超材料微带天线的研究进展
微波高分辨率频率源与新型超宽带微带天线研究的开题报告
微波高分辨率频率源与新型超宽带微带天线研究的开题报
告
题目：微波高分辨率频率源与新型超宽带微带天线研究
一、研究背景和意义
随着现代通信技术和电子技术的不断发展，微波领域的应用越来越广泛。
微波高分辨率频率源和新型超宽带微带天线是微波领域应用的关键技术之一，具有广泛应用
于雷达、通信、天文仪器、医疗等领域，具有重要的研究价值和应用前景。
二、研究内容
1. 微波高分辨率频率源的研究：
利用超导微波电路和复杂的数字信号处理技术，研究新型的微波高分辨率频率源，使其能够满足现代通信和雷达应用的高要求，提高其精度和稳定性。
2. 新型超宽带微带天线的研究：
研究新型的超宽带微带天线，通过优化天线结构和材料，提高其频带宽度和辐射性能，满足多种现代雷达和通信应用需求。
三、研究方法
1. 微波高分辨率频率源的研究：
- 基于超导材料的微波电路设计；
- 数字信号处理技术研究；
- 精度和稳定性测试。
2. 新型超宽带微带天线的研究：
- 天线结构设计；
- 材料选择和优化；
- 辐射性能测试。
四、研究成果
1. 微波高分辨率频率源的研究成果：
研究新型的微波高分辨率频率源，提高其精度和稳定性，能够满足现代雷达和通信应用的高要求。
2. 新型超宽带微带天线的研究成果：
研究新型的超宽带微带天线，优化其结构和材料，使其频带宽度和辐射性能得到显著提升，满足多种现代雷达和通信应用需求。
五、总结
本研究将对微波高分辨率频率源和新型超宽带微带天线的研究进行深入探讨和分析，提高其性能和应用价值，有望为现代雷达和通信等领域的发展做出贡献。
双频微带天线的研究
双频微带天线的研究一、本文概述随着无线通信技术的快速发展，微带天线作为一种重要的天线形式，在无线通信、雷达、卫星通信等领域得到了广泛应用。
双频微带天线作为微带天线的一种特殊形式，具有能够在两个不同频段同时工作的特点，因此在多频段无线通信系统中具有重要的应用价值。
本文旨在深入研究双频微带天线的设计理论、性能优化及其在实际应用中的表现，为双频微带天线的进一步发展提供理论支持和实践指导。
本文首先回顾了微带天线的发展历程和研究现状，介绍了双频微带天线的基本原理和设计方法。
在此基础上，对双频微带天线的关键参数进行了详细分析，包括天线的尺寸、介质基板的选取、馈电方式等，并对影响天线性能的主要因素进行了讨论。
接着，本文提出了一种新型的双频微带天线设计方案，并对其进行了仿真分析和实验验证。
仿真结果表明，该设计方案在预定频段内具有良好的阻抗匹配和辐射性能。
本文还对双频微带天线在实际应用中的性能表现进行了评估，为其在无线通信系统中的应用提供了参考依据。
通过本文的研究，不仅能够加深对双频微带天线设计理论和性能优化的理解，还能为双频微带天线在实际应用中的推广提供有力支持。
本文的研究成果也为其他类型的多频段天线设计提供了有益的借鉴和参考。
二、双频微带天线的基本理论双频微带天线是近年来无线通信领域研究的热点之一，其基本理论主要基于电磁波的传播特性和天线的辐射原理。
微带天线是一种薄型、轻质、低剖面的天线，它利用微带线或同轴线等馈电方式，将电磁波辐射到空间中。
双频微带天线则是指能够在两个不同频段内同时工作的天线，这种天线具有多频带、小型化、集成化等优点，在无线通信、雷达、卫星通信等领域具有广泛的应用前景。
双频微带天线的基本理论主要包括天线辐射原理、谐振理论、阻抗匹配等。
天线辐射原理是天线工作的基础，它涉及到电磁波的传播和辐射。
微带天线通过微带线上的电场和磁场分布，将电磁波转化为空间中的辐射波。
双频微带天线则需要在两个不同频段内实现辐射，因此需要通过设计合适的天线结构和馈电方式来实现。
树枝状结构超材料在微带天线上的应用仿真
为主的 Ｃ Ｔ软件对树枝状结构负磁导率微带 天线模型和树枝状结构左手材料覆层微带天线模型进行 了仿 真研 究。仿 真结 Ｓ 果表明 ， 相对于普通微带天线， 负磁导率材料基板天线增益提高了 ， 并使有效辐射功率得到提高 。同时 ， 树枝状结构左 手材 料覆层天线的增益提高了 １２ Ｂ 相当于天线的有效辐射功率提高了 ３． ％ ， ．ｄ ， １８ Ｅ面和 Ｈ面主瓣半功率波束宽度分别 收缩 了 ４． 。 ４ ． 。 ５８ 和 ４ ８ 。树枝状结构负磁导率材料和左手材料可以抑制天线激发 的表 面波 ， 对天线 发射的电磁 波进 行会聚效率更
