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历经了 130年的发展历史,天线家族如今已日趋完善和壮大,不同种类的天线已经在各领域中发挥着举足轻重的作用。现如今,电磁超材料作为电磁学领域最热门的研究课题,其最重要和最具有前景的工程应用之一就是天线的设计。电磁超材料因其超越自然材料属性的特性,为天线的发展注入了新鲜血液,打破了传统材料天线中许多约定俗成的规则,天线的结构设计更加灵活多样,各项性能指标也越来越高。超表面作为超材料领域的新兴发展方向,同样在天线设计上有着无限的潜力。本文主要设计了两款加载超表面的高性能天线,并针对其做了以下研究:本文结合均匀型和梯度型超表面的特点,分别将两种超表面应用在了可穿戴式天线和高增益天线的设计中。穿戴式天线需要天线具有较低电磁波吸收率,往往需要在天线后方加上反射背腔,而传统背腔需要与馈源天线保持半波长的距离,这样就使得天线剖面过大。本文中设计的均匀型超表面具有特定的阻抗特性,能直接加载在所设计的贴片天线背后,天线整体剖面不及工作波长的十分之一,满足了穿戴式天线所需要的低剖面要求。加载超表面后还使得天线获得了 5.06 ～ 5.27 GHz和5.68 ～ 5.84 GHz两个工作频段,电磁波吸收率也抑制到了 0.1 W/kg以下,远低于最低安全标准。利用梯度型超表面的奇异反射特性,本文设计了一种电磁波汇聚型的超表面,用以取代传统抛物面天线中的抛物型反射面。馈源天线为一个贴片天线,向超表面辐射球面波,球面波经梯度超表面的奇异反射转化为平面波,这一过程将天线的增益大小由6.5 dB提高至20.3 dB,同时天线的半功率波束宽度从85.9°降低至13°。相比于传统抛物形反射面,本文设计的梯度超表面更加便于制作、运输和封装,它可以被平齐地安装在建筑物或舰船的表面,或做成车体共形,其在国防、航天等领域有着广阔的应用前景。