本文關(guān)鍵詞：超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)和天線的特性表征與設(shè)計應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著超寬帶通信技術(shù)的快速發(fā)展和瞬態(tài)電磁理論研究的逐漸深入,超寬帶電磁脈沖逐漸成為一個新的研究熱點,對完善和豐富電磁理論和超寬帶應(yīng)用技術(shù)有重要的意義和價值。然而,傳統(tǒng)基于頻域特性的表征方法和參數(shù)不能同時表征超寬帶脈沖信號的幅度變化和波形畸變,不利于超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)和天線特性的認(rèn)識和理解。此外,傳統(tǒng)的最大功率傳輸設(shè)計準(zhǔn)則已經(jīng)不能全面反映超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計要求,不適合用于超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計。對于超寬帶脈沖天線,傳統(tǒng)頻域表征方法、設(shè)計方法和參數(shù)優(yōu)化方法不具有針對性和目的性,不利于天線特性的認(rèn)識和輻射機(jī)理的理解,導(dǎo)致設(shè)計效率也比較低。針對上述問題,本文從超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)和天線的特性表征、設(shè)計方法以及實際應(yīng)用三個方面展開了研究,主要工作成果為：1.在特性表征方面：(1)在平方可積信號空間中對超寬帶脈沖信號進(jìn)行了研究,提出了歸一化歐氏距離參數(shù)用以同時表征超寬帶脈沖信號的波形畸變和脈沖能量變化,得到了該參數(shù)與保真度和脈沖幅度比的自然聯(lián)系,研究并給出了歸一化歐氏距離的時域和頻域測量方法。歸一化歐氏距離參數(shù)具有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亩x,明確的物理意義并且易于測量。由于實際應(yīng)用的超寬帶脈沖信號都是平方可積信號,歸一化歐氏距離參數(shù)的適用范圍非常廣泛。(2)提出了數(shù)量描述矩陣用于表征超寬帶脈沖信號激勵下N端口網(wǎng)絡(luò)特性的一般性方法,并結(jié)合歸一化歐氏距離參數(shù),提出了超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)的歸一化歐氏距離數(shù)量描述矩陣,該矩陣能夠綜合反映網(wǎng)絡(luò)的損耗特性和色散效應(yīng),并可以方便的對網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行比較,有利于超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計和優(yōu)化。(3)提出了一種表征天線輻射特性的多端口網(wǎng)絡(luò)模型,該模型把天線不同輻射方向等效為不同的端口；在此基礎(chǔ)上,提出了歸一化歐氏距離表征參數(shù)和歸一化歐氏距離方向性圖用以綜合的描述超寬帶脈沖天線輻射場的波形畸變和幅度變化。2.在設(shè)計方法方面：(1)根據(jù)歸一化歐氏距離參數(shù),提出了適合設(shè)計超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)的最佳脈沖傳輸設(shè)計準(zhǔn)則,該設(shè)計準(zhǔn)則同時考慮了超寬帶脈沖信號的波形畸變和幅度變化,能夠全面的表征超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性,是最大功率傳輸準(zhǔn)則的推廣,具有廣泛的適用性。