基于超材料的陣列天線去耦合及有源超材料研究.pdf

1、陣列天線因其高增益和強(qiáng)方向性而廣泛應(yīng)用于通信、雷達(dá)等領(lǐng)域。隨著設(shè)備集成度的提高，陣列天線的小型化也得到了快速的發(fā)展，如何去耦已成為陣列天線小型化的重要問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)。近年來(lái)，超材料的興起極大的促進(jìn)了陣列天線去耦合研究的發(fā)展，但是，目前的研究主要集中在窄帶線極化陣列天線的超材料去耦合方面，而對(duì)于寬帶陣列天線及圓極化陣列天線的去耦問(wèn)題則涉獵較少。
　　超材料具有的很多特異性質(zhì)使其在隱身衣、完美透鏡和電小天線等研究中廣泛應(yīng)用。但是，超材

2、料存在損耗大、頻帶窄的缺點(diǎn)，因而對(duì)于提高超材料增益、拓寬超材料頻帶的研究非常重要。
　　本文針對(duì)上述兩個(gè)方面的問(wèn)題進(jìn)行了研究，取得成果如下：
　　1、等效電磁參數(shù)的準(zhǔn)確提取能夠幫助深入探索超材料的電磁特性。對(duì)于使用散射系數(shù)法求解超材料的等效電磁參數(shù)唯一解時(shí)，Kramers-Kronig關(guān)系式存在截?cái)嗾`差的問(wèn)題，提出了一種頻率外推的改進(jìn)方法，并以Drude模型和Lorentz模型驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確性。
　　2、設(shè)計(jì)了一種微

3、波方螺旋吸波超材料，并用頻率外推的改進(jìn)方法提取等效電磁參數(shù)，證明了設(shè)計(jì)的超材料在工作頻段內(nèi)具有電超材料、磁超材料和左手材料的特性。仿真結(jié)果表明，該吸波超材料的平均吸收率在90％以上，且具有左/右旋圓極化不相關(guān)的特點(diǎn)。
　　3、將設(shè)計(jì)的圓極化方螺旋吸波超材料與線極化平行金屬線相結(jié)合，用于陣列天線互耦的抑制。仿真和實(shí)測(cè)結(jié)果證實(shí)了該結(jié)構(gòu)對(duì)陣列天線互耦抑制的通用性及有效性：窄帶二元陣列天線邊到邊間距為0.04λ0時(shí)，耦合降低了20.28d

4、B；寬帶單極子二元陣列天線邊到邊間距為0.20λ0及0.035λ0時(shí)，耦合分別降低了30.65dB及10.35dB；圓極化縫隙二元陣列天線邊到邊間距為0.12λ0時(shí)，耦合降低了9.05dB，同時(shí)軸比降低了12.8dB。
　　4、針對(duì)超材料損耗大、頻帶窄的問(wèn)題，首先設(shè)計(jì)了一種單管負(fù)阻電路加載的有源超材料，使增益提升了3dB左右；然后設(shè)計(jì)了一種非Foster匹配的雙管負(fù)阻抗變換電路加載的有源超材料，實(shí)現(xiàn)了最大6.1dB的增益提升和15