基于左手材料的微带天线研究

论文摘要

左手材料是一种介电常数ε和磁导率μ同时为负的新型人工合成结构材料,与传统右手材料不同,其电场、磁场与波矢量满足左手法则,相速度与群速度传播方向相反,因而表现出一系列反常的电磁现象,如光的负折射效应、逆多普勒效应、逆cherenkov辐射、完美透镜等。2003年,左手材料的研制被美国《科学》杂志评为2003年度十大科技创新突破之一,是当今电磁学研究领域中的前沿课题。本论文主要研究左手材料在微带天线中的实现和应用问题,通过理论分析、数值仿真等手段,提出了两种结构新颖的复合左右手传输线单元,通过加载这两种新型结构的微带天线,可分别可用于3.5GHz无线接入系统频段和5.8GHz开放频段,比较具备代表性。论文首先简要介绍了左手材料的基本原理以及目前国内外对左手材料的研究进展和方法。然后,在基于复合左右手传输线电路模型的基础上,对传统交指结构单元尺寸进行了优化仿真,设计了一款中心频率在3.6GHz的微带漏波天线,该天线波束辐射具有从后向到前向扫描的能力,验证了该结构具备左手材料的特性。随后,在传统交指结构单元的基础上,创新性地提出了两款新型的结构单元：L型交指结构单元和交指接地型结构单元。通过对加载L型交指结构单元的微带天线进行仿真优化,设计了一款工作频率在3.5GHz的微带天线,该天线可用于3.5GHz无线接入系统,尺寸仅为同频传统微带贴片天线的26.5%,具有良好的辐射增益,实现了天线的小型化；另外,针对交指接地型结构单元,设计了一款工作频率在5.8GHz的微带天线,该天线可用于5.8GHz开放频段,同时也具有良好的辐射增益,尺寸也仅为同频传统微带贴片天线的28%,实现了天线的小型化。.此外,通过S参数提取,分别计算了以上各个结构的介电常数和磁导率,验证了以上各天线均具备左手材料的特性。最后,对本论文所做工作作了总结,对今后工作做了一定的展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 左手材料在微带天线方面的应用及研究现状
• 1.3 本论文的研究内容及创新之处
• 第二章 左手材料的基本理论及其特性
• 2.1 引言
• 2.2 左手材料的基本原理
• 2.3 左手材料的特性
• 2.4 左手材料的制备方法
• 2.5 复合左右手材料
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于CRLH传统交指单元结构微带天线设计与分析
• 3.1 引言
• 3.2 CRLH传统交指单元结构设计
• 3.3 微带漏波天线结构设计原理及仿真优化
• 3.4 传统交指单元结构介电常数和磁导率提取
• 3.5 本章小结
• 第四章 L型交指结构单元微带天线设计与分析
• 4.1 引言
• 4.2 基于L型交指结构单元设计
• 4.3 多单元L型交指结构天线设计
• 4.4 L型交指单元结构介电常数和磁导率提取
• 4.5 本章小结
• 第五章 交指接地型结构单元微带天线设计与分析
• 5.1 引言
• 5.2 基于交指接地型结构单元微带天线设计与分析
• 5.3 多单元交指接地结构天线设计
• 5.4 交指接地单元结构介电常数和磁导率提取
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 后续工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