X型超宽带复合左右手传输线设计与仿真

基于X型金属结构,提出了一种超宽带复合左右手传输线材料结构单元,该结构单元由介质板及其两侧反向对称的X型金属结构组成。从分布参数电路理论角度对材料单元的左右手特性成因进行了定性分析;利用等效参数提取法,通过S散射参数提取了该结构单元的相对介电常数和相对磁导率,并结合折射率进一步验证了这种左右手传输线材料的传输特性。仿真结果表明,在电磁波平行于介质板入射的情况下,该结构单元同时存在左右手频带,在S波段表现出超宽带的左手特性,并且在其他多频点处得到了零折射率,从而构造了一种正零负复合媒质材料。

一种开口环缺陷地面结构复合左右手传输线

提出了一种开口谐振环缺陷地面结构复合左右手传输线,采用曲线拟合技术提取出单元等效电路值,推导出该单元模型的传输零点位置、色散特性、折射率特性以及级联传输特性.理论和实验结果均表明,该结构呈现出复合左右手特性.这种新型复合左右手传输线具有带外传输零点,结构简单紧凑且不引入对地过孔,适合在微波集成电路中推广应用.

基于复合左右手传输线小型化功分器的设计

传统的一分多路功分器的隔离网络占用的尺寸较大。根据复合左右手传输线的双曲-线性色散关系可以设计出零相移复合左右手传输线,利用这种传输线来改进传统功分器的隔离网络,可以有效减小整个功分器的尺寸。采用零相移复合左右手传输线来改进三等分功分器的隔离网络,整个功分器的面积比传统的减小了70%,实验结果证明了设计方法的正确性。

基于分形互补开口环谐振器的复合左右手传输线研究

提出了一种基于Minkowski分形互补开口环谐振器(CSRRs)的电小平衡复合左右手传输线(CRLH TL)(单元尺寸为0.074λg).采用理论计算、电磁仿真、等效电路模型计算(电仿真)及有效介质参数提取相结合的方法研究了非平衡CRLH TL传输特性随CSRRs环数、Minkowski环水平迭代因子、垂直迭代因子及迭代次数变化的影响,得出分形、多环结构实现小型化的作用机理.对所设计的电小平衡CRLH TL进行加工测试.仿真、等效电路模型计算以及测试的结果吻合得很好.结果表明与基于传统CSRRs加载的CRLH TL相比,所提出的CRLH TL带宽明显展宽,-10 dB回波损耗相对带宽达到113.7%,具有更低的工作频率.展现了其在超宽带、小型化器件应用的广阔前景.

基于左右手传输线的贴片八木天线

运用左右手传输线的后向波理论,提出了一种新型的小型化微带贴片八木天线。该天线的有源振子部分采用左右手传输线结构;同时,为了进一步减小其物理尺寸,反射器和引向器分别采用了弯折线和微带线加载电容的结构来实现。实验结果表明,此天线的电性能优于传统八木天线,且尺寸只有传统天线的1/3。经测试,这种天线在性能上不亚于传统的八木天线。

复合左右手传输线构成的异向介质及其应用

首先从理论上证明了利用微带结构实现的复合左右手传输线具有异向介质特性,然后利用复合左右手传输线构造了具有宽带特性的异向介质.同时,介绍了近几年来我们在分析、设计和研制由该种异向介质构成的微波无源器件方面的研究成果.研究表明:由于复合左右手传输线的异向介质特性,使得这些新颖的无源器件无论在插损、尺寸以及性能上都优于由传统传输线构成的同类器件的特性.

新型超宽带复合左右手传输线的设计与实现

提出了一种基于共面波导的新型超宽带复合左右手传输线(CRLH TL)。根据Bloch周期电路理论,由单元集总等效电路模型,推导出左、右手频率范围和相应的相速、衰减特性,提取了传输线的等效本构参数。新结构左、右手参数独立可控,设计、调整方便;相比常见的交指或缝隙耦合,面面耦合形成的串联电容可以有效抑制高频谐振,拓宽传输线通带。实验结果表明:新型传输线具有较小的损耗和超宽通带,适用于超宽带微波器件。

