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基于复合超介质基板的微带天线设计与分析

电子元件与材料 2013年第8期32卷 56-59页

作者：汪仲清彭丽丹欧芝香李宝重庆邮电大学数理学院重庆400065 重庆邮电大学光电工程学院重庆400065 重庆大学光电工程学院重庆400044

利用方形开口谐振环、微带线和缺陷地结构建构了一种结构较为简单、便于调节的腔体型结构超介质。仿真结果表明,设计的超介质在1.0~3.6 GHz、3.8~7.1 GHz和7.2~8.0 GHz三个频段内均具有等效介电常数和等效磁导率小于零的左手材料特性。... 详细信息

利用方形开口谐振环、微带线和缺陷地结构建构了一种结构较为简单、便于调节的腔体型结构超介质。仿真结果表明,设计的超介质在1.0~3.6 GHz、3.8~7.1 GHz和7.2~8.0 GHz三个频段内均具有等效介电常数和等效磁导率小于零的左手材料特性。将超介质单元周期性地镶嵌在一种普通多频微带天线的介质基板内,实现了基于复合超介质基板天线。测试结果表明,在工作频率为1.61,3.44和3.9 GHz的微带天线中加载这种超介质结构覆层后,其谐振频率分别降低了60,70和40 MHz,同时将4.53~4.80 GHz和4.97~6.00 GHz两个工作频段扩展为4.6~6.0 GHz的超宽带。所设计的天线整体性能良好,且满足了WLAN在5 GHz通信频段的要求。

关键词：微带天线超介质负介电常数负磁导率 WLAN 超宽带

太赫兹波段复合十字孔型超介质滤波器的分析与设计

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电子元件与材料 2013年第11期32卷 53-57页

作者：陈均朵天波刘子辰潘武重庆邮电大学光电工程学院重庆400065

利用谱域法对十字孔型超介质单元的滤波特性进行了理论分析,设计了工作在太赫兹大气通信窗口、中心频率为0.338 THz的十字孔型阵列超介质滤波器,其归一化透射率高达0.998。讨论了其结构参数对滤波特性的影响。分别利用相同十字孔、十字... 详细信息

利用谱域法对十字孔型超介质单元的滤波特性进行了理论分析,设计了工作在太赫兹大气通信窗口、中心频率为0.338 THz的十字孔型阵列超介质滤波器,其归一化透射率高达0.998。讨论了其结构参数对滤波特性的影响。分别利用相同十字孔、十字形、方形环结构对其滤波特性进行改进,对改进结果进行了对比。最终选用方形环与十字孔结合的复合阵列结构替换了十字孔型阵列结构,构成了复合结构的超介质滤波器。结果表明,其3 dB带宽为20.38 GHz,带外归一化透射率小于0.1,带外抑制更加良好,边带更加陡峭。

关键词：太赫兹通信超介质带通滤波器方形环十字孔归一化透射率

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低频超介质吸波体设计与研究

低频超介质吸波体设计与研究

作者：王成文华中师范大学

学位级别：硕士

超介质独特的亚波长单元结构和灵活的设计方式,使其具有传统介质所不具备的超常电磁特性,其理论和应用研究受到普遍关注。针对传统低频吸波材料厚度较厚、吸收率不高和吸收频带宽有限等问题,超介质为低频吸波体研究提供了一个新的方向,... 详细信息

