基片集成波导和超材料在天线中的应用研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION（电子科技大学图标）论文题目基片集成波导和超材料在天线中的应用研究学科专业电磁场与微波技术学号201011020151作者姓名卫杰指导教师徐建华教授万方数据分类号密级公开注1UDC学位论文基片集成波导和超材料在天线中的应用研究（题名和副题名）卫杰（作者姓名）指导教师徐建华教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业电磁场与微波技术提交论文日期2013.10论文答辩日期2013.12学位授予单位和

2、日期电子科技大学2013年12月24日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据APPLICATIONRESEARCHOFSUBSTRATEINTEGRATEDWAVEGUIDEANDMETAMATERIALONANTENNAADoctoralDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:ElectromagneticFieldandMicrowaveTechnologyAuthor:WeiJieAdvisor:Prof.JianhuaXuS

3、chool:SchoolofElectronicEngineering万方数据ABSTRACT独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和

4、借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日4万方数据摘要摘要现代无线电系统的飞速发展促使天线系统朝着高性能、小型化、轻量化、低成本、易于集成和多功能的方向发展。新形势下，机遇与挑战并存，这在客观上要求天线研究领域不断地引入一些新的设计理念与技术。基片集成波导(SubstrateIntegratedWaveguide,SIW)技术和超材料(Metamaterial)都是电磁界近些年来新兴的研究热点。本文正是致力于SIW和

5、Metamaterial在天线设计中的应用研究，在深入分析当今SIW和Metamaterial理论和天线技术原理的基础上，对高性能SIW缝隙阵列、复合左右手(CompositeRightandLeftHanded,CRLH)波导非等距缝隙阵列、零折射率天线罩和高阻抗传输线的设计方法与应用进行了一系列研究。本文主要内容和结论概括如下：1.大型SIW缝隙阵列天线的设计与优化方法研究在设计大型、高增益、窄波束、低副瓣的SIW缝隙阵列线或面阵时，往往会遇到工作带宽太窄、成品率较低、设计周期较长，有时甚至无法实现的问题（尤其是在高频段）。针对这些问题，提出了基于改进的Elliott方程，

6、综合利用Hfss、CST和MATLAB软件的SIW宽边纵缝阵列天线的高效设计与优化方法，并提出了阵列稀疏化的设计方法，稀疏化方法可以简化设计、展宽带宽、降低加工工艺要求等。2.高性能小型SIW缝隙阵列天线的设计在天线小型化设计中，后瓣抑制一直是设计工作的重难点之一。针对这一问题，本文以高前后比小型SIW缝隙阵列天线为研究对象，提出了一种通用的平面双模扼流介质衬底，它通过抑制平面天线表面波的边缘绕射，减小天线的后瓣，以及更有效地控制副瓣电平。3.基于SIW的高性能紧凑型车载雷达天线的设计针对24GHz车载雷达天线具有增益高、窄波束、低副瓣、工作频率高和结构紧凑的特点，本文采用了多

7、层垂直耦合的馈电网络和稀疏的缝隙辐射阵列。同时，因口径尺寸受限，而为进一步提高阵列的方向性，并降低缝隙单元外部耦合，本文提出了加载开缝金属壁或Meta零折射率天线罩等十分具有针对性的设计方法，最终实现了既定的设计目标。4.基于CRLH波导的非等距缝隙阵列的研究根据CRLH传输线的无线波长特性，提出了一种基于CRLH波导的非等距缝隙阵列。CRLH波导的无线波长特性确保了任意位置的开缝单元都能实现同相激I万方数据摘要励，为非等阵的实现提供了宿主传输线。通过对非等距阵的综合、仿真和实验研究，验证了