微带天线的数学建模理论与数值分析方法研究

摘要

现代无线移动通信技术以及军事电子对抗技术的快速发展，迫切要求民用和军用通信系统所配备的微带天线具有宽频带或者低RCS等特性，使得高性能的宽频带微带天线以及低RCS微带天线的研制成为一项紧迫且具有重大理论意义和工程意义的课题。本文密切结合“十五”国防预研重点项目“机载导航及电子战天线RCS减缩控制技术研究”和“无人机载天线RCS减缩控制技术研究”以及“电大尺寸目标RCS计算”，着重围绕平面多层介质的微带天线的快速计算、电大尺寸目标RCS计算、大型微带阵列天线的快速分析、宽频带微带天线和低RCS微带天线的分析设计以及样机制作等方面展开研究。作者的主要工作和创造性成果可概括为： 1.系统地研究了离散复镜像法(DCIM)快速求解平面分层介质的空间域格林函数的基本原理和操作过程。采用有效的方法处理了表面波对求解空间域格林函数的影响，计算了近区和远区的空间域格林函数。对离散复镜像法中使用的展开函数和积分路径做了分析比较，提出了一种合适的展开函数和积分路径，能够快速精确地计算任意平面分层介质的空间域格林函数。 2.研究了基于混合位积分方程的可以精确分析平面多层微带结构电特性的空间域矩量法。在空间域格林函数的基础上，采用基于平面三角形矢量基函数的空间域矩量法求解混合位积分方程，快速分析了任意形状的多层微带贴片天线的电特性。首先分析了微带贴片的散射特性；然后结合缝隙电压源模型，计算了微带线馈电的微带天线的特性；最后结合磁流环模型，采用附加模基函数模拟线面结合处的电流分布，计算了同轴线馈电的微带天线的电性能。 3.研究了自适应积分方法(AIM)在计算电大尺寸目标的电特性中的应用。首先研究了自适应积分方法的基本原理和操作过程，并使用该方法快速计算了电大尺寸导体的散射特性，大大减少了传统矩量法需要的存储量和计算时间。然后，将自适应积分算法与基于混合位积分方程的空间域矩量法相结合，使用较少的计算机内存，快速计算了大型微带贴片阵列的散射特性和大型微带阵列天线的辐射特性。 4.研究了宽频带微带天线的设计和制作。使用多层结构，在馈电探针顶端引入圆形金属片来抵消馈电探针的感性，有效地增加了微带天线的工作带宽。使用这种设计思路，用矩量法对天线进行细致的调整，设计制作了两副分别工作在740～960MHz和1.813～2.319GHz的频率范围的宽频带微带天线。 5.研究了微带天线的RCS减缩。首先研究了采用在微带贴片天线上开槽的方法降低微带天线RCS的机理，采用空间域矩量法分析了不同开槽形式对微带天线的辐射特性和RCS特性的影响，设计了一副具有较好的辐射特性和低RCS特性的开槽微带天线。然后研究了栅格微带天线在设计低RCS微带天线中的应用。采用空间域矩量法研究了栅格线宽度、栅格线间距、栅格化方式等对栅格微带天线的影响，设计了一副具有良好的辐射特性和低RCS特性的栅格微带天线。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章绪论

§1.1研究的背景和意义

§1.2国内外研究现状

§1.3论文的研究内容及作者的主要工作

第二章平面分层介质的谱域格林函数

§2.1引言

§2.2 C类谱域格林函数

§2.3传输线格林函数

§2.4小结

第三章快速求解平面分层介质的空间域格林函数

§3.1引言

§3.2离散复镜像方法求解空间域格林函数

§3.3离散复镜像方法中的积分路径与展开函数的研究

§3.4小结

第四章微带天线的矩量法分析

§4.1引言

§4.2基于混合位积分方程的空间域矩量法

§4.3微带线馈电的微带天线的计算

§4.4同轴线馈电的微带天线的计算

§4.5小结

第五章微带阵列天线的快速分析

§5.1引言

§5.2自适应积分方法(AIM)

§5.3使用AIM快速计算微带天线阵列的电特性

§5.4小结

第六章宽频带微带天线

§6.1引言

§6.2天线的模型和分析方法

§6.3 900MHz宽频带天线

§6.4 3G宽频带天线

§6.5小结

第七章微带天线RCS减缩

§7.1引言

§7.2微带天线RCS的分析方法

§7.3具有低RCS特性的开槽微带天线

§7.4具有低RCS特性的栅格微带天线

§7.5小结

第八章全文总结

致谢

参考文献

攻读博士学位期间的研究成果