超宽带平面螺旋天线设计与实现
发布时间：2020-11-10 07:28
随着现代无线通信技术的迅速发展,天线在军用和民用领域发挥着越来越重要的作用,正朝着多设备多频段的方向发展。因此,超宽带天线及其小型化研究已成为国内外天线设计领域的重要课题之一。平面螺旋天线以其宽频带、圆极化、低剖面、易于加工等显著优点得到了众多的关注且发展迅速。本文的研究重点是平面螺旋天线。文中主要研究了毫米波平面螺旋天线以及平面螺旋天线的低剖面设计,也给出了不同于传统形式的天线设计方法。论文的主要工作如下:1、毫米波平面螺旋天线:设计了一个工作频段为8～40GHz的平面螺旋天线,采用微带指数渐变式巴伦馈电。对中心馈电处进行改良设计,采用多段曲线平滑过渡的形式尽可能地减少馈电点处的能量反射。天线的阻抗特性及圆极化性能均满足指标要求。2、低剖面平面螺旋天线:设计了一个工作频段为1～4GHz的平面螺旋天线,采用加载高阻抗表面的方式实现低剖面。通过改进高阻抗表面以解决天线高频段增益下降的问题。以Python为基础,将遗传算法与电磁仿真软件HFSS相结合实现碎片结构的高阻抗表面单元的自动优化设计。利用该方法设计的碎片式高阻抗表面在整个工作频段内具有更平稳的反射相位曲线。天线高度为0.05*λL(λL为工作频段最低频点对应的波长)。
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN823.31
【部分图文】：
２００９年，美国学者Ｈｉｓａｍａｔｓｕ?Ｎａｋａｎｏ和Ｋａｔｓｕｋｉ?Ｋｉｋｋａｗａ发表了一篇关于低剖面平??面螺旋天线的文章［｜６］。文章中首次采用电磁带隙结构（ＥＢＧ）作为平面等角螺旋天线的反??射板代替传统形式的金属背腔。该天线的工作频段为４ＧＨｚ到９ＧＨｚ，其结构如图１．３所??示，ＥＢＧ反射板的尺寸为１６７ｍｍ＊１６７ｍｍ＊２ｍｍ，螺旋臂与ＥＢＧ表面之间的距离为７ｍｍ，??因此天线整体的高度仅为工作频段最低频率对应波长的９．３％。根据实测结果可以看出，??轴比在整个工作频段内低于３ｄＢ，圆极化性能良好。??寧Ｓ辟—５激－??／?ｆｕａｍ?ｐｏｌｙｓｔ＞ｒｅｏｅ?（ｅｒ％?１）??ｄｉｅｌｅｃｌｒｉｃ＾ｕｂｓｌｒａｔｅ??图１．３低剖面平面螺旋天线??（ａ）?（ｂ）??图１．４低剖面平面螺旋天线⑷圆形ＨＩＳ；?（ｂ）方形ＨＩＳ??２０１６年，Ｍｉｋａｌ?Ａｓｋａｒｉａｎ?Ａｍｉｒｉ等人发表了一篇低剖面平面螺旋天线相关的文章［１７］。??文章中采用圆形对称的高阻抗表面结构（ＨＩＳ）作为平面螺旋天线的反射板。如图１．４（ａ）所??示，平面螺旋天线的反射板为圆形，且ＨＩＳ单元的尺寸由中心向外逐渐增大，反射板半??径为８．１ｍｍ，面积约为２１０ｍｍ２。如图］．４（ｂ）所示，平面螺旋天线的反射板为方形，Ｈ１Ｓ??单元也为正方形，方形反射板的边长为１４ｍｍ，面积约为２１０ｍｍ２。仿真分析发现当平??面螺旋天线采用图１．４（ａ）所示的反射板时可以获得更宽的带宽
２００９年，美国学者Ｈｉｓａｍａｔｓｕ?Ｎａｋａｎｏ和Ｋａｔｓｕｋｉ?Ｋｉｋｋａｗａ发表了一篇关于低剖面平??面螺旋天线的文章［｜６］。文章中首次采用电磁带隙结构（ＥＢＧ）作为平面等角螺旋天线的反??射板代替传统形式的金属背腔。该天线的工作频段为４ＧＨｚ到９ＧＨｚ，其结构如图１．３所??示，ＥＢＧ反射板的尺寸为１６７ｍｍ＊１６７ｍｍ＊２ｍｍ，螺旋臂与ＥＢＧ表面之间的距离为７ｍｍ，??因此天线整体的高度仅为工作频段最低频率对应波长的９．３％。根据实测结果可以看出，??轴比在整个工作频段内低于３ｄＢ，圆极化性能良好。??寧Ｓ辟—５激－??／?ｆｕａｍ?ｐｏｌｙｓｔ＞ｒｅｏｅ?（ｅｒ％?１）??