高频宽带线天线小型化技术

摘要

高频通信因其诸多优点而在军事、民用一直被广泛应用。天线是无线通信系统中必不可少的重要组成部分,随着科技的进步与人们日益增长的实时、大容量、精准的通信和日益缩小的通信设备,高频天线较大的物理尺寸、过低的增益和效率已经不能适应发展,这使得天线的宽带小型化研究意义重大。线天线因其潜在的宽带特性而被广泛应用,通过加载谐振回路与合适的匹配网络使其在实现小型化的同时也展现出宽带特性成为可能。
　　本文从线天线的基本理论出发,对高频线天线的宽带与小型化方法进行了研究。首先简要回顾了关于分析线天线的理论发展的历史过程,在此基础上分析了国内外在高频天线小型化领域的研究概况,明确了本文的研究内容。采用一系列比较均匀的圆柱段来近似电小线天线的几何形状,确定了此种几何结构模拟的分析方法。研究了几种可用于线天线的展宽频带与小型化的技术。采用软件进行优化仿真。设计出一款在3MHz~30MHz工作的10.4米×2.3米的高频宽带小型化天线。它是在双折叠单极子结构上进行LC串并混合谐振电路加载、电阻加载经遗传算法优化而获得。同时按照同样方法设计了一系列10:1、50:1、100:1的缩比模型。提出一种提高天线各项指标的设计方案并实施于100:1及50:1的缩比模型。将天线增至对生2单元时,在关心的频段馈源阻抗为100欧姆。天线增至“十字”四单元时省去匹配网络将天线连接到50欧姆同轴线上实现直接匹配作为天线的最终解决方案。对于解决方案100:1的缩比模型,天线尺寸为0.106m×0.046m×0.046m,线半径r=0.0008m,最大物理尺寸是工作频段低端波长的近1/9.4,。天线不只在所关心的300MHz~3000MHz频段内而是直到5000MHz水平面Φ-平均增益达-1.5dB以上且较好的实现了全向辐射。所设计的天线在不同仰角对于整个HF频率范围产生足够均匀的辐射。最后制作了50:1的缩比模型实物并测试了其VSWR,理论与实际相符。
　　本文主要对高频电小线天线的几何模拟与模拟结构进行了深入的研究;分析对比了多种天线宽带小型化技术;提出了高频线天线的宽带小型化策略,应用这种策略设计出的天线具有易于构建、频带宽、尺寸小、结构简单、易于匹配、增益高、水平辐射均匀、使用、维护方便等优点。

目录

摘要

Abstract

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第1章绪论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2国内外研究现状

1.2.1国内研究现状

1.2.2国外研究现状

1.2.3国内外研究状况总结

1.3本文的主要研究内容

第2章线天线的分析方法

2.1天线结构的几何形状模拟

2.2近似结构电流分布的确定

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2.3线天线电磁场边值问题

2.3.1求解电磁场边值问题的方法

2.3.2矩量法

2.4本章小结

第3章线天线宽带小型化技术

3.1电小天线的宽带技术

3.2电小天线的加载技术

3.3宽频带匹配技术

3.4加载优化技术（GA）

3.5本章小结

第4章线天线的仿真设计与测试

4.1加载原型的选取

4.2.宽带小型化优化设计

4.2.13~30MHz线天线

4.2.23~30MHz线天线10:1缩比模型

4.2.33~30MHz线天线100:1缩比模型及改进模型

4.3线天线50:1缩比模型仿真与实物测试

4.4本章小结

结论

参考文献

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致谢

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