基于复合左/右手传输线的天线小型化技术研究

摘要

通信系统小型化、大容量的发展趋势要求进一步缩小天线尺寸，拓展天线带宽，这对天线设计者来说是一个极大的挑战。在传统方法难以改善天线性能的情况下，电磁超介质凭借其奇异的电磁特性为天线研究领域开辟了一个新方向，其中复合左/右手（CRLH）传输线作为一种传输线形式的电磁超介质，因其具有独特的色散特性被引入到了天线的小型化设计中。基于此，本论文将CRLH传输线结构应用于UHF频段谐振型天线上，研究了实现天线宽带小型化的方法,论文主要内容包括:
　　1、简要阐述了CRLH传输线的基本理论，分析了CRLH传输线的传播特性,并讨论了CRLH传输线的LC网络实现方式及其对称型LC网络单元的色散特性。
　　2、左手偶极子天线的宽带化技术研究。首先根据 CRLH传输线的非线性色散特性，分析了加载的LC元件值对天线谐振特性的影响，然后研究了周期性、非周期性加载方式以及渐变式结构对天线频带特性的影响。在周期性加载中，通过调整加载的LC元件的值，减小CRLH传输线色散曲线的斜率，缩小天线的两个负数阶谐振模式的频率间距，从而使得两个谐振点发生融合，展宽天线的带宽。在周期性加载的基础上，提出了一种非周期性加载方式，获得了比周期性加载方式更宽的带宽。为了改善天线的输入阻抗特性，进一步提出了一种渐变式 CRLH传输线结构，分析了由这种结构构建的偶极子天线的输入阻抗与渐变角度之间的关系，设计了总长度为0.19λ0的四单元左手偶极子天线，其中心频率为570MHz，|S11|≤-10dB的阻抗带宽达到6.85％。
　　3、“蘑菇”型CRLH小天线的宽带小型化技术研究。研究分析了一种三单元“蘑菇”型 CRLH小天线，通过缩小接地板尺寸，有效地拓展了天线的带宽，所设计的天线满足|S11|≤-10dB的阻抗带宽达到85%，覆盖了Wi-Fi和WiMAX三个频段。同时提出了一种改进的“蘑菇”型CRLH零阶谐振天线，通过在传统的“蘑菇”型CRLH结构单元上加载平面螺旋线，有效地增加了左手电感量，降低了天线的谐振频率，显著地缩小了天线的尺寸。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景及意义

§1.2 国内外发展与研究现状

§1.3 论文的主要内容及章节安排

第二章 复合左/右手传输线的基本理论

§2.1 构造左手传输线的理论依据

§2.2 复合左/右手传输线的传播特性

§2.3复合左/右传输线的LC网络

§2.4 本章小结

第三章 基于CRLH传输线的宽带小型化偶极子天线

§3.1偶极子天线基本特性分析

§3.2 左手偶极子天线的结构和特性分析

§3.3 左手偶极子天线的宽带化研究

§3.4 左手偶极子天线的性能比较

§3.5 本章小结

第四章 基于“蘑菇”型CRLH结构的小天线的研究

§4.1 “蘑菇”型CRLH天线的分析

§4.2适用于Wi-Fi和WiMAX通信的CRLH宽带小型化天线

§4.3 改进“蘑菇”型CRLH零阶谐振天线

§4.4 本章小结

第五章 结束语

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果