隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)的迅速發(fā)展,天線在軍用和民用領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用,正朝著多設(shè)備多頻段的方向發(fā)展。因此,超寬帶天線及其小型化研究已成為國內(nèi)外天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要課題之一。平面螺旋天線以其寬頻帶、圓極化、低剖面、易于加工等顯著優(yōu)點(diǎn)得到了眾多的關(guān)注且發(fā)展迅速。本文的研究重點(diǎn)是平面螺旋天線。文中主要研究了毫米波平面螺旋天線以及平面螺旋天線的低剖面設(shè)計(jì),也給出了不同于傳統(tǒng)形式的天線設(shè)計(jì)方法。論文的主要工作如下:1、毫米波平面螺旋天線:設(shè)計(jì)了一個(gè)工作頻段為8～40GHz的平面螺旋天線,采用微帶指數(shù)漸變式巴倫饋電。對(duì)中心饋電處進(jìn)行改良設(shè)計(jì),采用多段曲線平滑過渡的形式盡可能地減少饋電點(diǎn)處的能量反射。天線的阻抗特性及圓極化性能均滿足指標(biāo)要求。2、低剖面平面螺旋天線:設(shè)計(jì)了一個(gè)工作頻段為1～4GHz的平面螺旋天線,采用加載高阻抗表面的方式實(shí)現(xiàn)低剖面。通過改進(jìn)高阻抗表面以解決天線高頻段增益下降的問題。以Python為基礎(chǔ),將遺傳算法與電磁仿真軟件HFSS相結(jié)合實(shí)現(xiàn)碎片結(jié)構(gòu)的高阻抗表面單元的自動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用該方法設(shè)計(jì)的碎片式高阻抗表面在整個(gè)工作頻段內(nèi)具有更平穩(wěn)的反射相位曲線。天線高度為0.05*λL(λL為工作頻段最低頻點(diǎn)對(duì)應(yīng)的波長)。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN823.31
【部分圖文】：

２００９年，美國學(xué)者Ｈｉｓａｍａｔｓｕ?Ｎａｋａｎｏ和Ｋａｔｓｕｋｉ?Ｋｉｋｋａｗａ發(fā)表了一篇關(guān)于低剖面平??面螺旋天線的文章［｜６］。文章中首次采用電磁帶隙結(jié)構(gòu)（ＥＢＧ）作為平面等角螺旋天線的反??射板代替?zhèn)鹘y(tǒng)形式的金屬背腔。該天線的工作頻段為４ＧＨｚ到９ＧＨｚ，其結(jié)構(gòu)如圖１．３所??示，ＥＢＧ反射板的尺寸為１６７ｍｍ＊１６７ｍｍ＊２ｍｍ，螺旋臂與ＥＢＧ表面之間的距離為７ｍｍ，??因此天線整體的高度僅為工作頻段最低頻率對(duì)應(yīng)波長的９．３％。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果可以看出，??軸比在整個(gè)工作頻段內(nèi)低于３ｄＢ，圓極化性能良好。??寧Ｓ辟—５激－??／?ｆｕａｍ?ｐｏｌｙｓｔ＞ｒｅｏｅ?（ｅｒ％?１）??ｄｉｅｌｅｃｌｒｉｃ＾ｕｂｓｌｒａｔｅ??圖１．３低剖面平面螺旋天線??（ａ）?（ｂ）??圖１．４低剖面平面螺旋天線⑷圓形ＨＩＳ；?（ｂ）方形ＨＩＳ??２０１６年，Ｍｉｋａｌ?Ａｓｋａｒｉａｎ?Ａｍｉｒｉ等人發(fā)表了一篇低剖面平面螺旋天線相關(guān)的文章［１７］。??文章中采用圓形對(duì)稱的高阻抗表面結(jié)構(gòu)（ＨＩＳ）作為平面螺旋天線的反射板。如圖１．４（ａ）所??示，平面螺旋天線的反射板為圓形，且ＨＩＳ單元的尺寸由中心向外逐漸增大，反射板半??徑為８．１ｍｍ，面積約為２１０ｍｍ２。如圖］．４（ｂ）所示，平面螺旋天線的反射板為方形，Ｈ１Ｓ??單元也為正方形，方形反射板的邊長為１４ｍｍ，面積約為２１０ｍｍ２。仿真分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)平??面螺旋天線采用圖１．４（ａ）所示的反射板時(shí)可以獲得更寬的帶寬

