“巨”型左手材料微带天线优化设计研究

论文摘要

左手材料是一个新兴的科研领域,近年来,各国科研工作者已在左手材料的技术应用方面取得巨大进展,其奇特的电磁特性可用于耦合器、延迟线、固态天线、平板聚焦透镜、微型反向天线、滤波器、光导航等。在天线应用中,利用左手材料的负折射特性和平板透镜聚焦特性,能够增强天线的灵敏度,改善天线的性能,改善天线的方向性,提高辐射增益。本文介绍了左手材料的概念和其独特的电磁特性,如负折射及逆多普勒效应等；推导了负介电常数和负磁导率的实现机理,并通过数值仿真验证了左手材料的双负特性；研究了“巨”型左手材料单元随其主要结构参数变化时的空间电磁响应行为规律,为优化左手材料提供了理论依据。本文针对“巨”型负磁导率材料基本结构,采用神经网络和遗传算法结合的优化技术手段进行结构设计,仿真结果证明,源于神经网络所具有的以任意精度逼近任意非线性函数的特点,遗传算法较好的区域搜索和空间扩展平衡的特点,可以较准确的预测其电磁特性,缩短左手材料结构的开发周期；最后将负磁导率材料和左手材料应用到矩形贴片微带天线设计中,检测其对于微带天线辐射性能的影响,分别使天线的辐射增益提高了0.9dB和3.7dB。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 左手材料研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 论文的内容安排
• 第2章 左手材料的基本理论
• 2.1 左手材料的奇异电磁特性
• 2.1.1 后向波传播特性
• 2.1.2 负折射现象
• 2.1.3 理想透镜成像
• 2.1.4 逆多普勒效应
• 2.1.5 逆契仑科夫辐射效应
• 2.1.6 逆Goos-Hanchen位移效应
• 2.2 左手材料的实现机理
• 2.2.1 等效负介电常数实现
• 2.2.2 等效负磁导率实现
• 2.2.3 左手材料实现
• 2.3 本章小结
• 第3章 "巨"型左手材料微波透射行为
• 3.1 "巨"型负磁导率材料分析
• 3.1.1 "巨"型负磁导率原理及等效电路分析
• 3.1.2 "巨"型负磁导率材料设计
• 3.1.3 左手材料电磁参数提取方法
• 3.2 "巨"型负磁导率材料的空间微波电磁响应行为
• 3.2.1 参数c的影响分析
• 3.2.2 参数e的影响
• 3.2.3 参数d的影响
• 3.3 由"巨"型磁谐振器和周期排列金属线构成左手材料
• 3.4 左手材料的电磁响应行为
• 3.4.1 金属线的空间微波电磁响应行为
• 3.4.2 介质基板厚度h对左手材料的影响
• 3.4.3 介质基板材料对左手材料的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 ANN和GA相结合的负磁导率材料优化
• 4.1 BP神经网络简介
• 4.1.1 BP网络学习过程
• 4.1.2 BP网络的学习规则
• 4.2 遗传算法简介
• 4.2.1 概述
• 4.2.2 基本运算过程
• 4.3 神经网络理论和遗传算法相结合优化方法
• 4.4 "巨"型负磁导率材料优化设计
• 4.4.1 "巨"型负磁导率材料结构
• 4.4.2 神经网络的实现
• 4.4.3 遗传算法的优化
• 4.4.4 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 采用左手材料的矩形微带天线设计
• 5.1 微带天线结构参数设计
• 5.2 采用左手材料的矩形微带天线结构
• 5.2.1 左手材料微带天线的几种常见形式
• 5.2.2 普通微带天线设计
• 5.2.3 负磁导率材料对微带天线性能影响
• 5.2.4 左手材料对微带天线的影响
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