左手材料在天線中的運(yùn)用研究進(jìn)展(編輯修改稿)
2025-07-25 03:47 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 三角帶隙和刻蝕在接地面上的十字帶狀線構(gòu)成（圖6（c））。天線帶寬從200MHz增加到了3GHz，而且輻射效率超過了98%，還具有高增益和低電壓駐波比。Huang等人[31]利用CRLH TL理論設(shè)計(jì)了兩種新型的超寬帶天線（圖6（d）），一種是圓形結(jié)構(gòu)，另一種為矩形結(jié)構(gòu)，其帶寬也超過了2GHz，且它們都具有高的輻射效率。這種天線非常適用于高速短距離的無線通信系統(tǒng)中，如無線個(gè)人局域網(wǎng)系統(tǒng)等。Duan等人[32]提出一種螺旋形CRLH TL超寬帶天線，%。 （a） （b） （c） （d）圖6 寬帶寬傳輸線結(jié)構(gòu)（a）加載螺旋電感[28]。（b）引入平行金屬板[29] 。 （c）二維結(jié)構(gòu)[30] 。（d）圓形結(jié)構(gòu)與矩形結(jié)構(gòu)[31]. wideband CRLH TL structures(a) spiralinductorloaded CRLH TL [28]。 (b) incorporate parallel plate between the vias and the ground planes [29] 。 (c) twodimensional structure [30] 。 (d) Circular and Rectangular structure [31].雙頻帶天線的出現(xiàn)滿足了人們對(duì)現(xiàn)代無線電子產(chǎn)品功能多樣化的需求，實(shí)現(xiàn)雙頻帶的傳統(tǒng)方法有：改變貼片天線形狀、利用雙饋線和利用PIFA天線等，但這些方法具有低的輻射效率和相異的輻射方向圖等缺點(diǎn)，而且其尺寸仍過于龐大。對(duì)此, Jeone [33]提出了一種基于CRLH TL的小型化雙頻帶零階諧振天線，它是由低頻帶和高頻帶的零階諧振天線構(gòu)成（圖7（a）），測(cè)量的輻射效率在這兩個(gè)頻帶下可分別達(dá)到53%和41%，且可實(shí)現(xiàn)全向輻射，而尺寸僅為4063mm2，但這種天線具有很窄的帶寬。因此他提出[34]了利用零階諧振模式和第一負(fù)階諧振模式的“蘑菇型”CRLH TL來構(gòu)造雙頻寬帶天線的思路（圖7（b）），%%，且其帶寬達(dá)到了430MHz。Narida等人[35]基于CRLH TL理論通過在基板兩側(cè)刻蝕一定形狀的平板圖案也構(gòu)造了一種雙頻帶天線，它不用附加過孔或集總元件就可很容易實(shí)現(xiàn)微帶線的激勵(lì)。這種雙頻帶天線可實(shí)現(xiàn)373MHz和817MHz的負(fù)數(shù)階和正數(shù)階諧振，且具有全向輻射的能力和很小的尺寸。Yu[36]利用交指電容和并聯(lián)電感構(gòu)成的CRLH TL設(shè)計(jì)了一種雙頻帶圓極化環(huán)形天線（圖7（c）），它的兩個(gè)頻帶具有相近的輻射方向圖，且具有很好的軸向輻射能力，～ ～ 內(nèi)。Gummally等人[37]也提出一種小型化的雙頻帶左手材料陣列天線，這種天線具有小的體積和高的輻射效率。 （a） （b） （c） 圖7 多頻帶傳輸線結(jié)構(gòu)（a）低頻帶與高頻帶零階諧振結(jié)構(gòu)[33]。（b）零階與第一負(fù)階諧振結(jié)構(gòu)[34] 。 （c）雙頻帶圓極化結(jié)構(gòu)[35]. multiband CRLH TL structures(a) Geometry of the proposed multiband antenna using LHM ZOR[33] 。 (b) two closely spaced zerothorder and firstnegativeorder resonance modes of CRLHTL [34] 。 (c) dual band circularly polarized antenna[35].微帶漏波天線擁有較窄的主波瓣，還具有頻掃特性和相當(dāng)好的寬帶特性。另外，微帶漏波天線的饋電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，使其具有低成本和易制造的優(yōu)點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)的微帶漏波天線只能實(shí)現(xiàn)主波束為單波束時(shí)從邊射到端射的掃描，其掃描范圍被限制在90176。范圍內(nèi)。