基于左手材料理念的小型化天線研究畢業(yè)論文.doc

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1、目錄iii基于左手材料理念的小型化天線研究畢業(yè)論文目錄第一章緒論11.1研究背景及意義11.2國外左手材料發(fā)展歷史21.3國內(nèi)左手材料的發(fā)展現(xiàn)狀41.4左手材料的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)51.4.1天線覆層可提高天線定向性51.4.2減少手機(jī)輻射對(duì)人體傷害51.4.3隱身技術(shù)51.4.4屏蔽技術(shù)51.4.5小型化微波部件61.5論文結(jié)構(gòu)7第二章天線基礎(chǔ)理論92.1方向函數(shù)92.2方向圖102.3方向圖參數(shù)112.4方向系數(shù)122.5天線效率142.6增益系數(shù)15目錄iii2.7極化方式162.8輸入阻抗與輻射阻抗162.9頻帶寬度17第三章左手材

2、料理論及實(shí)現(xiàn)方式193.1左手材料基本理論193.2左手材料的性質(zhì)213.2.1電磁學(xué)性質(zhì)223.2.2負(fù)折射現(xiàn)象223.2.3逆多普勒效應(yīng)233.2.4完美成像243.2.5反常切倫柯夫輻射243.2.6反Goos-H?nchen位移253.3左手材料的人工實(shí)現(xiàn)263.3.1傳輸線結(jié)構(gòu)左手材料的實(shí)現(xiàn)263.3.2金屬諧振結(jié)構(gòu)左手材料的實(shí)現(xiàn)273.3.3兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)283.4左手傳輸線理論283.4.1純左手傳輸線理論283.4.2左手材料實(shí)現(xiàn)天線小型化思想30第四章左手材料實(shí)現(xiàn)天線小型化334.1等效左手材料——“蘑菇結(jié)構(gòu)”3

3、34.1.1N=2時(shí)模型及結(jié)果334.1.2N=4時(shí)模型及結(jié)果394.1.3N=6時(shí)模型46目錄iii4.2左手材料在增加帶寬方面的應(yīng)用50第五章總結(jié)與展望55致謝57參考文獻(xiàn)59第一章緒論7第一章緒論1.1研究背景及意義介電常數(shù)和磁導(dǎo)率是描述物質(zhì)基本電磁性質(zhì)的物理量，人們往往認(rèn)為它們是正值，但實(shí)際上介電常數(shù)和磁導(dǎo)率都可以為負(fù)數(shù)。左手材料(Left-handedMaterials，LHM)就是一種介電常數(shù)與磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)值的電磁材料，最初由前蘇聯(lián)物理學(xué)家Veselago于1964年提出。[[]V.Veselago,Theelectr

4、odynamicsofsubstanceswithsimultaneouslynegativevaluesofandSovietPhysicsUspekhi,vol.10,no.4,pp.509-514,1968.]與常規(guī)介質(zhì)(Right-handedMedium，RHM)中電場(chǎng)強(qiáng)度及磁場(chǎng)強(qiáng)度、波矢量置服從“右手定則"不同，左手材料中它們服從“左手定則"。左手材料具有一些獨(dú)特的電磁特性，如負(fù)折射效應(yīng)、倏逝波放大、逆多普勒效應(yīng)、逆切比科夫輻射、完美透鏡和亞波長衍射等。利用上述特性，左手材料能夠用于實(shí)現(xiàn)平板聚焦、天線波束匯聚，電磁隱身、

5、完美透鏡、超薄諧振器和天線小型化等，在軍事和經(jīng)濟(jì)生活中有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。例如，為了實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)的保密性、機(jī)動(dòng)性、易攜帶性以及降低系統(tǒng)的復(fù)雜性等特性，要求設(shè)計(jì)的天線具有高方向性、小型化、高增益等，這些特性都可以通過左手材料實(shí)現(xiàn)，而且LHM電路板印制實(shí)現(xiàn)方式，對(duì)于天線共面、易于與PCB板集成等都非常有利，因此LHM對(duì)于通信系統(tǒng)和武器裝備的發(fā)展將會(huì)起到巨大的推動(dòng)作用；太赫茲頻段的左手材料可能實(shí)現(xiàn)太赫茲電磁波成像，該技術(shù)在軍事、醫(yī)療、反恐等領(lǐng)域的應(yīng)用前景十分廣闊，如新型雷達(dá)、導(dǎo)航、遠(yuǎn)距離武器探測(cè)、醫(yī)學(xué)成像等，其應(yīng)用價(jià)值不可估量；紅外波段和

6、可見光頻段的左手材料也有著非常重要的應(yīng)用，如生物安全成像和指紋識(shí)別、遙感、微型器件、超靈敏單分子探測(cè)器和醫(yī)學(xué)診斷成像等。因此，深入研究左手材料的空間電磁響應(yīng)行為將對(duì)左手材料的實(shí)際應(yīng)用具有重要的意義。在常規(guī)介質(zhì)微波分析和設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，傳輸線方法是有效的分析工具之一。利用傳輸線方法來分析左手材料，可以使左手材料的應(yīng)用變得更為直觀、便捷，同時(shí)也為左手傳輸線設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。左手材料傳輸線的實(shí)現(xiàn)形式是復(fù)合左／右手傳輸線(CompositeRight／Left—HandedTransmissionLine，CRLHTL)，CRLH特性是在某些

7、頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)為“左手特性"，具有左手材料電磁特性，而在其它第一章緒論7頻率范圍內(nèi)表現(xiàn)為“右手特性”。CRLH開創(chuàng)了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域，是一種極有可能最先在實(shí)際中得到應(yīng)用的左手材料。本文通過研究CRLH理論以及左手材料實(shí)現(xiàn)天線小型化的理論依據(jù)，采用CRLH結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了諧振在3.7G的小型“蘑菇”結(jié)構(gòu)天線及小型超寬帶天線。1.2國外左手材料發(fā)展歷史1968年，前蘇聯(lián)科學(xué)家VeselagoVG發(fā)現(xiàn)介電常數(shù)ε和磁導(dǎo)率μ都為負(fù)值的物質(zhì)的電磁學(xué)性質(zhì)與常規(guī)材料不同，還指出當(dāng)平面電磁波照射在這樣的媒介時(shí)，會(huì)發(fā)生反常的折射現(xiàn)象，不過其在自然界中并不存

8、在，因此他的研究只是停留在理論上。1996年P(guān)endry提出了金屬線周期結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可使介質(zhì)的介電常數(shù)為負(fù)。1999年，Pendry等人又用電介質(zhì)體設(shè)計(jì)了一種具有磁響應(yīng)的周期性結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)磁導(dǎo)率的負(fù)值，進(jìn)而展現(xiàn)了負(fù)折射率材料存在的