FDTD分析可植入型微带天线

论文摘要

微带天线是在带有接地板的介质基片上贴加导体薄片而形成的天线,其最早在1953年由Dreschamps提出,但由于当时技术比较落后,没有得到很大的发展,20世纪70年代,随着科学技术的发展,特别是覆铜、覆银技术、在介质基板上的光刻技术和天线测量技术的发展,微带天线才得到大规模的发展。本论文采用时域有限差分方法(FDTD)研究微带天线,共分为三部分：第一：本文首先介绍了时域有限差分方法的原理,主要涉及有：麦克斯韦方程的FDTD离散、数值稳定及色散特性、完美吸收边界、激励源的设置、近远场外推技术以及微带天线散射系数的计算方法。由于近远场外推技术比较复杂,在本节,作者给出了电流元的辐射图。第二：作者首先进行了一款微带馈电微带天线的FDTD研究,正确计算出天线的各种参数,然后对天线进行优化,使其谐振频率达到1OGHz,此款天线可以应用于高频通信的电磁系统中。接着,作者用FDTD方法数值计算了一款缝隙耦合馈电微带天线,并和HFSS软件计算的结果进行对比(两者结算吻合的很好),以此说明FDTD计算的正确性。近年来超宽带天线在无线通信领域以其低功耗、宽带宽、低复杂度等各方面的优点而倍受关注,但由于其中间有些频段划给WLAN,要求在设计天线时,必须注意天线在该频段不能使用。即要求有带阻功能。本文作者用HFSS软件仿真并研究了一款超宽带单极子天线,并通过在贴片上开圆弧槽的方法对其实现了带阻特性,此设计基本满足要求。第三：作者进一步研究了覆盖色散介质时微带天线的各种参数变化,文中涉及到两种色散介质：等离子体和生物介质。对于色散介质的分析,建立冷等离子体模型,使用常用的Z变换法。本章首先研究了等离子体覆盖下的微带天线的各参数的变化,接着仿照等离子体天线封装方法,将生物组织上覆盖一层介质,此介质主要起封装作用。即将脂肪、肌肉、皮肤这三种人体组织封装后覆盖在微带天线上进行数值模拟,计算相关的参数,最后,将等离子体覆盖在缝隙耦合馈电微带天线上,并计算相关参数。通过对上述三种情况研究,发现色散介质对电磁波有高通低反作用。由于上述天线尺寸、结构等因素,均为可植入型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究背景及意义
• 1.1.1 FDTD发展历史
• 1.1.2 FDTD的应用领域
• 1.2 FDTD研究微带天线的背景及意义
• 第二章 FDTD方法的基本原理
• 2.1 麦克斯韦方程组及其FDTD的离散形式
• 2.2 数值稳定性分析
• 2.3 FDTD算法的激励源的类型和设置
• 2.4 吸收边界条件
• 2.4.1 Mur吸收边界条件
• 2.4.2 各向异性完美匹配边界条件
• 2.5 近-远场外推技术
• 2.6 散射参数及相关参数的计算
• 第三章 微带天线的FDTD数值仿真
• 3.1 FDTD分析微带天线
• 3.2 FDTD分析缝隙耦合微带天线
• 3.3 超宽带单极子天线的研究
• 3.3.1 超宽带单极子天线的HFSS仿真
• 3.3.2 带阻特性的研究
• 第四章 色散介质覆盖微带天线的FDTD分析
• 4.1 色散介质的FDTD差分公式
• 4.2 FDTD方法研究等离子体覆盖下的微带天线
• 4.3 FDTD分析生物介质对微带天线的影响
• 4.4 FDTD分析等离子体覆盖下的缝隙耦合馈电微带天线
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