加载人工磁导体的双频柔性可穿戴天线

该文研究了一种加载人工磁导体(AMC)的双频柔性可穿戴天线,天线的谐振频率为3.5 GHz和5.8 GHz。天线由双频单极子天线和4×4阵列的双频人工磁导体构成,均采用柔性材料作为介质基板。天线尺寸为0.70λ_(0)×0.70λ_(0)×0.05λ_(0)(λ_(0)为3.5 GHz时的自由空间波长)。人工磁导体的介质基板为3层结构,增加了相位响应,使用双环开槽结构延长电流路径长度,实现了双频的宽带同相位反射。人工磁导体的引入有效降低天线的背向辐射,从而降低比吸收率(SAR),同时提高天线的增益。仿真结果表明,该天线性能受结构变形和人体载荷的影响较小。在工作频段内天线的阻抗带宽分别为7.5%和4.0%;峰值增益分别为7.86 dBi和8.06 dBi。在3.5 GHz和5.8 GHz的比吸收率分别为0.2 W/kg和0.06 W/kg,均小于美国联邦通信委员会标准。为了验证仿真结果,对天线进行加工测试,实测与仿真结果基本一致。实验结果表明,加载人工磁导体的天线具有良好的鲁棒性和增益以及较低的比吸收率,适用于可穿戴无线通信系统。

加载极化扭转人工磁导体的双频圆极化天线

为减少多径损耗、抗极化失配,同时满足无线设备对多频段的需求,设计了一款加载极化扭转人工磁导体的双频圆极化天线。极化扭转人工磁导体采用双层结构增加了相位响应,使用矩形环延长电流路径,矩形环中加入圆角和截断的矩形贴片结构引起表面阻抗不平衡性,实现了在2.45 GHz和5.8 GHz频段内高效的极化转换。在双频单极子天线下方加载极化扭转人工磁导体,利用90°极化旋转效应实现了在低频段左旋圆极化和高频段右旋圆极化。仿真和实验结果表明:设计天线的工作带宽分别为2.2~2.58 GHz和3.5~6 GHz,3dB轴比带宽分别为2.3~2.56 GHz和5.6~6.2 GHz,峰值增益分别为16.8和7.5 dBic。实验结果证实了采用极化扭转人工磁导体可以降低双频圆极化天线的复杂度。

基于人工磁导体(AMC)的微带天线RCS减缩方法研究

针对天线雷达截面减缩问题,本文利用N = 7的圆环和方环AMC块进行3 ×3的棋盘式组合,设计出了在宽频带范围内RCS减缩达?10 dB以上的RCS反射屏。又以普通RCS减缩外形技术处理后的微带天线作为参考天线,加载设计出RCS反射屏,使RCS减缩量在多散射方向和更宽频带内实现RCS减缩到达?10 dB的效果。为优化RCS减缩效果,该文进一步提出一种基于人工磁导体(AMC)的微带天线RCS减缩方法。论文将设计出的棋盘式AMC加载在微带天线上,使得在平面波垂直照射下,微带天线RCS减缩在相对很宽频带内,且RCS减缩量获得了很大的提升,普遍在?10 dB~?30 dB,而且微带天线工作带宽拓宽为2.39~2.58 GHz,带宽为190 MHz,只经过普通外形技术处理的相对参考天线工作频带2.42~2.5 GHz,带宽为80 MHz,两者相比,加载AMC结构后微带天线带宽增加了237.5%。微带天线在2~14 GHz频段范围内(带内和带外)均可实现RCS减缩效果,且天线增益略有增加。

改进的宽带人工磁导体结构

采用齿化边缘技术对普通的人工磁导体(AMCArtificialMagneticConductor)结构进行了改进,可以获得更宽频带的电磁带隙。仿真结果表明,在带隙中心频率为7GHz左右时,带隙宽度提高了240MHz,比普通结构提高了15%左右。制作了实际的电路,测量结果与仿真结果基本一致。

具有分形特征的宽带人工磁导体结构

介绍了一种新型的具有分形特征的宽带 AMC 结构。这种结构是将普通 AMC 结构贴片的边缘用 Minkowski 环代替形成,结果发现使用这种结构可以得到更宽频带的电磁带隙。在3GHz 左右的频率,电磁带隙宽度可提高28%左右。这种结构可用于实际的宽带电路和天线中。

交互嵌入式人工磁导体结构

提出了一种新型的紧凑型交互嵌入式人工磁导体（IE—AMC：inter—embedded artificial magnetic conductor）结构。用有限元方法分析了其反射相位特性及表面波传输特性。结果表明，对于同样的单元尺寸，这种结构可以使AMC结构的谐振频率降低超过70％。换句话说，设计具有同样谐振频率的AMC结构单元，使用这种结构的单元尺寸仅为普通结构的30～40％左右。这使得仅用双层结构就可以实现可用于低频无线通信波段的AMC结构。同时在实际的微波集成电路及天线阵应用中，有限的空间内可以使用更多的AMC结构单元，从而使电路及天线阵的性能得到更大的提高。

