牛兵建-基于復(fù)合左右手傳輸線的寬帶高效率天線研究課件

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)2014.05.17主要內(nèi)容緒論1基于ENG傳輸線的雙頻融合寬帶天線設(shè)計(jì)4基于ENG傳輸線的寬帶雙頻天線設(shè)計(jì)3基于CRLH傳輸線的寬帶高效率天線設(shè)計(jì)5復(fù)合左右手傳輸線及電小天線理論21.緒論1.緒論超材料：Acompositeorstructuredmaterialthatexhibitspropertiesnotfoundinnaturallyoccurringmaterialsorcompounds.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.R.SmithG.V.EleftheriadesT.ItohE.YabnolovitchS.John1.緒論超材料的奇異特性：負(fù)折射效應(yīng)（NegativeRefractionIndex）、逆契倫科夫輻射（ReversedCerenkovRadiation）、逆多普勒效應(yīng)（ReversedDopplerEffect）、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)1.緒論超材料在天線中的應(yīng)用：1.利用左手材料構(gòu)造亞波長諧振器，從而實(shí)現(xiàn)天線的小型化；2.利用折射率為負(fù)和零的特性，改善天線的定向輻射；4.利用相位補(bǔ)償特性，提高天線的輻射效率。利用左手材料提高電小天線的輻射效率目前面臨的技術(shù)難點(diǎn)：1.普遍面臨著帶寬窄和效率低下的問題，限制了它們在現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用；2.因此開展寬帶高效率天線的研究，具有重要的研究價(jià)值；2.復(fù)合左右手傳輸線理論CRLH傳輸線：右手傳輸線左手傳輸線CRLH傳輸線2.復(fù)合左右手傳輸線CRLH傳輸線的三種實(shí)現(xiàn)類型：DNGENGMNG2.復(fù)合左右手傳輸線零階諧振器原理可調(diào)諧及帶寬拓展技術(shù)：終端開路的ENG傳輸線諧振頻率：相對(duì)帶寬：由此可以看出，ZOR的諧振頻率和帶寬僅與單元模型的LL和CR有關(guān)，與單元結(jié)構(gòu)的物理尺寸無關(guān)。這意味著ZOR天線可以非常小。2.天線小尺寸、寬頻帶與輻射效率的矛盾尺寸與帶寬天線尺寸減小，使得帶寬減小尺寸與輻射效率天線尺寸減小，使得增益和效率降低天線設(shè)計(jì)過程中應(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

天線帶寬增大，使得效率降低3.基于ENG傳輸線的寬帶雙頻天線非對(duì)稱共面波導(dǎo)傳輸線設(shè)計(jì)：與CPW相比，信號(hào)線與兩側(cè)金屬地板之間的縫隙寬度是不相同的，ACPW增加了額外的設(shè)計(jì)變量，使其具有更廣泛的設(shè)計(jì)靈活性。該傳輸線具有簡單緊湊、無過孔、易于集成、損耗低和電抗參數(shù)易調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)。開展基于ACPW饋電的超材料天線研究具有重要的意義。ACPW傳輸線的物理尺寸參數(shù)（單位:mm）LWwfg1g222506.320.63.基于ENG傳輸線的寬帶雙頻天線天線結(jié)構(gòu)天線結(jié)構(gòu)主要由信號(hào)貼片、ACPW金屬板和短路彎折線等三部分組成。ACPW結(jié)構(gòu)提供了很大的設(shè)計(jì)自由度和廣泛的優(yōu)化空間，易于改變電抗參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)寬帶雙頻特性。該天線具有簡單緊湊、易于集成、加工方便和成本低等優(yōu)點(diǎn)。3.基于ENG傳輸線的寬帶雙頻天線ZOR模式表面電流分布3.基于ENG傳輸線的寬帶雙頻天線天線測試環(huán)境：AgilentnetworkanalyzerE5071CEManechoicchamberSEMA-1B3.基于ENG傳輸線的寬帶雙頻天線增益與效率眾所周知，天線的效率主要受介質(zhì)損耗的影響。事實(shí)上，在該天線中，由于較大的縫隙寬度，導(dǎo)致電磁場很少束縛在介質(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：1.50dBi-1.94dBi，84.31%-92.09%FOR模式：1.99dBi-3.03dBi，74.83%-88.02%3.基于ENG傳輸線的寬帶雙頻天線輻射特性：結(jié)果表明，實(shí)測與仿真結(jié)果吻合較好，在E面具有良好的全向輻射特性；在H面具有啞鈴狀雙向輻射方向圖。4.基于ENG傳輸線的雙頻融合寬帶高效率天線零階和一階諧振融合的寬帶高天線設(shè)計(jì)方法

