【摘要】：左手材料是新型人工電磁材料,區(qū)別于傳統(tǒng)右手材料,左手材料具有很多奇異的電磁特性,因此國(guó)內(nèi)外研究者對(duì)于左手材料的研究和應(yīng)用十分關(guān)注。大多數(shù)左手材料都是基于傳統(tǒng)的開口諧振環(huán)以及豎直金屬棒發(fā)展而來(lái)的雙面對(duì)稱左手材料,這類左手材料具有明顯的缺點(diǎn):可調(diào)參數(shù)少、損耗大、尺寸較大并且左手頻帶較窄,因此極大限制了左手材料在微波器件上的應(yīng)用。論文主要是針對(duì)單面非對(duì)稱的左手材料單元結(jié)構(gòu)系列的設(shè)計(jì)及在天線上的應(yīng)用展開,并著重討論研究了加載不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)于電磁性能的影響,同時(shí)通過(guò)在天線上加載左手材料,并且研究了不同加載方式對(duì)于天線參數(shù)性能的影響。本文的主要研究工作概括如下:1.提出了基于G形左手材料系列單元結(jié)構(gòu),并進(jìn)行了多通帶優(yōu)化設(shè)計(jì):首先提出了一個(gè)非對(duì)稱的G形左手材料單元結(jié)構(gòu),它是由上下圓弧和中間長(zhǎng)金屬棒、橫向耦合金屬棒組成。結(jié)構(gòu)的初始諧振頻點(diǎn)在5.16GHz,左手特性頻段為5.0～5.25GHz,雙負(fù)帶寬為250MHz。接著通過(guò)加載拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的思路,分別得到加載縫隙、枝節(jié)和環(huán)形的G形左手材料,其中加載環(huán)形G形左手材料可以在縮小尺寸的情況下拓展左手特性帶寬。然后對(duì)翻折對(duì)稱后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,得到二元G形結(jié)構(gòu)左手材料,并進(jìn)一步對(duì)電流分布分析優(yōu)化,加載連接枝節(jié),實(shí)現(xiàn)二分頻雙通帶左手材料,即4.24～4.56GHz和6.28～6.34GHz。接著通過(guò)加載不同尺寸單元的思路,在相對(duì)較寬的等效負(fù)介電常數(shù)的頻帶上激發(fā)不同的磁諧振產(chǎn)生多通帶左手特性,進(jìn)一步得到了四元三通帶的G形左手材料結(jié)構(gòu)。最后對(duì)四元G形左手材料結(jié)構(gòu),分析了缺陷對(duì)稱的加載方式對(duì)左手材料造成的影響。2.提出了基于樹葉形左手材料系列單元結(jié)構(gòu),并進(jìn)行了分布式加載改進(jìn)研究:首先設(shè)計(jì)了一款非對(duì)稱的樹葉形左手材料,結(jié)構(gòu)的左手特性頻段為5.77～6.17GHz,左手特性絕對(duì)帶寬為400MHz。沿用第三章的左手分頻設(shè)計(jì)技巧及理論,通過(guò)不同結(jié)構(gòu)尺寸激發(fā)出的不同磁諧振可以實(shí)現(xiàn)多通帶左手特性的左手材料,得到四元雙頻的樹葉形左手材料結(jié)構(gòu),進(jìn)一步證實(shí)了第三章研究成果。然后在樹葉形左手材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部加載新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通過(guò)加載“線-線”耦合結(jié)構(gòu)可以使得結(jié)構(gòu)的有效電流路徑增大,可調(diào)參數(shù)增多,諧振頻點(diǎn)和左手特性帶寬向較低頻段移動(dòng),更加切合實(shí)際應(yīng)用。保持“線-線”耦合結(jié)構(gòu)不變,可以在結(jié)構(gòu)的尾翼加載“環(huán)-環(huán)”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)達(dá)到要求。最后分析了左右枝節(jié)的夾角和內(nèi)外環(huán)縫隙之間的寬度對(duì)于左手材料雙負(fù)特性的影響,從而可以通過(guò)靈活的調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù),使其工作在第五代移動(dòng)通信頻段。3.初步探索研究了左手材料在不同天線上的應(yīng)用:首先設(shè)計(jì)了一款加載G形左手材料的單極子天線,從而實(shí)現(xiàn)了雙頻天線。進(jìn)而研究了加載具有不同數(shù)量通帶的左手材料對(duì)于超寬帶天線性能的影響,成功的將原天線工作帶寬2.93～9.42GHz拓展為2.2～10.61GHz,同時(shí)可以得到應(yīng)用在5G雙頻段和傳統(tǒng)WLAN頻段的三陷波天線。接著將雙脈絡(luò)樹葉形左手材料分別以周邊、覆蓋層的方式加載在雙頻微帶天線上,通過(guò)周邊加載的方式,天線工作在3.38GHz(5G頻段)和5.41GHz(WLAN/WiMAX高頻段),并研究了旋轉(zhuǎn)加載對(duì)于天線性能的影響。最后研究覆蓋層與基板之間的距離對(duì)天線性能的影響,同時(shí)分析了加載雙層覆蓋層之后天線的各項(xiàng)性能參數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O441;TN820
【圖文】：