一种新的紧凑型人工磁导体结构

本文提出了一种新型的紧凑型人工磁导体(AMC)结构，同样的单元尺寸可以获得较低频率的反射相位阻带带隙，可以比较有效地解决AMC结构的大尺寸问题。制作了相应的实际电路，测量结果与仿真结果基本一致。

基于人工磁导体的芯片内/芯片间无线互连单极子天线传输特性研究

提出了一种新的用于芯片内/芯片间无线通信系统中的基于人工磁导体(Artificial Magnetic Conductor,AMC)结构的单极子管脚天线阵列模型.印刷电路板(Printed Circuit Board,PCB)采用厚度3mm的FR4介质,形状为边长50mm正方形.4个单极子天线分布在PCB基板中心15mm×15mm的正方形各顶点上,代表4个芯片的4个管脚.天线为铜材质,长度2.6mm,直径1.5mm.在PCB介质中嵌入了一个周期性人工磁导体铜质平面,4个单极子天线形成一个4端口网络.在仿真基础上,进了实物加工测试.实测结果表明,具有AMC的天线阵列回波损耗(S_(11))-10d B频带为13.02GHz^15.73GHz;在14.22GHz处,S_(11)的幅度达到最小值-27.25d B,S_(21)、S_(31)、S_(41)分别为-26.26d B、-19.23d B、-21.14d B.与不含AMC结构的天线阵列相比,S参数得到了有效改善,其中S_(11)改善了约3.63d B,S_(21)、S_(31)、S_(41)分别提高了2.05d B、7.21d B、5.28d B.验证了在PCB介质中嵌入AMC结构,可以有效提高单极子天线间的电压传输系数,增加信号的功率传输增益.

人工磁导体对无线能量传输空间场的调控

为了提高无线能量传输系统的传输效率,将正六边形人工磁导体结构引入非共振双线圈无线能量传输系统中,展开对空间场调控的研究.研究结果发现,在人工磁导体介入非共振双线圈无线能量传输系统后,在发射线圈和接收线圈之间的电磁场发生了变化,这是由于近磁场激发了人工磁导体的多个谐振模式,同时人工磁导体屏蔽了磁场也对空间场的变化有所贡献.空间场的变化实现了传输效率的提升,在工作频率为27MHz、传输距离为3cm时,实验验证传输效率提高了22%.另外,该系统中人工磁导体多个谐振模式的激发,可以为无线能量传输系统提供多模式和可便捷调频的工作频率.在实际应用中,人工磁导体成本较低,且易于实现.

基于宽带棋盘型人工磁导体的微带天线RCS缩减技术

利用棋盘型人工磁导体(AMC)结构研究微带天线RCS的缩减技术。给出AMC耶路撒冷十字结构的等效电路模型,据此设计两个不同的AMC耶路撒冷十字,使其产生180°的反射相位差,并组成棋盘型结构。当平面波垂直入射到加载棋盘型AMC结构的微带天线表面时,实现了反射波的相消干涉。在天线带内和带外12~24 GHz都明显降低了微带天线的RCS,最大可以达到36 d B的缩减,并且天线的辐射特性基本保持不变。

人工磁导体在超近反导系统中的应用

针对坦克超近程主动防护雷达系统中的收发天线隔离问题,分析了由周期结构光子晶体高阻表面形成的人工磁导体(AMC)的等效模型,给出了其反射系数与相移的关系。由于其对电磁波表现出来的吸收和产生相移的特点,提出一种利用光子晶体高祖表面代替传统隔条来提高天线隔离度的新方法。实验结果证明,该方法能使得收发天线在200MHz的带宽达到-80dB以下的隔离度,满足系统要求,并且结构简单、成本低,具有很大的应用价值。

条带型人工磁导体结构及其反射相位特性分析

通过分析蘑菇形AMC(人工磁导体)结构单元形状对反射相位特性的影响,发现其反射相位特性只与结构单元中与入射波极化相同方向上的尺寸有关。引入了条带形AMC结构,计算分析了它的反射相位带隙特性与表面波带隙特性。结果表明:这种结构与常用的蘑菇形AMC结构相比,虽然具有相同的反射相位特性,却有着不同的表面波带隙特性。

基于人工磁导体表面的低剖面Fabry-Perot谐振腔天线设计

该文基于人工磁导体表面(Artificial Magnetic Conductor,AMC)设计了一款工作在7 GHz的新型低剖面Fabry-Perot谐振腔天线.该天线采用带金属接地板的矩形微带贴片天线作为初级馈源,由同轴探针进行馈电.以单层双面印制AMC表面作为天线的部分反射层,所设计AMC表面共包含8×8个均匀阵列单元,单元上层为带有方环的方形贴片,下层为菱形贴片.通过分析不同结构参数对AMC散射特性的影响,确定AMC反射相位为-25°,使得腔体的剖面高度降低至约9.2 mm(0.215λ,λ为7 GHz自由空间波长).制作了天线实物并进行测量,结果表明,天线阻抗带宽(S11<-10 dB)为14%(7 GHz~8.5 GHz),增益达到13.8 dBi,旁瓣水平低至-21.3 dB,表明该天线在保证低剖面同时仍具有良好的辐射性能.

