超材料天線是近年來電磁學(xué)領(lǐng)域新穎的研究,以其獨特的多頻帶、寬帶、小型化、高增益特性受到了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。透射陣列天線是一種新型的陣列天線設(shè)計,有著出色的高增益輻射性能以及設(shè)計制造的靈活性,近年來一直是專家學(xué)者們研究的重點。本文首先從超材料天線與透射陣列天線的發(fā)展歷史以及研究現(xiàn)狀分析了這兩種天線的特點與研究趨勢,并研究了復(fù)合左右手傳輸線式超材料(Composite Right/Left Handed transmission-line,CRLH-TL)的工作頻帶特性以及透射陣列天線的工作與設(shè)計原理。接著設(shè)計了四款寬帶高增益天線,每一種天線都有其各自的特點。本文主要完成以下工作:(1)設(shè)計了一款工作于5.4-8.2GHz的寬帶高增益蘑菇型CRLH-TL天線�；贑RLHTL的多頻特性以及基片集成波導(dǎo)(Substrate integrated waveguide,SIW)的原理,在寬帶多頻的蘑菇型CRLH-TL型天線基礎(chǔ)上引入了基片集成波導(dǎo)腔體,擴寬了天線的阻抗帶寬并提高了天線增益。該天線實現(xiàn)了實測5.4-8.2GHz工作頻帶內(nèi)最高9.5dBi的增益,其實測結(jié)果與仿真較為吻合,驗證了該設(shè)計的出色性能。(2)基于透射陣列天線工作原理,設(shè)計了一款工作于16GHz的單頻透射陣列天線和工作于16GHz、27GHz的雙頻透射陣列天線。兩種三層純金屬透射陣單元皆具有寬頻率通帶、低透射損耗特性且均能在工作頻段實現(xiàn)360度相位調(diào)控�；趦煞N單元進(jìn)行了透射陣列天線的設(shè)計。雙頻透射陣列天線在16GHz、27GHz分別實現(xiàn)了27.8dBi、26.9dBi的仿真增益,對應(yīng)口徑效率分別為78%、22%,具有極好的雙頻高增益性能;另一種單頻透射陣列天線經(jīng)加工測試在16GHz取得了26.9dBi增益與64%口徑效率,并取得了14%的1dB增益帶寬以及低于-45dB的交叉極化電平。該設(shè)計的測試與仿真結(jié)果基本吻合,驗證了該設(shè)計的可行性與出色性能。(3)設(shè)計了兩種雙層低剖面透射陣單元,兩種單元均采用雙層0.5mm介質(zhì)板設(shè)計,整體剖面僅有3.5mm,且在頻率通帶內(nèi)皆實現(xiàn)了接近360°的相位調(diào)控能力。單元1的對稱結(jié)構(gòu)對于不同極化入射波均具有較好的適應(yīng)性,單元2基于單元1進(jìn)行改進(jìn),具有較好的單極化性能�；趩卧�2進(jìn)行了初步的透射陣列天線設(shè)計以及測試,該天線在14GHz取得了22.8dBi的測試增益、19%的1dB增益帶寬以及低于-35dB的交叉極化電平,與仿真結(jié)果較為吻合,驗證了該單元良好的性能。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN820
【部分圖文】：

第一章 緒論口諧振環(huán)結(jié)構(gòu)在電等離子頻率以及磁等離子頻率下，其等效負(fù)值，該理論為超材料的設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。隨后的幾年ith 團(tuán)隊將周期排列的金屬桿與開口諧振環(huán)相結(jié)合，首次使了等效介電常數(shù)與磁導(dǎo)率均為負(fù)的特性，標(biāo)志著超材料在自lby 團(tuán)隊于 2001 年設(shè)計出了二維的左手超材料，并首次觀理現(xiàn)象。2003 年，超材料由于其奇特的特性被《科學(xué)》雜志果。

學(xué)的 D.R.Smith 團(tuán)隊將周期排列的金屬桿與開口諧振環(huán)相結(jié)合，首次使該材料結(jié)計頻率實現(xiàn)了等效介電常數(shù)與磁導(dǎo)率均為負(fù)的特性，標(biāo)志著超材料在自然界中的現(xiàn)。R.A.Shelby 團(tuán)隊于 2001 年設(shè)計出了二維的左手超材料，并首次觀測到了與理相反的物理現(xiàn)象。2003 年，超材料由于其奇特的特性被《科學(xué)》雜志列為當(dāng)年科學(xué)研究成果。圖 1-1 人工制造的開口諧振環(huán)型超材料

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文-3 所示，這種周期性蘑菇型結(jié)構(gòu)最早由 Sievenpiper 提出用來設(shè)計高阻抗表面[12]，da 分析了該結(jié)構(gòu)的等效電路模型并推斷該結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是一種 CRLH-TL 結(jié)構(gòu)，具手材料的性質(zhì)，在該結(jié)構(gòu)中上層貼片之間的互相耦合產(chǎn)生串聯(lián)電容，金屬通孔產(chǎn)生電感從而形成等效左手傳輸線結(jié)構(gòu)。
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 薛飛;寬帶雙頻微帶反射陣及寬帶透射陣天線研究[D];中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 代黎明;超材料在微帶天線小型化設(shè)計中的應(yīng)用研究[D];西南交通大學(xué);2012年

2 葉俊;基于超材料理論的新型微帶天線設(shè)計與研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

3 趙娜;左手材料微帶天線的研究[D];西安電子科技大學(xué);2010年

本文編號：2871261