基于周期结构的高增益微带天线的研究

论文摘要

空间通信要求的高方向性与微带阵列天线的尺寸大、结构复杂和损耗大引起了矛盾,近年来新型的周期结构所构成的人工电磁结构正好解决了这一问题。本文的目的就是将周期结构应用到微带单元天线中以期获得高增益。首先,本文分析了一维介质光子晶体和二维金属光子晶体的缺陷特性,研究它们的结构参数对禁带和缺陷特性的影响,并讨论了平面波的入射方向对缺陷特性的影响,发现它们具有频率选择性和角度选择性,可以用于天线的定向辐射。之后,本文将这两种结构应用于微带天线领域。根据光子晶体的缺陷特性,本文设计出了Ku频段的一维介质光子晶体谐振天线和二维金属光子晶体谐振天线,基本实现了微带天线的高增益。同时还分析了天线口径尺寸对天线增益的影响。虽然由两层金属条阵列覆层构成的二维金属光子晶体谐振天线实现了高增益,但是带宽很窄,为了解决这一问题,本文将单层金属条阵列结构和双腔结构引入了微带天线中并获得了宽带和高增益。另外还研究了介质覆层对单层金属条阵列覆层微带天线的影响,结果表明这可以作为提高增益的另一种方法。最后,本文提出了一种周期性同心金属环结构,数值研究了金属环结构对天线的辐射方向的影响。结果表明,周期性同心金属圆环对圆极化电磁波具有聚束作用,能够较大幅度提高贴片天线的辐射方向性。这种结构的周期只有中心波长的1/6,实现了结构的小型化,为此本文提出了一种新的理论来解释这一现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的意义和目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 EBG电磁结构在天线中的应用
• 1.2.2 低折射率结构在天线中的应用
• 1.2.3 金属微结构在天线中的应用
• 1.3 研究内容
• 第2章 光子晶体的缺陷特性
• 2.1 一维介质光子晶体的缺陷特性
• 2.2 二维金属光子晶体的缺陷特性
• 2.3 本章小结
• 第3章 一维介质光子晶体谐振天线的设计
• 3.1 设计思想
• 3.2 一维介质光子晶体谐振天线的设计
• 3.2.1 一维介质光子晶体谐振天线的结构
• 3.2.2 天线仿真结果
• 3.2.3 天线口径尺寸对天线增益的影响
• 3.3 测试结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 二维金属光子晶体谐振天线的设计
• 4.1 设计思想
• 4.2 二维金属光子晶体谐振天线的设计
• 4.2.1 二维金属光子晶体谐振天线的结构
• 4.2.2 天线仿真结果
• 4.3 宽带高增益微带天线的设计
• 4.3.1 宽带高增益微带天线的结构
• 4.3.2 天线仿真结果
• 4.3.3 口径尺寸对天线增益的影响
• 4.3.4 介质覆层对单层金属条阵列覆层微带天线的影响
• 4.3.5 天线测试结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 金属圆环覆层圆极化微带天线的研究
• 5.1 概述
• 5.2 圆极化贴片天线与金属环结构设计
• 5.3 仿真结果
• 5.3.1 圆极化贴片天线的仿真结果
• 5.3.2 带金属环覆层的圆极化贴片天线的仿真结果
• 5.3.3 结构参数对增益的影响
• 5.3.4 PCB板替代金属环对圆极化天线的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