基于SRR-CSRR結(jié)構(gòu)的平面天線研究.pdf

1、開口諧振環(huán)（SRR）結(jié)構(gòu)自從被提出以來(lái)，就成為了廣大研究人員的研究熱點(diǎn)。它不但可以作為人工超材料的構(gòu)成單元，還可以應(yīng)用在濾波器等微波器件的設(shè)計(jì)中，特別是它在天線領(lǐng)域的應(yīng)用更是尤為多見。天線作為當(dāng)代通信系統(tǒng)中必不可少的模塊，具有輻射和接收電磁波的功能，其性能的優(yōu)劣將直接決定整個(gè)系統(tǒng)能否正常工作。所以，如何將SRR這種高性能、易集成、低成本的結(jié)構(gòu)應(yīng)用在常用的微波天線中是一個(gè)十分有意義和挑戰(zhàn)性的課題。本文利用SRR結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，加工和實(shí)測(cè)了多款微

2、波天線，具體工作內(nèi)容如下：
　　一、超寬帶陷波天線研究和設(shè)計(jì)
　　1.首先推導(dǎo)并驗(yàn)證了 UWB平面天線的初值公式，提出了火炬型輻射貼片和弧形地板的設(shè)計(jì)方法，該方法不僅可以優(yōu)化阻抗匹配還能實(shí)現(xiàn)小型化。然后基于天線表面電流，矢量電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布狀態(tài)，采用了在輻射單元上蝕刻同向三環(huán)CSRR（Complementary Split Ring Resonator）和在饋線兩側(cè)加載對(duì)稱的SRR的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)四陷波。并通過(guò)分析天線的端口阻抗

3、，等效電路模型，諧振器尺寸和加載位置以及表面電流狀態(tài)，闡述了頻率抑制的原理。實(shí)測(cè)結(jié)果表明同向開口CSRR能夠有效地應(yīng)用在尺寸受限的天線上，同時(shí)天線工作頻段為2.5-12 GHz（131％），滿足UWB的要求，并且在3.5 GHz，5.2 GHz，5.8 GHz，8 GHz達(dá)到了陷波效果。
　　2.基于單極子天線理論和矢量電流分布狀態(tài)，分析了上述四阻帶天線單極化的工作特性，進(jìn)而利用單元合理布局的設(shè)計(jì)方法得到了一款兩單元彼此正交的極化

4、分集天線和一款四元天線。結(jié)果表明該方法使得天線無(wú)需加載額外的解耦結(jié)構(gòu)就可以獲得高隔離度，在3.1-10.6 GHz范圍內(nèi)，天線的S21都低于-20 dB。
　　3根據(jù)對(duì)稱天線在對(duì)稱面處的磁壁效應(yīng)，設(shè)計(jì)了 P形輻射單元，這種對(duì)稱切半的結(jié)構(gòu)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)角度分集和小型化。天線的尺寸僅為21mm×25mm（0.33λg×0.39λg），小于大部分同類型天線。然后基于對(duì)同向矩形CSRR結(jié)構(gòu)的諧振特性和表面電流的分析，提出了一種新型的三陷波結(jié)

5、構(gòu)，該結(jié)構(gòu)十分緊湊并且在3.5 GHz，5.6 GHz，7.8 GHz具有良好的陷波效果。最后，設(shè)計(jì)并分析了CSRR地縫和類T形地枝這兩個(gè)去耦結(jié)構(gòu)，實(shí)測(cè)表明天線的隔離度提高了約13 dB。
　　二、高隔離度MIMO天線研究和設(shè)計(jì)
　　1.基于對(duì)倒F天線和曲流法技術(shù)的分析，采用了C形槽和L形寄生枝節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)雙頻帶和小型化。此外在空間受限的情況下，通過(guò)在地板上加載兩個(gè)緊湊型的LSRR（Labyrinth split-ring re

6、sonator）結(jié)構(gòu)來(lái)提高隔離度，并分析了該結(jié)構(gòu)的媒質(zhì)參數(shù)，數(shù)量，尺寸以及表面電流，闡述了抑制耦合的原理。根據(jù)上述方法設(shè)計(jì)的雙頻天線在兩個(gè)工作頻段內(nèi)的S21都低于-25 dB，2.46 GHz的隔離度為47 dB。
　　2.通過(guò)分析雙頻倒F天線的工作特性，提出了雙層L形枝節(jié)的多頻帶實(shí)現(xiàn)方法，該方法能夠有效地提高三頻天線面積的利用率。由于天線單元間距更小，因此采用了另一款結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單緊湊的 LSRR作為去耦單元。通過(guò)散射參數(shù)提取法和波

7、導(dǎo)仿真模型得到兩款 LSRR的媒質(zhì)參數(shù)并進(jìn)行了對(duì)比分析。實(shí)測(cè)結(jié)果表明天線在三個(gè)工作頻段內(nèi)的S21都低于-20 dB，2.42 GHz的隔離度為35 dB。
　　3.基于對(duì)單負(fù)磁導(dǎo)率材料的帶阻電磁傳輸特性的分析，設(shè)計(jì)了一種雙頻去耦結(jié)構(gòu)即在輻射單元間加載兩種SRR諧振器。根據(jù)該方法設(shè)計(jì)了一款雙頻MIMO天線，重點(diǎn)分析了SRR結(jié)構(gòu)的尺寸、加載數(shù)量、加載位置對(duì)互耦抑制的影響，并闡述了減小耦合的原理。實(shí)測(cè)結(jié)果表明該天線在兩個(gè)工作頻段內(nèi)的S2