相較傳統(tǒng)天線,以液體為輻射材料的天線具備眾多優(yōu)勢。尤其是相對于固體天線,液體天線的結(jié)構易于改變,從而天線的可重構能力有很大提高。一般的液體天線多為液態(tài)金屬天線,部分天線材料成本較高,且對人體有害。為解決這些問題,20世紀初期,研究人員提出水天線的概念,即使用水及其鹽溶液作為液體天線的主要材料。水天線不僅解決了液態(tài)金屬天線的缺點,還具有透明,高介電常數(shù)等優(yōu)勢,因此具有較大的工程價值。本文主要利用海水設計了多種寬帶可重構單極子天線,之后使用蒸餾水設計了三類寬帶混合DRA(DRA,Dielectric Resonator Antenna)。本文首先分析了圓柱形金屬單極子天線的寬帶原理,基于此原理設計了圓柱形海水單極子天線,分析了參數(shù)如水柱高度,半徑等對天線阻抗帶寬,效率等性能的影響,優(yōu)化參數(shù)后得到了一種寬帶圓柱形海水單極子天線,此天線在其工作頻帶內(nèi)的效率基本大于50%,同時相對帶寬達到95.5%。為了減少這種天線的重量,提出一種圓環(huán)形海水單極子天線。基于均勻截面單極子天線的等效半徑原理,設計了一種矩形海水單極子天線,分析了影響天線性能的主要參數(shù),天線在優(yōu)化后具有較大的帶寬。為了使這種天線具有方向圖以及頻帶重構特性,設計了一種加載T形水柱的矩形海水單極子天線,分析了此種天線的重構原理,優(yōu)化參數(shù)后,天線有較好的頻帶以及方向圖重構能力。隨后,為減少矩形海水單極子天線所用地板的尺寸,提出了一種增加過渡結(jié)構的低剖面矩形海水單極子天線,分析了過渡結(jié)構對天線阻抗匹配的改善作用,參數(shù)優(yōu)化后,天線相對帶寬可達到64.6%,同時其剖面高度只有工作上限頻率對應波長的0.04�；阱F形單極子天線的寬頻特性,提出一種頂部加載海水圓柱的錐形海水單極子天線,分析了加載海水圓柱高度等參數(shù)對天線帶寬的影響。優(yōu)化參數(shù)后,天線有較大帶寬。為了增大這種天線在高頻時的水平增益,在其周圍加載了一個同心的環(huán)形海水柱。結(jié)果表明,加載環(huán)形海水柱不僅實現(xiàn)了天線在高頻處的方向圖重構,還降低了天線的反射系數(shù)。天線在加載環(huán)形水柱前后,其工作頻帶的絕對帶寬均大于212MHz,倍頻程大于4.2。基于混合DRA的工作原理,首先提出一種加載金屬筒的圓環(huán)形蒸餾水混合DRA,通過金屬筒調(diào)節(jié)饋電探針和圓環(huán)形蒸餾水介質(zhì)諧振器(DR,Dielectric Resonator)之間的耦合作用,實現(xiàn)了較寬的工作頻帶。為了進一步增大帶寬,設計了一種新型蒸餾水混合DRA,該天線通過將錐形和半球形蒸餾水DR組合使用,實現(xiàn)了更好的阻抗匹配,工作帶寬有一定提高。最后為了降低水的介質(zhì)損耗,提出一種改進饋電結(jié)構的圓環(huán)形蒸餾水混合DRA。通過在同軸饋線內(nèi)導體和天線探針之間增加一個錐形過渡結(jié)構,實現(xiàn)了較好的阻抗匹配,天線帶寬相較之前提出的兩類混合DRA有較大提高,其相對帶寬可達83.8%,同時由于天線工作頻率較低,水的介質(zhì)損耗大幅下降。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN820
【部分圖文】：

線的熱損耗低，并且由于水是光透明的，因此以水以是透明的。同時水容易獲取，低成本，無毒無植入設備等[18]。主要是純水保持液態(tài)的溫度范圍比較小以及純水同時由于蒸餾水相對介電常數(shù)比較高，使得一般頻帶較窄。部分缺點目前已有一些應對措施，比如水的冰點，提高水維持液態(tài)的溫度范圍。對于蒸餾以使用一些特殊的天線結(jié)構來增大帶寬�？偟膩睃c后，其具有較高的工程價值。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析究現(xiàn)狀azem Fayad，Paul Record 等人首次制備出具有一定單極子天線[19]。其簡化結(jié)構如圖 1-1。

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文014 年，Zhongxiang Shen 等人提出一種用于海上 VHF 波段通信單極子天線[20]。幾何結(jié)構如圖 1-2，容器采用厚度很薄的透明，饋電結(jié)構仍然為同軸饋電，為了增強同軸饋電的效果，在同一個導電盤。介質(zhì)基板材料為 Teflon。通過改變海水柱高度 帶得到重構。當水深在 300mm 至 1000mm 變化，天線的諧振頻5MHz~180.2MHz 之間變化，相對帶寬對應在 26.1%~49.2%之間頻帶可重構能力較強。

a) 天線剖面圖 b) 天線實物圖圖 1-2 天線結(jié)構圖，Changzhou Hua，Zhenxin Hu 等人提出一種新型頻帶天線[21]。如圖 1-3 所示，不同于之前的靜態(tài)海水天線水泵可以將水從容器中噴出，這將形成一個較高的水圓柱形，容器口較小，從而增加了水柱噴射的最大高水柱的高度及寬度來實現(xiàn)天線頻帶重構。
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本文編號：2884559