基于左手材料的矩形环分形微带天线研究

通过将矩形环分形天线嵌入到左手材料中,形成一种基于左手材料的矩形环分形微带天线。采用有限元法对该复合天线进行分析和仿真,发现基于左手材料的矩形环分形微带天线在各频段增益明显增大,同时具有较低的回波损耗和电压驻波比,实现了较好的匹配性,且有效地改善了天线的性能。由此可以看出基于左手材料的矩形环分形微带天线在移动通信、卫星通信以及航空航天等领域具有潜在的应用价值。     

基于左手介质的小型微带天线

用左手材料设计一种宽频带并且电尺寸小的微带天线,先用开口谐振环和金属杆设计出左手材料,并把它放在微带天线的基板中,利用左手材料的相位补偿特性实现了宽带微带天线的小型化设计。数值仿真结果表明,工作于10．5GHz时,加载了左手材料的微带天线的物理尺寸被大大减小了,天线尺寸从下降到0．21λ,突破了传统微带天线的半波长限制,并且相对带宽增加了5．31％,实现了微带天线的小型化设计。     

基于左手材料的微带阵列天线设计

设计出一种由两个六边形开口谐振环组成的电磁超材料单元,这种新型的电磁超材料单元实现了左手特性。然后优化出一个中心频率为16 GHz的二元阵列微带天线,将左手材料单元置于辐射贴片周围,利用三维电磁仿真软件HFSS对其进行优化仿真,最终制作了一款加载左手材料的微带阵列天线。仿真及实测结果表明,在相同的工作频率下,加载了左手材料的阵列天线与普通阵列天线相比,其谐振点的回波损耗由-32.7 dB减小到-59.7 dB,同时在低频产生了谐振点,实测其旁瓣得到了有效的缩小,主瓣变窄,方向性增强,增益由8.3 dB增加到8.8 dB,提高了天线的多项性能指标,且实测回波损耗与仿真曲线吻合较好,在16 GHz处的增益图与仿真对比大致相同。     

基于SRR的二阶方环滤波器小型化设计

移动通信的飞速发展为微波元件的小型化提出了更高的要求,左手材料因为其负介电常数和负磁导率的特性而被广泛用于天线和滤波器的小型化设计中,SRR作为左手材料的基本构成,用于设计三种基于其原理的二阶微带带通滤波器。文中滤波器具有依次降低的中心频率,代表滤波器尺寸的缩减。其中具有串联叠层式谐振结构的滤波器尺寸为单层结构滤波器尺寸的11%,表现出较好的小型化效果。仿真与实测结果吻合较好,验证了文中结构的可行性。     

基于左手材料提高微带天线方向性的研究

左手材料是介电常数和磁导率全为负值的新型人工合成电磁材料,在其中传播电磁波的群速度与相速度方向相反。利用左手材料的平板透镜聚焦特性,可以改善天线的辐射性能,提高天线的方向性。在此利用左手材料这一特性设计出基于左手材料的微带天线。研究结果显示,加载左手材料以后的微带天线半功率束宽减小29°。验证了左手材料能够提高天线方向性这一特性。     

基于超材料结构实现5.8GHz RFID天线小型化设计

设计出一款可应用于RFID（Radio Frequency Identification）系统的5.8GHz传统矩形微带天线,天线辐射贴片尺寸为15.74mm×11.12mm,天线的回波损耗（S11）的实测结果为-23.276dB。此后,在矩形微带天线基础上进行设计改进,通过分别蚀刻15个超材料结构I型谐振环和6个超材料结构开口谐振环(Split Resonant Ring, SRR),构造出两款新型小型化天线。与传统矩形天线相比,在保持方向性、最大增益等参数性能基本不变的条件下,基于超材料结构的天线辐射贴片尺寸分别为12.44mm×9.12mm 和11.74mm×9.1mm,相比传统矩形天线分别缩小了35.2%和41.82%,辐射贴片小型化效果明显,其回波损耗实测结果分别为-21.83dB 和-15.40dB。     

