加載特異媒質的微帶天線的輻射特性的分析與研究
發(fā)布時間：2021-06-12 07:41
自人工電磁材料的概念提出以來,就引起了高度關注。人工電磁材料是一種亞波長單元構成的周期或非周期結構,可以具備很多自然界中的物質所不具備的特性,能夠有效地改善光學或微波器件的性能。在人工電磁材料的設計中,變換光學理論是很有力的研究手段,可以更直觀地尋找設計所需要的材料參數。本文將利用人工電磁材料和變換光學原理來研究和分析天線的輻射特性,主要的工作內容如下:（1）以拓展圓形貼片天線全向模式的帶寬作為研究的目標,利用變換光學理論推導出介質板上材料參數的連續(xù)分布特性。然后又從場的角度對其進行了分析,得出另外兩種材料的分布特性。通過仿真驗證,加入上述超材料后均能夠有效地提高貼片天線的帶寬。其中利用變換光學理論設計的圓形貼片天線的帶寬提升到了43.9%。（2）以設計貼片天線的覆蓋板來實現(xiàn)多波束為研究目標,首先對變換光學所推導出的材料參數進行從三維到二維的簡化,通過仿真驗證了簡化后的材料特性與簡化前的材料特性一致。（3）對上述研究所推到出材料參數進行離散近似,并利用電諧振單元構造了一種多層超表面結構,放置在貼片天線上,實現(xiàn)了多波束輻射。綜合以上內容分析可知,人工電磁材料與變換光學理論的結合,將會對天...
【文章來源】：北京交通大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：79 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖２－１根據／／與Ｓ值對材料進行分類［２７］??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ａｒｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ?ａｃｃｏｒｄｉｎｇ?ｔｏ?／ｊ．?ａｎｄ??
％?ｓｉｎ?碭＝％?ｓｉｎ?沒２?（２－１）??其中，化和化分別為入射角和折射角。如圖２－４所示：??＼０１?；?ｙ?＼ｅｉ?Ｉ?ｙ?！??右手材料左手洲???右手材料?＼?＾?左手材料??？２＼?＼??ａ）?＇?ｂ）?ｃ）??圖２－４?ａ）兩種材料均為右手材料ｂ）右手材料到左手材料ｃ）左手材料到左手材料??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?ａ）?Ｂｏｔｈ?ｍｅｄｉａ?ａｒｅ?ｒｉｇｈｔ－ｈａｎｄｅｄ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｂ）?Ｆｒｏｍ?ｒｉｇｈｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｔｏ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ??ｍａｔｅｒｉａｌ?ｃ）?Ｆｒｏｍ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｔｏ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ??除了以上應用，它最引人注目的屬性如超分辨率成像ｉ２８】、逆多普勒效應，完美??透鏡等。也正是這些別具一格的反常特性，使超材料的應用領域比較廣泛。??２．２坐標變換方法??當傳統(tǒng)材料越來越滿足不了人們的需求時，菲斯拉格的發(fā)現(xiàn)重新吸引了人們??的注意。他發(fā)現(xiàn)的超材料是材料設計方法上的重大創(chuàng)新，對新一代信息技術、新能??源技術、微細加工技術、國防技術等領域產生較為深遠的影響。但是由于技術原因，??對超材料的研宄大多停留在實驗室內。２００６年，Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ在論文中提出了一種能??夠操控電磁波的理論，該理論被后來的學者稱為變換光學。變換光學的提出，極大??地推動了超材料的發(fā)展
從上圖可以看出，當ＴＥ平面波均勻入射到變換后的圓形區(qū)域時，電磁波繞過??隱身區(qū)域后又成功恢復到原來的傳播路徑上。從原理上來說，該圓形區(qū)域能夠填入??任何物體。此理論雖然很早就提出了，但是使用的材料參數是經過數學推導的，由??于過于完美而遲遲未能做出真正意義上的隱身衣。到目前為止，國內外的科學家依??然在對其進行深入的研究，相信在不久的未來，一定能夠看到真正的隱身衣。??另外，變換光學既然能夠通過設計材料參數來操縱電磁波，那么對于天線這個??導波系統(tǒng)而言，原理上也是可以被設計的。天線己有一百多年的發(fā)展歷史，理論己??趨于完善，用傳統(tǒng)的方法來提高天線性能略顯疲軟。自從變換光學提出以來，科研??人員在＋斷的將理論進行完善，同時相繼出現(xiàn)了很多關于天線領域的研宄［３“３３］。??共形天線這個概念從提出以來就被人重視，它早期被應用到軍事領域，如導彈、??衛(wèi)星、戰(zhàn)機等設備上。而實驗室中，關于共形天線最為簡單的應用就是隱形地毯。??由于共形天線體積小的特點，可近似成一平面，因而它即可以很好的滿足空氣動力??學又能減小軍用設備的散射面積。這些優(yōu)勢使得共形天線在國防及軍事引起了高??度重視。另外，隨著研究學者的深入研究，變換光學與共形天線結合不再僅限于應??用到國防領域，其在民用通信中也有較好的發(fā)展。它可以作為通信設備被安裝到衣??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]變換光學透鏡天線研究進展[J]. 曹尚文,周永江,程海峰. 中國光學. 2017(02)
博士論文
[1]各向異性材料中的波：隱身衣、旋轉衣和聲子晶體[D]. 陳煥陽.上海交通大學 2008
碩士論文
[1]寬帶全向天線的研究[D]. 劉文博.西安電子科技大學 2017
[2]基于各向異性電磁超表面的多波束輻射與極化調控研究[D]. 劉艷青.東南大學 2016
[3]小型化超寬帶微帶天線研究[D]. 尹成龍.西安電子科技大學 2014
[4]Meta等效媒質理論及其在天線設計中的應用[D]. 王瑞.西安電子科技大學 2010
[5]用改進的方法提取人工電磁材料的等效電磁參數[D]. 侯伶利.蘭州大學 2008
本文編號：3226220
【文章來源】：北京交通大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數】：79 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖２－１根據／／與Ｓ值對材料進行分類［２７］??Ｆｉｇｕｒｅ?２－１?Ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ａｒｅ?ｃｌａｓｓｉｆｉｅｄ?ａｃｃｏｒｄｉｎｇ?ｔｏ?／ｊ．?ａｎｄ??
