电磁带隙结构研究与在天线设计中的应用

发布时间：2017-08-10 14:35

  本文关键词：电磁带隙结构研究与在天线设计中的应用

  更多相关文章： 电磁带隙结构 高阻抗表面 表面波 天线

【摘要】：电磁带隙(EBG)是一种由内嵌单元周期分布而成的材料结构,由于其在一定的频带范围内具有抑制表面波、能实现同相反射等特性,使得它在提高微波器件的性能方面脱颖而出,成为微波领域中的研究热点。本文首先研究了高阻抗表面型电磁带隙(HIS-EBG)结构的设计理论与带隙特性,然后将新型的EBG结构应用于天线设计中。具体研究内容如下:(1)基于传统的“蘑菇型”(Mushroom-like)EBG结构,研究并设计了第一款“双风车形”HIS-EBG结构,该EBG结构在正向传输系数S21≤-40 dB的标准下带隙频率范围达到3.60 GHz~5.50 GHz,实现了1.90 GHz的频率覆盖。应用EBG结构小型化技术,设计了第二款小型化的HIS-EBG结构,该EBG结构的尺寸减小了32.8%。采用金属贴片开槽的方法,设计了第三款“L形”缝隙HIS-EBG结构,该EBG结构具有双带隙特性。(2)为了解决微带天线带宽窄、增益低的缺点,将“双风车形”HIS-EBG结构加载在一款具有双频特性的四螺旋平面微带天线的四周,利用电磁带隙结构特殊的表面波抑制特性,在两个工作频段范围(4.43~4.56 GHz;4.96~5.10GHz),成功地提高了天线增益1.87 dB和1.56 dB,同时使天线的频带宽度扩展了3.4%和6.5%。(3)普通基站天线通常采用金属铝板作为反射底板,这样造成天线的后向辐射较大。针对这一问题,将小型化的HIS-EBG结构单元进行组阵,应用于一款立体结构的压铸型基站天线振子作为天线的反射底板,在电磁带隙结构的作用下,该HIS-EBG结构反射底板天线与金属铝反射底板天线相比在1.71 GHz、1.94 GHz和2.17 GHz时后向辐射分别降低了0.87 dB、1.07 dB和0.85 dB。(4)对于阵列天线来说,阵元之间电磁波的互耦效应是很强的。本研究将具有双带隙特性的HIS-EBG结构应用于一款双频的WLAN阵列天线阵元之间,由于EBG结构可以抑制表面波,阵列天线阵元间的互耦得到了减弱,在WLAN低频段(2.40~2.4835GHz)使隔离度提高了17.42 dB,高频段(5.15~5.35GHz)提高了13.97 dB,实现了阵列天线高隔离度的效果。
【关键词】：电磁带隙结构 高阻抗表面 表面波 天线
【学位授予单位】：华东交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN820
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 主要符号说明8-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 课题的目的和意义9
• 1.2 课题的研究现状9-13
• 1.2.1 电磁带隙结构的发展9-11
• 1.2.2 电磁带隙结构在天线应用的进展11-13
• 1.3 论文结构安排13-14
• 第二章 HIS-EBG结构的设计方法与天线参数简介14-22
• 2.1 高阻抗表面电磁带隙结构的设计方法14-15
• 2.2 表面波抑制带隙影响因素15-18
• 2.2.1 介质基板高度对带隙范围的影响16
• 2.2.2 金属贴片尺寸对带隙范围的影响16-17
• 2.2.3 导电过孔半径对带隙范围的影响17-18
• 2.2.4 周期间距对带隙范围的影响18
• 2.3 天线参数简介18-19
• 2.4 天线测试系统和设备19-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 基于HIS-EBG结构的C波段四螺旋平面天线设计22-33
• 3.1 微带天线的等效参数计算22-23
• 3.2 四螺旋微带天线设计23-25
• 3.3 “双风车形”HIS-EBG结构设计25-27
• 3.4 四螺旋HIS-EBG结构天线设计27-31
• 3.5 本章小结31-33
• 第四章 基于HIS-EBG反射底板的立体结构压铸型基站天线设计33-43
• 4.1 金属铝反射底板基站天线33-35
• 4.2 小型化HIS-EBG结构设计35-39
• 4.3 HIS-EBG结构反射底板基站天线设计39-42
• 4.4 本章小节42-43
• 第五章 基于HIS-EBG结构的WLAN双频阵列天线设计43-51
• 5.1 天线阵列中的互耦43-44
• 5.2 双频WLAN天线阵列设计44-46
• 5.2.1 双频WLAN单极子天线设计44-45
• 5.2.2 两单元WLAN天线阵列设计45-46
• 5.3 “L形”缝隙HIS-EBG结构设计46-48
• 5.4 双频WLAN HIS-EBG结构阵列天线设计48-50
• 5.5 本章小结50-51
• 第六章 总结和展望51-53
• 6.1 全文总结51
• 6.2 研究展望51-53
• 参考文献53-57
• 个人简历 在读期间发表的学术论文57-58
• 致谢58

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本文编号：651243