(2)提出了利用數(shù)量描述矩陣構(gòu)造優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的一般性方法,所構(gòu)造的目標(biāo)函數(shù)能夠全面的表征超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)與理想目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的差異,并且避免了選擇加權(quán)系數(shù)、頻率范圍和頻點等問題,可以引導(dǎo)優(yōu)化過程向理想目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn),而且優(yōu)化效率也大大提高。(3)根據(jù)電荷的軔致輻射詮釋了超寬帶脈沖天線的輻射機(jī)理、輻射過程和輻射特點；在此基礎(chǔ)上,提出了基于時域部分波歐氏距離法設(shè)計和優(yōu)化超寬帶脈沖天線的方法,該方法不僅設(shè)計效率高,而且最終達(dá)到的天線特性更接近理想特性。3.在實際應(yīng)用方面：(1)根據(jù)所提出的最佳脈沖傳輸設(shè)計準(zhǔn)則,設(shè)計了微帶-同軸過渡結(jié)構(gòu)、各向異性基板微帶線和超寬帶脈沖匹配網(wǎng)絡(luò),所設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)更適合超寬帶脈沖信號的傳輸。(2)利用歸一化歐氏距離數(shù)量描述矩陣構(gòu)造了優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),設(shè)計并優(yōu)化了帶狀線超寬帶脈沖功率分配器。(3)提出了一種低阻抗槽線傳輸線,通過半經(jīng)驗半解析的方法得到了其特性阻抗的表達(dá)式,初步研究了低阻抗槽線的超寬帶脈沖傳輸特性；設(shè)計了具有指數(shù)和高斯曲線的漸變低阻抗槽線天線,所設(shè)計的天線具有超寬工作頻帶和低交叉極化的特點,適合應(yīng)用在超寬帶脈沖系統(tǒng)中。由于實際的信號都是平方可積信號,所提出的歸一化歐氏距離參數(shù)、最佳脈沖傳輸設(shè)計準(zhǔn)則、歸一化歐氏距離數(shù)量描述矩陣和歸一化歐氏距離方向性圖不僅適用于超寬帶脈沖信號、網(wǎng)絡(luò)和天線,而且也適用于普通的信號、網(wǎng)絡(luò)和天線。
【關(guān)鍵詞】：超寬帶脈沖信號 脈沖網(wǎng)絡(luò) 傳輸特性 脈沖天線 輻射特性 特性表征 時域分析 歐氏距離 最佳脈沖傳輸 描述矩陣 低阻抗槽線
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN925
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒言12-22
• 1.1 研究背景12-13
• 1.2 主要研究內(nèi)容的發(fā)展和現(xiàn)狀13-16
• 1.2.1 超寬帶脈沖信號激勵下網(wǎng)絡(luò)特性的表征13-14
• 1.2.2 超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計14-15
• 1.2.3 超寬帶脈沖天線輻射特性的表征15-16
• 1.3 本文的主要工作內(nèi)容及貢獻(xiàn)16-17
• 1.4 本文結(jié)構(gòu)安排17-18
• 參考文獻(xiàn)18-22
• 第二章 超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)的特性表征與設(shè)計準(zhǔn)則22-54
• 2.1 引言22
• 2.2 超寬帶脈沖信號的歸一化歐氏距離22-34
• 2.2.1 歸一化歐氏距離22-31
• 2.2.2 歸一化歐氏距離參數(shù)的離散形式31
• 2.2.3 歸一化歐氏距離參數(shù)的測量方法31-33
• 2.2.4 超寬帶脈沖信號歸一化歐氏距離表征方法的特點33-34
• 2.3 最佳脈沖傳輸設(shè)計準(zhǔn)則34-44
• 2.3.1 由傳輸線理論導(dǎo)出功率波S參數(shù)35-41
• 2.3.2 最佳脈沖傳輸41-42
• 2.3.3 最佳脈沖傳輸與最大功率傳輸?shù)年P(guān)系42-44
• 2.4 超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量描述矩陣44-50
• 2.4.1 數(shù)量描述矩陣44-46
