高阻抗表面在平面天线中的应用研究

摘要

本论文旨在研究高阻抗表面结构在天线及天线阵列中的应用。高阻抗表面结构是电磁带隙结构中的一种，由金属和介质基板共同组成，其周期远小于工作波长，和其他电磁带隙结构一样可以抑制表面波，同时在一定的频带范围内具有同相反射的特性。由于高阻抗表面具有上述特殊性质，现已被广泛应用于微波电路和微波天线领域。多频带、宽频带、小型化的新型高阻抗表面也成为学者们的研究热点。
　　本文从高阻抗表面在天线及天线阵列中的应用出发，开展了较为深入的研究，主要的研究工作总结如下。首先，对高阻抗表面的同相反射特性和抑制表面波特性进行了分析，并针对蘑菇型高阻抗表面研究其参数对前述两种特性的影响，同时研究了斜入射时同相反射特性的变化。然后，针对单元间距较小的天线阵列，设计了宽度较窄的小型化带支节单叉形高阻抗表面，利用其抑制表面波特性降低天线之间的互耦。此外，将其应用在扫描阵列中，从而改善端口的阻抗匹配，特别是改善宽角度扫描时的驻波恶化现象，增大了扫描阵的波束扫描范围。其次，还设计了基于倒锥形的小型双频单极子天线，可以在不改变天线整体形状和尺寸的情况下灵活调节频率比;针对该双频单极子天线，设计了双频高阻抗表面，利用其同相反射特性，实现了低剖面双频天线。最后，提出了变极化高阻抗表面的概念，利用45°金属栅条以及高阻抗表面实现了极化扭转的目的;并将其应用于线极化单极子天线，在一定的频段内实现了圆极化的特性;同时，研究设计了双向变极化高阻抗表面，在此基础上实现了低剖面双频圆极化天线。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 高阻抗表面的简介

1．2 高阻抗表面的应用

1．3 本文的工作

2 高阻抗表面基本特性的分析

2．1 高阻抗的概念

2．2 同相反射特性

2．2．1 反射相位的机理

2．2．2 HFSS软件仿真计算模型与结果

2．2．3 入射波斜入射的影响

2．3 抑制表面波特性

2．3．1 表面波的产生

2．3．2 高阻抗表面阻带特性的分析

2．3．3 HFSS软件仿真计算模型及结果

2．4 结构参数的影响分析

2．4．1 结构参数对两种特性的影响分析

2．4．2 金属通孔对两种特性的影响分析

2．5 小结

3 小型化高阻抗表面在天线阵列中的应用

3．1 小型化高阻抗表面的分析与设计

3．2 高阻抗表面用于降低天线单元间互耦

3．2．1 微带天线基础及阵列理论

3．2．2 互耦的产生和影响

3．2．3 在1×2天线阵列中的应用

3．2．4 在1×8天线阵列中的应用

3．3 高阻抗表面用于改善扫描线阵的驻波特性

3．4 总结

4 双频高阻抗表面在双频低剖面单极子天线中的应用研究

4．1 基于倒锥形的双频天线的分析与设计

4．2 双频小型化高阻抗表面的分析与设计

4．3 基于双频高阻抗表面的低剖面双频单极子天线

4．4 小结

5 变极化高阻抗表面在圆极化天线中的应用

5．1 圆极化天线特性和应用

5．2 变极化高阻抗表面的分析与设计

5．3 变极化高阻抗表面用于实现线极化天线的圆极化特性

5．4 基于改进型变极化高阻抗表面的双频圆极化天线

5．5 小结

6 总结

致谢

参考文献

附录 攻读硕士期间已发表和完成的论文