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基于LTCC超材料基板的微带天线研究

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第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 超材料在微带天线中的应用研究进展

1.3 本论文的主要工作与创新点

第二章 超材料与微带天线基本理论

2.1 引言

2.2 超材料的超常电磁特性

2.3 超材料等效媒质理论与等效媒质参数提取方法

2.4 微带天线的辐射原理与分析方法

2.5 小结

第三章 LTCC三维超材料结构单元设计与分析

3.1 引言

3.2 谐振型超材料工作机理

3.3 LTCC三维磁性超材料单元设计

3.4 LTCC三维左手材料单元设计

3.5 小结

第四章 利用LTCC超材料基板设计微带天线

4.1 引言

4.2 微带天线小型化技术与馈电方式

4.3 基于LTCC大磁导率基板设计小型化微带天线

4.4 基于LTCC左手材料基板设计小型化微带天线

4.5 基于LTCC负磁导率基板设计高增益微带天线

4.6 LTCC负磁导率基板在同频耦合抑制中的应用

4.7 小结

第五章 结 论

致谢

参考文献

附录 奇偶模分析法分析两相邻微带线耦合

攻硕期间取得的研究成果

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摘要

超材料(Metamaterials)因具有特殊的电磁特性,近年来在微波射频电路领域的应用受到了极大地关注。微带天线以其质量轻、体积小、剖面低、易集成、馈电灵活等特点,一直是学术界和工程界研究的热点。LTCC技术作为当前无源集成技术的主流方向,为高密度、系统级电子封装(SIP)提供了理想的平台。综合上述焦点,开展利用 LTCC技术设计实现超材料并用于微带天线设计的研究,具有广泛的学术与应用价值。
  本论文重点研究基于LTCC超材料基板的微带天线,主要工作和成果如下:
  首先,对超材料和微带天线的基本理论进行了介绍,分析讨论了大磁导率超材料实现微带天线小型化,左手材料实现微带天线小型化,以及负磁导率超材料抑制天线表面波,实现高增益微带天线和微带天线阵同频耦合抑制的原理。
  其次,利用LTCC多层基板的优势,设计了易于制作的三维SRR结构,分别实现大磁导率磁谐振单元、左手材料单元和负磁导率单元。仿真设计了两款大磁导率( r?在76.5GHz分别为4.8和7.5)小型化微带天线,天线贴片尺寸分别缩小到仅为原来的22.5%和25.1%;设计并制作了左手材料基板小型化微带天线,使半波长微带贴片尺寸缩小为0.28?g;设计并制作了负磁导率基板高增益微带天线,该天线增益比传统天线提高了1.5dB;使用负磁导率材料实现微带天线阵同频耦合的抑制,实验结果表明两相邻微带天线间隔离度提高了15dB。
  最后,利用奇偶模分析法,对负磁导率超材料实现相邻微带线同频耦合抑制进行了原理分析。通过研究传输线的特性阻抗与相位常数表明,相邻微带线同频耦合抑制是源于:负磁导率超材料结构谐振引起偶模电长度的强色散,从而导致偶模激励耦合与奇模激励耦合的相互抵消。实验结果证实,通过加入负磁导率超材料结构,两相邻微带线间的耦合抑制最大可以提高20dB。

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