基于SRR-CSRR結構的平面天線研究.pdf

1、開口諧振環(huán)（SRR）結構自從被提出以來，就成為了廣大研究人員的研究熱點。它不但可以作為人工超材料的構成單元，還可以應用在濾波器等微波器件的設計中，特別是它在天線領域的應用更是尤為多見。天線作為當代通信系統(tǒng)中必不可少的模塊，具有輻射和接收電磁波的功能，其性能的優(yōu)劣將直接決定整個系統(tǒng)能否正常工作。所以，如何將SRR這種高性能、易集成、低成本的結構應用在常用的微波天線中是一個十分有意義和挑戰(zhàn)性的課題。本文利用SRR結構設計，加工和實測了多款微

2、波天線，具體工作內容如下：
　　一、超寬帶陷波天線研究和設計
　　1.首先推導并驗證了 UWB平面天線的初值公式，提出了火炬型輻射貼片和弧形地板的設計方法，該方法不僅可以優(yōu)化阻抗匹配還能實現小型化。然后基于天線表面電流，矢量電場和磁場的分布狀態(tài)，采用了在輻射單元上蝕刻同向三環(huán)CSRR（Complementary Split Ring Resonator）和在饋線兩側加載對稱的SRR的方法來實現四陷波。并通過分析天線的端口阻抗

3、，等效電路模型，諧振器尺寸和加載位置以及表面電流狀態(tài)，闡述了頻率抑制的原理。實測結果表明同向開口CSRR能夠有效地應用在尺寸受限的天線上，同時天線工作頻段為2.5-12 GHz（131％），滿足UWB的要求，并且在3.5 GHz，5.2 GHz，5.8 GHz，8 GHz達到了陷波效果。
　　2.基于單極子天線理論和矢量電流分布狀態(tài)，分析了上述四阻帶天線單極化的工作特性，進而利用單元合理布局的設計方法得到了一款兩單元彼此正交的極化

4、分集天線和一款四元天線。結果表明該方法使得天線無需加載額外的解耦結構就可以獲得高隔離度，在3.1-10.6 GHz范圍內，天線的S21都低于-20 dB。
　　3根據對稱天線在對稱面處的磁壁效應，設計了 P形輻射單元，這種對稱切半的結構可以同時實現角度分集和小型化。天線的尺寸僅為21mm×25mm（0.33λg×0.39λg），小于大部分同類型天線。然后基于對同向矩形CSRR結構的諧振特性和表面電流的分析，提出了一種新型的三陷波結

5、構，該結構十分緊湊并且在3.5 GHz，5.6 GHz，7.8 GHz具有良好的陷波效果。最后，設計并分析了CSRR地縫和類T形地枝這兩個去耦結構，實測表明天線的隔離度提高了約13 dB。
　　二、高隔離度MIMO天線研究和設計
　　1.基于對倒F天線和曲流法技術的分析，采用了C形槽和L形寄生枝節(jié)來實現雙頻帶和小型化。此外在空間受限的情況下，通過在地板上加載兩個緊湊型的LSRR（Labyrinth split-ring re

6、sonator）結構來提高隔離度，并分析了該結構的媒質參數，數量，尺寸以及表面電流，闡述了抑制耦合的原理。根據上述方法設計的雙頻天線在兩個工作頻段內的S21都低于-25 dB，2.46 GHz的隔離度為47 dB。
　　2.通過分析雙頻倒F天線的工作特性，提出了雙層L形枝節(jié)的多頻帶實現方法，該方法能夠有效地提高三頻天線面積的利用率。由于天線單元間距更小，因此采用了另一款結構更簡單緊湊的 LSRR作為去耦單元。通過散射參數提取法和波

7、導仿真模型得到兩款 LSRR的媒質參數并進行了對比分析。實測結果表明天線在三個工作頻段內的S21都低于-20 dB，2.42 GHz的隔離度為35 dB。
　　3.基于對單負磁導率材料的帶阻電磁傳輸特性的分析，設計了一種雙頻去耦結構即在輻射單元間加載兩種SRR諧振器。根據該方法設計了一款雙頻MIMO天線，重點分析了SRR結構的尺寸、加載數量、加載位置對互耦抑制的影響，并闡述了減小耦合的原理。實測結果表明該天線在兩個工作頻段內的S2