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小型化宽带加载天线的研究

作　者: 刘扬
导　师: 项铁铭
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: 宽带天线小型化加载宽带匹配网络遗传算法实频数据法
分类号: TN820
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着通信技术的发展,各种电子器件的结构逐渐向小型化与微型化演变,以及多频段、宽带跳频等现代通信技术的应用,原有的窄带天线已经无法满足现代通信技术对设备宽带化与小型化的要求。宽带小型化天线具有通信容量大,抗干扰等优点,能够充分利用狭小的空间,而且对通信质量不会造成较大的影响。单极子天线凭借其结构简单、辐射具有全向性等诸多优点得到了广泛应用。但是如何在保证天线的性能的基础上,进一步减小天线的尺寸,展宽天线的工作带宽,是近年来研究的热点。本文概述了天线宽带化与小型化的发展过程,对目前实现天线宽带化与小型化的常用方法及各种技术指标等一些关键技术进行了探索。得出了一些重要的结论,如增大振子宽度,采用锥体结构、套筒结构,对天线进行不对称馈电等都可以增大天线的工作带宽,采用分形结构,能够有效地降低天线的谐振频率等。针对一些线结构的天线可以使用加载的方法并配合适当的匹配网络实现超宽带和小型化的性能。这些结论为本文研究天线宽带化与小型化提供了重要的理论和依据。本文对宽带匹配网络的设计进行了研究,介绍了宽带匹配网络设计的实频数据法。该方法只需要天线一些离散的频率点上获得阻抗输入值即可进行优化设计,工程应用性强,原理简单、可靠,而且不会忽略最优解,对于天线的宽带匹配网络设计该方法简单实用。在前人工作的基础上,本文针对线天线加载及匹配网络设计提出了一种全新的优化方法,利用FEKO的脚本命令对天线建模,计算输入阻抗、增益、效率实现对场分析,使用ADS调用FEKO产生的输入阻抗文件即实频阻抗值进行匹配网络的计算实现路的运算。由MATLAB编写的遗传算法程序分别调用这两个软件,实现了电磁场和电路的一体化仿真、优化。根据该方法,本文首先改进了两个工作在50-1000MHz和100-2000MHz的超宽带单极子天线,提高了天线的工作稳定性,制作了实物进行验证,证明了该方法的有效性。然后设计一个具有全向辐射特性的宽带折叠单极子短波天线,分析了加载误差对天线性能的影响,最后使用CST软件对仿真结果进行了验证。该方法简单、可靠,在工程上对天线加载及匹配网络一体化优化具有一定的指导意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
目录  8-10
第1章绪论  10-19
  1.1 研究背景和意义  10-11
  1.2 天线性能参数  11-14
  1.3 国内外研究现状和趋势  14-17
  1.4 论文的主要内容和安排  17-19
第2章天线计算方法  19-27
  2.1 矩量法基本原理  19-21
  2.2 线天线的矩量法求解  21-22
  2.3 金属导体面模型  22-23
  2.4 线面连接点处的计算模型  23-24
  2.5 矩量法仿真软件介绍  24-26
  2.6 本章小结  26-27
第3章天线宽带化与小型化  27-43
  3.1 电小天线  27-28
  3.2 宽带振子天线  28-34
    3.2.1 双锥天线  29-30
    3.2.2 三角形偶极天线  30
    3.2.3 盘锥天线  30-31
    3.2.4 套筒天线  31-32
    3.2.5 分形天线  32-33
    3.2.6 线结构的双锥天线  33-34
  3.3 加载天线  34-38
    3.3.1 顶部加载  34-35
    3.3.2 介质加载  35-36
    3.3.3 分布加载  36-37
    3.3.4 集总元件加载  37-38
  3.4 宽带匹配网络  38-42
  3.5 天线的计算机辅助优化设计  42
  3.6 本章小结  42-43
第4章遗传算法  43-51
  4.1 遗传算法  43-44
  4.2 编码与解码  44-45
    4.2.1 编码  44
    4.2.2 解码  44-45
  4.3 适应度函数  45
  4.4 遗传算法常用算子  45-47
    4.4.1 选择算子  45-46
    4.4.2 交叉算子  46
    4.4.3 变异算子  46-47
  4.5 遗传算法控制条件  47-48
    4.5.1 群体规模  47
    4.5.2 遗传算法终止条件  47
    4.5.3 最优保存策略  47-48
  4.6 遗传算法的性能测试  48-50
  4.7 本章小结  50-51
第5章宽带加载小型化天线设计实例  51-68
  5.1 一体化仿真的基本框架  51-53
  5.2 100-2000MHz单极子加载天线的研究  53-57
  5.3 50-1000MHz单极子加载天线的研究  57-60
  5.4 宽带折叠单极子加载短波天线  60-66
  5.5 本章小结  66-68
第6章总结与展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-74
附录  74-76

小型化宽带加载天线的研究

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