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超材料在微波通信中的应用研究
超材料在微波通信中的应用研究随着科技的快速发展，人们对通信技术的要求也不断提高。
微波通信技术作为一种高速、高效的通信方式，被广泛应用于无线电、雷达、卫星通信等领域。
而超材料作为一种新型材料，其在通信技术中的应用也日益受到关注。
超材料的定义和特性超材料又称超介质材料，是由人工合成的周期性结构构成的材料。
它可以具有一些独特的电磁特性，如负折射率、负介电常数等，这些特性使得超材料成为了开发新型光电子器件的关键材料。
超材料的特性是由其微结构决定的。
超材料通常由两种或以上不同的材料组成，在微观结构上呈现出周期性变化。
这些周期结构的尺度通常在纳米级别，其周期与电磁波波长相当，因此可以对电磁波的传播和振荡产生很强的影响。
超材料在微波通信中的应用超材料在微波通信中具有重要的应用价值。
由于超材料对电磁波的传播和振荡具有很强的控制能力，因此在微波无线通信系统中，超材料可以用来增强信号的传输能力、改善通信信号的质量、提高通信系统的效率等。
1. 超材料天线超材料天线是将超材料应用于微波天线设计中的一种新型天线。
它采用超材料作为基板和辐射元件，可以实现宽带、小型化、低成本等特点。
超材料天线的工作原理与传统的微波天线相似，但利用超材料的特性可以进一步增强天线的性能。
2. 超材料滤波器超材料滤波器是一种利用超材料特性设计的滤波器。
相比于传统的微波滤波器，超材料滤波器具有更强的滤波能力和较窄的带宽。
这是因为超材料滤波器可以直接控制微波信号的传输和振荡，从而实现更精确的信号滤波。
3. 超材料隐形罩超材料可以实现一些独特的电磁特性，如负折射率和负介电常数，因此可以用来制造超材料隐形罩。
超材料隐形罩具有优异的隐形效果，并且对电磁波的穿透和反射也具有很强的控制能力。
这使得超材料隐形罩成为了军事和民用通信等领域的重要研究方向。
总结超材料在微波通信中的应用具有广泛的研究价值和实际应用价值。
超材料天线、超材料滤波器和超材料隐形罩等应用都具有很大的潜力，并且在未来的通信技术中将起到越来越重要的作用。
微带共形阵列天线研究与应用
微带共形阵列天线研究与应用随着无线通信技术的快速发展，微带共形阵列天线在通信、卫星导航、智能电网等领域的应用越来越广泛。
本文将介绍微带共形阵列天线的研究与应用现状，分析其技术特点，探讨未来发展趋势。
关键词：微带共形阵列天线、无线通信、卫星导航、智能电网微带共形阵列天线是一种基于微带贴片天线技术的阵列天线，具有体积小、重量轻、易集成等优点。
随着无线通信技术的不断进步，微带共形阵列天线的研究与应用越来越受到。
近年来，国内外研究者对微带共形阵列天线进行了广泛的研究，取得了许多重要的成果。
例如，中国科学院上海天文台的李洪涛等人设计了一种应用于卫星通信的微带共形阵列天线，有效地提高了通信性能。
美国加州大学伯克利分校的张晓红等人研究了一种应用于无线局域网的微带共形阵列天线，实现了高速数据传输。
微带共形阵列天线在卫星导航、智能电网等领域也有着广泛的应用。
(1)结构：微带共形阵列天线的结构主要由微带贴片天线和共形阵列组成。
微带贴片天线负责辐射和接收电磁波，共形阵列则用于实现波束扫描、增益提高等效果。
(2)工作原理：微带共形阵列天线的工作原理是利用微带贴片天线的谐振特性，通过调整贴片形状、尺寸和位置等参数，实现对特定频率的电磁波进行高效辐射和接收。
(3)布局：微带共形阵列天线的布局主要是指贴片天线在载体表面的排列方式。
根据不同的应用需求，可以采用不同的布局方式，如线性布局、圆形布局、平面布局等。
微带共形阵列天线具有广泛的应用前景。
在通信领域，可以利用微带共形阵列天线实现高速数据传输和宽带通信。
在卫星导航领域，微带共形阵列天线可以提高定位精度和抗干扰能力。
在智能电网领域，微带共形阵列天线可以实现电力设备的远程监控和智能管理。
微带共形阵列天线还可以应用于无线传感网络、雷达探测等领域。
未来，微带共形阵列天线的研究与发展将面临更多的挑战与机遇。
一方面，研究者需要解决微带共形阵列天线的带宽窄、增益低、方向图可控性差等问题。
超材料的研究现状与应用
