论文部分内容阅读
随着信息时代的高速发展与进步,无线通信系统逐渐朝着小型化、集成化以及多功能的方向发展,这就要求通信信号的物理载体——天线的发展也趋向于小尺寸、多频带乃至宽频带。复合左右手（Composite Right/Left-handed,CRLH）传输线具有低损耗、宽频带、非线性的相位常数等特性,在天线射频领域得到了广泛关注与应用。本文主要以CRLH传输线理论为基础,结合已有的拓展带宽的方法,研究实现天线小型化和宽频带的技术途径。本文的主要工作内容如下:1.介绍了超材料与复合左右手传输线的基本概念,并整理了国内外有关超材料天线方面的研究成果。在此基础上,详细分析了左手材料的电磁特性、右手材料和左手材料的传输线方程、复合左右手传输线的基本理论和零阶谐振器的基本原理。2.针对传统参数提取方法不能精确描述多单元的CRLH传输线结构、提取结果会在一段频率范围内上下波动的缺点,对应用于CRLH传输线的等效电路参数提取方法加以改进,并设计了两种CRLH传输线结构对该方法进行了验证。改进后的参数提取方法考虑到CRLH传输线的单元之间的耦合效应以及传输线上的损耗,使得提取出的等效电路参数结果准确可靠,适用于多种CRLH传输线结构。3.对零阶谐振天线带宽与CRLH传输线等效电路参数的关系进行了研究,推导出了基于等效电路参数的带宽公式,并且在该公式的基础上设计了CRLH传输线型的宽频带天线。设计过程中首先利用所提出的参数提取方法对上下贴片结构的CRLH传输线进行参数提取,重点分析了CRLH传输线的物理结构和等效电路参数的关系。然后根据等效电路参数计算出谐振天线的带宽,与谐振天线的仿真结果一致,说明带宽公式具有一定的可靠性。最后,根据推导的带宽与物理结构参数的关系对天线初始结构进行优化,达到拓展天线带宽的目的。这种设计流程为设计宽频带天线提供了一种新思路。4.设计并制作了一款基于CRLH传输线的宽频带LTE手机天线。该天线是在上下贴片结构的CRLH传输线的基础上加载单极子结构设计而成的。单极子的引入使天线既能在低频谐振,也能与原有的CRLH传输线在高频部分达到频率融合来拓展带宽。测试结果显示,在S11<-10 dB的情况下,天线的工作频段分别为:680 MHz910 MHz和1.9 GHz2.7 GHz,符合LTE手机天线的通信需求。天线的体积仅为60 mm*18 mm*1 mm,满足了小型化和宽频带的要求。