發(fā)布時(shí)間：2017-10-20 09:14

  本文關(guān)鍵詞：脈沖探地雷達(dá)分形天線的研究

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【摘要】：探地雷達(dá)是以電磁波為媒介對地下介質(zhì)分布進(jìn)行探測的無損檢測設(shè)備,相對于有損檢測,具有檢測速度快、覆蓋面寬的特點(diǎn),在市政建設(shè)、軍事安全、考古和水文檢測等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。各雷達(dá)制式中,脈沖探地雷達(dá)是技術(shù)比較成熟、商業(yè)化程度比較高的雷達(dá)制式。分形是通過迭代函數(shù)系統(tǒng)產(chǎn)生的一種結(jié)構(gòu),分形結(jié)構(gòu)具有空間填充性和自相似性,而分形結(jié)構(gòu)的這兩個(gè)特點(diǎn)賦予了分形天線小型化、多頻帶和機(jī)械魯棒性強(qiáng)的特點(diǎn),這使分形天線在通信領(lǐng)域有著廣闊的的應(yīng)用前景。脈沖探地雷達(dá)的天線是發(fā)射和接收脈沖信號的門戶,脈沖探地雷達(dá)的天線對探測目標(biāo)的分辨率有著重要影響,所以本文對脈沖探地雷達(dá)天線進(jìn)行研究。論文研究了分形結(jié)構(gòu)的偶極子線天線和面天線的參數(shù)及特性,并進(jìn)行模擬與實(shí)驗(yàn)測試研究。研究過程中,建立了等長度條件下線天線的彎折角對諧振頻率的影響模型;模擬測試了Sierpinski三角形加載的蝶形天線的參數(shù)特性;在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了一種新的超寬帶分形天線。在整個(gè)脈沖探地雷達(dá)分形天線的研究過程中,完成了以下主要研究工作:1)偶極子線天線彎折角度與諧振頻率的關(guān)系模型的建立。在分析不同因素對等高度不同結(jié)構(gòu)的分形天線和不同迭代次數(shù)的分形天線諧振頻率的影響過程中,發(fā)現(xiàn)天線的總長度對天線的影響最大,其次是天線的形狀。本文以彎折角的矢量和作為天線形狀的量度,研究了在等長度條件下天線彎折角的和對天線諧振頻率的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)天線彎折角和諧振頻率呈現(xiàn)某種對數(shù)關(guān)系,并建立了相關(guān)函數(shù)模型,這種關(guān)系對天線的小型化有一定指導(dǎo)意義。2)蝶形天線的分形化研究。在對基本的蝶形天線進(jìn)行多次分形迭代和分形變形研究的過程中,發(fā)現(xiàn)在通信領(lǐng)域內(nèi)分形的諸多優(yōu)點(diǎn),并不能在滿足探地雷達(dá)性能的條件下取得。當(dāng)輸入阻抗較低的時(shí)候,天線的時(shí)域響應(yīng)不好;而輸入阻抗較高的時(shí)候,天線的匹配性能變差。3)雙三角結(jié)構(gòu)超寬帶探地雷達(dá)天線的研究。使用一種雙三角結(jié)構(gòu),并將輻射端的三角形分形化,該結(jié)構(gòu)可以同時(shí)在時(shí)域和頻域達(dá)到性能要求,該結(jié)構(gòu)在理論上要比集中加載的有更高的輻射效率。末端電阻加載的結(jié)構(gòu)減弱了天線輸入端對形狀變化的敏感性,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)進(jìn)行四次加載和八次加載對低頻段并沒有影響,而且加載的最小值的變化對匹配性能的影響也大為減小。
【關(guān)鍵詞】：脈沖探地雷達(dá) 分形天線 迭代 彎折角 小型化 加載
【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN957.2
【目錄】：

