基于超材料多频天线的研究

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1、硕士学位论文基于超材料多频天线的研究METAMATERIALBASEDMULTI-BANDANTENNA刘畅哈尔滨工业大学2016年6月I国内图书分类号：TN713+.5学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文基于超材料多频天线的研究硕士研究生：刘畅导师：祁嘉然副教授申请学位：工学硕士学科：电磁场与微波技术所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学IClassifiedIndex:TN713+.5U.D.C:621DissertationfortheMa

2、sterDegreeinEngineeringMETAMATERIALBASEDMULTI-BANDANTENNACandidate：LiuChangSupervisor：AssociateProf.JiaranQiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectromagneticFieldandMicrowaveTechnologyAffiliation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringD

3、ateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnologyI哈尔滨工业大学工学硕士论文摘要超材料是目前一个很热的研究课题，同时多频天线具有尺寸小，成本低等优点，所以在通信领域具有广泛的应用价值。当超材料被应用在多频天线中，就为天线的发展注入了新鲜的元素。本文的主要内容是研究基于超材料的多频天线，旨在设计多频多模天线。本文的主要研究内容如下：首先设计了基于互补环谐振腔（CSRR）和复合左/右手式传输线（CRLH）的三频天线

4、，分析了CSRR和CRLH的工作原理，建立了它们的等效的电路图结构，然后针对于我所设计的天线结构，进行仿真并分析结果，调整天线的匹配结构，改善天线的阻抗特性，对于–10dB工作带宽，天线在三个工作频率下分别为3.85~4.01GHz，5.46~6.76GHz，和7.986~8.121GHz，相对带宽分别为4%，21.28%，和1.7%。然后根据天线的表面电流的仿真结果，利用复合左/右手式传输线理论，在天线的三个工作频带上分别得出了天线的等效的电路图结构，从理论上对天线的工作原理进行分析。最后完成对天线的实物加工，并完成

5、对天线的辐射特性和阻抗特性的测量，与仿真结果进行对比，结果吻合良好，并分析了小误差产生的原因。接下来设计了两种基于超材料的双频式圆极化的天线。同轴馈电的双频式圆极化的天线利用了同轴线进行单点馈电，微带线馈电的双频式圆极化的天线利用了微带带条进行馈电，并完成了天线阻抗的匹配。对于同轴线单点馈电的微带天线，首先完成了天线的几何模型的设计，通过CST进行仿真，建立了天线的双频圆极化的工作模式，通过天线结构的微调，对天线进行优化。然后分析了超材料天线的产生原因，利用金属圆片上的缝隙形成了左手式电容结构，利用贴片与地板之间的过孔

6、形成了左手式电感，从而形成了天线的超材料结构，在这部分基础上，画出了天线的等效的电路图模型，分析了包括双频的产生原因与圆极化的产生原因。然后，对于用微带线来馈电的微带天线，同样首先完成了天线的几何模型的设计，接下来利用仿真结果对天线的结构进行微调，达到优化的目的。天线的–10dB带宽是2.085~2.089GHz和2.310~2.343GHz，增益为2.6dB和6.3dB。对于微带线馈电的双频式圆极化的天线，一样的是利用金属圆片上的缝隙形成了左手式电容结构，但对于天线的电感，则是利用金属帖片上两个I哈尔滨工业大学工学硕

7、士论文互相垂直的金属短棒形成的，通过微调金属短棒之间的夹角，使得在天线上形成夹角为90°的电流，从而实现了天线的圆极化。天线的–10dB带宽是2.17~2.20GHz和2.45~2.46GHz，增益为8.1dB和7.4dB。关键词：超材料；多频天线；CSRR；CRLH；圆极化II哈尔滨工业大学工学硕士论文AbstractMetamaterialiscurrentlyahotresearchtopic.Andmulti-bandantenna,withasmallsizeandlowcost,thereforebeago

8、odcandidateforcommunication.Whenmetamaterialisusedinmulti-bandantenna,itprovidesnewelementsforantennadevelopment.Themaincontentofthispaperistostudytheimpedanceandradi