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分形理论应用于天线设计的研究
作 者: 黎雅辉
导 师: 张昕
学 校: 哈尔滨工程大学
专 业: 通信与信息系统
关键词: 分形 分形天线 超宽带 超宽带天线 对称振子天线
分类号: TN820
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 48次
引 用: 1次
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内容摘要
“分形”是法国数学家Mandelbrot于1975年提出的全新几何分支,它可以有效地用于描述自然界中广泛存在的一大类Euclid几何所难以定义的复杂对象。分形独有的空间填充能力和自相似属性用于天线的设计时,就得到了分形天线,可以实现天线的尺寸减缩性和多频特性。近年来分形理论在射频技术领域的应用取得了一些有价值的成果,展示了其良好的应用前景。这在军用和民用方面都有着非常广泛的应用前景。本文从分形理论的概念和性质出发,简单介绍了分形几何及分形天线的一些基本理论,如分形天线的背景、分形的基本概念、分形结构的生成方法等。在总结和讨论分形天线现有的研究成果基础上,将分形理论应用于两种天线的设计中,实现了分形天线独有的特性,提高了天线的性能。首先,提出了一种超宽带平面圆形单极子印刷天线的改进方案,通过在圆形贴片上蚀刻分形几何中的Sierpinski垫,使天线满足2.8-15.1GHZ的超宽带频带要求,并且实现了4.5-5.9GHz的频率缺口功能,大大提高了天线的抗干扰性。通过仿真表明天线的远场辐射方向图、驻波比VSWR均满足要求,并且分形特有的尺寸缩减性实现了超宽带天线的小型化。然后,设计一种基于分形理论的弯折线对称振子天线,利用基于有限积分法的电磁仿真软件CST MICROWAVE STUDIO分别对天线的谐振频率,谐振点输入阻抗,天线带宽,天线定向性等天线特性进行仿真,并对天线参数进行了最优配置。通过仿真得到的实验数据,在不改变天线外部长度的情况下,通过改变天线的弯折次数、弯折角度、弯折高度、弯折置向等方法可有效地降低天线的谐振频率,控制天线的输入参数,从而实现天线的电小化设计。
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全文目录
摘要 5-6 ABSTRACT 6-11 第1章 绪论 11-14 1.1 分形天线的提出背景 11-12 1.2 分形天线的研究现状 12-13 1.3 论文安排 13-14 第2章 分形结构与生成算法 14-34 2.1 分形理论的概念 14-18 2.1.1 无法解释的数学难题 14-16 2.1.2 Mandelbrot及分形几何 16-18 2.2 分形的维数 18-21 2.3 分形的实现 21-24 2.3.1 分形的IFS实现 21-22 2.3.2 分形的L-系统实现 22-24 2.4 几种分形结构的生成 24-33 2.4.1 Koch分形结构 24-26 2.4.2 Sierpinski垫 26-28 2.4.3 Sierpinski毯 28-29 2.4.4 Minkowski分形 29-31 2.4.5 门格海绵 31-33 2.5 本章小结 33-34 第3章 分形天线综述 34-45 3.1 几种常见的分形天线单元的研究现状 34-39 3.1.1 Koch单极和偶极振子分形天线 34-36 3.1.2 Hilbert曲线 36 3.1.3 分形环天线 36-38 3.1.4 分形树天线 38-39 3.2 分形天线的理论分析方法 39-40 3.3 分形天线的应用举例 40-43 3.3.1 共形通讯柱天线 40-41 3.3.2 用于10米波段的2元阵列天线 41-42 3.3.3 应用于手机的分形天线 42-43 3.4 分形天线的研究新进展 43 3.4.1 分形天线和RF-MEMS的结合 43 3.4.2 分形天线和PBG/EBG的结合 43 3.5 本章小结 43-45 第4章 基于分形理论的超宽带天线设计 45-57 4.1 超宽带天线 45-47 4.1.1 超宽带天线的定义 45-46 4.1.2 实现超宽带天线的技术手段 46-47 4.2 利用分形结构改进的圆盘形超宽带单极子天线结构设计 47-49 4.3 改进型天线部分尺寸的优化 49-53 4.3.1 圆形贴片半径R的改变对天线性能的影响 49-51 4.3.2 接地板高度L的改变对天线性能的影响 51 4.3.3 接地板宽度Wi的改变对天线性能的影响 51-52 4.3.4 馈源缝hi的改变对天线性能的影响 52-53 4.3.5 天线参数的最终确定 53 4.4 改进型天线的性能分析 53-55 4.4.1 天线的辐射方向图 53-54 4.4.2 天线的驻波比 54-55 4.5 分形结构对天线性能的影响 55-56 4.6 本章小结 56-57 第5章 弯折线对称振子天线的研究 57-68 5.1 天线结构分析 57-58 5.2 弯折线对称振子天线的谐振特性研究 58-64 5.2.1 弯折高度h对天线谐振特性的影响 58-60 5.2.2 弯折角度α对天线的谐振特性的影响 60-62 5.2.3 弯折次数n对天线的谐振特性的影响 62-63 5.2.4 弯折置向对天线的谐振特性的影响 63-64 5.3 弯折线偶极子天线的辐射特性研究 64-67 5.3.1 弯折高度h对天线的辐射特性的影响 64-65 5.3.2 弯折角度α对天线的辐射特性的影响 65-66 5.3.3 弯折次数n对天线的辐射特性的影响 66 5.3.4 弯折置向对天线的辐射特性的影响 66-67 5.4 本章小结 67-68 结论 68-69 参考文献 69-73 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 73-74 致谢 74
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 天线 > 一般性问题
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