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左手介质贴片天线小型化研究

作　者: 潘威
导　师: 吴群
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 左手介质互补开口谐振环贴片天线等效电路模型小型化
分类号: TN822
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

左手介质,又称异向媒质,负折射率介质等,我们可以将其归为超常媒质的一类。左手介质是近年来出现的一种新型人工电磁媒质,它的特点是在某些频段同时具有负介电常数和负磁导率。对于许多常规媒质来说,实现负折射是不可企及的。然而,左手介质能够轻易实现负折射等电磁特性,在传感器、移相器、耦合器、滤波器、谐振器及雷达等领域具有良好的使用价值。本文将左手介质引入到微带贴片天线的设计中,构造了低剖面、小型化的左手介质贴片天线,并研究了贴片天线小型化后的新型辐射模式。该种贴片天线的中心频率定在L、P波段之间。在此类左手介质小型化贴片天线的设计中,我们没有增加任何如阻抗变换器等类似的匹配网络来进行天线的阻抗匹配,而是直接以微带馈电的形式来加以实现,使得模型比较简单。本文首先介绍了左手介质单元以及微带贴片天线的相关理论,并整理了开口谐振环的等效电路模型。本文主要以互补开口谐振环(complementarysplitringresonator,CSRR)地板蚀刻的方式,给出了左手介质贴片天线的基本模型,并对其工作特性进行了研究,且着重就模型的各个参量对天线性能的影响进行了详细分析。其次,本文针对基本模型的结果,建立了多种新型左手介质贴片天线模型,对影响左手介质贴片天线工作特性的主要参量进行了仿真计算和优化,确立了一套快速设计天线的基本方法。最后,对左手介质贴片天线的优势进行了总结,并提出对左手介质贴片天线应用未来前景的看法。本文设计的小型化左手介质贴片天线,满足天线的基本带宽要求,增益也能够满足特定的需要,且物理尺寸较原有普通贴片天线小25%-50%,实现了小型化的预期指标。在此基础上,我们又设计了多种形式的左手介质贴片天线,能够满足一些特定的需求,比如对频率进行微小的调整,实现双频或多频工作,工作频率处带宽展宽等。每一种形式的天线都有着各自的作用。本文研究的天线样式多,覆盖广,不仅完整的阐述了左手介质贴片天线的工作机理,也为实际加工做了铺垫。本文内容既可以为左手介质理论的发展提供较基础和详细的思路,也能够为其他研究人员提供借鉴意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-17
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  10-11
  1.2 微带贴片天线及左手介质的发展概况  11-14
    1.2.1 微带贴片天线的发展  11-12
    1.2.2 左手介质的发展  12-14
  1.3 本文主要研究内容与指标  14-15
    1.3.1 研究内容  14-15
    1.3.2 研究指标  15
  1.4 本文的主要研究内容  15-16
  1.5 本章小节  16-17
第2章贴片天线及左手介质基础  17-31
  2.1 引言  17
  2.2 贴片天线基础  17-19
  2.3 左手介质基础  19-26
  2.4 左手介质天线分类  26-28
  2.5 左手介质贴片天线小型化原理  28-30
  2.6 本章小结  30-31
第3章左手介质贴片天线的设计与仿真  31-52
  3.1 引言  31
  3.2 左手介质贴片天线分析与设计  31-38
    3.2.1 左手介质贴片天线加载对比分析  31-32
    3.2.2 复合左右手传输线型贴片天线原理  32-33
    3.2.3 复合左右手传输线型贴片天线分析与仿真  33-38
  3.3 互补开口谐振环地板蚀刻型贴片天线设计  38-40
  3.4 互补开口谐振环地板蚀刻型贴片天线分析  40-45
    3.4.1 普通模型参变量影响  44-45
    3.4.2 普通模型存在的问题  45
  3.5 互补开口谐振环地板蚀刻型天线频率调整方法  45-51
    3.5.1 分形互补开口谐振环蚀刻方法  46-47
    3.5.2 单边缝隙加载互补开口谐振环蚀刻方法  47-49
    3.5.3 多缝隙调整蚀刻方法  49-51
  3.6 本章小结  51-52
第4章其它互补开口谐振环蚀刻型左手介质贴片天线  52-66
  4.1 引言  52
  4.2 其它互补开口谐振环形式左手介质贴片天线设计  52-64
    4.2.1 单环圆形CSRR 蚀刻型天线  52-53
    4.2.2 双环圆形CSRR 蚀刻型天线  53-56
    4.2.3 双环矩形CSRR 蚀刻型天线  56-58
    4.2.4 双环连接形CSRR 蚀刻型天线  58-60
    4.2.5 双环对称CSRR 蚀刻型天线  60-62
    4.2.6“巨”形环CSRR 蚀刻型天线  62-63
    4.2.7 镜像对称环CSRR 蚀刻型天线  63-64
  4.3 本章小结  64-66
第5章螺旋式及衍生式左手介质贴片天线  66-86
  5.1 引言  66
  5.2 螺旋式左手介质贴片天线  66-73
    5.2.1 单臂圆环螺旋蚀刻型天线  66-69
    5.2.2 双臂圆环螺旋蚀刻型天线  69-71
    5.2.3 单臂矩形环螺旋蚀刻型天线  71-72
    5.2.4 双臂矩形环螺旋蚀刻型天线  72-73
  5.3 衍生式左手介质贴片天线  73-82
    5.3.1 双缝隙对称蚀刻型天线  74-76
    5.3.2 单缝隙曲折蚀刻型天线  76-77
    5.3.3 四缝隙对称蚀刻型天线  77-79
    5.3.4 对角十字蚀刻型天线  79-80
    5.3.5 耶路撒冷十字蚀刻型天线  80-82
  5.4 左手介质贴片天线总结  82-83
  5.5 本研究的特点及创新性  83-84
  5.6 展望  84-86
结论  86-87
参考文献  87-92
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  92-94
致谢  94

左手介质贴片天线小型化研究

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