基于左手材料的微带漏波天线的分析

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1、中山大学硕士学位论文馈电来控制天线主波束的单双扫描形式，仅在一端馈电则为单向波束扫描，两侧同时馈电则为双向波束扫描形式。以上研究都是基于双向波束同步扫描的。此外也有文章探讨了实现双侧波束异步扫描的方法。总之，对微带漏波天线波束扫描范围和扫描方式的研究一直在进行之中[3】。除了主波束扫描范围外，微带漏波天线的小型化设计也是一个关注热点。微带漏波天线工作于工作区域内时，大部分能量以空间波的形式沿长边向外辐射。微带天线长度为有限的情况下，微带漏波天线开口端无匹配负载，由于微带线的开口效应，部分能量反射形成反射波，延长边辐射形成栅瓣。微带

2、漏波天线长度越长，能量越可以充分向外辐射，栅瓣越小，当微带线长度减小时，反射波就增大，造成栅瓣过大，影响天线的主波束扫描，而且使微带漏波天线效率降低。所以微带漏波天线的长度一股要求为4到5个波长以上[21141。在减少天线尺寸的同时保持天线辐射特性是微带漏波天线小型化时所需要解决的问题[3】。随着微波和毫米波雷达在无线移动通信、雷达防撞领域的广泛应用，研发低成本，高效率和紧凑型天线越发重要。传统的智能天线馈电结构复杂，算法繁复，大规模应用于移动通信领域有一定的困难。相比于传统的智能天线，微带漏波天线结构简单，低截面，频控主波束方向

3、可调，易于耦合，其辐射特性十分使用于移动通信。所以加强对微带漏波天线的研究，改进其性能，具有重大的现实意义。1．2应用左手材料设计漏波天线的意义左手材料(LHMs)是一种人工复合材料。左手材科(LHMs)的概念早在六十年代就由前苏联科学家Veselago[5]提出，但他只是在理论上对其进行了研究，并没有进行实物的设计。因此随后科学界对左手材料的研究进入了停滞状态。直至2001，美国加州大学SanDiego分校的DavidSmith等物理学家根据Pendry等人的建议[6】，利用以铜为主的复合材料首次制造出在微波波段具有负介电常数、

4、负磁导率的物质，他们使一束微波射入由铜环和铜线构成的人工介质，微波以负角度偏转，从而证明了左手材料的存在。这一突破掀起了对左手材料的研究热潮。第1章绪论最近几年，这种材料在固体物理、材料科学、光学和应用电磁学领域内开始获得愈来愈广泛的关注，对它的研究发展得很快。2002年7月。瑞士ETFtZ实验室的科学家们宣布制造出三维的左手材料，这将可能对电子通讯业产生重大影响，相关研究成果也发表在当月的美国《应用物理快报》上。2002年底，麻省理工学院孔金瓯教授从理论上证明了左手材料存在的合理性，并称这种人工介质可用来制造高指向性的天线【7】

5、。众多的研究成果表明，如果将左手材料应用到漏波天线的设计中，将很可能在天线的尺寸、制造成本或性能等方面取得一些新的进展，有利于促进漏波天线在移动通信领域的应用。就波束扫描范围而言，与普通天线一样，传统的微带漏波天线只能实现主波束为单波束时从边射到端射的扫描(即为00到90。的扫描)，天线单波束扫描被限制于90。的空间范围内。如果能够设计出一种漏波天线，令其波束扫描范围突破这900的空间，那么对于漏波天线的研究而言，这将是一个很大的进步。而应用基于左手材料概念的CRLH结构来设计这种漏波天线，在理论上是能够获得这样一种优异的波束扫描

6、性能的。所以。将左手材料应用到漏波天线的设计中，对漏波天线的研究具有重大的意义。将左手材料应用到天线设计也为制造新一代手机天线提供了新思路。高速发展的移动通信技术对智能天线的要求越来越高，可是现有的手机天线是无法实现定向寻找等智能化功能的。基于左手材料的单个小天线，可实现高方向性或者更大范围波束扫描，轻松达到定向目的，还能大大降低能耗。目前，国际通讯产业界等都在加紧研制左手材料，借以开发未来微波通讯器件。1．3论文的内容安排以及主要研究成果本论文包括理论研究和实际设计两方面的内容。在理论研究中，首先从左手材料的基本概念入手，讨论了

7、左手材料的构造方法，然后对微带天线的设计作了探讨，研究了微带天线设计的分析方法，接着分析了微带漏波天线的原理和基于左手材料概念的CRLH传输线结构，给出了CRLH微带漏波天线波束扫描角度的数学推论。在实际设计中，给出了CRLH微带漏波天线的具体参数，并用Ansottdesigner软件对其进行了仿真分析。结合这些研究，本文的内容安排和所得到的主要成果如下：中山大学硕士学位论文第2章主要介绍左手材料的概念、原理和构造方法，同时对左手材料的发展前景作了分析。本文所设计的漏波天线是基于左手材料概念的，本章对左手材料的原理作了理论分析，以

8、此解释其电磁性能。对于左手材料的构造方法，重点研究传输线构造法，给出了电路模型和数学推导。这些部是下文研究和设计基于左手材料漏波天线的基础。第3章对微带天线的基本理论进行了研究。首先介绍了微带天线的定义、发展状况、结构及种类，然后分析比较了微带天线