基于周期性結(jié)構(gòu)的天線技術(shù)研究.pdf

1、無源電磁周期性結(jié)構(gòu)(PassiveElectromagneticPeriodicStructures:PEPSs))作為人工電磁材料的一般實(shí)現(xiàn)方式，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于微波和天線領(lǐng)域。例如采用一維周期性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的CRLHTL(CompositeRight/Left-HandedTransmissionLine:CRLHTL)，可將其應(yīng)用于小型化微波濾波器中；以及采用二維周期性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的人工磁導(dǎo)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(yīng)用中有著巨大的應(yīng)用前景。因此，進(jìn)一步深入研究周期性結(jié)構(gòu)在天線中的應(yīng)用具有重大的意義。本文通過理論分析與實(shí)踐結(jié)合的方式，著重研究了幾種周期性結(jié)構(gòu)，探討了周期性結(jié)構(gòu)在天線小型化、陷波特性、低剖面和高增益等方面的應(yīng)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(gòu)的色散特

3、性提取技術(shù)。針對(duì)元胞間僅存在弱耦合的情形，提出了高效的單元胞法；而當(dāng)元胞間存在強(qiáng)耦合效應(yīng)時(shí)，根據(jù)具體元胞是否滿足對(duì)稱或互易特性分別提出了均勻等效法和宏元胞法。
　　2.設(shè)計(jì)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(luò)實(shí)現(xiàn)。然后分析了折疊偶極子的阻抗提升效應(yīng)，并且設(shè)計(jì)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(shí)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(shè)計(jì)了一種基于零階諧振的縫隙加載的負(fù)?天線，對(duì)兩MTM元胞和四MTM元胞的天線結(jié)構(gòu)，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(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了低Q值高效率輻射。
　　3.設(shè)計(jì)了多種具有陷波特性的超寬帶印刷單極子天線。首先設(shè)計(jì)了分別在輻射貼片或地板上引入倒“L”和倒“C”縫隙以實(shí)現(xiàn)單陷波特性，或同時(shí)在這兩者地方引入倒“L”或倒“C”縫隙實(shí)現(xiàn)雙陷波特性，并且分析其

5、工作原理以及給出相應(yīng)的等效電路。最后設(shè)計(jì)了基于周期性結(jié)構(gòu)的蘑菇EBG的單陷波超寬帶天線，在3.5GHzf?實(shí)現(xiàn)較好的陷波特性。
　　4.設(shè)計(jì)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(luò)實(shí)現(xiàn)，然后設(shè)計(jì)了基于CRLHTL零階諧振特性的1分6路串饋功分器，實(shí)現(xiàn)了功分器的小型化，進(jìn)而分析了矩形單臂螺旋天線的特性，設(shè)計(jì)了波束傾斜的矩形單臂螺旋天線，并結(jié)合串饋陣設(shè)計(jì)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(gòu)的反射相位特性和表面波帶隙特性，進(jìn)而從結(jié)構(gòu)上對(duì)AMC進(jìn)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(shí)研究AMC結(jié)構(gòu)的小型化、寬帶化和多頻化。最后結(jié)合AMC結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于Fabry-Pero