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《上海大学》 2004年
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宽带和共形印刷天线的研究

牛俊伟  
【摘要】:通信系统的迅速发展带来了天线的繁荣,在众多的天线类型中有两种天线极具研究前景和实用意义,已成为当前国际研究的前沿之一。其一是宽带印刷天线,这种天线由于频带宽能覆盖多个通信频段,因此可以减少通信系统所需天线的数目,进而降低系统造价、减轻重量,并有利于系统的电磁兼容;另一种是共形印刷天线,它可满足飞行器等高速运动物体的空气动力学要求,并具有可靠、耐用和美观的优良特性。本论文提出了几种新型的宽带印刷天线设计,并对圆柱共形印刷天线作了一些创新性的研究,给出了实验验证。论文主要包括以下内容: 首先,对宽带印刷天线和共形微带天线的研究现状进行了综述,并介绍了用于分析这些天线的时域有限著分法、矩量法和有限元法等数值计算方法,给出了上述三种方法的比较。 其次,基于对共面波导的研究,通过对共面波导至辐射缝隙的过渡区进行渐变,给出了两种新型宽带印刷缝隙天线设计,对不同渐变形式下天线的阻抗特性和方向图进行了研究,讨论了渐变段对于天线特性的影响。在理论计算的基础上,制作了实验模型天线,仿真结果和实验结果吻合良好,二副天线的-10dB反射损耗带宽分别达37%和40%。 第三,提出了一种共面波导间的过渡连接(CPW-CPW变换),这种变换在保持共面波导特性阻抗不变的前提下改变其具体尺寸,可用来将上述印刷缝隙天线或其它特定的共面波导馈线与给定尺寸的同轴接头相连接。研究了不同的渐变角对过渡变换传输特性的影响,给出实际应用中可以采用的渐变角范围。进而分析了采用共面波导变换段对宽带印刷缝隙天线性能的影响。 第四,研究了小曲率半径有限长度圆柱体上共形蝶形微带天线的特性。为了精确计算这种结构复杂的共形微带天线,对天线的建模和准确求解问题进行了研究。然后给出了不同曲率半径下的柱面共形蝶形微带天线反射损失和方向图的仿真结果,得出其变化规律。实际制作和测试了小曲率半径柱面共形微带天线的单元和二元阵列天线,仿真结果与实测结果相当吻合。结果表明,小曲率半径圆柱面不仅会对天线的方向图造成强烈影响,而且会改变天线的输入阻抗,随曲率半径的减小,天线的谐振频率下降,阻抗带宽变窄。因此,将平面微带天线的设计应用于小曲率半径圆柱面时必须加以修改。
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