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人工磁导体结构的研究及在天线中的应用

作　者: 王倞婧
导　师: 盛卫星；王昊
学　校: 南京理工大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 人工磁导体馈线阵列天线高增益宽频带
分类号: TN015
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

近年来,人工磁导体作为当前微波毫米波领域研究的热点之一,得到了学术界的广泛关注。该结构具有结构简单,容易制备的特点,主要用于提高射频部件的性能。本论文研究了人工磁导体结构在微带天线单元和阵列中的应用。本论文首先从人工磁导体基本特性的研究入手,给出人工磁导体的反射相位带隙以及电磁带隙结构阻带带隙的分析方法,并由此设计出所需要频段的人工磁导体。其次将人工磁导体结构应用于微带天线单元及其阵列的设计中。在单元设计研究方面,将AMC替代原来微带天线单元的地板,仿真结果表明人工磁导体结构的加载对提高天线的增益及带宽效果明显,与相同介质基板情况下的天线单元相比,带宽增加了250%,增益提高了1.41dB；在此基础上,本文针对加载人工磁导体的2×2微带天线阵列的三种情况进行讨论和分析,这三种情况分别是：(1)AMC结构仅加载至微带贴片下方,馈线下方不加载AMC结构；(2)微带贴片及馈线下方均加载AMC结构；(3)AMC结构仅加载至微带贴片下方,同时馈线下方金属地板被抬高。通过AMC结构的加载,三种情况的带宽及增益均有明显增大。仿真结果显示,三个阵列天线的相对带宽均大于17.64%,由于馈线下方AMC结构的加载,使得实例2的相对带宽达到20.04%；三个阵列天线的最高增益均大于14dBi,由于馈线下方地板的抬高,使得实例3的馈线损耗明显降低,增益最大值达到15.29dBi；同时与实例1、实例2相比,实例3的方向图的对称性最好。最后,对性能最好的实例3进行加工和实测。天线实物测试的回波损耗工作频带相对带宽为20.45%,驻波频带内增益最大值为15.95dBi。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-10
  1.1 研究背景  7
  1.2 国内外发展现状  7-9
  1.3 本文的主要内容  9-10
2 AMC结构相关理论  10-28
  2.1 AMC结构介绍  10-15
    2.1.1 AMC结构简介  10-11
    2.1.2 反射相位带隙形成机理  11-12
    2.1.3 AMC结构等效电路研究  12-15
  2.2 反射相位计算模型  15-16
  2.3 AMC结构反射相位讨论  16-23
    2.3.1 金属贴片宽度影响  16-17
    2.3.2 单元间距影响  17-18
    2.3.3 介质基板厚度影响  18-19
    2.3.4 介质介电常数影响  19-20
    2.3.5 TM极化情况下,斜入射入射角度影响  20-21
    2.3.6 TE极化情况下,斜入射入射角度影响  21-22
    2.3.7 小结  22-23
  2.4 EBG结构阻带的计算  23-27
    2.4.1 色散能带图法  23-24
    2.4.2 直接传输法  24-25
    2.4.3 微带线法  25-27
  2.5 本章小结  27-28
3 AMC结构在微带天线单元中的应用  28-41
  3.1 加载AMC结构微带贴片天线设计  28-33
    3.1.1 普通微带天线(未加载AMC结构)设计  28-30
    3.1.2 加载AMC结构的微带天线设计  30-33
  3.2 关于加载AMC结构的讨论  33-40
    3.2.1 关于AMC结构加载数目对微带天线性能影响的讨论  33-37
    3.2.2 关于基板大小对微带天线性能影响的讨论  37-39
    3.2.3 关于金属地板大小对微带天线性能影响的讨论  39-40
  3.3 本章小结  40-41
4 AMC结构在微带天线阵列中的应用  41-53
  4.1 加载AMC结构的微带天线阵列设计  41-47
    4.1.1 微带贴片下方加载AMC结构(实例一)  41-43
    4.1.2 微带阵列下方加载AMC结构(实例二)  43-45
    4.1.3 微带阵列下方加载AMC结构(实例三)  45-47
  4.2 关于结构的讨论  47-50
    4.2.1 回波损耗对比  48
    4.2.2 增益对比  48-49
    4.2.3 方向图对比  49-50
  4.3 实例三加工与试验验证  50-52
    4.3.1 回波损耗  51
    4.3.2 增益  51-52
  4.4 本章小结  52-53
5 结束语  53-55
致谢  55-56
参考文献  56-60
附录  60

人工磁导体结构的研究及在天线中的应用

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