寬帶高增益負(fù)向媒質(zhì)天線(xiàn)研究.pdf

1、負(fù)向媒質(zhì)新特性及其應(yīng)用的研究是當(dāng)今電磁學(xué)、微波與新材料科學(xué)領(lǐng)域的前沿研究課題。但由于其損耗高、帶寬窄的缺陷，限制了負(fù)向媒質(zhì)的應(yīng)用研究。負(fù)向媒質(zhì)天線(xiàn)是其中非常有應(yīng)用前景的研究方向之一，本論文將以設(shè)計(jì)具有更優(yōu)性能的寬帶高增益負(fù)向媒質(zhì)天線(xiàn)為目標(biāo)，對(duì)負(fù)向媒質(zhì)天線(xiàn)開(kāi)展從電磁理論>數(shù)值方法>色散分析>天線(xiàn)工程多方面的研究。
　　電磁理論方面，本文首先介紹了負(fù)向媒質(zhì)的基礎(chǔ)理論，從麥克斯韋方程組出發(fā)，對(duì)介電常數(shù)與磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)值的材料的電磁特性進(jìn)

2、行了詳盡推導(dǎo)?？偨Y(jié)了其奇異特性并從物理角度闡述了其天生限制，其后介紹了變換光學(xué)在負(fù)向媒質(zhì)中的一些應(yīng)用例子。并介紹了隱身衣的一些新奇特性。
　　數(shù)值方法方面，本文介紹了色散媒質(zhì)的時(shí)域有限差分方法在左手材料的仿真中的應(yīng)用，并借此對(duì)左手材料的電磁特性做了一個(gè)定性的研究。并結(jié)合作者數(shù)值方法程序經(jīng)驗(yàn)，對(duì)如何提高改善此數(shù)值計(jì)算方法的程序代碼效率給出了具體指導(dǎo)，提出了具體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與冗余清理方法。并給出了適用與這種方法的兩種簡(jiǎn)單易行的并行計(jì)算加

3、速方法。并最終得到了一個(gè)極致高效的運(yùn)算程序。
　　色散分析方面，文中介紹了左右手混合傳輸線(xiàn)的基本理論，并從其表征的物理諧振類(lèi)型入手剖析了左右手混合傳輸線(xiàn)與諧振型負(fù)向媒質(zhì)根本的物理區(qū)別。其后使用HFSS軟件的本征模求解器求解周期結(jié)構(gòu)的色散曲線(xiàn)的方法，對(duì)多個(gè)負(fù)向媒質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了色散特性的研究。之后通過(guò)對(duì)原型結(jié)構(gòu)與天線(xiàn)中使用的結(jié)構(gòu)的負(fù)向媒質(zhì)的色散曲線(xiàn)的比對(duì)，總結(jié)出了其規(guī)律與內(nèi)在關(guān)系。并綜合使用色散媒質(zhì)中的理論與電路理論，設(shè)計(jì)出了一種新的簡(jiǎn)

4、單結(jié)構(gòu)的平面負(fù)向媒質(zhì)結(jié)構(gòu)。
　　天線(xiàn)工程方面，本文詳細(xì)了分析了一款寬帶高增益的負(fù)向媒質(zhì)天線(xiàn)的輻射與帶寬特性，剖析了天線(xiàn)的工作特性與原理。其后使用了文中提出的新型簡(jiǎn)單平面負(fù)向媒質(zhì)對(duì)天線(xiàn)進(jìn)行改造，結(jié)合天線(xiàn)基本原理、表面電流分布天線(xiàn)分析方法等設(shè)計(jì)了幾款改進(jìn)型的天線(xiàn)，最終的TypeIV天線(xiàn)的帶寬的測(cè)量值拓展到了13GHz的帶寬水平，較原型天線(xiàn)的3.2GHz帶寬幾乎提高了3倍。而其輻射特性非常出色，在端射方向的輻射特性是達(dá)到一般通信系統(tǒng)中對(duì)