２００９年，美國學(xué)者Ｈｉｓａｍａｔｓｕ?Ｎａｋａｎｏ和Ｋａｔｓｕｋｉ?Ｋｉｋｋａｗａ發(fā)表了一篇關(guān)于低剖面平??面螺旋天線的文章［｜６］。文章中首次采用電磁帶隙結(jié)構(gòu)（ＥＢＧ）作為平面等角螺旋天線的反??射板代替?zhèn)鹘y(tǒng)形式的金屬背腔。該天線的工作頻段為４ＧＨｚ到９ＧＨｚ，其結(jié)構(gòu)如圖１．３所??示，ＥＢＧ反射板的尺寸為１６７ｍｍ＊１６７ｍｍ＊２ｍｍ，螺旋臂與ＥＢＧ表面之間的距離為７ｍｍ，??因此天線整體的高度僅為工作頻段最低頻率對(duì)應(yīng)波長的９．３％。根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果可以看出，??軸比在整個(gè)工作頻段內(nèi)低于３ｄＢ，圓極化性能良好。??寧Ｓ辟—５激－??／?ｆｕａｍ?ｐｏｌｙｓｔ＞ｒｅｏｅ?（ｅｒ％?１）??ｄｉｅｌｅｃｌｒｉｃ＾ｕｂｓｌｒａｔｅ??圖１．３低剖面平面螺旋天線??（ａ）?（ｂ）??圖１．４低剖面平面螺旋天線⑷圓形ＨＩＳ；?（ｂ）方形ＨＩＳ??２０１６年，Ｍｉｋａｌ?Ａｓｋａｒｉａｎ?Ａｍｉｒｉ等人發(fā)表了一篇低剖面平面螺旋天線相關(guān)的文章［１７］。??文章中采用圓形對(duì)稱的高阻抗表面結(jié)構(gòu)（ＨＩＳ）作為平面螺旋天線的反射板。如圖１．４（ａ）所??示，平面螺旋天線的反射板為圓形，且ＨＩＳ單元的尺寸由中心向外逐漸增大，反射板半??徑為８．１ｍｍ，面積約為２１０ｍｍ２。如圖］．４（ｂ）所示，平面螺旋天線的反射板為方形，Ｈ１Ｓ??單元也為正方形，方形反射板的邊長為１４ｍｍ，面積約為２１０ｍｍ２。仿真分析發(fā)現(xiàn)當(dāng)平??面螺旋天線采用圖１．４（ａ）所示的反射板時(shí)可以獲得更寬的帶寬

２００１年，美國報(bào)道了一種實(shí)測(cè)帶寬達(dá)３３：１的超寬帶相控陣天線，這種陣列天線的??黽元為形狀不規(guī)則且結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜的碎片結(jié)構(gòu)［１８］。同時(shí)報(bào)道中顯示這種形式的天線帶寬??甚至可以達(dá)到１００：?１。如圖１．５所示為該種天線的實(shí)物照片，可以看出該天線的陣面由??形狀很復(fù)雜的笮元排列而成。該天線在設(shè)計(jì)過程中用數(shù)值分析計(jì)算與優(yōu)化算法相結(jié)合的??方法，利用優(yōu)化算法確定各個(gè)金屬碎片的形狀、尺寸和位置，然后不斷調(diào)用電磁仿真軟??件對(duì)天線駐波和帶寬等重要指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。如果采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，？方面難以設(shè)計(jì)??出結(jié)構(gòu)如此復(fù)雜的碎片單元，因而天線也無法達(dá)到很寬的帶寬；另一方面天線設(shè)計(jì)者反??復(fù)調(diào)試結(jié)構(gòu)及其復(fù)雜且參數(shù)繁多的碎片單元將會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間，設(shè)計(jì)效率低且設(shè)計(jì)成??本高。而基于優(yōu)化算法的設(shè)計(jì)方法很好地解決了這一問題，且往往能滿足較嚴(yán)苛的指標(biāo)??要求。??讓餐＿＿??圖１．５算法優(yōu)化的工作帶寬為３３：〗的超寬帶天線??２０１３年，哈爾濱工程大學(xué)的李明設(shè)計(jì)了一種基于ＨＦＳＳ和遺傳算法設(shè)汁優(yōu)化超寬帶??陷波天線的方法，并且完成了三種超寬帶陷波天線的優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真分析文章中選??用傳統(tǒng)的平面單級(jí)子天線作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的初始模型
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 許玥;楊青慧;張懷武;;K波段寬帶螺旋天線設(shè)計(jì)[J];壓電與聲光;2015年02期

2 唐順銓;;有源天線系統(tǒng)——邁向全新軍事應(yīng)用領(lǐng)域的射頻技術(shù)[J];通信對(duì)抗;2014年01期

3 宋朝暉,邱景輝,張勝輝,劉志惠,楊彩田;一種平面等角螺旋天線及寬頻帶巴倫的研究[J];制導(dǎo)與引信;2003年02期

4 徐毓龍;20世紀(jì)電子科技大事記[J];電子世界;2000年12期

5 云大年;;非頻變天線的概念與全頻道電視接收天線[J];北京郵電學(xué)院學(xué)報(bào);1983年01期

本文編號(hào)：2877657