超材料應用於縮小化平面共振式天線基板與覆板提高指向性之研究

Directivity Enhancement of Sub-wavelength Profile Planar Resonator Antenna Based on Metamaterial Substrate and Superstrate

簡清釜(Chin-Fu Chien)

指導教授 ： 柳克強

國立清華大學/原子科學院/工程與系統科學系/碩士(2012年)

摘要

摘要
超材料是一具人工設計週期性結構的電磁複合材料，近年來被大量應用在天線上，平面共振式天線即為其一應用，平面共振式天線相對於微帶陣列天線而言，是一種兼具平面式與高指向性優點的天線，被提出來取代微帶陣列式天線，以解決饋入網路中傳輸線的損耗所造成天線增益降低的缺點。本研究將超材料應用在高指向性平面共振式天線上，藉由超材料之特性縮小平面共振式天線的體積，以符合現今無線通訊的天線訴求，朝小型、輕量、低功率與高性能的趨勢。本研究藉由改變覆板的反射相位至-45°，基板採用蕈狀結構(mushroom like structure)使之反射相位為135°，進而縮小共振腔高度至λ/8，並且將頻率操作在覆板與基板的截止頻帶產生漏波模態(proper complex leaky-wave modes)，以達到全反射降低能量在基板的損耗，增進主束瓣增益，覆板對於主束瓣而言像是濾波器的特性，可以屏蔽掉某一頻帶的電磁波，也就是前述所言之截止頻帶，當天線的頻率落在此頻帶時，經饋入天線輻射出的電磁波便無法穿透出去，達成頻率選擇。在縮小面積的同時，波易從側面漏出會使得旁波瓣(side lobe level)過大，需加以完美電牆與完美磁牆構成共振腔體。模擬結果使在操作頻率為12 GHz時，面積為2 × 2 λ02的平面共振式天線指向性達15.1 dBi，其aperture efficiency達90 %。

關鍵字

超材料 ； 平面共振天線

參考文獻

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