超介质独特的亚波长单元结构和灵活的设计方式,使其具有传统介质所不具备的超常电磁特性,其理论和应用研究受到普遍关注。针对传统低频吸波材料厚度较厚、吸收率不高和吸收频带宽有限等问题,超介质为低频吸波体研究提供了一个新的方向,其理论和应用研究具有重要意义。本文首先介绍了超介质的基本概念和基本理论公式,并对吸波体发展和应用进行了简要概括;简述了分析超介质吸波机理的等效介质理论、阻抗匹配理论、表面电流分析和不同介质层的多次反射理论,并对实验环节做了简单描述。论文重点开展了低频吸波体的研究,提出了一款FR4介质板加载开孔石墨片的多层超介质低频吸波体,实现了在0.60 GHz-0.89 GHz的宽频吸收,吸收率达到90%以上,并在较宽的入射角下保持较高的吸收率。同时,利用磁场能量分布分析了吸波机理,对仿真结果和理论计算结果进行对比分析,并讨论了加载与不加载开孔石墨、集总电阻阻值大小、石墨的厚度以及空气层厚度对吸波体特性的影响。论文利用集总元件设计了一款工作在0.84 GHz-1.64 GHz的宽带、极化不敏感的开缝金属贴片加载电阻的多层超介质吸波体,吸收率在90%以上的吸收带宽约为0.80 GHz。理论计算结果、实验结果与仿真结果基本吻合。分析了实验与仿真的误差主要来源于模型制作误差、仿真计算中介质参数与实际材料参数之间的误差以及低频段测试环境影响导致的误差。论文利用阻抗匹配理论、表面电流和磁能分布的方法分析了其吸波机理并详细讨论了加载电阻的大小和空气层厚度对吸收率的影响。论文所设计的低频吸波体在目标电磁隐身、电磁兼容、电磁屏蔽与防护等领域有一定的应用价值。

关键词：超介质吸波体石墨集总电阻

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基于等效介质的超介质吸波体的研究

基于等效介质的超介质吸波体的研究

作者：黄晓俊华中师范大学

学位级别：硕士

超介质吸波体具有传统吸波材料所不具备的电磁特性,为设计新型电磁防护材料和目标隐身材料提供了一种新的途径,因此,研究超介质吸波体具有重要的理论意义和应用价值。本文主要研究超介质吸波体的设计、仿真计算、实验测量,并基于等效介... 详细信息

超介质吸波体具有传统吸波材料所不具备的电磁特性,为设计新型电磁防护材料和目标隐身材料提供了一种新的途径,因此,研究超介质吸波体具有重要的理论意义和应用价值。本文主要研究超介质吸波体的设计、仿真计算、实验测量,并基于等效介质理论分析其吸波特性和机理。前两章介绍了超介质的基本知识,对超介质吸波体的研究现状、实际应用和宽带吸波体的设计与分析方法进行了简要总结;并且对本文后续用到的等效介质理论、阻抗匹配理论和多次反射理论也进行了介绍。第三和第四章重点研究了以下两种超介质吸波体：1.利用单元组合法仿真设计了螺旋结构超介质吸波体,仿真结果表明在9.86GHz,12.24 GHz和15.34GHz处产生了三个强烈的吸收峰,对应的吸收率分别达到了99.4%,96.7%和99.1%,并且在吸收频点处都具有极化不敏感和宽角度入射特性,入射角度在0°到60°之间变化时,三个吸收频点的吸收率都在96%以上。利用自由空间法测试了吸波体的散射参数,测量结果与仿真结果吻合。通过表面电流和电场能量分析了螺旋结构吸波体的吸波机理。2.利用加载集总电阻的方法仿真设计了具有良好的极化不敏感和宽角度特性的宽带超介质吸波体,仿真结果表明吸波体半功率带宽大约为11.2GHz,其相对带宽为116.7%,实验结果与仿真结果吻合。利用等效介质理论计算了等效电磁参数,详细分析了其吸波机理,并且讨论了结构尺寸、加载电阻等因素对吸波特性的影响。螺旋结构和加载电阻的超介质吸波体的具有吸收率高,极化不敏感和宽角度入射等良好的特性;另外,利用等效介质理论来分析加载集总电阻宽带吸波体的吸收特性,为超介质吸波体的特性分析提供了一种新颖有效的方法。

关键词：超介质吸波体等效介质理论多次干涉

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基于电磁超介质的液体传感器研究

基于电磁超介质的液体传感器研究

作者：李晓西安科技大学

学位级别：硕士

传统传感器存在体积大、灵敏度低、污染样本的缺点,利用超介质的非常规特性,可以克服原始材料的局限。与传统传感器相比,超介质传感器具有设计简单、灵敏度高、选择性强和检测即时等优势。在开环谐振器（SRR）和互补开环谐振器（CSRR）... 详细信息