而基于CRLH TL結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的漏波天線在理論上可以實(shí)現(xiàn)從90176。到90176。的掃描[38,39]。Abdelaziz[40]利用耦合微帶線設(shè)計(jì)了基于CRLH TL結(jié)構(gòu)的微帶漏波天線，并通過接地板的浮置導(dǎo)體來增加耦合度（圖8（a））。這種天線具有邊射到端射的掃描能力，且工作在基模下，具有小尺寸、低損耗和寬頻帶的優(yōu)點(diǎn)。Kodera等人[41]利用CRLH諧振理論提出了一種均勻負(fù)載鐵氧體的開放波導(dǎo)結(jié)構(gòu)（圖8（b）），它能自動(dòng)的平衡CRLH的響應(yīng)頻率，而不需要任何的芯片組件來調(diào)諧，克服了傳統(tǒng)CRLH TL結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)諧振平衡的缺點(diǎn)?；谶@種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的漏波天線同樣可以實(shí)現(xiàn)邊射到端射的全波掃描，且能夠固定偏置頻率掃描和固定頻率偏置掃描。Lin等人[42]設(shè)計(jì)了一種基于共面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的CRLH漏波天線，這種天線也可實(shí)現(xiàn)邊射到端射的掃描。另外，Lin等人[43]還利用同軸結(jié)構(gòu)的CRLH制作了諧振頻率為475MHz的單極子天線（圖8（c）），通過改變這種結(jié)構(gòu)，其工作頻率甚至可達(dá)到150MHz。D. Kim和M. Kim[44]利用CRLH TL理論提出了一種改進(jìn)的T形單極子天線（圖8(d)），它具有很窄的波束寬度，因此可廣泛用于汽車避撞系統(tǒng)以及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信系統(tǒng)中。 (a) (b) (c) (d)圖8 大掃描范圍及其它傳輸線結(jié)構(gòu)（a）耦合微帶線結(jié)構(gòu)[40]。（b）負(fù)載鐵氧體的開放波導(dǎo)結(jié)構(gòu)[41] 。（c）同軸結(jié)構(gòu)[43] 。（d）“T型”結(jié)構(gòu)[44]. large scan range and other CRLH TL structures (a) coupled microstrip lines structure [40]。 (b) uniform ferriteloaded open waveguide structure [41]。 (c) coaxial structure[43] 。 (d) Tshaped structure[44].3 結(jié)語目前，左手材料的發(fā)展正從最早的印刷電路結(jié)構(gòu)向更實(shí)用的顆粒夾雜復(fù)合材料方向發(fā)展。但國內(nèi)外對(duì)其左手材料研究仍處于理論和實(shí)驗(yàn)階段，離左手材料天線的實(shí)際應(yīng)用還有一段距離，因?yàn)檫€有許多問題有待解決。例如，金屬諧振諧振結(jié)構(gòu)左手材料適合天線小型化和高指向性的設(shè)計(jì)，但具有小的帶寬和大的傳輸損耗。而復(fù)合左右手傳輸線的帶寬、傳輸損耗等性能指標(biāo)較佳，但是它的輻射性能不佳，不適合作為天線的輻射部分。而且隨著頻率的升高，傳輸線結(jié)構(gòu)中功能單元的感性和容性會(huì)發(fā)生變化,加上大量寄生電容和寄生電感的影響,使得實(shí)際的等效電路非常復(fù)雜,有可能大幅降低復(fù)合左右手傳輸線的性能。因此，設(shè)計(jì)和制備出寬頻帶、低損耗、性能穩(wěn)定、低成本的左手材料是實(shí)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵。參考文獻(xiàn)1 Veselago V G. The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of εand μ [J]. Sov Phys Usp, 1968, 10(4): 5092 Pendry J B,Holden A J,Stewart W J,et al. Extremely low frequency plasmons in metallic mesostructures [J]. Phys Rev Lett, 19
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