一种新型复合左手传输线的设计.docx

一种新型复合左手传输线的设计 复合左段（crlh）传输线（tl）是美国科学家2002年提出的一种新的左即级材料。由于其异常特性和潜在应用价值，许多国内外研究人员表示关注它。crlhtl不仅可以设计微波设备，还可以在天线上广泛使用。当crlh色散信号的干扰时间内时，波束可以在整个范围内扫描。crlh零阶振幅天线的大小比普通半波长天线小。近年来，基于基片集成波技术的基础研究团队在crlh负阶振幅天线的设计上设计了负阶衰减天线。这些天线比其他天线有更高的注释。 本文提出了一种基于分形几何和基片集成波导技术的CRLH TL,并利用其设计了负阶谐振天线.仿真结果和实验数据表明:与之前所报道的CRLH谐振天线相比,新型CRLH负阶谐振天线不仅具有更小的尺寸,而且提供了更高的增益. 1 金属化通孔电路参数的提取 新型CRLH传输线单元的结构如图1所示,该结构是在基片集成波导的正面金属上刻蚀二阶Hilbert分形缝隙而形成的.介质板的介电常数和厚度分别为2.2和1.5 mm.单元的长度p=5 mm,宽度W3=6.1 mm,缝隙的宽度W1=0.2 mm,缝隙间距W2=0.1 mm.金属化通孔的直径和间距分别为0.6 mm和1 mm,这保证了能量不会从通孔之间泄露出去. 图2给出了该结构的等效电路模型,Hilbert分形缝隙提供了左手电容CL,用于构建基片集成波导的金属化通孔提供了左手电感LL.首先利用HFSS软件对图1所示的结构进行仿真,得出其S参数.然后根据图2所示的等效电路,在Serenade软件中将该S参数作为目标函数进行拟合,从而提取出一组最优电路参数值.提取出来的电路参数值如下:CL=0.49 pF、LL=0.09 nH、CR=2.83 pF、LR=0.76 nH.图3给出了该CRLH传输线的色散曲线. 2 天线的实测振幅频率 将CRLH TL单元终端用金属化通孔短路即可得到新型负阶谐振天线,其结构和尺寸如图4所示.由文献中的理论可知:该天线是通过正面金属上刻蚀的缝隙进行辐射的,类似于一个λ/4谐振腔.因此从图3可知,天线的-1阶谐振频率应该在7.7 GHz附近. 将此天线进行实物加工和实验测量.天线的实物照片、回波损耗、辐射方向图结果分别示于图5、图6和图7中.从图6可以看出,天线的实测谐振频率为7.73 GHz,这与理论值很接近,说明了天线设计过程的正确性.图7表明:天线的辐射方向图和贴片天线的辐射方向图类似,此天线的E面辐射方向图之所以不对称,是微带馈线和天线工作在-1阶模式两方面原因造成的.仿真出的天线在主辐射方向上的增益为4.9 dBi,主辐射方向上的实测增益为4.3 dBi. 3 新型复合分析结构 表1总结了新型复合左右手负阶谐振天线和之前报道的CRLH零阶谐振天线的性能,由此可以看出:新型复合左右手负阶谐振天线不仅具有更小的尺寸,而且拥有更高的增益. 另外,同等长度的分形平面填充曲线较同等长度的蜿蜒线具有更大的等效电感,所以根据对偶原理可知,同等长度的分形缝隙较同等长度的蜿蜒缝隙具有更大的等效电容.由此可见,此结构的左手电容大于文献中所提结构的左手电容,即该结构较文献中的结构具有更低的左手通带.所以,与文献中的结构相比,新型复合左右手负阶谐振天线也实现了小型化. 4 振幅天线crlh 本文提出了一种基于分形几何和基片集成波导技术的复合左右手传输线,并利用其设计了负阶谐振天线.实验数据表明:该天线的电尺寸和增益分别为0.18λ0×0.14λ0和4.3 dBi,这是之前报道的CRLH谐振天线所不能实现的.除此之外,该天线只需用50 Ω的微带线进行馈电,拥有类似贴片天线的辐射方向图,所以,此天线可以用于无线通信系统中.