基于新型复合左右手传输线的零阶谐振天线

通过在共面波导上引入周期排列的缝隙和二阶Hilbert分形接地曲线,实现了一种新型复合左右手传输线。在等效电路模型的基础上,利用HFSS和Serenade软件对该传输线的电路参数进行了拟合。拟合出的电路参数表明:该传输线可以用于设计具有较宽带宽的小型化零阶谐振天线。作为验证,设计并制作了一个两单元零阶谐振天线。实验结果表明:该天线比之前报道的复合左右手零阶谐振天线具有更小的电尺寸和更宽的工作带宽。基于这些优点,该天线可以用于现代通信系统中。

基于复合左右手传输线的2.45GHz微带天线设计

基于复合左右手传输线基本原理,提出了电磁带隙结构的双负媒质微带天线设计方法,并制作了2.45GHz的微带天线.该微带天线由2个单元的电磁带隙组成,此电磁带隙结构经过优化采用非均匀结构,可通过调整贴片尺寸和金属过孔半径来改变电磁带隙结构单元等效电路的并联部分电容和电感,进而调节天线的谐振频率.设计并制作的微带天线其贴片整体尺寸为53.2mm×19.8mm,在2.45GHz的回波损耗为-32.6dB,方向图近似为8字形方向图,最大增益为0.72dB.仿真和测试的回波损耗、方向图符合得很好,从而验证了这种设计方法的有效性.

加载新型复合左右手传输线单元的宽带单极子天线设计

提出了一种新颖的一维复合左右手传输线(CRLH-TL)单元,并将其加载到传统微带馈电的单极子天线上,设计出一种宽带的变形单极子天线。该宽带天线工作在1.67~2.67GHz,相对带宽达到了46%,有效地覆盖了DCS(Digital Cellular System,1710~1880MHz)、PCS(Personal Communication Service,1850~1990MHz)、Wi-Fi(Wireless Fldelity,2400~2480MHz)等多个通信频段。首先,利用CRLH-TL的相位补偿效应,结合传统单极子天线的自身谐振,得到多个谐振工作频点;然后,通过参数优化,使得其中的两个工作频点相互靠近形成一个更宽的工作频段,并且在工作频段内获得了较好的增益和稳定的方向图。最后,对所设计的天线进行实物加工并测试,测试结果与仿真结果吻合良好。

基于复合左右手传输线结构的多频高效功放

提出一种多频高效功率放大器的设计方法。采用源牵引和负载牵引确定最佳源阻抗和负载阻抗,使用复合左右手传输线实现多频匹配并抑制二次谐波。仿真结果表明,放大器在0.9GHz、1.4GHz、2.1GHz三个频点均可输出10W功率,增益为13dB,且具有60%以上的工作效率。

复合左右手传输线结构漏波天线优化设计

针对目前复合左右手(Composite Right/Left Handed,CRLH)结构漏波天线设计上的难题,提出了一种共面波导(Coplanar Waveguide,CPW)CRLH结构漏波天线的优化设计方法.为了妥善处理元件尺寸带来的寄生效应,基于Matlab软件,开发了一款天线结构参数优化计算机辅助设计(Computer Aided Design,CAD)软件,减少了CRLH结构设计过程中反复调试的次数,加快了开发速率.利用该软件和快速遗传算法(Accelerated Genetic Algorithm,AGA),设计了一个小型化CPW-CRLH结构宽带漏波天线,通过仿真计算、制作加工和实验测量,验证了该文设计方法的正确性,为CRLH结构的广泛应用提供了技术支持.

利用复合左右手传输线设计任意双频微带分支线定向耦合器

该文对基于复合左右手传输线(CRLH-TLs)的双频技术进行了改进,控制设计参数,使其在任意两个工作频率的相位响应分别为π/2和-π/2,并用它设计了一个可同时工作在0.9GHz和1.8GHz的微带分支线定向耦合器(BLC)。仿真及实验结果表明:若其它参数保持不变,文中给出的双频微带BLC只与工作在0.9GHz的传统单频BLC尺寸相当,比前人利用CRLH-TLs结构实现的双频BLC尺寸显著减小。这在一定程度上解决了双频工作与结构紧凑性之间的矛盾,具有一定的工程应用价值。

