寬帶高增益負(fù)向媒質(zhì)天線研究.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)計具有更優(yōu)性能的寬帶高增益負(fù)向媒質(zhì)天線為目標(biāo)，對負(fù)向媒質(zhì)天線開展從電磁理論>數(shù)值方法>色散分析>天線工程多方面的研究。
　　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)，對介電常數(shù)與磁導(dǎo)率同時為負(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)的時域有限差分方法在左手材料的仿真中的應(yīng)用，并借此對左手材料的電磁特性做了一個定性的研究。并結(jié)合作者數(shù)值方法程序經(jīng)驗，對如何提高改善此數(shù)值計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單易行的并行計算加

3、速方法。并最終得到了一個極致高效的運(yùn)算程序。
　　色散分析方面，文中介紹了左右手混合傳輸線的基本理論，并從其表征的物理諧振類型入手剖析了左右手混合傳輸線與諧振型負(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)的色散曲線的方法，對多個負(fù)向媒質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了色散特性的研究。之后通過對原型結(jié)構(gòu)與天線中使用的結(jié)構(gòu)的負(fù)向媒質(zhì)的色散曲線的比對，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)計出了一種新的簡

4、單結(jié)構(gòu)的平面負(fù)向媒質(zhì)結(jié)構(gòu)。
　　天線工程方面，本文詳細(xì)了分析了一款寬帶高增益的負(fù)向媒質(zhì)天線的輻射與帶寬特性，剖析了天線的工作特性與原理。其后使用了文中提出的新型簡單平面負(fù)向媒質(zhì)對天線進(jìn)行改造，結(jié)合天線基本原理、表面電流分布天線分析方法等設(shè)計了幾款改進(jìn)型的天線，最終的TypeIV天線的帶寬的測量值拓展到了13GHz的帶寬水平，較原型天線的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