小型化超寬帶天線及其陣列設計.pdf

1、本文主要研究基于特征模理論的超寬帶天線性能極限估計與小型化方法,實現(xiàn)高性能天線單元和陣列的優(yōu)化設計。
　　 本文采用等效場源表面積分方程描述天線的外部特性,利用矩量法離散積分方程得到矩陣方程,考察天線的遠場輻射能量、近場儲能與Q值、增益的關(guān)系,將天線的性能指標要求歸結(jié)為帶有限制條件的最優(yōu)化問題,進而轉(zhuǎn)化為矩陣廣義特征值問題的求解。利用數(shù)值方法得到等效場源的基本模式和相應的Q值,從而得到任意形狀限制下天線的最大增益和最小Q值極限。

2、該方法還能考慮環(huán)境的影響,例如有限大金屬平面對天線性能極限的影響,為小型化超寬帶天線的設計提供理論指導。
　　 本文將特征模理論應用于超寬帶天線的分析和設計。利用特征模分析獲得天線的主要特征模式和相應的頻率響應,直觀地得到結(jié)構(gòu)與性能參數(shù)的關(guān)系。利用諧振模式的特征值趨于零這一特性得到局部加載的具體電抗參數(shù),并利用分布式電抗加載調(diào)整模式的強度,優(yōu)化頻率響應。由于特征模分析能深入揭示寬帶多模天線的機理,直接綜合設計出天線加載電抗值,全

3、波仿真的次數(shù)大大減小,設計效率明顯提高。
　　 本文采用特征模分析考察寬縫天線的基本模式電流與縫隙結(jié)構(gòu)的關(guān)系。利用電抗加載降低諧振頻率,實現(xiàn)小型化；采用對稱調(diào)諧枝節(jié)改變高頻的行波電流分布,改善匹配。利用曲折的槽線在較小的空間內(nèi)實現(xiàn)了多阻帶結(jié)構(gòu),抑制特定頻點附近的輻射對其它無線系統(tǒng)的干擾。由于槽線結(jié)構(gòu)存在高次諧波,使得天線工作頻帶內(nèi)出現(xiàn)寄生阻帶。本文分析研究寄生阻帶的機理,并采用貼片結(jié)構(gòu)抑制高頻寄生阻帶。
　　 本文設計了

4、單端微帶線饋電的小型漸變槽線天線,采用多個短路條帶抑制后向輻射,并利用漸變微帶傳輸線和扇形分支實現(xiàn)寬帶匹配,實現(xiàn)整個頻帶內(nèi)的定向輻射特性。在此基礎(chǔ)上進一步設計差分微帶線饋電的定向輻射超寬帶漸變槽線天線及相應的巴倫,實現(xiàn)差分微帶線到槽線直至單端微帶線的轉(zhuǎn)換。差分結(jié)構(gòu)天線的電流分布對稱,不易受饋線的影響,方便與差分形式射頻前端的互聯(lián)。
　　 本文用矩量法獲得陣列的阻抗矩陣,利用特征模分析得到陣列的模式方向圖和模式激勵,由模式的正交性