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4.基于ENG傳輸線的雙頻融合寬帶高效率天線天線結(jié)構(gòu)基于ACPW和CPW饋電的兩款寬帶超材料天線天線結(jié)構(gòu)主要由信號(hào)貼片、ACPW金屬板和短路彎折線等三部分組成。該天線具有無通孔、成本低、加工方便和簡單緊湊等優(yōu)點(diǎn)。4.基于ENG傳輸線的雙頻融合寬帶高效率天線阻抗特性這兩款天線在E面均具有良好的全向輻射特性；在H面具有啞鈴狀雙向輻射方向圖。由于激發(fā)傳輸線的偶模電流，更多的電磁場輻射到空氣中，改善了天線的輻射性能。它們不僅實(shí)現(xiàn)了小型化和寬頻率特性，還保持了較高的效率及全向性輻射。5.基于CRLH傳輸線的寬帶高效率天線帶寬拓展技術(shù)：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，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，僅通過改變電抗參數(shù)，通過融合多個(gè)相鄰的諧振模式，以實(shí)現(xiàn)天線的寬頻帶特性。5.基于CRLH傳輸線的寬帶高效率天線新型不對(duì)稱CRLH傳輸線的單元：

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;pwg1l1l2l3d1d2S1S256.32.541.84.60.30.30.30.35.基于CRLH傳輸線的寬帶高效率天線天線性能測試ZOR和FPOR的諧振頻率為2.36GHz和3.3GHz，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2.1GHz-3.82GHz頻段內(nèi)，阻抗帶寬達(dá)到了1720MHz，相對(duì)帶寬為58.1%。實(shí)測的增益在1.31dBi-3.49dBi范圍內(nèi)變化，其對(duì)應(yīng)的實(shí)測效率在63.8%-78.46%范圍內(nèi)變化。該天線具有簡單緊湊、無集總元件、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LTE2300/2500、WLAN和WiMAX。主要工作1.詳細(xì)分析ENG傳輸線構(gòu)成的零階諧振器（ZOR）和一階諧振器(FOR)的品質(zhì)因數(shù)和相對(duì)帶寬等參數(shù)。從理論上推導(dǎo)出了FOR的帶寬計(jì)算公式，提出了ZOR和FOR的帶寬拓展技術(shù)。2.提出將不對(duì)稱共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)應(yīng)用于ENG傳輸線。設(shè)計(jì)了一款基于零階諧振器和一階諧振器的寬帶雙頻高效率天線。零階諧振頻率的實(shí)測輻射效率高達(dá)92.09%。3.提出通過設(shè)計(jì)非對(duì)稱的天線結(jié)構(gòu)，激發(fā)傳輸線的奇模電流，以改善輻射效率。設(shè)計(jì)了兩款基于不同饋電結(jié)構(gòu)的寬帶高效率天線。實(shí)測結(jié)果表明，它們不僅實(shí)現(xiàn)了小型化和寬頻帶特性，還保持了高的效率及全向性輻射。4.系統(tǒng)總結(jié)了目前天線帶寬拓展技術(shù)。設(shè)計(jì)了一款雙頻融合的寬帶高效率天線，與同類型研究成果對(duì)比可知，該天線具有簡單緊湊、無集總元件、較寬的工作帶寬以及全向性輻射等優(yōu)點(diǎn)。未來的工作2013年12月，工信部正式向三大運(yùn)營商發(fā)放4G牌照，標(biāo)志著LTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入商用階段；MIMO天線系統(tǒng)能夠有效地抑制快衰落，成倍地提高通信容量。UWB天線覆蓋3.1-10.6GHz,應(yīng)用于WLAN、WBAN和認(rèn)知無線電。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天線未來的工作超材料與MIMO天線已發(fā)表的期刊論文1.Bing-Jian

Niu,Quan-YuanFeng,andPan-LinShu,“EpsilonNegativeZeroth-andFirst-OrderResonantAntennaswithExtendedBandwidthandHighEfficiency”,AntennasandPropagation,IEEETransactionson,vol.61,no.12,pp.5878-5884,Dec.2013(SCIIndexed:0004,SCI二區(qū))2.Bing-Jian

Niu,Quan-YuanFeng,“Bandwidthenhancementofasymmetriccoplanarwaveguide(ACPW)-fedantennabasedoncompositeright/left-handedtransmissionline,”AntennasandWirelessPropagationLetters,IEEE,vol.12,pp.563-566,2013.(SCIIndexed:0001,SCI三區(qū))3.Bing-Jian

Niu,Quan-YuanFeng,“BandwidthEnhancementofCPW-FedAntennaBasedonEpsilonNegativeZeroth-andFirst-OrderResonators”,AntennasandWirelessPropagationLetters,IEEE,vol.12,pp.1125-1128,2013.(SCIIndexed:0007,SCI三區(qū))4.Bing-Jian

Niu,Quan-YuanFeng,“Anovelbroadbandasymmetriccoplanarwaveguide(acpw)-fedzeroth-orderresonatorantennabasedonepsilonnegativetransmissionline,”ProgressinElec