基于新型互補開口諧振環的小型多頻微帶天線

摘 要： 基于提出的一種新型的具有超材料性質的互補開口諧振環，設計了一款小型多頻帶微帶天線。首先設計了一個工作于6 GHz頻段的微帶天線，然后在此天線的金屬接地板上刻蝕新型的互補開口諧振環。利用三維電磁仿真軟件HFSS分別對新型的互補開口諧振環和加載互補開口諧振環的天線進行仿真分析，并最終設計了一款小型化的天線。仿真分析結果表明，在相同的諧振頻率下，加載了新型互補開口諧振環的小型化天線的尺寸與普通天線相比，尺寸減小了25.85%，并且在6 GHz，7.07 GHz，7.73 GHz三個頻率處產生了諧振，實現了天線的小型化和多頻化。

關鍵詞： 微帶天線； 互補開口諧振環； 多頻帶； 小型化

中圖分類號： TN82?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）17?0084?05

0 引 言

微帶天線具有剖面薄、體積小、重量輕、加工簡便、易與載體表面共形等諸多優點[1?2]，被廣泛應用于無線移動通信領域。隨著相關領域的技術發展，從實用性和實際需求考慮，天線應更加小型化和多頻化[3]。

自從前蘇聯科學家Veselago首次提出超材料[4]的概念后，超材料便得到人們的廣泛研究。互補開口諧振環（Complementary Split?ring Resonator，CSRR）[5]作為超材料的基本單元，近年來成為超材料領域研究的熱點之一，并被廣泛應用于天線的小型化研究。文獻[6]中通過在輻射金屬貼片上刻蝕兩個矩形CSRR實現了天線的小型化。文獻[7]基于圓環形CSRR結構設計了一款小型的圓極化天線，實現了天線的小型化。

本文在傳統互補金屬開口諧振環的基礎上提出了一種新型的互補開口諧振環（CSRR），并將這種新型結構的CSRR刻蝕在微帶天線的金屬接地板上。通過HFSS對新型CSRR和加載了新型CSRR的天線進行仿真，仿真結果表明新型CSRR是一種超材料，并且降低了天線的諧振頻率，實現了微帶天線的小型化和多頻化。

1 金屬開口諧振環

金屬開口諧振環（Split?ring Resonator，SRR）[8]最早是由英國科學家Pendy等人在研究超材料的過程中提出的，并被證明能夠實現負的磁導率，具有超材料的性質。最初的SRR是由一對開口方向相反的同心矩形金屬環組成，CSRR是其互補結構，是由一對開口方向相反的介質縫隙組成，即通過在金屬介質上刻蝕SRR得到，圖1為SRR和CSRR的結構示意圖[9]。

本文在以上傳統金屬諧振環（SRR）的基礎上提出一種新型SRR及其互補諧振環（CSRR），其結構示意圖如圖2所示，新型SRR是由內外兩個同心等邊三角形組成，在內外兩個等邊三角形的三個邊上分別開口，并且里面三角形環的開口與外三角形環的開口連通。里面三角形環的內部是由中心到三個頂點的邊組成。新型SRR的開口長度為gap，內環的邊長為[S1，]外環的邊長為[S2。]通過改變SRR的尺寸可以改變諧振環的諧振頻率。

4 結 語

通過在金屬接地板上刻蝕具有超材料性能的新型CSRR實現了微帶天線的小型化，此外，天線還出現多個諧振頻率，實現了天線的多頻化。HFSS仿真分析的結果表明，加載了CSRR的天線的諧振頻率隨著尺寸的減小而增大。最終設計的未加載小型化天線最小諧振頻率為6 GHz，增益為7.6 dB，回波損耗為-21.82 dB。小型化天線與未加載CSRR的傳統天線相比，尺寸減小了25.85%，并且其他性能也滿足實際應用的要求，為天線的小型化多頻化研究提供了一種新思路。

參考文獻

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