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基于新型AMC的宽带低剖面天线设计

王振东  
【摘要】:随着移动通信、物联网以及航空航天等产业的发展,无线电系统的集成度越来越高,对天线的小型化设计提出了更高的要求。由于无线通信设备的空间有限,通常需要天线具有低剖面的结构特性。随着天线设计理论的发展,为天线加载电磁超表面已经成为一种重要的天线设计方法。人工磁导体(AMC)具有高阻抗和同相反射特性,可以代替金属板作为天线的反射板,降低天线的剖面高度。因此,论文以基于AMC的宽带低剖面天线为研究对象,对展宽AMC同相反射相位带宽和降低天线剖面高度进行了深入研究。论文的主要研究成果包括:1.设计了一款新型开槽圆形贴片AMC表面和一款新型双圆环形AMC表面。开槽圆形贴片AMC表面单元对圆形贴片进行了开槽处理,从而调控其等效LC的耦合特性,获得了高阻抗特性和宽带同相反射相位特性。对其各局部结构的作用进行了分析,仿真结果表明该AMC结构的[-90°,+90°]同相反射相位带宽为5.68-8.52 GHz(40%)。双圆环形AMC表面单元由两个金属环和四条径向金属条带组成。对其进行了参数分析,获得了高阻抗特性和宽带同相反射相位特性。仿真结果表明该AMC结构的[-90°,+90°]同相反射相位带宽为 4.64-7.05 GHz(41.23%)。2.设计了一款基于开槽圆形贴片AMC的低剖面宽带线极化天线。该天线由椭圆缝隙天线和AMC反射板组成,并采用CPW结构进行馈电。上层的椭圆缝隙天线产生双向辐射线极化波,下层的AMC反射板使反射波与前向波同相叠加,从而获得了单向辐射性能。利用AMC的同相反射相位特性,减小了天线和AMC反射板之间的空气层造成的空间相位延迟,进而降低了天线的剖面高度。实测与仿真结果表明,该天线阻抗带宽为5.06-7.92 GHz(44.07%),剖面高度为0.101λL。3.设计了一款基于双圆环形AMC结构的低剖面宽带圆极化天线。该天线由CPW馈电的圆极化缝隙天线和双圆环形AMC表面组成。上层的圆极化缝隙天线产生双向辐射圆极化波,下层AMC反射板通过反射后向电磁波使天线获得单向辐射性能,而且AMC反射板具有同相反射相位特性,可以降低天线剖面高度。实测与仿真结果表明,该天线阻抗带宽为2.07-5.21 GHz(86.26%),3 dB轴比带宽为3.48-5.54 GHz(45.68%),剖面高度为 0.159 λL。


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