• 2.4.2 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)矩陣導(dǎo)出的數(shù)量描述矩陣46-47
• 2.4.3 根據(jù)歸一化歐氏距離導(dǎo)出的數(shù)量描述矩陣47-48
• 2.4.4 網(wǎng)絡(luò)歸一化歐氏距離數(shù)量描述矩陣的性質(zhì)48-50
• 2.5 本文方法與傳統(tǒng)頻域方法的區(qū)別和聯(lián)系50-51
• 2.6 本章小結(jié)51-52
• 參考文獻(xiàn)52-54
• 第三章 超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)的傳輸特性與最佳脈沖傳輸設(shè)計54-78
• 3.1 引言54
• 3.2 傳輸線上高斯脈沖變化特點的歸一化歐氏距離表征54-64
• 3.2.1 高斯脈沖及其特點54-55
• 3.2.2 高斯脈沖在同軸線上傳輸?shù)奶攸c55-59
• 3.2.3 高斯脈沖在普通微帶線上傳輸?shù)奶攸c59-62
• 3.2.4 高斯脈沖在不同微帶線上傳輸?shù)奶攸c62-64
• 3.3 微帶-同軸過渡結(jié)構(gòu)的最佳脈沖傳輸64-68
• 3.4 各向異性基板微帶線的最佳脈沖傳輸68-70
• 3.5 匹配網(wǎng)絡(luò)的最佳脈沖傳輸70-73
• 3.6 本章小結(jié)73-74
• 參考文獻(xiàn)74-78
• 第四章 歸一化歐氏距離數(shù)量描述矩陣及其在優(yōu)化中的應(yīng)用78-96
• 4.1 引言78
• 4.2 超寬帶脈沖網(wǎng)絡(luò)的歸一化歐氏距離數(shù)量描述矩陣78-84
• 4.2.1 微帶傳輸線網(wǎng)絡(luò)的歸一化歐氏距離數(shù)量描述矩陣78-81
• 4.2.2 脈沖功率分配器網(wǎng)絡(luò)的歸一化歐氏距離數(shù)量描述矩陣81-84
• 4.3 基于數(shù)量描述矩陣的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)構(gòu)造方法84-86
• 4.4 帶狀線超寬帶脈沖信號功率分配器的優(yōu)化設(shè)計86-93
• 4.4.1 結(jié)構(gòu)概述86-87
• 4.4.2 優(yōu)化過程87-90
• 4.4.3 結(jié)果及分析90-93
• 4.5 本章小結(jié)93-94
• 參考文獻(xiàn)94-96
• 第五章 超寬帶脈沖天線輻射特性的表征和分析96-118
• 5.1 引言96
• 5.2 超寬帶脈沖天線的歸一化歐氏距離96-105
• 5.2.1 超寬帶脈沖天線激勵脈沖和輻射脈沖的歸一化歐氏距離96-101
• 5.2.2 超寬帶脈沖天線的歸一化歐氏距離方向性圖101-104
• 5.2.3 收發(fā)天線系統(tǒng)的歸一化歐氏距離104-105
• 5.3 超寬帶脈沖天線輻射特性的分析105-116
• 5.3.1 任意運動電荷的輻射場105-108
• 5.3.2 低速情況下電荷的輻射場108-109
• 5.3.3 軔致輻射及脈沖激勵的對稱陣子天線的輻射場109-112
• 5.3.4 同步輻射及脈沖激勵的圓環(huán)天線的輻射場112-115
• 5.3.5 超寬帶脈沖天線輻射特性的微觀解釋115-116
• 5.4 本章小結(jié)116
• 參考文獻(xiàn)116-118
• 第六章 超寬帶脈沖天線的設(shè)計118-140
• 6.1 引言118
• 6.2 部分波歐氏距離法設(shè)計脈沖天線118-120
• 6.3 超寬帶TEM喇叭天線的設(shè)計120-123
• 6.4 低阻抗槽線脈沖天線的設(shè)計123-136
• 6.4.1 低阻抗槽線124-125
• 6.4.2 低阻抗槽線的特性阻抗125-127
• 6.4.3 低阻抗槽線的饋電及超寬帶脈沖傳輸特性127-130
• 6.4.4 漸變低阻抗槽線脈沖天線130-136
• 6.5 本章小結(jié)136
• 參考文獻(xiàn)136-140
• 第七章 結(jié)束語140-142
• 7.1 本文的主要工作140-141
• 7.2 后續(xù)工作展望141-142
• 致謝142-143
• 作者簡介143-145

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