一种基于超材料的小型化宽带微带天线

分别将创新设计的“四方形”超材料单元和周期条形缝隙蚀刻在普通微带天线的辐射贴片和接地板上,设计了工作在3.67~14.17 GHz 的一种小型化宽带高增益微带天线。与原始的天线相比,新型天线的谐振中心频率降低了44.8%,相对带宽从2.7%扩展到243.1%,同时保持了良好的增益。实物测试结果与仿真结果吻合较好。因为超材料的左手传输特性影响了微带天线介质基板的等效媒质参数,导致天线的辐射场主要集中在水平方向,而不是传统的微带天线的垂直方向。     

基于新型互补开口谐振环的小型多频微带天线

基于提出的一种新型的具有超材料性质的互补开口谐振环,设计了一款小型多频带微带天线。首先设计了一个工作于6 GHz频段的微带天线,然后在此天线的金属接地板上刻蚀新型的互补开口谐振环。利用三维电磁仿真软件HFSS分别对新型的互补开口谐振环和加载互补开口谐振环的天线进行仿真分析,并最终设计了一款小型化的天线。仿真分析结果表明,在相同的谐振频率下,加载了新型互补开口谐振环的小型化天线的尺寸与普通天线相比,尺寸减小了25.85%,并且在6 GHz,7.07 GHz,7.73 GHz三个频率处产生了谐振,实现了天线的小型化和多频化。     

基于准分形CSRR结构的低RCS微带天线

基于Koch曲线设计出一种准分形互补开口谐振环结构。研究表明该结构具有小型化、高电磁损耗及谐振频点灵活可控的特点。将该结构加载到普通微带天线接地板上,在保证天线辐射性能的同时实现了天线带外雷达散射截面积的有效缩减。仿真和测试结果表明,新型微带天线前向增益仅损失0.22 dB,在QF-CSRR结构谐振频点,RCS最大减缩达到26.2 dB。     

基于LTCC超材料基板的小型化V波段毫米波微带天线设计

本文介绍了一种基于LTCC超材料（metamaterials）基板的小型化V波段毫米波微带天线设计。通过HFSS仿真软件获得LTCC超材料基板的S参数,使用改进的S参数提取方法获得材料的等效介电常数和磁导率。利用LTCC超材料替代普通介质基板,实现了毫米波微带天线的小型化,并与常规介质基板天线的性能进行了对比。     

CRLH结构微带天线的小型化设计研究

运用分层媒质格林函数结合矩量法对复合左右手（Composite Right/left-handed CRLH）结构微带天线进行了准确的数值计算,由于CRLH结构在匹配性能上的不足,该结构天线在S参数性能上很难达到要求。该文提出利用量子遗传算法对CRLH结构微带天线的虚地结构进行了编程优化,大大改善了CRLH结构微带天线的S参数,对优化获得的小型微带天线进行加工制作,测试结果较为理想,并得出：改变虚地的形状、大小不仅可以优化天线的S参数,而且可以改变天线的第一谐振频率。从而为实现CRLH结构微带天线的宽频化、多频化提供了一定的理论支持。     

基于IQGA-SMOM的微带天线的优化设计

详细介绍了谱域矩量法(SMOM)中V矩阵的快速求取,重点论述了改进的量子遗传算法与谱域矩量法的结合,并采用直接矩阵操作技术(DMM)实现对微带天线的优化设计.最后数值结果与商业软件(HFSS)结果的比较说明了算法的有效性.     

