基于人工电磁材料的定频波束扫描漏波天线研究
发布时间：2022-01-26 17:46
当今无线系统要求天线的定向性高、可辐射角度范围宽,以达到电磁波信号传播距离远、覆盖范围广的目的。而波束扫描天线定向性高,并且可以通过改变频率、机械、电子元件、特殊介质等条件来改变波束方向,从而拓宽天线的辐射范围。目前应用最广泛的波束扫描天线是相控阵天线,相控阵天线通过移相器、衰减器等组件来实现波束方向的控制,这使得相控阵天线成本高昂、体积庞大、结构复杂。漏波天线具有随频率变化扫描波束的能力,并且具有增益高、结构简单、易于集成、成本低的优点,因此受到了研究人员的广泛关注。然而,将漏波天线应用于无线系统中,仍面临诸多问题。首先,传统漏波天线辐射角度范围受限,一般仅能实现前向或后向的半空间辐射。其次,传统漏波天线的波束扫描能力以较宽的频谱占用为代价,因而在频谱资源日益紧张的无线系统中难以直接应用。近年来,具有可设计电磁特性的人工电磁材料的提出和发展,给天线技术带来了极大的机遇。将人工电磁材料应用于漏波天线设计中,有望突破传统漏波天线的限制。针对定频波束扫描天线应用需要,本文对人工电磁材料在漏波天线上的应用进行了研究,首先提出并设计了一种基于复合左右手（CRLH）传输线的高扫描率漏波天线,并进...
【文章来源】：武汉大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
文献[28]中的CRLH-TL结构
3以上的左手材料均属于体型材料，对于线性材料的研究也取得了显著的成果。2002年，Eleftheriades等人通过在微带线上加载了电容和电感实现了左手传输线[27]。同年，Itoh等人提出了复合左右手传输线结构，如图1-1所示，并且提出了一种基于等效电路模型的传播特性分析方法[28]。由于CRLH传输线周期远小于波长，在结构上被认为是准均匀的，且辐射模式为基模辐射，所以基于CRLH-TL结构的漏波天线是准均匀漏波天线。图1-1文献[28]中的CRLH-TL结构在CRLH传输线的结构上，有许多学者进行研究并设计出了各种的CRLH漏波天线。文献利用渐变型CRLH结构，设计了一款宽带CRLH漏波天线，通过调节每个CRLH单元结构的手指个数拓展了天线的带宽[29]。这种天线的工作频率为1.1~3.2GHz，带宽约为90.4%。文献[30]提出一种基于非对称共面波导的CRLH漏波天线，利用非对称共面波导的特性和加载了电子元件，得到了较宽的扫描范围，如图1-2所示。这种天线波束扫描范围可从-60°到60°。文献[31]在CRLH上加载了开口谐振环(SRR)结构，使天线获得了较高的辐射效率，如图1-3所示。这种天线的辐射效率达到了95%。图1-2文献[30]中基于非对称共面波导的CRLH天线
4图1-3文献[31]中的CRLH-SRR天线除了平面微带漏波结构上，许多学者也在矩形波导上实现CRLH漏波天线。文献[32]在矩形波导上加载并联金属板获得左手电感，在波导上金属表面加载缝隙获得左手电容，实现了基于矩形波导的CRLH天线，如图1-4所示。图1-4文献[32]中基于矩形波导的CRLH天线在CRLH天线的传播和辐射特性上，有许多学者进行研究。文献[33]分析了等效电路中各参数，提出了一种实现均匀衰减常数的方法，从而得到均匀的天线辐射效率。DavidR.Jackson等人研究了有限长CRLH漏波天线的传播特性，指出有限长CRLH漏波天线会存在由于末节不连续而引起的空间波影响(space-waveeffect)，从而导致在设计过程中产生误差[34]。随后，DavidR.Jackson等人提出一种数值方法去校准由有限长CRLH结构引起的误差，得到更准确的CRLH单元结构的传输矩阵，从而抑制CRLH漏波天线的阻带[35](open-stopband)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于精确网络模型的CRLH-TL简化设计[J]. 刘孝鹏,张云华,陈海涛,陈可,朱国强. 电子技术应用. 2017(10)
[2]平面漏波天线综述[J]. 龙云亮,刘菊华,李元新. 微波学报. 2013(Z1)
[3]同时实现介电常数和磁导率为负的H型结构单元左手材料[J]. 刘亚红,罗春荣,赵晓鹏. 物理学报. 2007(10)
[4]左手材料的研究进展[J]. 赵伟,赵晓鹏. 材料导报. 2006(02)
