基于超表面的高性能天线研究

发布时间：2021-10-10 09:48

　　天线是电路中电流与空间电磁波相互转换的换能器件,也是无线通信系统的重要组成部分。现代无线通信技术的发展日新月异,同时也推动天线系统朝着高性能,多功能,智能化,低成本以及易于集成的方向发展。近年来,对于电磁超材料的研究亦受到越来越多的重视。超材料能够突破传统材料的电磁学特性,具有自然界已有材料所不具备的物理特性。三维超材料可以用具有同等特性的二维平面结构来代替,也就是超表面（Metasurface,MTS）,应用于天线设计中,可为高性能天线的实现提供新思路。因此,具有重大的科学意义和广阔的研究前景。论文基于超表面设计高性能天线,主要研究内容包括以下几个方面:1.设计了一款基于超表面的双频高增益天线。设计从一个简单的频段可调谐的单环缝隙天线出发,首先在不改变第一频段的前提下通过增加环缝枝节实现双频天线设计,其次增加超表面提高天线增益。最终所设计天线的双频实测带宽分别为22.44%和11.71%,且峰值增益分别为8.74 dBi 和9.53 dBi。2.设计了一款基于超表面的孔径耦合宽带天线。设计从一个末端接有耦合缝隙的CPW馈电的传统贴片天线出发,首先采用均匀超表面代替传统贴片天线的辐射单... 

【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图２－２结构示意图：（ａ）贴片型ＦＳＳ（ｂ）孔径型ＦＳＳ??

北京邮电大学工学硕士学位论文??构成ＦＳＳ的基本单元结构可简单分为贴片（介质）类型与孔径（波导类型），如图２－??２所示。当入射电磁波与ＦＳＳ工作频率相同时，贴片型ＦＳＳ表现为空间带阻滤波器，??反射系数为１，而孔径型ＦＳＳ则表现为全透射特性，可用作空间带通滤波器。在排除??介质影响的前提下，两种不同类型的ＦＳＳ对电磁波产生的作用是互补的，有着相反的??频率响应曲线。??ＦＳＳ的特性主要由单元结构，单元排布方式，介质参数决定。对于由基本矩形单??元构成的ＦＳＳ，其谐振频率可表示为：??（２＿ｉ）??其中，厶为贴片单元本身的等效电感，ｇ为单元之间缝隙形成的等效电容。通过??计算单元本身的等效特性，可以近似得出ＦＳＳ谐振频率。可以通过设计不同的ＦＳＳ??单元结构及排布方式

２．２基于超表面的双频高增益天线设计??２．２．１基于超表面的双频高增益天线结构??本节提出的基于超表面的双频高增益天线结构示意图参见图２－４，如图２－４?（ｃ）??天线侧视图所示，天线由两层厚度／？，间距心的衬底构成，两层介质由空气隔开，考??虑到超表面对于对称性的要求，两层衬底均设计为边长等于Ｊ的正方形。第一层衬底??上表面加载共面波导馈电的双环缝隙天线，如图２－４?（ａ）所示，馈电线宽５？，对应的??缝隙宽度为第一枝节长、宽、缝隙宽度分别为ｈ，奶，，设置于衬底中心。??馈电线向上延伸加载长、宽、缝隙宽度分别为Ｚ２，?％，的第二枝节，其中，??第二枝节长度略大于第一枝节。采用ＣＰＷ馈电使缝隙天线与参考地面处于同一平面，??可以打破构成谐振腔时对于初级源必须置于腔体内部的限制。通过设计两条环缝枝节??的臂长，使天线不仅能实现双频特性，且两个谐振频率均满足超表面谐振条件，达到??同相位叠加


本文编号：3428140