基于分形结构的超宽带天线的设计与研制

发布时间：2017-10-27 18:17

  本文关键词：基于分形结构的超宽带天线的设计与研制

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【摘要】：无线通信技术的快速发展对通信设备提出了越来越高的要求。如今通信设备正朝着集成化与宽带化的方向发展,因此在通信设备中的天线,也必须具备小型化与宽带化的特点。实现天线小型化与宽带化的目标有多种方法,但是传统天线通常是以牺牲天线某种性能来达到天线的某一方面的指标,不能满足现代通信的综合指标。本文采用分形技术与天线结合,对天线进行改进,在不影响天线其他性能的前提上来实现超宽带天线小型化的目标,因此对基于分形结构的超宽带天线的研究有着广泛的应用场景。本文首先介绍了超宽带天线的研究背景及国内外发展现状,并详细说明了实现天线的小型化与宽带化的多种方式,接着介绍了分形的基本理论,并分析了几种典型的分形天线的迭代生成的规律。这些研究为设计基于分形的超宽带天线提供了理论基础与思路。其次,本文采用分形技术与天线结合的方式,设计出两款小型化分形天线。分形结构自身有两个重要的特性:空间填充性和自相似性。分形天线由于空间填充性可以使天线的表面电流路径增大,使天线的电长度增大,进而实现天线的小型化的目标。分形天线的自相似性特点可以增加天线的谐振频点,进而来拓宽天线的频段。第一款天线是采用Cantor分形与Minkowski分形结合的一种分形天线,该天线的地板采用Minkowski分形结构,贴片采用Cantor分形结构,来实现天线的小型化与宽带化。最终天线是实现了3.1-12.6GHz频段,满足超宽带的要求,天线尺寸仅为14mm?20mm;第二款天线是采用Sierpinski分形结构,通过增加分形的迭代次数,改变天线表面电流流动,降低中心频率,来实现天线的小型化,最终天线工作频率为2.8-12.17GHz,天线的尺寸为14mm?25mm,该天线在满足超宽带的情况下,实现了天线小型化的要求。最后,对天线进行加工,并对其关键指标进行测量,测量结果与仿真结果基本吻合,基本满足超宽带通信系统的要求,从而验证基于分形结构的超宽带天线可以有效减少天线的尺寸。文章中设计的天线具有性能良好、结构简单、体积小、易于集成等优点,具有一定的实用价值。
【关键词】：超宽带天线 小型化 分形技术
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN822.8
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状和发展趋势11-17
• 1.2.1 国内外天线小型化的研究现状11-14
• 1.2.1.1 高介电常数材料12
• 1.2.1.2 加载技术12
• 1.2.1.3 电流分布剪裁法12-13
• 1.2.1.4 对称分割技术13
• 1.2.1.5 分形技术13-14
• 1.2.2 国内外天线宽带化的研究现状14-17
• 1.2.2.1 渐变结构14-15
• 1.2.2.2 表面刻槽技术15-16
• 1.2.2.3 厚介质基板16
• 1.2.2.4 分形技术16-17
• 1.3 本论文的结构安排17-19
• 第二章 相关理论概述19-33
• 2.1 分形基本理论19-28
• 2.1.1 分形理论的定义19-21
• 2.1.2 分形的维数21-23
• 2.1.3 分形的实现方法23-28
• 2.2 天线的性能参数28-32
• 2.2.1 方向图28
• 2.2.2 方向系数、增益和效率28-30
• 2.2.3 带宽30
• 2.2.4 极化30-31
• 2.2.5 阻抗31
• 2.2.6 驻波比与反射系数31-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 Cantor分形天线的设计33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 Cantor分形天线的设计33-41
• 3.2.1 天线的结构33-35
• 3.2.2 天线设计原理及参数仿真35-40
• 3.2.3 天线最终尺寸40
• 3.2.4 电流分布40-41
• 3.3 天线测试结果41-44
• 3.3.1 天线的加工实物图41-42
• 3.3.2 天线的回波损耗42
• 3.3.3 天线的增益与方向图42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 Sierpinski分形天线的设计45-57
• 4.1 引言45
• 4.2 Sierpinski分形天线的设计45-53
• 4.2.1 天线的结构45-47
• 4.2.2 天线设计原理及参数仿真47-52
• 4.2.3 天线最终尺寸52
• 4.2.4 电流分布52-53
• 4.3 天线测试结果53-56
• 4.3.1 天线的加工实物图53
• 4.3.2 天线的回波损耗53-54
• 4.3.3 天线的增益与方向图54-56
• 4.4 本章小结56-57
• 第五章 总结57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-63

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本文编号：1104635