中短波段天线小型化技术研究

摘要

海上无线电导航系统是基于扩频体制的,其工作在中短波段,并能够在军事民生等领域得到广泛的应用。它的优点是拥有较大的工作范围、较高的定位精度、良好的保密性并且安全可靠。但是,由于近几年来无线电导航技术的发展,使系统在集成度方面对接收设备的要求也有所提高。由于处于中短波段的信号其波长较长,导致系统的接收天线尺寸过大并且不易于安装和维护,因此需要研制出一种性能较高的中短波段全向的小型天线,并使其适应海上无线电导航系统的发展是一个很有应用价值的课题。
　　为此,本文提出了Hilbert分形角反射器天线的设计理念,为天线的小型化设计提供了一种新的方法。此外按照海上的无线电导航系统对于接收设备的要求设计出了一种全向天线,该天线拥有63cm的物理高度,并且能够在8.8MHz左右工作。
　　为了解决中短波段的Hilbert分形天线过细的线径和导线角点内外复杂的电磁环境等问题,建立了Hilbert分形天线的数学模型。对Hilbert分形天线的电磁特性进行了分析,阐述了天线各技术指标(如天线的增益、驻波特性、谐振频率和方向图等)受天线外围尺寸、分形阶数和精细结构等因素的影响情况,并对其理论分析的正确性进行了仿真验证。对介质背板的材质、厚度的选择,馈电点位置的选定,载体板尺寸的确定,以及其他由于几何因素的变化而对Hilbert分形天线的特性产生的影响效果进行了全面论述。为设计Hilbert分形天线系统提供了设计思路、理论基础以及技术手段。对于Hilbert分形天线的低增益和在工程应用中难于应用的问题,本文提出了天线小型化设计的一种新的实施方案——Hilbert分形角反射器天线。建立了天线的数学模型,在Hilbert分形思想的基础上提出了一种设计角反射器天线的方法。
　　按照系统的各种指标要求,在进行天线系统设计时可以选择张角为180度的Hilbert分形的角反射器天线作为系统天线的实施方案,设计了物理尺寸为0.633×0.318×0.0015m3的天线样机。通过比较仿真数据和实际测量的数据,可以看出两个数据值基本相同,说明了本文所研制的天线可以在8.8MHz左右的中短波段工作,该天线在高度上只有原天线的16.7％,谐振频点处的增益却达到了3.65dB,其相对带宽也比8%高,适合于本系统。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 国内外发展现状

1.3 论文主要内容

第2章 时域有限差分法

2.1 Maxwell方程及其差分形式

2.2 数值稳定性分析

2.3 完美匹配层

2.4 本章小结

第3章 天线的Hilbert分形

3.1 Hilbert分形结构

3.2 天线谐振频率

3.3 Hilbert分形天线建模

3.4 天线电磁特性分析

3.5 本章小结

第4章 Hilbert结构的角反射器天线

4.1 角反射器天线

4.2 Hilbert分形天线小型化特点

4.3 天线的设计方法

4.4 本章小结

第5章 中短波段船用小型天线的设计与分析

5.1 天线系统的设计要求

5.2 天线的数学建模

5.3 天线特性仿真分析

5.4 天线的制备和测试

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致谢

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