传统传感器存在体积大、灵敏度低、污染样本的缺点,利用超介质的非常规特性,可以克服原始材料的局限。与传统传感器相比,超介质传感器具有设计简单、灵敏度高、选择性强和检测即时等优势。在开环谐振器（SRR）和互补开环谐振器（CSRR）结构的基础上,设计并研究两种超介质传感器。通过对比两种传感器,超介质可以为传感器的设计和性能的提升提供新的思路和方法。本文主要工作总结如下:（1）提出一种基于四个六边形互补开口环谐振器的二元混合物浓度超介质传感器。采用石英玻璃材料制成的微通道不仅可以避免环境的污染,还能减少样本量的使用,少量样品的需求和较低的工作频率使得本传感器适合于多种应用。将被测液体引入谐振器和传输线中心孔的玻璃管内,可得出在工作频率为2-3GHz时,传感器对不同浓度的二元液体:甲醇-水、乙醇-水和甲醇-水的灵敏度分别19.7MHz/10%浓度、26.1MHz/10%浓度、7.5MHz/10%浓度。在测量过程中,使用了两个Sub-Miniature-A（SMA）微波连接器和一个合适的样品支架,通过PNA-L安捷伦矢量网络分析仪（VNA）实现实验研究,其工作频率范围在0.5GHz-3.5GHz之间。比较模拟结果和实测结果,可以实现趋势一致性。（2）提出一种方形开口环结合菱形开口环的变形SRR结构,设计出用于无创检测血糖浓度的传感器。利用基于有限积分技术的微波工作室模拟软件（CST）进行模型的仿真与优化,使其Q值达到25,以便传感器可以在微波频率下快速分析液体样品的介电特性。此外,利用同轴介电探针套件测量的血糖样品的介电特性,建立相应的数值模型并导入到模拟软件中,然后利用传感器对血糖浓度进行数值检测。利用ADS电路仿真软件拟合出传感器等效电路,结合等效电路、电场和表面电流分布对传感器的阻抗匹配、结构参数以及传感机理进行进一步分析。窄带高Q的特性对于使用射频谐振器进行血糖检测至关重要。相比传统血糖检测仪,非入侵设计使血糖检测更简便且灵敏度更高。本文所设计的两种传感器具有灵敏高、结构简单、响应速度快等优点,为未来工业的应用提供一种新的研究方向。

关键词：液体浓度传感器超介质介电常数灵敏度

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可调太赫兹超介质吸波体研究

可调太赫兹超介质吸波体研究

作者：李昱君华中师范大学

学位级别：硕士

介于微波和红外波波段的太赫兹波有许多优异的特点,相关应用领域受到广泛关注。作为具有超常电磁特性的超介质,一直是科研人员的研究热点。本文将石墨烯与超介质相结合,研究了太赫兹波段且吸收率可调的超介质吸波体,并对石墨烯电磁特性... 详细信息

介于微波和红外波波段的太赫兹波有许多优异的特点,相关应用领域受到广泛关注。作为具有超常电磁特性的超介质,一直是科研人员的研究热点。本文将石墨烯与超介质相结合,研究了太赫兹波段且吸收率可调的超介质吸波体,并对石墨烯电磁特性和相关吸波理论进行了讨论与分析。简要介绍了太赫兹波和太赫兹超介质吸波体的研究状况和应用;对石墨烯的电磁特性进行了详细的说明和讨论,介绍了三种分析超介质吸波体的等效介质理论、阻抗匹配理论和多次干涉理论。结合研究进展以及理论依据,重点研究设计了两款不同种类的太赫兹超介质吸波体:一是加载石墨烯的五频太赫兹超介质吸波体。仿真结果显示在0.93 THz,1.72 THz,2.39 THz,3.05 THz和3.72 THz达到较高的吸收峰值,并且保持较好的极化不敏感和宽入射角特性。对比仿真了不同介质层厚度和不同石墨烯结构下的吸收率变化情况,通过电场能量分布状态图,进一步分析了吸波体的吸收机理。基于石墨烯化学势可调控的性质,实现了吸波体吸收率动态可调的功能。二是加载石墨烯的宽频太赫兹超介质吸波体。通过圆环和圆盘相结合排列的形式,实现了在1.15 THz至2.73 THz频带内,吸收率达到90%以上,相对带宽达到81.44%。同样,吸波体具有极化不敏感、宽入射角和可调的特性。基于等效阻抗理论,超介质与自由空间阻抗匹配情况良好。利用表面电流、电场能量分布,解释了电磁波吸收机理。通过石墨烯化学势的改变,完成吸收率从0到100%的动态调节。加载石墨烯的超介质吸波体不仅能够实现多频和宽频的吸收特性,而且能够实现吸收率动态可调的性能,在可调器件的设计中有一定的应用价值。

