基于電磁超材料的新型平面天線的研制.pdf

1、現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)越來越小型化、集成化和多功能化，天線作為無線通信系統(tǒng)的重要收發(fā)元件也面臨著多重挑戰(zhàn)。為了與無線通信系統(tǒng)相集成，天線設(shè)計者必須設(shè)計出小尺寸、多頻、低剖面、寬頻帶、結(jié)構(gòu)簡單和價格低廉的天線。傳統(tǒng)的實現(xiàn)手法和常規(guī)材料已經(jīng)不能滿足天線發(fā)展的需要，超材料的提出為天線的發(fā)展開拓了一個新的領(lǐng)域。自從超材料的幾種不同結(jié)構(gòu)形式被提出以來，其微帶實現(xiàn)形式的復(fù)合左右手傳輸線在天線領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,它具有傳統(tǒng)傳輸線所不能比擬的一系列優(yōu)點，比如低

2、損耗、負(fù)折射率以及非線性的相位常數(shù)等。
　　本文首先分析了超材料天線領(lǐng)域國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和研究熱點，接著描述了超材料與天線的基本理論，最后圍繞著設(shè)計小型化和多頻段天線的宗旨設(shè)計了三款不同的超材料天線。本文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　1.設(shè)計了一款基于超材料的小型化三頻帶天線。利用非對稱共面波導(dǎo)進(jìn)行饋電以減小天線的尺寸。利用兩個簡化的超材料單元來替代一般的超材料結(jié)構(gòu)，使天線的尺寸得以進(jìn)一步減小，同時激勵天線的零階諧振和天

3、線本身的諧振，使天線工作在1.76 GHz的UMTS頻帶，5.2 GHz和5.8GHz的WLAN頻帶。討論了各參數(shù)與天線諧振頻率之間的變化關(guān)系，繪制了三個頻點處的電流分布圖。加工天線并實測，測試結(jié)果與仿真結(jié)果基本吻合。
　　2.設(shè)計了一款基于超材料的小型化寬帶多頻天線，天線的尺寸為16×23.2×1.6 mm3。利用縫隙電容實現(xiàn)左手電容，微帶短截線電感實現(xiàn)左手電感，同時激勵天線的零階諧振和一階諧振，通過調(diào)節(jié)左手原件值，使天線的零階

4、諧振和一階諧振相融合以獲得寬帶性能。同時在地板上開彎折形槽以激勵高頻諧振。所設(shè)計的天線能工作在2.44-3.69 GHz的WiMax頻段和5.6-5.9 GHz的WiFi頻段。
　　3.設(shè)計了一款加載超材料單元的多頻帶天線。在傳統(tǒng)矩形貼片單極子天線上加載兩個復(fù)合左右手傳輸線單元結(jié)構(gòu)，每個單元激勵一個新的諧振，該新的諧振僅僅與超材料單元的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，通過調(diào)節(jié)超材料單元的尺寸，能夠靈活的調(diào)節(jié)其諧振頻率。同時單極子天線本身的諧振并不受