基于超表面的低剖面印刷天线设计

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近年来,随着无线技术的发展和用户需求的提升,无线设备对天线性能的要求越来越高。很多情况下,天线载体平台的空间高度有限,只能使用剖面较低的天线。因此,低剖面天线成为了近年来天线设计的新方向。在研究低剖面定向辐射天线的过程中,人工磁导体(AMC)结构因其具有反射相位可调节的特性受到了研究人员的青睐。经过金属板反射的平面波与入射波之间有固定的相位差,因而金属反射板通常被放置在天线下方约四分之一波长处,而AMC结构的相位差可调节特性能够缩小AMC表面与天线的间距,实现降低天线剖面的目的。在无线设备日益小型化、低剖面化的发展趋势下,基于AMC结构的低剖面天线具有很高的实际应用价值。因此,本文对基于超表面的低剖面天线进行了研究。论文的主要研究内容可以概括为下列几个部分:1.设计了一款基于AMC的宽带低剖面环槽天线。首先,设计了一种加载环形及十字形槽的AMC单元。其次,基于此种AMC表面,本文设计了一款低剖面定向天线。在天线的整体结构中,上层环槽天线使用了共面波导(CPW)馈电结构使其介质基板的下表面不存在金属。因此,环槽天线能够与AMC表面直接相贴,天线整体的剖面高度得到了进一步降低。仿真与实测数据表明,该天线工作在5.02-7.28 GHz频段,在实现定向辐射的同时,其剖面高度仅为0.05λ_L(λ_L为工作频段的最大波长)。2.设计了一款基于AMC的宽带低剖面圆极化缝隙天线。该天线由CPW馈电的缝隙天线和方形贴片AMC表面构成。其中,上层的缝隙天线通过两个方向相反的缝隙辐射圆极化波,而在其下方放置的AMC表面能够使天线整体获得定向辐射特性。通过对天线参数进行分析及优化,最终,天线整体的高度仅为0.077λ_L,且可以获得较宽的轴比带宽。天线的测试与仿真结果表明,该低剖面圆极化天线工作在5.75-7.45GHz频段,工作带宽为25.8%。3.设计了一款基于AMC的宽带低剖面圆极化平面单极子天线。该天线通过在CPW馈电的平面单极子天线下方引入AMC结构,以较低的剖面高度获得了定向辐射特性。其中,上层的平面单极子天线通过不对称的地平面和开槽矩形环结构辐射圆极化波。仿真与测试结果表明,该天线工作在4.39-5.27 GHz频段,工作带宽为18.2%,且剖面高度仅为0.058λ_L。
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