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Meta等效媒质理论及其在天线设计中的应用

王瑞  
【摘要】: 目前,Meta材料因其在基础理论和实际应用上的巨大潜能受到全世界的广泛关注。本文主要研究Meta材料的等效媒质理论和Meta在天线中的应用。 在总结工作组工作的基础上,通过TEM波作用下SRR(开口谐振环)Meta材料的解析分析,揭示了虚波数引起SRR Meta材料谐振特性的事实,对不同摆向的SRR结构谐振响应做出了统一的物理解释。并利用有限元数值分析方法直观展示SRR Meta材料的谐振特性,将解析法的分析结果与全波分析法的结论互相验证。 随后作者对现有的Meta材料参数提取方法进行研究,将Smith的Meta材料参数提取方法推广至Floquet模式下,并比较了两种方法的S参数。逐一分析了不同摆向下Meta材料的负效应,进一步证明了解析分析的正确性。与传统方法相比,基于Floquet模式的参数提取有效地减少了S参数的计算时间,更有利于分析Meta材料的双各向异性。 最后将Meta材料地板引入PIFA(平面倒F天线)的设计中,探索了这种天线的新型辐射特性。修正的PIFA传输线模型中,利用Meta材料的谐振电路取代了传统辐射贴片不连续性而引起的电容效应,从物理上有效地解释了这种PIFA辐射性能的提高。数值和实测数据表明,该PIFA天线-10dB相对带宽超过了100%,谐振频率包含无线局域网络各通信标准及城域网2-6GHz固定和移动宽带无线接入系统的所有载波频段。在2.4/2.5GHz时,该天线将得到全向的辐射方向图,而在3.8GHz和5.1-5.8GHz频带内,该天线更集中具有后向辐射。


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