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高阻抗表面EBG结构天线应用的研究

作　者: 顾莹莹
导　师: 章文勋
学　校: 东南大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 电磁带隙(EBG)结构高阻抗表面人工磁导体 Fabry-Perot谐振器高增益天线宽频带天线
分类号: TN820
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

本论文旨在研究将高阻抗表面结构应用于一种借助Fabry-Perot谐振器原理实现的宽频带高增益的印刷天线,以期降低天线的轮廓高度。高阻抗表面结构是电磁带隙(EBG)结构的一种,由金属和介质材料共同组成,它不仅和其他(介质型和金属型)EBG结构一样具有抑制表面波的作用,还能在一定的频带范围内实现同相反射,表现为人工磁导体,可以代替金属导电体用作天线的接地板,降低天线的轮廓。文中指出:应用于天线的高阻抗表面结构,必须考虑电磁波斜入射的情况,为此分析了方形周期中多种不同结构的高阻抗表面,比较其反射系数频率响应对入射角的敏感性,得出的结论是:蘑菇型和方形贴片高阻抗表面结构的反射相位特性对入射角的敏感性最弱。本文立足于前人提出的一种Fabry-Perot谐振器天线结构,它借助两层盖板(一层均匀介质板、一层介质钻孔的EBG板)来提高微带馈电的缝隙馈源辐射器的增益,从而实现宽频带高增益的性能。然而该结构的实用频带受到增益频带的限制、旁瓣较高、且天线的轮廓高度较大。为此,本文中提出两种改进的Fabry-Perot谐振器天线结构:首先将天线馈源换成U型缝隙加载的矩形贴片,能够在保证一定频带宽度的前提下有效地降低天线结构的总高度;然后在该贴片周围布置背衬接地板的方形贴片阵列、即频率选择表面(FSS)型的高阻抗表面结构,借此进一步降低天线高度。然而,由于高阻抗表面结构的磁导体特性对频率敏感,致使其频带较窄。本文的全波分析结果是借助CST微波工作室仿真得到的,并加工了两种改进的Fabry-Perot谐振器天线的实物样品,进行了实验测试,验证了仿真结果的正确性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章绪论  8-13
  1.1 电磁带隙结构简介  8
  1.2 电磁带隙结构的分类  8-10
  1.3 电磁带隙结构的应用  10
  1.4 本文的主要工作  10-11
  参考文献  11-13
第二章 EBG结构的原理及应用  13-31
  2.1 引言  13
  2.2 介质EBG结构  13-16
    2.2.1 周期结构的描述  13-15
    2.2.2 Floquet-Bloch 定理  15-16
    2.2.3 计算方法  16
  2.3 金属-介质EBG结构（高阻抗表面）  16-22
    2.3.1 高阻抗表面的概念  16-17
    2.3.2 结构类型  17-18
    2.3.3 分析方法  18
    2.3.4 高阻抗表面的性能  18-22
  2.4 EBG结构的应用  22-29
    2.4.1 应用于天线  23-27
    2.4.2 应用于TEM波导（高阻抗表面结构）  27
    2.4.3 应用于谐振腔和波导（介质EBG结构）  27-28
    2.4.4 应用于滤波器和移相器（金属EBG结构）  28-29
  参考文献  29-31
第三章高阻抗表面结构  31-42
  3.1 引言  31
  3.2 高阻抗表面结构  31-40
    3.2.1 过孔作用  31-34
    3.2.2 共面高阻抗表面结构  34-40
  3.3 小结  40-41
  参考文献  41-42
第四章 Fabry-Perot谐振器式天线  42-50
  4.1 引言  42
  4.2 平板式Fabry-Perot (F-P) 谐振器的原理  42-45
    4.2.1 光学Fabry-Perot谐振器  42-43
    4.2.2 介质平板Fabry-Perot谐振器  43-44
    4.2.3 Fabry-Perot谐振器印刷天线  44-45
  4.3 宽频带高增益的Fabry-Perot谐振器印刷天线  45-49
    4.3.1 高增益措施  45-46
    4.3.2 宽频带措施  46-47
    4.3.3 Fabry-Perot谐振器天线结构  47-49
  参考文献  49-50
第五章改进的Fabry-Perot谐振器天线  50-62
  5.1 引言  50
  5.2 宽频带馈源辐射器  50-53
    5.2.1 微带贴片的频带展宽技术  50-52
    5.2.2 U型缝隙矩形贴片结构  52-53
  5.3 改进的Fabry-Perot谐振器天线  53-58
    5.3.1 天线结构  53
    5.3.2 参数设计  53-58
  5.4 改进的Fabry-Perot谐振器式天线（采用高阻抗表面）..  58-61
    5.4.1 降低天线高度  58-59
    5.4.2 高阻抗表面的结构参数  59
    5.4.3 天线结构  59-60
    5.4.4 天线结构参数的选定  60-61
  参考文献  61-62
第六章样品加工与实验验证  62-70
  6.1 实验准备  62-63
  6.2 测试环境  63-64
  6.3 实验过程  64-65
  6.4 实验结果及分析  65-70
结束语  70-71
致谢  71

高阻抗表面EBG结构天线应用的研究

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