【摘要】：信息傳遞各個(gè)環(huán)節(jié)隨著技術(shù)的發(fā)展與研究的加深而不斷地發(fā)展進(jìn)步促進(jìn)著通信技術(shù)的不斷發(fā)展。天線作為無線通信技術(shù)中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié),承擔(dān)著極其重要的角色。而為了滿足越來越嚴(yán)苛的通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)越來越難以得到突破,這種情況下我們需要將更多研究精力投入到新材料在天線的設(shè)計(jì)與制造中去。而液體天線的概念就是新材料在天線設(shè)計(jì)中的一個(gè)非常重要的研究方向。水作為日常生活中最常見的材料,在天線設(shè)計(jì)中具有極其獨(dú)特與優(yōu)越的特性,利用其具有的流動(dòng)性實(shí)現(xiàn)天線在諸如頻率、方向圖、極化方式等方面的可重構(gòu)特性。利用其較高的介電常數(shù)可以將其視為電壁的特性,將其作為傳統(tǒng)金屬貼片的理性替代。利用其具有的較高的介電常數(shù),將其作為一種高介電常數(shù)介質(zhì)諧振器,能夠有效地減小天線的物理尺寸。本論文主要以高介電常數(shù)的液體作為傳統(tǒng)天線中金屬貼片結(jié)構(gòu)或者介質(zhì)諧振器結(jié)構(gòu)的替代材料設(shè)計(jì)天線,實(shí)現(xiàn)天線的小型化,可重構(gòu)特性,在此目標(biāo)基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究如何增加液體天線的帶寬,減小液體天線的介質(zhì)損耗實(shí)現(xiàn)液體天線的高效率特性,具體工作如下:1、設(shè)計(jì)了一款寬帶高效率液體倒F型天線。利用高介電常數(shù)的介質(zhì)在電磁場中等效為電壁這一物理屬性設(shè)計(jì)貼片天線,天線的輻射部分與短路部分都采用非金屬低介電常數(shù)的透明亞克力材料包裹純凈水構(gòu)成,相比較傳統(tǒng)的金屬貼片天線,液體貼片天線具有更寬的帶寬,也克服了液體天線輻射效率低的弊端,同時(shí),構(gòu)建天線所使用的材料均為廉價(jià)易得的常見材料,天線的成本相比較傳統(tǒng)的金屬天線更為低廉。2、設(shè)計(jì)了一款應(yīng)用于數(shù)字電視頻段的水介質(zhì)加載頻率可重構(gòu)E型貼片天線。通過在下層金屬上開縫改變天線的電流分布實(shí)現(xiàn)天線的雙模設(shè)計(jì),在E型金屬貼片上方加載一個(gè)方形液態(tài)水的介質(zhì)諧振器,通過改變液體水的高度,一方面可以影響E型金屬的兩個(gè)基礎(chǔ)模式,調(diào)節(jié)天線的匹配,另一方面可以在較高頻段產(chǎn)生新的介質(zhì)諧振模式,實(shí)現(xiàn)天線頻率的可重構(gòu)特性,能夠?qū)崿F(xiàn)覆蓋數(shù)字電視的490-615MHz頻段。3、設(shè)計(jì)了一款寬帶高效率液體貼片天線。利用高介電常數(shù)的介質(zhì)在電磁場中等效為電壁這一物理屬性設(shè)計(jì)貼片天線,將高介電常數(shù)的水作為貼片,與地板之間形成一個(gè)類似金屬腔體的環(huán)境,通過增加旋轉(zhuǎn)對稱結(jié)構(gòu)引入新的新的模式,實(shí)現(xiàn)了天線的寬帶設(shè)計(jì),天線能夠?qū)崿F(xiàn)47%(2.02GHz-3.26GHz)的相對帶寬,并且具有較高介質(zhì)損耗的水介質(zhì)并未參與天線的輻射,所以有效的減小了能量損耗實(shí)現(xiàn)了高輻射效率的設(shè)計(jì),天線帶寬內(nèi)的輻射效率為78%-82%。
【圖文】：

導(dǎo)體天線一般被看作絕緣體，但是加入導(dǎo)電離子后就成為導(dǎo)體，這就使得液態(tài)在導(dǎo)體與絕緣體之間切換導(dǎo)電性。加入導(dǎo)電離子變?yōu)閷?dǎo)體后，液體的的特性，，成為天線設(shè)計(jì)中金屬輻射部分的有效替代。將導(dǎo)電的離子液設(shè)計(jì)中的構(gòu)想始于 2005 年 Ewananovil Paraschakis 所在團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的一他們首先提出了“離子液體天線”這一液體天線概念。天線的結(jié)構(gòu)如圖基本模型為一個(gè)單極子天線，總體的設(shè)計(jì)思路是將導(dǎo)電海水作為單極代，在 SMA 探針的頂端加載金屬螺母和金屬圓盤作為饋電設(shè)計(jì)，饋一個(gè)由低介電常數(shù)的非導(dǎo)體 PVC 材料為容器包裹的海水單極子中，加了金屬部分在饋電設(shè)計(jì)中的使用，有效的解決了單純海水單極子天成的熱損耗較多，導(dǎo)致天線輻射效率低的問題。文章同時(shí)研究了液體單極子的直徑以及高度等因素對天線的帶寬和中心頻率的影響。

圖 1- 2 直徑 25mm 高度 40mm 濃度 35ppt 時(shí)天線的回波損耗圖 1- 3 直徑 25mm 高度 80mm 濃度 35ppt 時(shí)天線的回波損耗狀態(tài)下的天線性能，一個(gè)是在不加鹽水時(shí)，單純的率為 2GHz，天線的-10dB 工作帶寬只有約 500MH 時(shí)在加入鹽水濃度為 35ppt 之后，天線的中心頻率效的改善，能夠覆蓋 1GHz 左右的-10dB 工作帶寬 顯示的是直徑 25mm 高度 80mm 濃度 70ppt 時(shí)天線
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN826

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本文編號(hào)：2603835