高性能电磁特异材料及其在天线中的应用研究.pdf

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1、分类号密级注1UDC学位论文高性能电磁特异材料及其在天线中的应用研究（题名和副题名）唐明春（作者姓名）指导教师姓名肖绍球教授电子科技大学成都（职务、职称、学位、单位名称及地址）申请学位级别博士专业名称无线电物理论文提交日期2013.03论文答辩日期2013.05学位授予单位和日期电子科技大学2013年06月28日答辩委员会主席评阅人2013年月日注1注明《国际十进分类法UDC》的类号万方数据ResearchesonHigh-PerformanceElectromagneticMetamaterialandIt

2、sApplicationintoAntennaSystemsMajor:RadioPhysicsAdvisor:Prof.ShaoqiuXiaoDoctor:MingchunTangSchool:SchoolofPhysicalElectronics万方数据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它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作

3、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。签名：日期：年月日关于论文使用授权的说明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）签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要特异材料，由于其独特新颖的电磁响应特性，成为了近十余年来业

4、界的研究热点。本论文针对目前的发展现状，深度挖掘其结构响应机制，研究设计了一系列性能优越的特异材料，并将其应用在天线以及阵列设计中，提高天线相关辐射性能。与此同时，在基于特异材料的电小天线方面开展了广泛深入的研究。第二章结合目前特异材料理论与设计的发展现状，研究设计了一系列的性能优越的特异材料。一方面，以“工”字型电谐振特异材料结构为基础，分析其工作原理，结合等效电路模型和依据电谐振特异材料设计原理，通过加载等效电感、电容以及接地等手段降低其电谐振频率，实现单元小型化。同时也提出了一种结构紧凑简单、内部谐振器

5、间耦合小的折叠线状双频带电谐振特异材料。另一方面，根据传统单SRRs产生磁谐振和环间耦合的物理机制，通过加载同向单SRRs、调节两环的中心位置等手段，仿真设计出了单元结构均一简单、相邻双频位置易调谐的双频带SRRs磁谐振特异材料。进而，通过加载调谐电感臂和同向环，设计了超过传统单SRR三倍带宽的宽带磁谐振特异材料。最后，将该模型单元进行了相关测试、以及介质板损耗角对负有效磁导率的宽带不平坦度影响分析。第三章逐步尝试了将特异材料单元结构应用于天线设计中。一方面，利用第二章所发展的多频带同向SRR特异材料结构单元

6、的互补结构蚀刻在紧凑UWB天线的辐射体上。该设计不仅具有结构简单、占地面积小的优势，而且陷波结构间耦合很小、极易调节各个陷波频段以及陷波深度。进一步，分析了该UWB天线的相位响应特性，以及在整个UWB范围内该天线在时域的接收波形特性。另一方面，提出将曲折线槽式的磁谐振特异材料单元腐蚀在贴片天线地板上，使天线能够在远远低于传统贴片天线基模频点位置产生工作点，且辐射性能良好。鉴于其工作模式近似于TM120模式，将这种混合型贴片/槽天线结构的低频工作模式命名为诱导式“TM120”模。进而分析了曲折线槽周期数量对天线

7、性能的影响。同时，为了扩展该类天线的工程应用范围，将天线进行了三个方面的演绎，也即：进一步小型化、双频化、以及抑制后向辐射。第四章深入研究了微带多天线系统单元互耦、扫描盲点机理、以及单元之间的电磁场分布，并依据特异材料谐振响应工作机理，分别将SRR与CSRR相结合的周期性混合特异材料和第二章所发展的紧凑接地SRR特异材料加载于天线单元I万方数据摘要之间，均明显降低了单元间耦合，相应地提升了天线单元以及整个阵列的辐射特性。尤其针对于SRR与CSRR的混合结构，该结构不仅结构紧凑、设计简单，并且易于共形，极其有利

8、于目前的工程应用。通过加载该混合型周期性结构在多天线系统中，例如MIMO系统、超方向性天线设计、以及相控阵天线设计中，能够卓有成效地降低天线间的相互耦合，从而提高天线单元以及整个阵列的辐射性能，具有一定的潜在工程应用价值。第五章旨在发展、丰富、和提升基于特异材料概念的电小天线设计理论与技术。首先全面介绍了电小天线的相关概念和基于特异材料概念的电小天线基本理论，然后从以下三个方面开展了基于特异材料概念