新型平面复合左右手传输线电磁特性研究

提出了一种新型平面传输线型左手材料,并深入研究了其电磁特性。通过Bloch-Flo-quet理论推导了新型结构的色散曲线,通过色散曲线证明其为传输线型左手材料;提出了新型复合左右手传输线的等效电路模型,分别提取了平衡条件和非平衡条件下等效电路模型的参数值,由等效电路模型和电磁仿真得到的散射参数基本一致,证明了所提等效电路模型的正确性。提出的新型复合左右手传输线是平面结构,易于加工,且不需要缺陷地面结构,便于实际应用。

基于单一左、右手传输线的宽带180°移相功分器

分析了单一左、右手传输线的电路特性,并利用其非线性相位特性,设计了一种平面、低损耗的宽带180°移相功分器。首先通过调节单一左、右手传输线的结构参数,并与传统传输线进行相位比较,在单一左、右手传输线的通带内实现45°相位差,然后将4个传输线单元级联构建了180°移相器,最后采用180°移相器设计了相位差为180°移相功分器。移相功分器的测试结果表明,在3-8.3GHz内,反射系数小于-10dB,输出端口间的隔离度大于17dB,输出端口间的幅度差小于0.6dB,相位差为180°±5°。该结构性能优良,制作成本低,适用于宽带天馈系统。

一种X型宽带复合左右手传输线的设计与分析

为了实现宽带复合左右手传输线,提出并设计了一种反对称X型周期性左右手传输线结构.建立了结构的集总参数等效电路模型,并通过提取等效电路的元件值和S参数仿真,验证了传输线结构的谐振特性.采用参数反演算法对传输线结构的本构参数进行了提取和分析,证实了该结构具有1.6GHz的带宽,其中在10.08~10.9GHz呈现左手特性,在9.3~10.08GHz呈现右手特性,属于宽带左右手传输线结构.最后,应用印刷电路板技术制作了X型复合左右手传输线,并利用平板波导系统对其S参数进行了测试,实验测试结果和仿真结果吻合较好,证明了所设计的左右手传输线结构的有效性.为宽带左右手传输线结构的设计和分析提供了一种手段.

基于复合左右手传输线的新型低剖面全向微带天线

基于复合左右手传输线的零阶谐振理论,优化设计并加工制备了一种具有全向辐射性能的X波段新型低剖面微带天线.仿真结果表明,此类天线全向辐射均匀性良好,回波损耗测量和仿真结果一致.该天线具有低剖面和全向辐射的优点,可以加载在车辆和飞机等移动载体上,满足实际通信的需要.

基于复合左右手传输线相移器的串馈相控阵天线

基于电调复合左右手传输线相移器,提出了一种新型相控阵天线波束控制方式:通过电压控制相移器的相移,从而使相控阵天线中心频率工作在边射方向,并允许向边射外的两个方向进行扫描。作为实例,设计制造了一个应用在ISM波段的平面串联馈电贴片相控阵天线,并对其进行了测试。结果表明:该相控阵天线可实现连续扫描,边射方向波束倾斜小(2°/100MHz),并具有体积小(236.0mm×65.8mm)、制作简单、易于集成等优点。

基于复合左右手传输线90°移相器的设计

复合左右手传输线的提出在无线通讯领域将有很大的应用前景,也为微波传输线和微波元件的设计提供了一种新思路。根据复合左右手传输线的相位特性及频带展宽原理设计了一个90°移相器,该移相器理论上可以实现L波段从f1到f2的90°移相。相对带宽为31%,工作频带内的绝对误差在±3°以内。仿真结果表明,基于复合左右手传输线的90°移相器能够实现宽带内的移相,且效果比较明显。实际电路也比较吻合仿真电路,达到理想的要求。

利用左右手传输线设计一种小型分支线耦合器

提出一种利用左右手传输线和互补螺线谐振器电路设计的小型分支线耦合器,工作频率为720 MHz。将互补螺线谐振器电路替换原微带传输线,达到了缩小器件尺寸的目的。利用Ansoft HFSS进行了仿真,此种方法设计的分支线耦合器尺寸比传统的电路缩小50%,在中心频率处耦合度(S21,S31)为-3.2 dB,隔离度(S41)低于-20 dB,回波损耗(S11)低于-25 dB。