牛兵建—基于复合左右手传输线的宽带高效率天线研究.pptVIP

/MicroElec 信息科学与技术学院 研究生学位论文答辩 基于复合左右手传输线的宽带高效率天线研究 学生：牛兵建 导师：冯全源 教授 专业：通信与信息系统 时间：2014.05.17 主要内容 绪论 1 基于ENG传输线的双频融合宽带天线设计 4 基于ENG传输线的宽带双频天线设计 3 基于CRLH传输线的宽带高效率天线设计 5 复合左右手传输线及电小天线理论 2 1.绪论 1.绪论 未来无线通信天线标准： 多频段、宽频带、小尺寸、性能优良、价格低廉和易于集成 集成化、小型化 多功能、大容量 1.绪论 超材料： A composite or structured material that exhibits properties not found in naturally occurring materials or compounds. 左手材料 复合左右手传输线 光子晶体 磁性材料 金属铁磁体 手性媒质 铁媒质线 颗粒媒质 V. G. Veselago D. R. Smith G. V. Eleftheriades T. Itoh E. Yabnolovitch S. John 1.绪论 超材料的奇异特性： 负折射效应（Negative Refraction Index）、逆契伦科夫辐射（Reversed Cerenkov Radiation）、逆多普勒效应（Reversed Doppler Effect）、完美透镜效应和相位补偿特性等。 常规材料 左手材料 相位补偿特性 左手材料 常规材料 负折射效应 1.绪论 超材料在天线中的应用： 1.利用左手材料构造亚波长谐振器，从而实现天线的小型化； 2.利用折射率为负和零的特性，改善天线的定向辐射； 4.利用相位补偿特性，提高天线的辐射效率。 利用左手材料提高电小天线的辐射效率 目前面临的技术难点： 1. 普遍面临着带宽窄和效率低下的问题，限制了它们在现代无线通信系统中的应用； 2.因此开展宽带高效率天线的研究，具有重要的研究价值； 2.复合左右手传输线理论 CRLH传输线： 右手传输线 左手传输线 CRLH传输线 2.复合左右手传输线 CRLH传输线的波动方程： 其中传播常数 该方程描述了传输线每个微元上电压和电流的变化规律，由此可以解得传输线上任意点的电压和电流，以及它们间的关系。 2.复合左右手传输线 CRLH传输线的三种实现类型： DNG ENG MNG 2.复合左右手传输线 CRLH传输线的相位常数： 谐振条件： 或 其中 谐振模式 电场分布 2.复合左右手传输线 零阶谐振器原理可调谐及带宽拓展技术： 终端开路的ENG传输线 谐振频率： 相对带宽： 由此可以看出，ZOR的谐振频率和带宽仅与单元模型的LL和CR有关，与单元结构的物理尺寸无关。这意味着ZOR天线可以非常小。 2.复合左右手传输线 一阶谐振器原理及带宽拓展技术： 终端开路的ENG传输线 谐振频率： 相对带宽： 由公式看出，LL和CR相当于并联关系。 FOR的谐振电路可以等效为并联谐振回路。 FOR的谐振频率和带宽仅与单元模型的LL, LR和CR有关，与物理尺寸无关。 增大LL和CR可以拓宽天线带宽。 2.天线小尺寸、宽频带与辐射效率的矛盾 尺寸与带宽 天线尺寸减小，使得带宽减小 尺寸与辐射效率 天线尺寸减小，使得增益和效率降低 天线设计过程中应折中考虑尺寸、带宽与效率的关系 难点：在保持天线小尺寸的同时，如何获得宽带和高效率特性 带宽与辐射效率 天线带宽增大， 使得效率降低 3.基于ENG传输线的宽带双频天线 非对称共面波导传输线设计： 与CPW相比，信号线与两侧金属地板之间的缝隙宽度是不相同的，ACPW增加了额外的设计变量，使其具有更广泛的设计灵活性。 该传输线具有简单紧凑、无过孔、易于集成、损耗低和电抗参数易调节等优点。开展基于ACPW馈电的超材料天线研究具有重要的意义。 ACPW传输线的物理尺寸参数（单位:mm） 0.6 2 6.3 50 22 g2 g1 wf W L 3.基于ENG传输线的宽带双频天线 天线结构 天线结构主要由信号贴片、ACPW金属板和短路弯折线等三部分组成。 ACPW结构提供了很大的设计自由度和广泛的优化空间，易于改变电抗参数，以实现宽带双频特性。 该天线具有简单紧凑、易于集成、加工方便和成本低等优点。 3.基于ENG传输线的宽带双频天线 ZOR模式表面电流分布 3.基于ENG传输线的宽带双频天线 天线测试环境： Agilent network analyzer E5071C EM anechoic chamber SEMA-1B 3.基于ENG传输线的宽带双频天线 阻抗特性： ZOR模式：1.