基于高阻表面微波光子晶体的微带天线的研究与设计

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本文依据微波光子晶体的频率带隙特性,对提高微带天线基本性能展开了深入、细致的研究。利用仿真软件HFSS进行反复的理论计算,通过大量的实验工作成功的设计了一款“高阻表面微波光子晶体微带天线”。文中通过理论计算论证,制作实物,进行测试分析,以此对本文研究成果给予理论和实物验证。本文在对“高阻表面微波光子晶体微带天线”的设计,制作和测试过程中,主要工作体现在以下几点:首先,从实际应用和对比的角度出发,本文深入了解微带天线优缺点,深入分析微带天线的性能参数。结合微波光子晶体频率带隙特性来研制“高阻表面微波光子晶体微带天线”,最终设计并制作一款新型微带天线。该天线相对于未加入微波光子晶体的微带天线的研究成果,极大地改善了天线的性能,优化了天线的反射损耗曲线,提高微带天线的增益,降低了微带天线的后向辐射。其次,本文在设计“高阻表面微波光子晶体微带天线”过程中,对微波光子晶体和微带天线的基本理论进行了深入的研究。微波光子晶体是一种人造的,具有一定周期性的结构,它最重要的特性就是频率带隙特性。本文通过光子晶体一维、二维波导验证微波光子晶体的频率带隙特性。通过等效媒质模型LC谐振电路研究分析微波光子晶体高阻表面结构的基本等效参数。研究微带天线设计理论,掌握微带天线基本性能参数,结合论文需要设计微带天线。综合设计指标,利用仿真软件HFSS进行理论计算,反复验证制作实物。仿真计算结果:微带天线和高阻表面微波光子晶体微带天线的谐振频率为11.75GHz,微带天线增益为4.7dB,设计天线增益为5.4dB,提高0.6dB左右,设计天线后向辐射明显比微带天线降低。在此基础上,本文制作高阻表面微波光子晶体微带天线并测量其性能参数。在制作过程中首先通过软件仿真计算达到设计要求,利用软件导出设计图,选用双面覆铜板,采用热转印法和腐蚀的方法制作高阻表面微波光子晶体微带天线。使用矢量网络分析仪(安利公司Anritsu37269C型)测量高阻表面微波光子晶体微带天线和微带天线的反射损耗曲线(即S11曲线)。构建增益测试系统来测试天线的增益,采用测试设备为:安捷伦E8257D20GHz微波信号源,安捷伦E4418功率计,苏州瑞贝斯公司LB-20245-SF双脊喇叭标准天线(工作范围为2.0GHz——24.5GHz),测试场所为合金网屏蔽室。通过测量结果分析高阻表面微波光子晶体微带天线的反射损耗曲线和天线增益明显好于对比的微带天线,并以此对本文在该技术领域的研究成果给予实物佐证。最后,微波光子晶体应用于微带天线的前景十分诱人。自从微波光子晶体这一概念提出以来,受到了各国科学家广泛的关注,它是一种具有频率带隙的人工合成周期介电材料,在微波频段得到了迅速的发展。应用在提高微带天线性能上得到广泛的认可,也使这方面的研究具有更深层的研究价值。
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