超材料的研究现状与应用在物理学和材料科学领域，超材料是一个极具吸引力的话题。
它们是一种材料，由人工构造的微型结构组成，通常具有比自然材料更为神奇的物理特性。
这些特性包括负折射、抗反射、吸收、传输和控制光的能力，以及超高分辨率、精度和速度的传感器和器件。
目前，超材料正在被广泛用于光学、纳米技术、信息技术和能源等领域。
本文将介绍超材料的研究现状和应用，并探讨未来的发展趋势。
超材料的研究现状超材料是一种具有特殊性质的新型材料，它们的电、磁、声、热等性质都大大优于传统材料。
超材料在材料科学实验室中开展的研究主要包括三类：第一类是负折射超材料。
折射率是光线通过材料时遇到的阻力。
负折射超材料凭借其神奇的折射特性，能够将光线弯曲得完全相反。
直到2008年，当科学家报道成功制造了构建于光纤端面的负折射超材料时，负折射材料才真正进入了大众视野。
第二类是光学超材料。
光学超材料是由人造结构组成的，这些结构大小处于光波的微米范围之内。
例如人造折射光栅，可将光按照不同波长进行分离、反射和吸收。
这类材料在信息技术和光电子通讯领域得到广泛应用。
第三类是超材料天线技术研究。
天线是无线电设备的重要组成部分，其主要作用是将电波转换为无线电信号，并将这些信号转换回来。
因此天线技术在通信领域也起着至关重要的作用。
由于常规材料的性能受到电磁波波长的限制，因此新型超材料材料具有较传统材料更高的频率选择性。
超材料的应用负折射超材料负折射超材料已经被应用在各种科学领域，例如在光学成像和生物科学中。
在照明技术领域，负折射超材料突破了光学技术的极限，创造出超高分辨率和高效率的成像方式。
通过负折射超材料的技术，可以在医疗诊断和科学研究中实现无损伤性的成像，对提高疾病诊断的准确性，满足医学研究与临床应用需求，产生了极大的贡献。
光学超材料光学超材料被广泛应用于光电子器件和光学成像器。
例如，在光学通讯系统中，光学超材料是实现光子器件的重要材料，它们可以帮助光信号传输。
一种基于超材料的小型化宽带微带天线
一种基于超材料的小型化宽带微带天线何杨炯;张世全;李雪健【摘要】分别将创新设计的“正方形”和“四方形”超材料单元刻在普通微带天线的辐射贴片和接地板上，设计了工作在3.66GHz-14.42GHz的一种小型化宽带高增益微带天线。
与原始的天线相比，新型天线的谐振中心频率降低了34.8%，相对带宽从3.76%扩展到229.9%，同时保持了良好的增益。
实物测试结果与仿真结果吻合较好。
因为超材料的左手传输特性影响了微带天线介质基板的等效媒质参数，导致天线的辐射场主要集中在水平方向，而不是传统的微带天线的垂直方向。
%The novel designed“square”metamat erial units were etched on upper patches with ordinary microstrip antenna and the bottom ground plane, respectively,thus working out a miniaturized broadband high-gain microstrip antenna working under pared with the original antenna,the resonance center frequency of the new antenna is decreased by 34.8%;the relative bandwidth is expanded to 229.9% from 3.76% while favorable gain is maintained.The material test results and the simulation results are in line with each other.The performance improvement is attributed to the fact that the left-hand transmission features of metamaterial affected the equivalent medium parameters of the microstrip antenna dielectric substrate,and the radiation field of the antenna concentrates on the horizontal direction rather than the vertical direction for traditional bandwidth antenna.