• 摘要6-8
• abstract8-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 研究背景14-17
• 1.2 探地雷達(dá)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀17-25
• 1.2.1 國內(nèi)外探地雷達(dá)現(xiàn)狀17-20
• 1.2.2 探地雷達(dá)天線現(xiàn)狀20-22
• 1.2.3 分形簡介22-25
• 1.2.4 國內(nèi)外分形天線研究進(jìn)展25
• 1.3 本文的章節(jié)安排和創(chuàng)新點(diǎn)25-28
• 第二章 基礎(chǔ)理論28-52
• 2.1 探地雷達(dá)理論基礎(chǔ)28-38
• 2.1.1 探地雷達(dá)基本原理及組成28-29
• 2.1.2 脈沖發(fā)生器29-33
• 2.1.3 等效采樣原理33-36
• 2.1.4 時(shí)變增益原理36
• 2.1.5 步進(jìn)頻率發(fā)生器36-37
• 2.1.6 基于FPGA的脈沖探地雷達(dá)37-38
• 2.2 分形圖形的產(chǎn)生38-43
• 2.2.1 IFS系統(tǒng)38-39
• 2.2.2 L系統(tǒng)39-40
• 2.2.3 復(fù)動力系統(tǒng)的分形集40-41
• 2.2.4 分形維41-43
• 2.3 常見分形天線結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)生43-49
• 2.3.1 Koch曲線與Koch雪花43-44
• 2.3.2 Sierpinski三角與Sierpinski毯44-47
• 2.3.3 Minkovski曲線47
• 2.3.4 希爾伯特曲線47-48
• 2.3.5 Peano分形天線48-49
• 2.3.6 樹狀分形天線49
• 2.4 應(yīng)用軟件和設(shè)備介紹49-52
• 2.4.1 HFSS50
• 2.4.2 AutoCAD50
• 2.4.3 CST MWS50-51
• 2.4.4 矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀51-52
• 第三章 彎折角度對諧振頻率的影響52-67
• 3.1 課題的提出52-54
• 3.2 影響因素的分析54-58
• 3.3 天線彎折角對諧振頻率的影響58-64
• 3.3.1 SuperKoch天線的研究58-60
• 3.3.2 Origin天線的研究60-61
• 3.3.3 SuperKoch分形天線61-63
• 3.3.4 Origin分形天線63-64
• 3.4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證64-66
• 3.5 本章小結(jié)66-67
• 第四章 分形加載的蝶形天線67-83
• 4.1 蝶形天線的主要性能指標(biāo)67-68
• 4.2 基本平面蝶形天線68-70
• 4.3 標(biāo)準(zhǔn)的Sierpinski三角天線70-73
• 4.3.1 一階Sierpinski三角天線71-72
• 4.3.2 偏移距離對天線參數(shù)的影響72-73
• 4.3.3 二階Sierpinski三角形天線73
• 4.4 Sierpinski三角及其變形73-75
• 4.4.1 一階Sierpinski三角天線變形73-74
• 4.4.2 二階Sierpinski變形天線74-75
• 4.5 天線的時(shí)域研究75-81
• 4.5.1 Sierpinski天線的時(shí)域研究75-76
• 4.5.2 異形結(jié)構(gòu)對時(shí)域波形的影響76-77
• 4.5.3 加載對時(shí)域的影響77-80
• 4.5.4 輸入阻抗對時(shí)域和帶寬的影響80-81
• 4.6 高阻抗下分形結(jié)構(gòu)對帶寬的影響81
• 4.7 本章小結(jié)81-83
• 第五章 超寬帶探地雷達(dá)天線83-91
• 5.1 超寬帶天線的結(jié)構(gòu)83-84
• 5.2 雙三角結(jié)構(gòu)的加載84-88
• 5.2.1 雙三角結(jié)構(gòu)的分形加載85
• 5.2.2 SSPK結(jié)構(gòu)的電阻加載85-88
• 5.3 加背腔的超寬帶天線88-90
• 5.4 本章小結(jié)90-91
• 第六章 總結(jié)與展望91-92
• 參考文獻(xiàn)92-96
• 附錄96-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及取得的相關(guān)科研成果98-99
• 致謝99-101

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本文編號：1066451