关键词：太赫兹超介质吸波体石墨烯可调性

加载超介质的高增益、高方向性探地雷达天线研究

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加载超介质的高增益、高方向性探地雷达天线研究

作者：吴松华中师范大学

学位级别：硕士

超介质是一种人工电磁材料,具有与自然物质不同的电磁特性。设计实现任意介电常数、磁导率和折射率的超介质使得超介质在微波领域的应用提供了可能,特别是超介质加载到天线上的问题得到广泛关注,研究具有重要的应用价值。本文据超介质... 详细信息

超介质是一种人工电磁材料,具有与自然物质不同的电磁特性。设计实现任意介电常数、磁导率和折射率的超介质使得超介质在微波领域的应用提供了可能,特别是超介质加载到天线上的问题得到广泛关注,研究具有重要的应用价值。本文据超介质理论和天线相关理论设计了两种加载超介质天线,并且所设计的天线能够应用于探地雷达系统。针对探地雷达常用的碟形天线具有超宽带,但是方向性不好,增益有限的问题,本文提出了一种金属背腔加载到天线的背面,从而实现天线的单向辐射。尽管金属背腔的加载解决了蝶形天线的辐射单向性,但是天线的方向性有待改进,天线的半功率波瓣宽度太大使得能量辐射不集中。为此,提出了一种加载零折射率超介质的天线,使得天线的增益提高了1.725 dB。根据传统的Vivaldi天线具备超宽的特性,本文设计了一种零指数超介质,并将其嵌入到Vivaldi天线的开口处使得天线的整体结构紧凑而且体积小。与原始Vivaldi天线相比,加载超介质的Vivaldi天线的增益增加了0.9dB-2.48 dB,而且半功率波瓣宽度减小了10度。本文的主要创新点是：设计了具有特定性质的超介质,并将其加载到天线上,提高天线的方向性和增益,实现了超介质在天线上的应用潜力。

关键词：超介质天线超介质加载天线探地雷达系统

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超介质串联馈电线性偶极子阵列

桂林电子科技大学学报 2010年第6期30卷 533-536页

作者：曹卫平温金芳李思敏桂林电子科技大学信息与通信学院广西桂林541004

基于超介质的相位超前理论,设计了一种新型的串联线性偶极子阵列。该阵列利用负折射指数相移线代替传统一个导波波长(λg)的弯折线进行馈电。其中,NRI相移线采用CPS技术,并通过在主传输线上周期性地加载串联电容和并联电感来实现。研究... 详细信息

基于超介质的相位超前理论,设计了一种新型的串联线性偶极子阵列。该阵列利用负折射指数相移线代替传统一个导波波长(λg)的弯折线进行馈电。其中,NRI相移线采用CPS技术,并通过在主传输线上周期性地加载串联电容和并联电感来实现。研究结果表明:串联馈电线性偶极子天线具有带宽宽、体积小、波束倾斜小、制作简单、易于集成等优点。

关键词：超介质共面带状线(CPS) 负折射指数相移线

电控超介质太赫兹调制器用谐振环阵列的优化设计

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现代科学仪器 2012年第6期 46-48页

作者：隋佳伟周震冯丽爽殷博昊北京航空航天大学光电技术研究所

针对电控超介质太赫兹调制器存在自身结构的电容和电阻大,调制器调制深度不高问题,本文利用ANSOFT HFSS软件对调制器的开口谐振环(SRR-Split Ring Resonator)阵列结构进行仿真设计与优化。仿真结果显示调制器的工作频率为0.48THz,调制... 详细信息

针对电控超介质太赫兹调制器存在自身结构的电容和电阻大,调制器调制深度不高问题,本文利用ANSOFT HFSS软件对调制器的开口谐振环(SRR-Split Ring Resonator)阵列结构进行仿真设计与优化。仿真结果显示调制器的工作频率为0.48THz,调制深度可以达到77.2%。

关键词：谐振环太赫兹调制器超介质电控优化设计