基于兩種特殊結(jié)構(gòu)的左手材料單元及其天線設(shè)計.pdf

1、隨著全球信息化和科技化的高速發(fā)展，對無線通信系統(tǒng)的要求也越來越高。天線作為該系統(tǒng)中的重要部分，正朝著高增益、寬頻段、多頻帶、小型化的方向不斷發(fā)展。傳統(tǒng)的微帶天線因其損耗大、效率低等缺點限制了其在實際中的應(yīng)用。而人工電磁材料的出現(xiàn)為提高天線性能開辟了一條新的途徑，特別是具有雙負特性的左手材料，因其奇異的電磁特性而成為研究的重點。
　　本文主要針對左手材料的實現(xiàn)和在微帶天線中的應(yīng)用進行了研究，首先根據(jù)電磁場理論和電路理論相結(jié)合的方法，

2、對左手材料的實現(xiàn)原理進行了理論分析，并基于波浪和葫蘆狀結(jié)構(gòu)設(shè)計了便于調(diào)諧、雙負帶寬較寬、尺寸較小的新型單面左手材料系列單元。然后針對移動通信的實際需要，設(shè)計了兩款滿足WiMAX應(yīng)用的微帶天線，將所設(shè)計的單元結(jié)構(gòu)分別置于天線的覆蓋層、輻射貼片周邊，分析其對天線性能的影響。
　　本文主要研究工作概括為:
　　1.提出基于波浪結(jié)構(gòu)的異形環(huán)左手系列單元。首先提出一種具有較強電磁響應(yīng)的波浪結(jié)構(gòu)，并將其作為左手結(jié)構(gòu)單元關(guān)鍵的調(diào)諧部分，與

3、圓弧線、金屬棒組合形成傘狀左手單元結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的諧振頻率為6.60 GHz，雙負頻帶寬度為350 MHz。接著通過增大等效電路模型中的等效電容來實現(xiàn)降頻的方法，對上述圓弧結(jié)構(gòu)進行了變形，可將諧振頻點降低到3.60 GHz。最后在結(jié)構(gòu)中加入新的電流回路，使其與原諧振頻率相近，從而達到加強磁諧振強度和增加帶寬的目的。仿真結(jié)果表明所得結(jié)構(gòu)的反射系數(shù)最低可達-37.15 dB，雙負絕對帶寬增加37％，諧振頻點也略向低頻偏移。
　　2.

4、提出基于葫蘆狀結(jié)構(gòu)的多頻左手材料系列單元。為滿足無線通信中天線覆蓋多個頻段的需求，首先設(shè)計了一個方便調(diào)諧、具有較寬負等效介電常數(shù)頻帶的單頻“串”字型左手材料單元。利用在較強電響應(yīng)基礎(chǔ)上引入新的磁響應(yīng)從而產(chǎn)生兩個雙負特性的思路，同時通過增加等效電容實現(xiàn)降頻對上述單元結(jié)構(gòu)進行改進。所得葫蘆狀結(jié)構(gòu)可在4.40 GHz和5.60 GHz處形成兩個明顯的透射峰，說明該結(jié)構(gòu)能很好地在附近產(chǎn)生兩個雙負頻段。最后采用上面提及的加寬技術(shù)使變形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生兩個

5、相對較寬的雙負頻段:3.00-3.13 GHz、4.78-5.21 GHz，絕對帶寬分別為:130 MHz和490 MHz。
　　3.針對左手材料在微帶天線領(lǐng)域應(yīng)用的問題，本文將主要設(shè)計的基于波浪結(jié)構(gòu)的“申”字型左手材料分別加載到工作頻點為WiMAX(3.5 GHz)的微帶天線的覆蓋層、輻射貼片周邊，以此探討左手材料的加載對微帶天線性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)該左手材料制成天線覆蓋層，當與接地板的間距在半個波長附近時，才能較好地改善天線的