基于电磁超材料的VHF/UHF天线小型化设计

摘要

天线作为通信设备中电磁波发射和接收的关键部件，尺寸过大难以满足通信系统对自身隐蔽性和整体紧凑性的要求。同时为了满足各类通讯系统之间的信息交流，要求天线能够实现多频段或者超宽带。因此，当前无线通信技术发展亟待解决的两个关键问题就是实现天线的小型化、多频段。近年来，人工电磁超材料的奇异特性为天线性能的改善提供了新的方向。鉴于此，本文分别对偶极子和微带两种形式的电小天线进行了分析与研究，主要内容如下：
　　1．首先介绍了电磁超材料的基本定义和特性，其次对CRLH传输线的等效电路模型、传输线方程、色散特性等进行了重点分析。
　　2．基于电磁超材料的VHF天线小型化设计。首先，根据设计要求，选取蝶形天线作为基础模型，并利用加载弯折线、反射腔和匹配网络的方法，实现了天线的小型化。测试结果表明该天线模型能够在小型化的基础上达到31%的相对带宽，且频带内的增益均大于1.5dBi；其次，依据左手材料的负折射特性，提出了一种NRI-TL超材料结构。该结构的加载可以使天线产生正、负阶谐振，利用所产生的负阶谐振，实现天线尺寸的进一步缩减。通过对比未加载之前的天线，尺寸减小了12.3%。
　　3．基于电磁超材料的UHF天线小型化设计。首先对零阶谐振器的基本原理和特性进行了分析；其次依据CRLH传输线的零阶谐振特性，设计了一种ENG-TL结构。该结构能够在2.599GHz处产生一个零阶谐振点来实现天线的小型化。同时，加载的互补开口谐振环（CSRR）结构，能够使天线工作在WiMAX（3.4-3.69GHz）频带；最后，通过仿真与测试结果显示，所设计的小型化多频带天线能工作在WLAN/WiMAX频段。该天线的尺寸仅有12×21×1.6mm3，易于集成，能够实现系统整体的紧凑性。

目录

第一章 绪论

§1.1 研究背景及意义

§1.2 国内外研究现状

§1.3 论文的主要内容及章节安排

第二章 电磁超材料的基本理论

§2.1 电磁超材料的基本理论

§2.2 复合左/右手传输线的基本构建和机理

§2.3 复合左/右手传输线的LC网络

§2.4 本章小结

第三章 基于电磁超材料的VHF天线小型化设计

§3.1 偶极子天线的基本理论

§3.2 VHF天线小型化的分析与设计

§3.3 VHF小型化天线的仿真与测试分析

§3.4 超材料加载的天线设计与分析

§3.5 本章小结

第四章 基于电磁超材料的UHF天线小型化设计

§4.1 零阶谐振器的基本理论

§4.2 超材料加载的天线小型化设计

§4.3 CSRR缝隙加载的天线多频化设计

§4.4 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士学位期间的主要研究成果