傳統(tǒng)的雙面左手材料結(jié)構(gòu)，不僅由于其的二維結(jié)構(gòu)導(dǎo)致加工制作困難，而且逡逑在對(duì)于微波器件上的應(yīng)用也有很大的難度。所以，在單面同時(shí)實(shí)現(xiàn)負(fù)的等效磁導(dǎo)逡逑率和介電常數(shù)的蓽面左手材料是當(dāng)下的研究熱點(diǎn)。２００５年，ＧｉｉｏＹ等人［３２１利用逡逑矩形的蜿蜒結(jié)構(gòu)，有效的增加ｊ＇電流的有效路柃，使得Ａ邋ｆ？材料的雙負(fù)頻點(diǎn)向低逡逑頻移動(dòng)，從而使得在４．３１ＧＨｚ左右產(chǎn)生了雙負(fù)特性，如圖１－３邋（ａ）所示。２０１１逡逑年，陳春暉等人Ｍ設(shè)計(jì)了一款基于單面金屬結(jié)構(gòu)，在７．０－ｌＯ．ｌＧＨｚ實(shí)現(xiàn)了負(fù)的逡逑祈射率，并且相對(duì)左手帶寬達(dá)到了邋３６％，此外，該結(jié)構(gòu)具有良好的容錯(cuò)能力，對(duì)逡逑實(shí)際應(yīng)用有很大參考價(jià)值，如圖１－３邋（ｂ）所示。同年，四川大學(xué)呂清等人提逡逑出了－邋？種共面緊湊型的左手材料結(jié)構(gòu)，采用折疊方形迷宮環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方式，可以逡逑在５．８ＧＨｚ頻段附近實(shí)現(xiàn)左手特性，并且通過(guò)加載在棱鏡形狀的基板上，觀察到逡逑了負(fù)折射率的現(xiàn)象，如圖１－３邋（ｃ）所示。２０１４年，Ｇａｏ邋Ｒ等人通過(guò)“Ｕ”型金逡逑屬環(huán)和金屬棒共面放置，提出了一種能在７．５ＧＨｚ諧振的左ｐ結(jié)構(gòu)，之后分析了逡逑

基于非對(duì)稱結(jié)構(gòu)左手村料系列研究及其天線應(yīng)用逡逑路，如圖１－３（心所示》２０丨７年，＼＾—１１１等人［３６｜設(shè)計(jì)了一款工作在２．２９－２．４２0也逡逑的左手材料結(jié)構(gòu)，應(yīng)用于天線上之后，天線增益改善了邋８．９７ｄＢ，并且縮小了天線逡逑３９％的尺寸。由此可見(jiàn)，左手材料對(duì)于天線的應(yīng)用價(jià)值十分巨大，如圖丨－３邋（ｅ）逡逑所示。同年廈門大學(xué)微波與光子課題組的程飛設(shè)計(jì)了一款單面蝴蝶形結(jié)構(gòu)的左手逡逑材料［３７１，該結(jié)構(gòu)由一對(duì)對(duì)稱的數(shù)字“９”金屬線并聯(lián)構(gòu)成，將彎折結(jié)構(gòu)的金屬線逡逑形成了等效電等離子體的金屬結(jié)構(gòu)，反向電流激勵(lì)出了磁諧振，最終得到了左手逡逑特性頻段為５．６４？６．６５ＧＨｚ的左手材料結(jié)構(gòu)，如圖１－３邋（ｆ）所示。雖然相對(duì)于傳逡逑統(tǒng)的雙面左手材料結(jié)構(gòu)，單面左手材料結(jié)構(gòu)可以有效的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，使得應(yīng)用加載逡逑更加方便，但是目前大多數(shù)研究都是基于對(duì)稱結(jié)構(gòu)的單面左手材料，依然存在可逡逑調(diào)參數(shù)少

在左手材料的應(yīng)用當(dāng)中，相對(duì)于其他微波器件領(lǐng)域，天線領(lǐng)域的應(yīng)用占據(jù)著逡逑非常大的比重＝２０１１年，Ｇａｒｇ等人把Ｃ型左手材料加載在微帶貼片上，在逡逑２．４ＧＨＡ皆振頻點(diǎn)下比較了加載前后的性能，發(fā)現(xiàn)左手材料可以提高回波損耗６ｄＢ，逡逑并且顯著的提高了天線的增益，如圖１－８邋（ａ）所示。逡逑２０１２年，Ｌｍ等人ｔ５２ｌ該左手結(jié)構(gòu)為兩個(gè)開口諧振環(huán)，通過(guò)將其填充在介質(zhì)基逡逑板，天線的長(zhǎng)度可以縮�。埃玻福�，并且天線的方向性得到了很大的改善，可以使＿逡逑得微帶天線１：作在４．６ＧＨｚ，改善了天線的輻射性能，但是天線的增益仍處于３ｄＢ逡逑以下，仍需進(jìn)一步提升，如圖１－８邋（ｂ）所示。逡逑２０１２年，Ｗａｎｇ等人提出了覆蓋左手材料的方法，該左手材料由兩個(gè)對(duì)逡逑向三角開口諧振環(huán)構(gòu)成，通過(guò)加載兩個(gè)相同的結(jié)構(gòu)，在Ｒ０６０１０基板上，可以獲逡逑得邋２－３．７ＧＨｚ，３．８－４．９ＧＨｚ，５－６．３ＧＨｚａｎｄ７．２－１０．０ＧＨｚ邋的左手特性頻段。來(lái)加載左手逡逑材料的天線的諧振點(diǎn)為５．２２ＧＨｚ和５．７５ＧＨｚ，加載左手結(jié)構(gòu)之后，天線的諧振頻逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2763803