【摘 要】
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超材料(Metamaterial)是一种自然界不存在的人工复合材料,它是由以某些特定顺序排列的亚波长单元结构组成。超表面(Metasurface,MS)则是亚波长单元结构以周期性排列构成的二维超薄平面,可以看作是一种二维平面型超材料。超表面可以灵活的控制电磁波的振幅、相位、极化方式、传播模式等特性。而且,超表面具有很多优点,包括质量轻、剖面低、损耗低、易实现等。当超表面被设计应用在天线上,可以提升
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超材料(Metamaterial)是一种自然界不存在的人工复合材料,它是由以某些特定顺序排列的亚波长单元结构组成。超表面(Metasurface,MS)则是亚波长单元结构以周期性排列构成的二维超薄平面,可以看作是一种二维平面型超材料。超表面可以灵活的控制电磁波的振幅、相位、极化方式、传播模式等特性。而且,超表面具有很多优点,包括质量轻、剖面低、损耗低、易实现等。当超表面被设计应用在天线上,可以提升天线的性能。本文主要研究反射型超表面,将反射型超表面设计成反射板应用宽带天线上,设计三款性能优异的宽带定向天线,主要工作如下:1.基于人工磁导体的定向平面螺旋天线设计与研究。首先介绍平面螺旋天线的相关理论,以平面螺旋天线作为辐射天线。然后设计一种小型化人工磁导体单元,将工作在不同频率处的人工磁导体以梯度变化的形式布阵,应用于辐射天线上得到一款宽带定向天线。该宽带定向天线工作在3.3-8.5 GHz的范围内,在工作频带内表现出良好的圆极化性能,并且前后比均大于15 d B。2.基于单层频率选择表面的宽带定向天线设计与研究。首先设计一种单层的宽频带阻频率选择表面,然后分别以圆极化的平面螺旋天线和线极化的单极子天线作为辐射天线,分析研究所设计的单层频率选择表面在线极化和圆极化天线中性能。得出结论:该频率选择表面应用在圆极化螺旋天线时会影响天线在低频段的圆极化特性。相反该频率选择表面更适用于线极化单极子天线,可以保持原单极子天线2.29-8 GHz的阻抗带宽的同时,减小全向天线的后向辐射,在工作频带内使天线的增益提高4-5d Bi。3.基于双层频率选择表面的低RCS平面螺旋天线设计与研究。首先设计一种双层频率选择表面,在2-4.7 GHz的频率范围内为阻带响应,作为平面螺旋天线的反射板。与相同尺寸的金属反射板相比,频率选择表面的反射板可以使天线在4.8-30 GHz的频率范围内的雷达散射截面降低了约2.5-38 d B,同时在2.8-8.1 GHz频率范围内表现更好的圆极化特性。
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