牛兵建—基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶高效率天線研究

1、信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 研究生學(xué)位論文答辯基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶高效率天線研究學(xué)生：牛兵建導(dǎo)師：馮全源 教授專業(yè)：通信與信息系統(tǒng)時(shí)間：2014.05.17http:/ 多頻段、寬頻帶、小尺寸、性能優(yōu)良、價(jià)格低廉和易于集成集成化、小型化多功能、大容量http:/ A composite or structured material that exhibits properties not found in naturally occurring materials or compounds.左手材料復(fù)合左右手傳輸線光子晶體磁性材料金屬鐵磁體手性媒質(zhì)鐵媒質(zhì)線顆粒媒質(zhì)V. G. VeselagoD.

2、 R. SmithG. V. EleftheriadesT. ItohE. YabnolovitchS. Johnhttp:/ 負(fù)折射效應(yīng)（Negative Refraction Index）、逆契倫科夫輻射（Reversed Cerenkov Radiation）、逆多普勒效應(yīng)（Reversed Doppler Effect）、完美透鏡效應(yīng)和相位補(bǔ)償特性等。常規(guī)材料左手材料相位補(bǔ)償特性左手材料常規(guī)材料負(fù)折射效應(yīng)http:/ 普遍面臨著帶寬窄和效率低下的問(wèn)題，限制了它們?cè)诂F(xiàn)代無(wú)線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用；2.因此開(kāi)展寬帶高效率天線的研究，具有重要的研究?jī)r(jià)值；http:/ 左手傳輸線CRLH傳輸線htt

3、p:/ )RRRRLLLLLCjsL CL CLC http:/ LLBWGGCLLC由公式看出，LL和CR相當(dāng)于并聯(lián)關(guān)系。FOR的諧振電路可以等效為并聯(lián)諧振回路。FOR的諧振頻率和帶寬僅與單元模型的LL, LR和CR有關(guān)，與物理尺寸無(wú)關(guān)。增大LL和CR可以拓寬天線帶寬。http:/ ( /)8( /)Qrr天線尺寸減小，使得帶寬減小尺寸與輻射效率24/eGA*GD天線尺寸減小，使得增益和效率降低天線設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)折中考慮尺寸、帶寬與效率的關(guān)系難點(diǎn)：在保持天線小尺寸的同時(shí)，如何獲得寬帶和高效率特性帶寬與輻射效率11VSWRBWQ VSWR/()rinrrlPPPPP 天線帶寬增大，使得效率降低h

4、ttp:/ network analyzer E5071CEM anechoic chamber SEMA-1Bhttp:/ Reflection Coefficient dBFrequency GHz Simulated MeasuredZOR模式：1.75-2.05 GHz，相對(duì)帶寬為15.79% FOR模式：2.68-3.59 GHz，相對(duì)帶寬為29.03% http:/ Radiation Efficiency Peak GainFrequency GHzRadiation Efficiency %-101234Peak Gain dB眾所周知，天線的效率主要受介質(zhì)損耗的影響。事實(shí)上，

5、在該天線中，由于較大的縫隙寬度，導(dǎo)致電磁場(chǎng)很少束縛在介質(zhì)內(nèi)而輻射到空氣中，因此介質(zhì)損耗對(duì)天線的效率影響并不大。ZOR模式：1.50 dBi-1.94 dBi，84.31%-92.09%FOR模式：1.99 dBi-3.03 dBi，74.83%-88.02%http:/ 單一超材料天線的工作頻帶通常比較窄 利用ZOR和FOR帶寬拓展技術(shù)，同時(shí)拓寬其諧振帶寬 調(diào)節(jié)電抗參數(shù)，使ZOR和FOR相互靠近，融合在一個(gè)帶寬，以實(shí)現(xiàn)超材料天線的寬頻帶特性http:/ - 3.76 GHz，能夠工作于GSM 1900 (1.85-1.91 GHz/ 1.93-1.99 GHz)、UMTS (1.92-2.17

6、 GHz)、LTE 2300/ 2500 (2.305-2.4 GHz/2.5-2.69 GHz)、WLAN (2.4-2484 GHz)和WiMAX (2.5-2.69 GHz/3.3-3.69 GHz)等寬帶無(wú)線通信系統(tǒng)。1.01.52.02.53.03.54.04.5-30-25-20-15-10-50n=1n=0 Reflection Coefficient dBFrequency GHz Simulated Measuredhttp:/ Radiation Efficiency Peak GainFrequency GHzRadiation Efficiency %-101234Pe

