短波超短波宽带小型化天线及匹配网络研究

摘要

在现代通信技术中,随着宽带跳频或扩频技术的发展,将广泛应用多频段、多功能电台和宽带跳频电台,跳频速率越来越高,跳频范围也越来越宽.原有的窄带天线已无法满足要求,即使可调谐天线也无法满足快速的跳频速率.另外,在某些工作平台,狭小的空间内若密布多副天线,相互之间的干扰较为严重,影响通信质量,这也要求研制宽带、超宽带天线.同时工作在短波超短波波段上的天线,由于工作频率低,天线的工作波长都比较长,常规天线的尺寸相对较大,难以满足有限工作空间平台的要求,从而研发性能优良的超宽带短波超短波小型化全向通信收发共用天线成为工程实现中亟待解决的关键技术.本文在对目前的短波超短波宽带天线技术进行了介绍和总结的基础上,重点研究了具有全向宽频带小型化新型短波超短波天线技术,成功研制开发了改进型盘锥天线和小型化新型笼锥天线系列等多种短波超短波宽带天线,进行了改进、调试和测量,特别是新型笼锥天线系列在保持宽带特性的同时电尺寸非常小.新型笼锥天线利用了复用组合结构和互补匹配技术,应用了一种本文提出的超宽带双馈匹配器,其特点是采用了渐变腔式等效延长结构,同时采用了上下两个馈电结构系统,这样有效地展宽了天线的带宽、减小了天线的电尺寸并改善了阻抗特性.针对小型化的要求,提出了电小天线的阻抗完全补偿和匹配优化的方法,并将该方法应用在已开发的新型笼锥天线系列上,可将天线工作频率的低端较大地向更低端拓展,从而实现天线进一步小型化.根据水这种材料的特点,本文分析了水加载单极振子天线和局部水加载单极圆锥天线的实验研究.从阻抗特性和辐射特性的实测数据表明,水加载单极振子天线的谐振频率能很好地向低端下移,局部水加载单极圆锥天线在保持原有宽频带特性的前提下,以较少的效率损失实现了较大范围向低频区扩展,即天线小型化,这将为短波超短波波段天线进一步的小型化设计提供很好的思路.在宽带天线技术中,采用宽带匹配网络来对天线进行优化匹配是一项很重要的措施.本文详细介绍了宽带匹配网络中实频数据法的原理和算法步骤,编制了相应算法程序,并设计了匹配网络电路应用于结构简化的小型化笼锥天线.

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工程背景及应用意义

1.2天线的主要性能技术指标

1.2.1天线方向图

1.2.2天线的方向性系数和增益

1.2.3天线的输入阻抗和电压驻波比

1.2.4天线的有效长度和有效面积

1.2.5天线的极化

1.2.6天线的带宽

1.3国内外研究现状和发展趋势

1.4本文的主要工作

1.4.1本文工作面临的挑战及主要成果

1.4.2论文内容安排

第二章短波超短波宽带天线技术

2.1短波超短波宽带天线技术概述

2.2振子类天线宽频带的技术

2.3与频率无关天线

2.3.1双锥天线

2.3.2盘锥天线

2.3.3改进的盘锥天线

2.3.4改进的单圆锥天线

2.3.5对数周期天线

2.4阻抗加载

2.4.1加载鞭状天线

2.4.2菱形天线

2.4.3有源天线

2.5小结

第三章小型化新型短波超短波宽带天线设计

3.1改进型盘锥天线

3.1.1盘锥天线理论

3.1.2改进型盘锥天线设计

3.1.3阻抗特性测量

3.1.4辐射特性测量

3.2第一代笼锥天线

3.2.1第一代笼锥天线设计

3.2.2第一代笼锥天线阻抗特性

3.2.3第一代笼锥天线辐射特性

3.3超宽带天线双馈匹配器

3.3.1超宽带天线双馈匹配器的构成

3.3.2超宽带天线双馈匹配器的优点和积极效果

3.4第二代笼锥天线

3.4.1第二代笼锥天线的设计

3.4.2第二代笼锥天线的阻抗特性测量

3.4.3第二代笼锥天线的辐射特性测量

3.5第三代笼锥天线

3.5.1第三代笼锥天线设计

3.5.2第三代笼锥天线的阻抗性能测量

3.5.3第三代笼锥天线的辐射特性测量

3.6第四代笼锥天线

3.6.1第四代笼锥天线的设计

3.6.2第四代笼锥天线的阻抗特性测量

3.7天线性能总结

第四章水加载天线研究

4.1水加载单极振子天线

4.1.1水加载单极振子天线谐振点实验分析

4.1.2天线水加载与无加载效率的粗略比较

4.2局部水加载单极圆锥天线

4.2.1单极圆锥天线输入阻抗特性分析和半锥角的优化

4.2.2局部水加载单极圆锥天线的辐射特性分析

4.2.3讨论与小结

4.3本章小结

第五章电小天线阻抗匹配优化研究

5.1电小天线概述

5.2电小天线的等效电路

5.3电小天线的阻抗匹配模型及优化方法

5.4电小天线的阻抗匹配模型及优化方法的工程应用

5.4.1第三代笼锥天线的应用

5.4.2第四代笼锥天线的应用

5.5小结

第六章宽带天线阻抗匹配网络设计中的实频法

6.1驻波比法的基本思想

6.2实频数据法的基本原理

6.3实频数据法的步骤

6.3.1阻抗归一化和频率归一化

6.3.2用折线Rq(ω)逼近待求的Rq(ω)

6.3.3理函数Rq(ω)逼近折线Rq(ω)

6.3.4求出Zq(s)

6.3.5综合LC网络

6.4实频数据法的工程应用

6.4.1解析负载的网络匹配

6.4.2结构简化的第四代笼锥天线网络匹配

6.5结论

结束语

参考文献

致谢

个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文