用人工磁导体改善增益的宽带圆极化天线

本文设计了一种用人工磁导体(Artificial magnetic conductor,AMC)反射板改善增益的宽带圆极化方形缝隙天线,采用L型贴片耦合馈电方式,其工作频率覆盖了3.7 GHz~4.2 GHz的C波段.通过在方形缝隙的对角线处嵌入两个小的方形贴片来产生两个相互正交的表面电流,实现了右旋圆极化辐射;在L型贴片单元与共面波导馈线之间引入一个短截线,使天线在一个较宽的频段内获得阻抗匹配,展宽了天线的阻抗带宽和轴比带宽.此外,通过在方形缝隙天线正下方加载一个4×4的矩形人工磁导体反射板来改善天线的增益,实现了天线的单向辐射.仿真和测试结果表明,天线的阻抗带宽为3.58 GHz~4.16 GHz,轴比带宽为3.5 GHz~4.05 GHz,相对轴比带宽为14.6%,峰值增益为6.0 dBi.

基于人工磁导体的低RCS微带天线设计

基于人工磁导体(AMC)的工作机理,设计了一款工作频率在X波段的低雷达散射截面(RCS)微带天线。设计了一种AMC单元,经X和Y极化波垂直入射在8.6~14.6 GHz的频带范围内,获得180°±37°的反射相位差;将其进行正交排列组成AMC棋盘结构的反射屏,反射屏中AMC阵列块由3×3的单元组成。仿真结果显示,该反射屏较相同尺寸的PEC板具有更小的后向RCS,将此AMC结构与工作频点为10 GHz的微带天线共面排布,在保持原有天线良好辐射性能和剖面高度的同时,在8.4~14.8 GHz的频率范围内对两种极化波垂直入射实现了不低于7.5 dB的RCS缩减量。

人工磁导体结构组成间隙波导的理论仿真研究

介绍了周期平行金属线的色散方程,给出了PEC-AMC结构的等效电路图,分析了PEC-AMC结构中的电磁波传播模式,得出了该结构的色散曲线。根据理论用CST和HFSS两种仿真软件设计了工作在1.2-2.2GHz的间隙波导,将两种结果进行了对比,证明了由人工磁导体结构组成间隙波导的可行性。

双频带柔性人工磁导体结构研究

人工磁导体能够减小人体生物组织对人体通信天线性能的影响。根据等效电路模型以及软件优化仿真明确3×3人工磁导体结构单元形状和尺寸参数。结合人体手臂生物组织模型进行仿真,以0.05 mm厚度聚酰亚胺为基底材料、铜为导电材料,加工制作正方形人工磁导体结构辐射单元和天线并在人体手臂进行实测。仿真与测试结果表明辐射单元结构尺寸设计为S1=24 mm,S2=23 mm,S3=12 mm,S4=7 mm,能够确保天线工作在2.45 GHz和5.80 GHz双频段,将人体SAR值在2.45 GHz时降低了86%,在5.8 GHz降低了64%,AMC结构和天线相距5 mm时,实测天线回波损耗S（11）参数曲线与理论结果相符,可以满足双频带安全人体通信的应用需求。

加载人工磁导体的单极子天线设计

为改善天线性能,利用人工磁导体的工作机理,设计了工作频率在2.4 GHz和5.0 GHz的2种方形贴片人工磁导体结构,并将其加载于一种双频带单极子天线上.HFSS仿真结果验证了设计的可行性,天线的方向性系数从2.3提升为4.4,前后比从2.0提升为20.0,增益提升了2.5 dB.

基于人工磁导体的超宽带高增益天线设计

随着无线通信环境的日益复杂,为了提高天线抗干扰能力,满足现代无线通信的大容量、宽带化和高增益的要求,文章提出了一款基于人工磁导体的宽带高增益天线。该天线采用共面微带线设计,辐射体为梯形贴片,其渐变的结构有利于获得较宽的阻抗带宽。同时,天线在背向引入宽带人工磁导体(AMC)作为反射板以实现定向辐射,并在辐射方向上辅以寄生超表面单元,进一步改善天线阻抗匹配,抑制表面波损耗。最终,天线实现了超宽带化和高增益。仿真结果显示,天线工作带宽达到94.8%,可以满足移动通信、无线通信以及卫星通信要求。此外,天线在工作带宽内平均峰值增益达到9.5 dBi。

基于AMC的吸波材料及其在微带天线中的应用

研究了基于AMC结构的吸波材料在微带天线RCS减缩中的应用。给出了基于AMC结构吸波材料的表面阻抗的计算公式,并实际加工了吸波材料样品,分析了反射相位与表面反射系数之间的关系。将这种超薄AMC吸波材料应用于微带天线,实验结果表明:微带天线RCS得到有效降低,同时天线辐射性能得到保持,仅前向增益下降了0.9 dB。