[5]左手材料研究进展及应用前景[J]. 张世鸿,陈良,徐彬彬,邓龙江. 功能材料. 2006(01)
[6]负折射率介质光纤的导模异常特性分析[J]. 何金龙,沈林放,何赛灵,阮智超. 光子学报. 2004(11)
[7]基片集成波导和微带转换器的理论与实验研究[J]. 李皓,华光,陈继新,洪伟,崔铁军,吴柯. 电子学报. 2003(S1)
[8]相控阵雷达的技术特点及关键技术[J]. 张光义. 电子科技导报. 1996(07)
本文编号：3610912
【文章来源】：武汉大学湖北省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：143 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
文献[28]中的CRLH-TL结构
3以上的左手材料均属于体型材料，对于线性材料的研究也取得了显著的成果。2002年，Eleftheriades等人通过在微带线上加载了电容和电感实现了左手传输线[27]。同年，Itoh等人提出了复合左右手传输线结构，如图1-1所示，并且提出了一种基于等效电路模型的传播特性分析方法[28]。由于CRLH传输线周期远小于波长，在结构上被认为是准均匀的，且辐射模式为基模辐射，所以基于CRLH-TL结构的漏波天线是准均匀漏波天线。图1-1文献[28]中的CRLH-TL结构在CRLH传输线的结构上，有许多学者进行研究并设计出了各种的CRLH漏波天线。文献利用渐变型CRLH结构，设计了一款宽带CRLH漏波天线，通过调节每个CRLH单元结构的手指个数拓展了天线的带宽[29]。这种天线的工作频率为1.1~3.2GHz，带宽约为90.4%。文献[30]提出一种基于非对称共面波导的CRLH漏波天线，利用非对称共面波导的特性和加载了电子元件，得到了较宽的扫描范围，如图1-2所示。这种天线波束扫描范围可从-60°到60°。文献[31]在CRLH上加载了开口谐振环(SRR)结构，使天线获得了较高的辐射效率，如图1-3所示。这种天线的辐射效率达到了95%。图1-2文献[30]中基于非对称共面波导的CRLH天线
4图1-3文献[31]中的CRLH-SRR天线除了平面微带漏波结构上，许多学者也在矩形波导上实现CRLH漏波天线。文献[32]在矩形波导上加载并联金属板获得左手电感，在波导上金属表面加载缝隙获得左手电容，实现了基于矩形波导的CRLH天线，如图1-4所示。图1-4文献[32]中基于矩形波导的CRLH天线在CRLH天线的传播和辐射特性上，有许多学者进行研究。文献[33]分析了等效电路中各参数，提出了一种实现均匀衰减常数的方法，从而得到均匀的天线辐射效率。DavidR.Jackson等人研究了有限长CRLH漏波天线的传播特性，指出有限长CRLH漏波天线会存在由于末节不连续而引起的空间波影响(space-waveeffect)，从而导致在设计过程中产生误差[34]。随后，DavidR.Jackson等人提出一种数值方法去校准由有限长CRLH结构引起的误差，得到更准确的CRLH单元结构的传输矩阵，从而抑制CRLH漏波天线的阻带[35](open-stopband)。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于精确网络模型的CRLH-TL简化设计[J]. 刘孝鹏,张云华,陈海涛,陈可,朱国强. 电子技术应用. 2017(10)
[2]平面漏波天线综述[J]. 龙云亮,刘菊华,李元新. 微波学报. 2013(Z1)
[3]同时实现介电常数和磁导率为负的H型结构单元左手材料[J]. 刘亚红,罗春荣,赵晓鹏. 物理学报. 2007(10)
[4]左手材料的研究进展[J]. 赵伟,赵晓鹏. 材料导报. 2006(02)
[5]左手材料研究进展及应用前景[J]. 张世鸿,陈良,徐彬彬,邓龙江. 功能材料. 2006(01)
[6]负折射率介质光纤的导模异常特性分析[J]. 何金龙,沈林放,何赛灵,阮智超. 光子学报. 2004(11)
[7]基片集成波导和微带转换器的理论与实验研究[J]. 李皓,华光,陈继新,洪伟,崔铁军,吴柯. 电子学报. 2003(S1)
[8]相控阵雷达的技术特点及关键技术[J]. 张光义. 电子科技导报. 1996(07)
本文编号：3610912
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