％?ｓｉｎ?碭＝％?ｓｉｎ?沒２?（２－１）??其中，化和化分別為入射角和折射角。如圖２－４所示：??＼０１?；?ｙ?＼ｅｉ?Ｉ?ｙ?！??右手材料左手洲???右手材料?＼?＾?左手材料??？２＼?＼??ａ）?＇?ｂ）?ｃ）??圖２－４?ａ）兩種材料均為右手材料ｂ）右手材料到左手材料ｃ）左手材料到左手材料??Ｆｉｇｕｒｅ?２－４?ａ）?Ｂｏｔｈ?ｍｅｄｉａ?ａｒｅ?ｒｉｇｈｔ－ｈａｎｄｅｄ?ｍａｔｅｒｉａｌｓ?ｂ）?Ｆｒｏｍ?ｒｉｇｈｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｔｏ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ??ｍａｔｅｒｉａｌ?ｃ）?Ｆｒｏｍ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｔｏ?ｌｅｆｔ?ｈａｎｄ?ｍａｔｅｒｉａｌ??除了以上應用，它最引人注目的屬性如超分辨率成像ｉ２８】、逆多普勒效應，完美??透鏡等。也正是這些別具一格的反常特性，使超材料的應用領域比較廣泛。??２．２坐標變換方法??當傳統(tǒng)材料越來越滿足不了人們的需求時，菲斯拉格的發(fā)現(xiàn)重新吸引了人們??的注意。他發(fā)現(xiàn)的超材料是材料設計方法上的重大創(chuàng)新，對新一代信息技術、新能??源技術、微細加工技術、國防技術等領域產生較為深遠的影響。但是由于技術原因，??對超材料的研宄大多停留在實驗室內。２００６年，Ｊ．Ｂ．Ｐｅｎｄｒｙ在論文中提出了一種能??夠操控電磁波的理論，該理論被后來的學者稱為變換光學。變換光學的提出，極大??地推動了超材料的發(fā)展
從上圖可以看出，當ＴＥ平面波均勻入射到變換后的圓形區(qū)域時，電磁波繞過??隱身區(qū)域后又成功恢復到原來的傳播路徑上。從原理上來說，該圓形區(qū)域能夠填入??任何物體。此理論雖然很早就提出了，但是使用的材料參數是經過數學推導的，由??于過于完美而遲遲未能做出真正意義上的隱身衣。到目前為止，國內外的科學家依??然在對其進行深入的研究，相信在不久的未來，一定能夠看到真正的隱身衣。??另外，變換光學既然能夠通過設計材料參數來操縱電磁波，那么對于天線這個??導波系統(tǒng)而言，原理上也是可以被設計的。天線己有一百多年的發(fā)展歷史，理論己??趨于完善，用傳統(tǒng)的方法來提高天線性能略顯疲軟。自從變換光學提出以來，科研??人員在＋斷的將理論進行完善，同時相繼出現(xiàn)了很多關于天線領域的研宄［３“３３］。??共形天線這個概念從提出以來就被人重視，它早期被應用到軍事領域，如導彈、??衛(wèi)星、戰(zhàn)機等設備上。而實驗室中，關于共形天線最為簡單的應用就是隱形地毯。??由于共形天線體積小的特點，可近似成一平面，因而它即可以很好的滿足空氣動力??學又能減小軍用設備的散射面積。這些優(yōu)勢使得共形天線在國防及軍事引起了高??度重視。另外，隨著研究學者的深入研究，變換光學與共形天線結合不再僅限于應??用到國防領域，其在民用通信中也有較好的發(fā)展。它可以作為通信設備被安裝到衣??
【參考文獻】：
期刊論文
[1]變換光學透鏡天線研究進展[J]. 曹尚文,周永江,程海峰. 中國光學. 2017(02)
博士論文
[1]各向異性材料中的波：隱身衣、旋轉衣和聲子晶體[D]. 陳煥陽.上海交通大學 2008
碩士論文
[1]寬帶全向天線的研究[D]. 劉文博.西安電子科技大學 2017
[2]基于各向異性電磁超表面的多波束輻射與極化調控研究[D]. 劉艷青.東南大學 2016
[3]小型化超寬帶微帶天線研究[D]. 尹成龍.西安電子科技大學 2014
[4]Meta等效媒質理論及其在天線設計中的應用[D]. 王瑞.西安電子科技大學 2010
[5]用改進的方法提取人工電磁材料的等效電磁參數[D]. 侯伶利.蘭州大學 2008
本文編號：3226220
本文鏈接：http://www.sikaile.net/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/3226220.html
