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新型左手材料的设计及其在5G MIMO天线中的应用

黄涛  
【摘要】:左手材料属于人工超材料的一种,不存于自然界中。与普通材料相比,左手材料具备很多奇异的电磁特性,因而受到众多科学家的关注和研究,越来越多新型的左手材料被设计出来。目前的左手单元结构大多为左右对称的,其优点在于结构简单、应用范围广等,但却也限制了单元结构的设计空间。因此,对于非左右对称左手结构的研究也日益增多。另外,目前左手材料在5G MIMO天线方面的研究比较少,更多的是集中在超宽带、WLAN和WIMAX频段,因而左手材料在5G MIMO天线方面具有很大的探索空间。本论文的主要工作内容如下:1.先提出了一款左右循环耦合勺状左手单元结构,再对其进行改进,在内部加载了另一磁谐振回路,加强了其磁谐振强度,达到缩小尺寸并提高其空间利用率的效果。然后又对原勺状单元结构做了另一种改进,形成钩状左手单元结构,进一步加强了其磁谐振效应以及提高其空间利用率。最后,通过在钩状单元结构外部再加载两个钩状结构,形成双重左右循环钩状左手材料,实现了双左手频带。2.提出了一款组合型左手单元结构。先是设计了两种具有互补双单负频段的左手单元结构作为单元“0、1”,单元“0”分别在2.6 GHz和3.5 GHz附近具有等效负磁导率和等效负介电常数,而单元“1”分别在2.6 GHz和3.5 GHz附近具有等效负介电常数和负磁导率。然后将两个单元组合起来,形成组合型左手单元结构,在2.6 GHz和3.5 GHz附近都实现了双负左手特性。3.先是设计了一款开矩形槽微带贴片天线,其工作频带涵盖了 5G通信系统中低频的2.6、3.5和4.85 GHz三个频段。之后对其进行改进,将矩形槽换为了螺旋槽,提高了天线性能。然后由改进后的开螺旋槽微带贴片天线形成一款二单元MIMO天线,具有尺寸小、隔离度高的优点。最后通过加载先前设计的组合型左手材料来提高该MIMO天线的增益。4.先是设计了一款双“G”形微带单极子天线,其工作频带同样涵盖了 5G通信系统中低频的三个频段,且带宽比微带贴片天线要宽很多。之后通过在地板上非对称地加载先前所设计的双重左右循环耦合钩状左手结构缝隙,大大拓宽了天线在低频处的带宽。最后由双“G”形微带单极子天线形成了一款非对称二单元MIMO天线,并通过加载先前所设计的左右循环耦合钩状左手结构,提高了MIMO天线两单元之间的隔离度。


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