基于近零折射率超材料的微帶天線的設計和研究.pdf

1、現(xiàn)代通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展，使人們的日常生活得到極大的便利，同時也豐富了人們的娛樂生活。微帶天線由于體積小，重量輕并且易于集成等一系列優(yōu)點，引起了廣泛的關(guān)注，并被應用于通信技術(shù)中?，F(xiàn)代通訊系統(tǒng)對天線性能提出了更高的要求，而傳統(tǒng)的微帶天線已經(jīng)難以滿足。人工超材料(Metamaterials，MTMs)的出現(xiàn)，吸引了科學工作者的廣泛關(guān)注，近年來零折射率材料(Zero-indexmaterials，ZIMs)作為人工超材料的一個新的分支，更是引起

2、了人們的重視。零折射率材料的波束匯聚作用能夠使輻射的電磁能量定向化，應用于微帶天線中可以很大程度地提高天線的增益和定向性，從而提高微帶天線的性能。
　　本文首先介紹了微帶天線相關(guān)基本理論，接著對零折射率材料的概念、特性等相關(guān)內(nèi)容進行了介紹。由于基本電磁特性參數(shù)（介電常數(shù)和磁導率）是決定電磁波在介質(zhì)中傳播的基本特性參量，所以在第三章，對提取介電常數(shù)和磁導率的S參數(shù)提取方法做了重點介紹。在此基礎上，本文設計采用了不同單元結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)近零

3、折射率超材料，從而應用到微帶天線中。
　　本文的研究工作主要如下:
　　設計了基于近零折射率材料(Near-zero-index material，NZIM)的螺旋線左手材料微帶天線。該天線表現(xiàn)出了近零折射率效應和左手效應。通過模擬仿真并分析數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)在頻率13.78GHz處，該復合螺旋線天線與普通微帶天線相比，增益提高了3.78dB;在頻率28.02GHz處，該復合螺旋線天線與普通微帶天線相比，增益提高了7.26dB。并且

4、該復合螺旋線天線的其它性能也有較明顯的提高:具有更低的回波損耗，電壓駐波比值更接近于1。
　　設計了基于近零折射率材料的十字貼片微帶天線?；谑仲N片結(jié)構(gòu)的復合介質(zhì)板在天線工作頻率處，表現(xiàn)出近零折射率效應。經(jīng)過對該天線仿真模擬，發(fā)現(xiàn)在頻率15.57GHz處，該十字貼片天線與普通微帶天線相比，增益提高了6.35dB;在頻率28.32GHz處，該十字貼片天線與普通微帶天線相比，增益提高了3.93dB。同時，發(fā)現(xiàn)該復合天線具有更低的回波

5、損耗，電壓駐波比值也更接近于1。
　　設計了基于近零折射率材料的復合方形環(huán)覆層的微帶貼片天線。將近零折射率材料覆蓋到輻射貼片的正上方，研究近零折射率材料作為覆蓋層時對微帶天線性能的影響。同時也為了證明計算方法結(jié)果的有效性，采用了時域有限差分法(Finite difference time domain，F(xiàn)DTD)和有限元法(Finite element method，F(xiàn)EM)對天線進行模擬分析，結(jié)果表明兩種分析方法參數(shù)結(jié)果基本吻合