基于特征模分析的超表面天线小型化设计

将超表面结构作为天线的辐射单元,可以降低天线剖面,拓展其带宽,并改善其辐射性能。特征模分析的方法可以用来揭示超表面天线的小型化机理并提供设计思路。基于此方法,设计了3个小型化的超表面天线,并进行了仿真验证。3个超表面天线的辐射单元尺寸分别减小到0.53λ₀×0.51λ₀,0.50λ₀×0.49λ₀和0.35λ₀×0.29λ₀,与4×4方形贴片单元构成的超表面天线相比,尺寸均缩减了20%以上,实现了超表面天线的小型化。     

基于微带结构双左手频带左手材料的研究

介绍了混合左右手材料传输线的传输特性和分析方法。混合左右手材料的两个通带分别出现在2.5 GHz和6 GHz处。通过仿真获得S₁₁、S₂₁和色散曲线,从理论上验证了左手特性的存在。具有双左手频带的左手材料将在未来四频器件中得到广泛应用。     

基于FDTD的相控微带天线阵设计与分析

针对相控微带天线阵设计、分析过程的复杂性,提出了用时域有限差分法(FDTD)对微带天线阵进行建模,用仿真软件Emp ire获取数据,结合直线阵理论和传输线理论导出相应的公式,用M atlab进行数据处理的设计、分析方法。用该方法设计了一个七单元相控微带天线直线阵。优化设计后,分析了动态反射系数、方向图等。通过实例将该方法分析结果与仿真曲线进行了对比,其吻合程度验证了该方法的准确性。研究表明,这种方法有利于相控微带天线阵的快速设计。     

Design and Experiment on Differentially-Driven Microstrip Antennas

Design and experiment is given of differentially-driven microstrip antennas. First, the design formulas to determine the patch dimensions and the location of the feed point for single-ended microstrip antennas are examined to design differentially-driven microstrip antennas. It is found that the patch length can still be designed using the formulas for the required resonant frequency but the patch width calculated by the formula usually needs to be widen to ensure the excitation of the fundamental mode using the probe feeds. The condition that links the patch width, the locations of the probe feeds, and the excitation of the fundamental mode is given. Second, the wideband techniques for single-ended microstrip antennas are evaluated for differentially-driven microstrip antennas. A novel H-slot is proposed for differentially-driven microstrip antennas to improve impedance bandwidth. Third, the effects of imperfect differential signal conditions on the performance of differentially-driven microstrip antennas are investigated for the first time. It is found that they only degrade the polarization purity in the -plane with an increased radiation of cross-polarization. Finally, both differentially-driven and single-ended microstrip antennas were fabricated and measured. It is shown that the simulated and measured results are in acceptable agreement. More importantly, it is also shown that the differentially-driven microstrip antenna has wider impedance bandwidth of measured 4.1% and simulated 3.9% and higher gain of measured 4.2 dBi and simulated 3.7 dBi as compared with those of measured 1.9% and simulated 1.3% and gain of measured 1.2 dBi and simulated 1.2 dBi of the single-ended microstrip antenna.     

基于HFSS的小型圆极化GPS微带天线设计与仿真

设计了一种GPS小型圆极化微带方形贴片天线。通过表面开槽的方法来减小天线尺寸和提高天线的整体性能,达到小型化的目的。通过切角的方法实现天线圆极化的工作方式。利用HFSS仿真软件对天线的各项参数做了具体的优化分析,给出了各个参量变化对天线性能的具体影响,对以后进一步研究双频或多频圆极化天线具有一定的参考意义。设计的GPS微带天线比同频下圆极化微带天线尺寸减小了20%,S₁₁参数在中心频率1.575 GHz处为-17 dB,频带宽度和轴比都有所提高,满足GPS的应用要求。     

一种应用于WLAN的左手材料微带天线设计

通过在贴片上刻蚀不对称的U型缝隙和引入两组短路针接地,设计了一种多频小型化微带天线.加载平面型左手材料覆层到微带天线贴片上方,进一步构建一种各项性能均能满足WLAN技术要求的左手材料微带天线.本设计的左手材料微带天线不仅覆盖了WLAN的所有高低频段,而且具有良好的方向性,可为无线通信系统实际应用提供参考.