【期刊名称】《电子世界》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】2页(P46-47)【关键词】小型化;微带天线;宽带;超材料【作者】何杨炯;张世全;李雪健【作者单位】武警工程大学;武警工程大学理学院;武警工程大学【正文语种】中文实现天线的小型化一直是科研工作者的研究热点，常用的方法包括加载无源集总元件、加载特殊材料基板、增加接地板等。
双陷波超宽带微带天线的设计与研究的开题报告
双陷波超宽带微带天线的设计与研究的开题报告【摘要】超宽带（UWB）技术是一种在大带宽范围内传输数据的方法，其特点是传输速度快、传输质量高和抗干扰能力强。
为了更好地利用UWB技术，本文设计了一种双陷波超宽带微带天线。
通过对该天线的分析和模拟，我们可以得出一些性能指标，例如增益、带宽和VSWR。
该方案可以用于无线通信、雷达、医疗设备等领域。
【关键词】超宽带、微带天线、双陷波、无线通信、雷达、医疗设备【正文】一、背景介绍随着人们对通信速度和传输质量要求的不断提高，超宽带（UWB）技术越来越受到人们的关注。
UWB技术是指在大带宽范围内传输数据的一种方法，其特点是传输速度快、传输质量高和抗干扰能力强。
因此，UWB技术被广泛应用于无线通信、雷达、医疗设备等领域。
在UWB系统中，天线是非常重要的一个部分。
因此，在设计UWB系统时，需要选择一款性能良好的UWB天线。
目前，常用的UWB天线包括宽带耦合天线、漏斗天线、螺旋线天线等。
这些天线通常具有宽带、低噪声系数和良好的电磁兼容性。
在本文中，我们将设计一种新型的UWB天线：双陷波超宽带微带天线。
通过该天线的分析和模拟，我们可以得出一些性能指标，例如增益、带宽和VSWR等。
二、研究内容本文的主要研究内容包括以下几个方面：1. 双陷波超宽带微带天线的设计原理2. 基于有限元方法（FEM）的天线模拟分析3. 天线性能指标的测试和分析在设计双陷波超宽带微带天线时，我们将采用双陷波滤波器来提高天线的性能。
所谓双陷波滤波器，是指在频率响应曲线上有两个陷波的滤波器。
该滤波器可以去除信号中的某些频段，同时保留其他频段的信号，从而提高天线的性能。
在完成天线设计后，我们将使用有限元方法（FEM）来模拟和分析天线的性能。
FEM是一种基于数学模型的分析方法，可以帮助我们计算天线的电磁特性，例如增益和相位。
最后，我们将测试和分析天线的性能指标，例如增益、带宽和VSWR等。
这些指标将帮助我们评估天线的性能，以便更好地应用于实际领域。
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200 10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.07.068 超材料微带天线的研究进展
周精浩，董焱章* （汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室，湖北汽车工业学院汽车工程学院，湖北 十堰 442002） 摘 要：汽车的智能网联化对车载雷达等智能车身传感器提出了更高的性能要求，其中内置微带天线的性能至关重要。超材料的新颖特性非常有利于提高微带天线的增益、小型化和集成化程度，这里超材料与微带天线的合理匹配是设计研究的重点。从天线结构角度来看，超材料微带天线的类型可分为超材料覆层型微带天线、超材料基板型微带天线、复合左右手传输线型微带天线。超材料微带天线在抑制天线表面波、提高天线方向性和天线多频化等方面具有很好的应用潜力。 关键词：超材料；微带天线；小型化；增益；集成化 中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)07-200-07
