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基于分形的高精度导航天线的研究

刘秋平  
【摘要】:卫星导航系统的应用越来越广泛,导航天线作为导航系统的重要组成部分,它的性能直接影响导航接收系统接收到的信号的质量传输效率及精准度。导航天线一般采用微带天线或者是螺旋天线,其中微带天线的应用最为广泛,但是微带天线具有窄带宽,低增益和易激励出表面波等缺点。分形具有的自相似性与空间填充特性能够减小微带天线的体积、使得其带宽增加。电磁带隙(Electromagnetic Band Gap, EBG)结构可以通过减小导航天线的表面波,以到达增大微带天线的辐射效率的目的。因此,可以利用分形曲线和EBG结构相结合的方式来优化导航天线的性能。本论文设计的导航天线就是一种基于分形的EBG天线。首先,论文叙述了微带天线的基本辐射机理、分析方法以及其常用的馈电方式,同时还阐述了3种常用分形结构,为分形结构的天线设计奠定坚实基础。其次,是关于EBG结构的描述,简述了EBG结构在天线设计中的应用。利用HFSS 13仿真了一款EBG结构,并且使用Sierpinski分形曲线作为其每个单元贴片的边界,分析了分形结构对电磁带隙结构的影响。然后,将Sierpinski分形曲线边界的EBG结构应用到导航天线的设计中去,分析了EBG结构对于导航天线的回波损耗、增益以及方向图等基本性能的影响。最后,设计了一种基于Koch分形曲线的EBG结构,分析了该电磁带隙结构的频率间隙特性,同时将其与导航微带天线相结合,构成了基于Koch分形的EBG天线,分析了该分形天线的基本性能。加工制作了Koch曲线边界的EBG微带天线,将仿真与实测结果作对比并验证。并将两种分形结构的天线做比较与分析。


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