基于左手材料的矩形環分形微帶天線研究

胡燦燦,唐　磊,劉　嘯,王紀俊,徐雷鈞

(1.江蘇大學 理學院,江蘇 鎮江　212013;2.江蘇大學 電氣信息工程學院,江蘇 鎮江　212013)

基于左手材料的矩形環分形微帶天線研究

胡燦燦1,唐磊1,劉嘯1,王紀俊1,徐雷鈞2

(1.江蘇大學 理學院,江蘇 鎮江212013;2.江蘇大學 電氣信息工程學院,江蘇 鎮江212013)

摘要通過將矩形環分形天線嵌入到左手材料中,形成一種基于左手材料的矩形環分形微帶天線。采用有限元法對該復合天線進行分析和仿真,發現基于左手材料的矩形環分形微帶天線在各頻段增益明顯增大,同時具有較低的回波損耗和電壓駐波比,實現了較好的匹配性,且有效地改善了天線的性能。由此可以看出基于左手材料的矩形環分形微帶天線在移動通信、衛星通信以及航空航天等領域具有潛在的應用價值。

關鍵詞微帶天線;分形;左手材料;增益;回波損耗

Fractal Rectangular Ring Microstrip Antenna Based on the Left-handed Material

HU Cancan1,TANG Lei1,LIU Xiao1,WANG Jijun1,XU Leijun2

(1.School of Science,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China;

2.School of Electrical and Information Engineering,Jiangsu University,Zhenjiang 212013,China)

AbstractIn this article,the fractal rectangular ring antenna is embedded in the left-handed material to compose a fractal rectangular ring microstrip antenna based on the left-handed material.The finite element method is used to analyze and simulate the composite fractal antenna.It is found that the proposed antenna has a higher gain at different frequencies with a relatively low return loss and voltage standing wave ratio,favorably matching with single chips and improving the antenna’s performance parameters.The proposed antenna has potential applications in such fields as mobile communications,satellite communications,and aerospace.

Keywordsfractal;left-handed material;gain;return loss

“分形”的概念由法國數學家Benoit Mandelbrot于1973年在《自然界中的分形幾何》一書中首次提出[1]。1988年,美國科學家Nathan Cohen[2-3]完成了世界上第一個分形天線,并于1995年8月發表第一篇有關分形天線系統研究的論文。與此同時,D.L.Jaggard將分形幾何與電磁理論相結合,提出了分形電動力學(Fractal Electrodynamics)的概念[4],用于解決一系列電磁輻射、傳播、散射等問題。隨后,賓夕法尼亞州立大學的Douglas Werner[5-6]對分形天線及陣列的特性進行了系統的分析,促進了分形天線的發展。

左手材料(LHM)又稱“雙負媒質”,是自然界中不存在的一種具有特殊電磁特性的材料,通常由人工結構構成。LHM是前蘇聯物理學家Veselago于1967年在物質電磁學理論研究中首次提出[7]的概念。……