Research progress of metamaterial microstrip antenna Zhou Jinghao, Dong Yanzhang* （Hubei Key Laboratory of Automotive Power Train and Electronic Control, School of Automobile Engineering, Hubei University of Automotive Technology, Hubei Shiyan 442002）
Abstract: The intelligent networking of automobiles puts higher performance requirements on smart body sensors such as vehicle radars, and the performance of built-in microstrip antennas is crucial. The novel characteristics of metamaterials are very beneficial to improve the gain, miniaturizion and integration of microstrip antennas. The Reasonable matching of metamaterials and microstrip antennas is considered to be the focus of design research. According to the structure of micro -strip antennas, it can be divided into metamaterial coated microstrip antenna, metamaterial substrate microstrip antenna and composite left/right- handed transmission line microstrip antenna. The metamaterial microstrip antenna has a good applica -tion potential in suppressing the antenna surface wave, improving the antenna directivity and multi-frequency antenna. Keywords: metamaterial; microstrip antenna; miniaturizion; gain; integrated CLC NO.: U445 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)07-200-07
前言 1953年Deschamps首次提出微带天线，然而受限于覆铜、覆金介质基片光刻技术的落后，直到20世纪70年代Munson和Howel才制造出第一个实际意义上的微带天线[1]。微带天线具有体积小、结构简单、成本低、易与与其他电磁器件共形、方便与馈电网络和其他有源器件集成等优点。在汽车智能网连化蓬勃发展的过程中，对车载雷达等智能车身传感器
作者简介：周精浩，男，湖北汽车工业学院硕士生，主要研究方向：智能车身轻量化设计。*通讯作者：董焱章（1983-），男，博士，副教授，主要从事工程力学、结构与多学科优化、超材料设计等方面的研究。基金项目：国家自然科学基金青年科学基金（11502075，11504102，51605149）；汽车零部件技术湖北省协同创新项目（2015 XTZX0401，2015XTZX0421）；湖北汽车工业学院博士科研启动基金(BK201501) 。 周精浩 等：超材料微带天线的研究进展 201 的集成化和小型化提出了更高要求，因此微带天线成为车用雷达的新选择，目前己有采用微带天线阵的汽车雷达系统[2-3]。但是传统的微带天线的增益普遍较低、性能受介质板材影响较大，易激励表面波导致能量损耗、功率容量较低、频带较窄、馈电与辐射元之间存在着隔离差、方向性比较差等缺点制约微带天线的进一步发展和应用。上述问题亟需新的微带天线设计理论及研究，本世纪初脱颖而出的超材料设计理念[4-7]恰逢其时，随着超材料理论不断发展，目前超材料已经在天线、雷达、滤波器等领域得到应用，并取得较好的效果。 