注目的属性如超分辨率成像ｉ２８】、逆多普勒效应，完美??透镜等。也正是这些别具一格的反常特性，使超材料的应用领域比较广泛。??２．２坐标变换方法??当传统材料越来越满足不了人们的需求时，菲斯拉格的发现重新吸引了人们??的注意。他发现的超材料是材料设计方法上的重大创新，对新一代信息技术、新能??源技术、微细加工技术、国防技术等领域产生较为深远的影响。但是由于技术原因，??对超材料的研宄大多停留在实验室内。２００６年，Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ在论文中提出了一种能??够操控电磁波的理论，该理论被后来的学者称为变换光学。变换光学的提出，极大??地推动了超材料的发展
从上图可以看出，当ＴＥ平面波均匀入射到变换后的圆形区域时，电磁波绕过??隐身区域后又成功恢复到原来的传播路径上。从原理上来说，该圆形区域能够填入??任何物体。此理论虽然很早就提出了，但是使用的材料参数是经过数学推导的，由??于过于完美而迟迟未能做出真正意义上的隐身衣。到目前为止，国内外的科学家依??然在对其进行深入的研究，相信在不久的未来，一定能够看到真正的隐身衣。??另外，变换光学既然能够通过设计材料参数来操纵电磁波，那么对于天线这个??导波系统而言，原理上也是可以被设计的。天线己有一百多年的发展历史，理论己??趋于完善，用传统的方法来提高天线性能略显疲软。自从变换光学提出以来，科研??人员在＋断的将理论进行完善，同时相继出现了很多关于天线领域的研宄［３“３３］。??共形天线这个概念从提出以来就被人重视，它早期被应用到军事领域，如导弹、??卫星、战机等设备上。而实验室中，关于共形天线最为简单的应用就是隐形地毯。??由于共形天线体积小的特点，可近似成一平面，因而它即可以很好的满足空气动力??学又能减小军用设备的散射面积。这些优势使得共形天线在国防及军事引起了高??度重视。另外，随着研究学者的深入研究，变换光学与共形天线结合不再仅限于应??用到国防领域，其在民用通信中也有较好的发展。它可以作为通信设备被安装到衣??
【参考文献】：
期刊论文
[1]变换光学透镜天线研究进展[J]. 曹尚文,周永江,程海峰. 中国光学. 2017(02)
博士论文
[1]各向异性材料中的波：隐身衣、旋转衣和声子晶体[D]. 陈焕阳.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]宽带全向天线的研究[D]. 刘文博.西安电子科技大学 2017
[2]基于各向异性电磁超表面的多波束辐射与极化调控研究[D]. 刘艳青.东南大学 2016
[3]小型化超宽带微带天线研究[D]. 尹成龙.西安电子科技大学 2014
[4]Meta等效媒质理论及其在天线设计中的应用[D]. 王瑞.西安电子科技大学 2010
[5]用改进的方法提取人工电磁材料的等效电磁参数[D]. 侯伶利.兰州大学 2008
本文编号：3226220
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