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近年来,通讯技术的蓬勃发展,对通信系统的工作带宽也提出了更高的要求,超宽带技术因此备受关注。超宽带技术在城建、国防、医疗器械、公共交通等生产生活领域都有非常广阔的应用前景。为了满足超宽带系统的要求而设计的天线就是超宽带天线,相比于传统窄带天线,超宽带天线体积更小、带宽更宽、辐射特性更好。在材料科学和新工艺的发展推动下,超宽带天线领域发展迅速。不同于自然材料,超介质是一类人工合成的电磁材料。作为近年来出现的新兴材料,超介质因其独特的电磁特性,与材料科学、应用电磁学、固体物理学等领域都有密切的关联,是现今国际相关领域内研究的前沿课题之一。在天线设计方面,超介质的出现提供了一种新的思路,解决了天线领域内的技术难题,提高了天线的性能。本文主要围绕超介质结构设计、应用超介质展宽天线带宽、应用超介质提高天线增益三个部分展开,采用HFSS电磁仿真设计与实物测试相结合的方法,对超介质在超宽带天线领域的应用进行了深入的研究。(1)设计CLS与SRR集成的超介质。通过电磁参数仿真,分别对提供负介电常数的CLS与提供负磁导率的SRR结构进行深入研究,分析两种结构几何参数变化时,电磁特性的变化情况。将CLS与SRR集成、改进,设计出在超宽带频带范围内既具有负磁导率又有负介电常数的超介质。(2)设计并制作一款基于超介质的超宽带天线。首先设计一款窄带微带天线,针对该天线,将设计的CLS与SRR改进超介质进行优化,使其达到加载的设计要求。将超介质加载到窄带天线上,对天线进行辐射贴片开槽与缺陷地处理,最终将窄带微带天线带宽展宽至2.89-12.07GHz,是原天线带宽的54倍,达到超宽带频段范围。对超宽带天线进行制作和测试,仿真与实测结果基本吻合。(3)设计基于超介质单元的FSS,置于超宽带单极子天线底部,提高天线的增益。针对一款增益较低的单极子超宽带天线,设计基于SRR的三频带带阻型FSS,用于提高单极子天线特定频带处的增益。覆层后的天线增益在SRR阻带内得到了明显的提高,在3.5GHz增益提高最大,比原天线增加了 4.58dB,最高增益达到6.53dB。设计基于闭合SRR与十字结构组合单元的超宽带FSS,用于提高单极子天线整个工作频带范围内的增益。覆层后增益比单极子天线平均提高3.38dB,最高增益能够达到7.32dB。