1 超材料的新颖特性及天线合璧 超材料是一类人工复合结构材料，它可以通过周期性的人工结构对外加电磁场产生相应的响应。随着研究的深入，超材料的范围也愈加广泛，主要包括：左手材料、光子带隙晶体、负磁导率材料，近零折射率材料和频率选择表面等[8]。超材料的思想最早可追溯到1904年，科学家Schuster A和Lamb H发现在吸波谐振频率处存在不规则色散，从而可能出现负群速。1968年，前苏联科学家Veselago[4]从理论上对这一思想进行拓展，提出了电导率和磁导率同时为负的可能性，但由于在自然界中没有找到该类材料，超材料受到质疑而没有任何进展。直到1996-1999年期间，英国科学家Pendry等[5-6]提出一种通过细金属棒(Rod)阵列和金属谐振环(SRR)实现负的等效介电常数和负的等效磁导率的方法。2001年美国科学家Smith等[7]成功制作出X波段等效介电常数和等效磁导率同时为负的左手超材料，第一次从实验上证实了负折射的存在。 图1 超材料天线[9-15] 超材料理论上可以得到任意数值的磁导率或介电常数，极大突破了人们对传统材料的认识禁锢，超材料的发现引起人们极大地兴趣，越来越多的学者投入这个领域。近年来，超材料研究成果纷纷涌现，主要集中在两个方面：一是超材料新型结构的实现和性能优化，得益于先进的人工制备技术，左手超材料的结构越来越多样化，概括起来主要有五大类[16]，如以十字勋章形[17]、工字型[18]、川字型[19]、树枝型[20]、梯形[21]等为基础的谐振贴片型超材料，以及传输线集成型[22]、薄膜层合型[23]、颗粒复合型[24]、渔网型[25]等；二是超材料在天线等工业领域内的应用，如圆片结构多带与宽带超材料吸波器[26]、超材料基板微带天线[27-28]、超材料滤波器等[29]。基于超材料理论设计出的天线如图1所示，不仅实现了较为完美的辐射而且突破了传统意义上的物理天线尺寸限制，这些均在智能车身传感器方面有潜在应用。 针对微带天线增益低、频带窄、方向性差的缺点，研究者提出了一些提升微带天线增益性能的方法，比如使用低介电常数的介质板降低天线的固有品质因子、添加寄生贴片和将单一天线组成天线阵列的形式等[2,30]，尽管这些方法可以提高天线增益，但同时也带来了尺寸变大、结构复杂和成本高昂等缺陷。超材料理论围绕负介电常数和负磁导率等基本属性，衍生了很多新颖的电磁特性，如基于负折射率的负折射[31]、超分辨率成像[32]、光子遂穿效应[33]等；基于后向波的逆多普勒效应[34]、逆切伦科夫辐射[35]和反常古斯-汉森位移[36]
等奇特属性[37]。超材料的新颖特性对于电磁器件的集成化、小型化和特定性能设计等意义重大。具体到微带天线研究，超材料的性能设计研究主要是从天线基底的改造、高性能天线覆层的布置、对辐射结构进行再设计等方面着手[38]，概括起来超材料微带天线结构有三种类型，即超材料基板微带天线、超材料覆层微带天线、复合左右手微带天线。
2 超材料基板型微带天线 微带天线的基板与天线的带宽、阻抗、品质因素和损耗等密切相关，无论是基板的相对介电常数，还是基板的厚度都会对微带天线性能产生影响。采用较厚的基板，可以得到较宽的频带，效率也较高，但基板厚度与波长比值过大会引起表面波的明显激励，通常经验认为天线电厚度不应超过五分之一的天线工作波长。采用高介电常数的介质基板，微带天线的尺寸较小，但带宽较窄，当减小基板介电常数时，可以使辐射对应的品质因子下降，从而使频带变宽，同时还将减小表面波对天线方向性的影响，在毫米波波段，表面波效应尤为显著。另外天线的带宽与高次模的产生又是互相矛盾的，而高次模的产生将会使得天线方向图恶化[39]。 普通材料基板的这些因素相互影响，很难获得满意的天线性能，无论对于微带天线还是其他种类的天线，增益都是一个重要的考量指标，增益并不是一个独立的参数，它与天线的尺寸，方向性系数，辐射效率和损耗等密切相关。具体到我们的车载雷达，天线的这些指标关系到汽车雷达的最大探测距离[42-43]。针对微带天线低增益，方向性差的特点，基于超材料理论，出现了很多改造天线基板的方法，常用的就是使用电磁带隙结构(EBG)，产生的谐振禁带效应抑制天线的表而波[40-41]，进而减小天线的辐射损耗，提高天线增益。周期电磁带隙结构本身就是广义上的超材料，谐振结构(SRR)