7、ak Gain dB1.52.02.53.03.54.020406080 Radiation Efficiency Peak GainFrequency GHzRadiation Efficiency %-101234Peak Gain dBhttp:/ 傳統(tǒng)的超材料天線能夠?qū)崿F(xiàn)小型化，卻一直面臨帶寬窄的缺點(diǎn)，開(kāi)展寬帶高效率天線的研究，有助于促進(jìn)超材料天線技術(shù)的發(fā)展。1. 超材料與單極性相結(jié)合的技術(shù)充分發(fā)揮單極性天線的寬頻帶和超材料天線的小型化等優(yōu)勢(shì)，并將兩者的諧振頻率融合在一個(gè)頻段里。2.頻率可調(diào)諧技術(shù)重構(gòu)天線工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)諧振頻率連續(xù)可調(diào)，從而能夠覆蓋多個(gè)不同頻段。3.多諧振結(jié)構(gòu)技術(shù)采用多

8、個(gè)電流路徑形成多個(gè)諧振結(jié)構(gòu)，獲得多個(gè)諧振頻率。4.多頻融合技術(shù)不改變天線尺寸的情況下，僅通過(guò)改變電抗參數(shù)，通過(guò)融合多個(gè)相鄰的諧振模式，以實(shí)現(xiàn)天線的寬頻帶特性。http:/ 電流沿中心信號(hào)線流動(dòng)寄生右手串聯(lián)電感LR；交指電容構(gòu)成左手串聯(lián)電容CL；左手并聯(lián)電感LL由連接在中心信號(hào)線和ACPW地板之間的短路彎折線構(gòu)成；縫隙電容構(gòu)成左手并聯(lián)電容CR;pwg1l1l2l3d1d2S1S256.32.5http:/ MWS和Ansoft HFSS對(duì)天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合仿真，建模出標(biāo)準(zhǔn)的SMA接頭，提高仿真的精度和設(shè)計(jì)的效率。該天線具有無(wú)通孔、成本低、加工方便和簡(jiǎn)單緊湊等優(yōu)

9、點(diǎn)。http:/ Coefficient dBFrequency GHz Simulated Measured2.02.53.03.54.0020406080 Radiation Efficiency Peak GainFrequency GHzRadiation Efficiency %01234Peak Gain dBZOR和FPOR的諧振頻率為2.36 GHz和3.3 GHz，在低頻段的兩個(gè)諧振點(diǎn)分別為負(fù)一階諧振（FNOR）和負(fù)二階諧振（SNOR）。天線能夠工作在2.1 GHz - 3.82 GHz頻段內(nèi)，阻抗帶寬達(dá)到了1720 MHz，相對(duì)帶寬為58.1%。實(shí)測(cè)的增益在1.31 dBi

10、 - 3.49 dBi范圍內(nèi)變化，其對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)效率在63.8% - 78.46%范圍內(nèi)變化。該天線具有簡(jiǎn)單緊湊、無(wú)集總元件、較寬的帶寬、較高的效率和全向性輻射等優(yōu)點(diǎn)，能夠應(yīng)用于LTE 2300/ 2500 、WLAN 和WiMAX。http:/ GHz,應(yīng)用于WLAN、WBAN和認(rèn)知無(wú)線電。設(shè)計(jì)高隔離度MIMO天線系統(tǒng)，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。超材料與MIMO天線http:/ Y Axis TitleX Axis Titlehttp:/ Bing-Jian Niu, Quan-Yuan Feng, and Pan-Lin Shu, “Epsilon Negative Zeroth- and Fir

11、st-Order Resonant Antennas with Extended Bandwidth and High Efficiency”, Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol.61, no.12, pp.5878-5884, Dec. 2013 (SCI Indexed: 000328044200004, SCI二區(qū)二區(qū))2. Bing-Jian Niu, Quan-Yuan Feng, “Bandwidth enhancement of asymmetric coplanar waveguide (ACPW)-fed

12、antenna based on composite right/left-handed transmission line,” Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE, vol.12, pp.563-566, 2013. (SCI Indexed: 000319008500001, SCI三區(qū)三區(qū))3. Bing-Jian Niu, Quan-Yuan Feng, “Bandwidth Enhancement of CPW-Fed Antenna Based on Epsilon Negative Zeroth- and First-O

13、rder Resonators”, Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE, vol.12, pp.1125-1128, 2013. (SCI Indexed: 000324943200007, SCI三區(qū)三區(qū)) 4. Bing-Jian Niu, Quan-Yuan Feng, “A novel broadband asymmetric coplanar waveguide (acpw)-fed zeroth-order resonator antenna based on epsilon negative transmission l