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题名:
亚波长人工结构材料对天线的辐射特性影响研究
作者: 黄成
学位类别: 博士
答辩日期: 2011-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 罗先刚
关键词: 亚波长人工结构材料 ; 周期沟槽 ; 定向辐射 ; 天线
学位专业: 测试计量技术与仪器
中文摘要: 本论文的核心是亚波长人工结构材料在天线中的应用,通过对人工材料结构的仿真设计,来调制和操控天线辐射出的电磁波,从而实现天线性能的提升。研究内容涵盖了两个方面:基于表面等离子体的金属微结构材料天线和基于覆层型的人工结构材料天线。针对上述天线在设计中存在的一些问题,开展了卓有成效的研究,提出了若干建设性的解决思路,为进一步推进亚波长人工结构材料在天线中的实际应用尽了绵薄之力。论文的主要内容与结论如下:
(1)以传统的亚波长金属周期沟槽结构为基础,设计了微波波段亚波长周期沟槽结构的H面缝隙阵列天线,在实现beaming效应的同时,提高了天线的口径效率;提出了人工电磁软表面结构与亚波长金属周期沟槽结构相集成的表面结构,将其用于矩形波导宽边耦合缝隙阵列天线中,降低了天线的副瓣,抑制了后向辐射,从而提高了天线的前后比;在微带天线中,利用集成沟槽结构对表面波的调制,实现了高方向性,高前后比的辐射特性。
(2)针对传统的亚波长周期沟槽结构天线口径大、效率低的问题,设计出了介质加载型亚波长沟槽结构,并在此基础上提出了一种新型的面激元辐射模式,可以用来指导紧凑型亚波长周期沟槽结构天线的设计,并同时拓展了亚波长沟槽结构在天线中的应用范围:提出了一种利用亚波长沟槽结构抑制阵列天线中阵元之间互耦的方法,并分别在缝隙阵列,微带阵列天线中得到了实验验证。此外提出了一种利用亚波长沟槽结构构造的人造辐射次源来改变传统阵列天线中阵元间距排布的方法。这种方法能使传统阵列天线E面和H面的阵元间距拉大到一倍波长以外,而无明显的旁瓣,从而打破了传统阵列阵元排布小于波长要求的限制。
(3)针对覆层型亚波长人工结构材料天线带宽较窄的问题,提出了在材料中引入多个谐振单元的思路,并分别构造出了双频负折射率的人工结构材料和双频定向辐射的覆层型人工结构材料天线。基于Pendry提出的等离子体频率调制模型,设计出了双频双极化定向辐射的覆层型人工结构材料天线。此外还提出了另一种拓展天线带宽的方法,通过在人工结构材料中引入有源器件,来调控天线的工作频率。
语种: 中文
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.ioe.ac.cn/handle/181551/594
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黄成. 亚波长人工结构材料对天线的辐射特性影响研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011.
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