基于周期性結(jié)構的天線技術研究.pdf

1、無源電磁周期性結(jié)構(PassiveElectromagneticPeriodicStructures:PEPSs))作為人工電磁材料的一般實現(xiàn)方式，現(xiàn)已廣泛應用于微波和天線領域。例如采用一維周期性結(jié)構實現(xiàn)的CRLHTL(CompositeRight/Left-HandedTransmissionLine:CRLHTL)，可將其應用于小型化微波濾波器中；以及采用二維周期性結(jié)構實現(xiàn)的人工磁導體AMCs(ArtificialMagneticC

2、onductors:AMCs)和頻率選擇性表面FSSs(FrequencySelectiveSurfaces:FSSs)，在低剖面、高增益天線應用中有著巨大的應用前景。因此，進一步深入研究周期性結(jié)構在天線中的應用具有重大的意義。本文通過理論分析與實踐結(jié)合的方式，著重研究了幾種周期性結(jié)構，探討了周期性結(jié)構在天線小型化、陷波特性、低剖面和高增益等方面的應用。作者的主要研究工作和成果可以概括為：
　　1.研究了一維有限周期性結(jié)構的色散特

3、性提取技術。針對元胞間僅存在弱耦合的情形，提出了高效的單元胞法；而當元胞間存在強耦合效應時，根據(jù)具體元胞是否滿足對稱或互易特性分別提出了均勻等效法和宏元胞法。
　　2.設計了基于零階諧振的低剖面高效率天線。首先分析了CRLHTL的零階諧振特性及其LC集總網(wǎng)絡實現(xiàn)。然后分析了折疊偶極子的阻抗提升效應，并且設計了基于零階諧振的低剖面折疊單極子天線，采用兩元的MTM(Metamaterials:MTM)元胞加載，實現(xiàn)折疊單極子的同相饋電

4、，并且使其阻抗提升為原來的4倍，簡化了天線的匹配方式。最后設計了一種基于零階諧振的縫隙加載的負?天線，對兩MTM元胞和四MTM元胞的天線結(jié)構，分別采用耦合饋電和階梯阻抗饋電方式，不僅簡化了天線的饋電結(jié)構，同時實現(xiàn)了低Q值高效率輻射。
　　3.設計了多種具有陷波特性的超寬帶印刷單極子天線。首先設計了分別在輻射貼片或地板上引入倒“L”和倒“C”縫隙以實現(xiàn)單陷波特性，或同時在這兩者地方引入倒“L”或倒“C”縫隙實現(xiàn)雙陷波特性，并且分析其

5、工作原理以及給出相應的等效電路。最后設計了基于周期性結(jié)構的蘑菇EBG的單陷波超寬帶天線，在3.5GHzf?實現(xiàn)較好的陷波特性。
　　4.設計了基于CRLHTL的串饋圓極化陣列天線。首先分析了CRLHTL的傳輸線理論及其LC集總網(wǎng)絡實現(xiàn)，然后設計了基于CRLHTL零階諧振特性的1分6路串饋功分器，實現(xiàn)了功分器的小型化，進而分析了矩形單臂螺旋天線的特性，設計了波束傾斜的矩形單臂螺旋天線，并結(jié)合串饋陣設計出串饋圓極化天線陣列。
　

6、　5.研究了基于Fabry-Perot諧振腔的PRS(PartiallyReflectiveSurface:PRS)低剖面高增益天線。首先通過研究AMC在TE模式和TM模式情況下的表面阻抗來分析AMC結(jié)構的反射相位特性和表面波帶隙特性，進而從結(jié)構上對AMC進行參數(shù)化分析，得到諧振頻率隨主要參數(shù)的增大而降低，同相反射帶寬隨主要參數(shù)的增大而變小的特性，同時研究AMC結(jié)構的小型化、寬帶化和多頻化。最后結(jié)合AMC結(jié)構設計基于Fabry-Pero