复合左右手传输线型微带漏波天线的设计与研究

摘要

在雷达及无线通信系统中，天线阵列通常采用相移器或控制形成的数字波束来实现波束扫描。然而这种波束扫描方式占用空间大、成本较高，不符合小型化、低成本的设计理念。本文所设计的复合左右手传输线型微带漏波天线采用无相移的方式来实现天线的波束扫描，波束方向随着频率的变化而变化，并且改变传统漏波天线仅能实现前半空间扫描的局限性，拓展漏波天线的扫描范围至全空间，同时在各个波束方向上的能量也较为均匀。其板材采用生产中最常用的FR-4板材，尺寸仅为0.69λ0×0.093λ0，满足了小型化和低成本的要求。
　　本文首先回顾了微带天线的基本理论和传输线理论，并分析了左手材料的电磁传播特性和原理。接下来着重介绍了复合左右手传输线的基本原理，通过在普通传输线上人工加载并联电感和串联电容，构成其传输结构的基本物理模型，并进一步研究了其基本电路模型和物理结构。
　　考虑到传输线的阻抗以及与接地平面之间的导纳，本文在理想的复合左右手传输线等效模型的基础上建立了一种有耗等效电路模型，并据此提出了一种基于谐振频率的参数提取方法来精确的描述多节复合左右手传输线结构，并通过仿真软件研究了其物理模型及等效电路模型的一致性，从而验证了本文所提出的这种新的参数提取方法。
　　本文根据此种新的等效模型设计制作了三款复合左右手传输线型微带漏波天线的天线实物，并利用网络分析仪对它们的S参数进行了测量，结果证明全波仿真模型、电路仿真模型以及天线实物的测量结果具有非常良好的一致性。为了进一步对复合左右手传输线型微带漏波天线的空间波束扫描特性进行研究，本文分别对三款漏波天线进行了远场辐射特性的仿真以及实物测试，最终得出了平衡状态下的复合左右手传输线型微带漏波天线在不同波束方向上具有更加均匀的辐射特性的结论。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 微带漏波天线研究背景

1.2 左手材料的研究背景

1.3 电磁软件仿真介绍

1.4 研究意义与章节安排

第2章 微带天线的基本理论

2.1 微带天线简介

2.2 微带天线的辐射原理

2.3 微带天线的激励方式

2.4 分析方法概述

2.5 微带漏波天线的辐射原理

2.6 本章小结

第3章 CRLH传输线的基本原理

3.1 左手材料

3.2 传输线基本原理

3.3 CRLH传输线基本原理

3.4 本章小结

第4章 CRLH传输线型漏波天线仿真设计及改进

4.1 CRLH传输线型漏波天线原理

4.2 CRLH传输线型漏波天线设计及改进

4.3 CRLH传输线型漏波天线仿真分析

4.4 本章小结

第5章 天线实物制作和辐射特性研究

5.1 CRLH型漏波天线的实物制作

5.2 CRLH-TL型漏波天线实测分析

5.3 CRLH-TL型漏波天线的辐射特性研究

5.4 本章小结

第6章 结论和展望

6.1 本文结论

6.2 未来展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文