ｄｉｅｌｅｃｌｒｉｃ＾ｕｂｓｌｒａｔｅ??图１．３低剖面平面螺旋天线??（ａ）?（ｂ）??图１．４低剖面平面螺旋天线⑷圆形ＨＩＳ；?（ｂ）方形ＨＩＳ??２０１６年，Ｍｉｋａｌ?Ａｓｋａｒｉａｎ?Ａｍｉｒｉ等人发表了一篇低剖面平面螺旋天线相关的文章［１７］。??文章中采用圆形对称的高阻抗表面结构（ＨＩＳ）作为平面螺旋天线的反射板。如图１．４（ａ）所??示，平面螺旋天线的反射板为圆形，且ＨＩＳ单元的尺寸由中心向外逐渐增大，反射板半??径为８．１ｍｍ，面积约为２１０ｍｍ２。如图］．４（ｂ）所示，平面螺旋天线的反射板为方形，Ｈ１Ｓ??单元也为正方形，方形反射板的边长为１４ｍｍ，面积约为２１０ｍｍ２。仿真分析发现当平??面螺旋天线采用图１．４（ａ）所示的反射板时可以获得更宽的带宽
２００１年，美国报道了一种实测带宽达３３：１的超宽带相控阵天线，这种阵列天线的??黾元为形状不规则且结构及其复杂的碎片结构［１８］。同时报道中显示这种形式的天线带宽??甚至可以达到１００：?１。如图１．５所示为该种天线的实物照片，可以看出该天线的阵面由??形状很复杂的笮元排列而成。该天线在设计过程中用数值分析计算与优化算法相结合的??方法，利用优化算法确定各个金属碎片的形状、尺寸和位置，然后不断调用电磁仿真软??件对天线驻波和带宽等重要指标进行优化。如果采用传统的设计方法，？方面难以设计??出结构如此复杂的碎片单元，因而天线也无法达到很宽的带宽；另一方面天线设计者反??复调试结构及其复杂且参数繁多的碎片单元将会耗费大量的时间，设计效率低且设计成??本高。而基于优化算法的设计方法很好地解决了这一问题，且往往能满足较严苛的指标??要求。??讓餐＿＿??图１．５算法优化的工作带宽为３３：〗的超宽带天线??２０１３年，哈尔滨工程大学的李明设计了一种基于ＨＦＳＳ和遗传算法设汁优化超宽带??陷波天线的方法，并且完成了三种超宽带陷波天线的优化设计与仿真分析文章中选??用传统的平面单级子天线作为优化设计的初始模型
【参考文献】
本文编号：2877657
【学位单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN823.31
【部分图文】：
２００９年，美国学者Ｈｉｓａｍａｔｓｕ?Ｎａｋａｎｏ和Ｋａｔｓｕｋｉ?Ｋｉｋｋａｗａ发表了一篇关于低剖面平??面螺旋天线的文章［｜６］。文章中首次采用电磁带隙结构（ＥＢＧ）作为平面等角螺旋天线的反??射板代替传统形式的金属背腔。该天线的工作频段为４ＧＨｚ到９ＧＨｚ，其结构如图１．３所??示，ＥＢＧ反射板的尺寸为１６７ｍｍ＊１６７ｍｍ＊２ｍｍ，螺旋臂与ＥＢＧ表面之间的距离为７ｍｍ，??因此天线整体的高度仅为工作频段最低频率对应波长的９．３％。根据实测结果可以看出，??轴比在整个工作频段内低于３ｄＢ，圆极化性能良好。??寧Ｓ辟—５激－??／?ｆｕａｍ?ｐｏｌｙｓｔ＞ｒｅｏｅ?（ｅｒ％?１）??ｄｉｅｌｅｃｌｒｉｃ＾ｕｂｓｌｒａｔｅ??图１．３低剖面平面螺旋天线??（ａ）?（ｂ）??图１．４低剖面平面螺旋天线⑷圆形ＨＩＳ；?（ｂ）方形ＨＩＳ??２０１６年，Ｍｉｋａｌ?Ａｓｋａｒｉａｎ?Ａｍｉｒｉ等人发表了一篇低剖面平面螺旋天线相关的文章［１７］。??文章中采用圆形对称的高阻抗表面结构（ＨＩＳ）作为平面螺旋天线的反射板。如图１．４（ａ）所??示，平面螺旋天线的反射板为圆形，且ＨＩＳ单元的尺寸由中心向外逐渐增大，反射板半??径为８．１ｍｍ，面积约为２１０ｍｍ２。如图］．４（ｂ）所示，平面螺旋天线的反射板为方形，Ｈ１Ｓ??单元也为正方形，方形反射板的边长为１４ｍｍ，面积约为２１０ｍｍ２。仿真分析发现当平??面螺旋天线采用图１．４（ａ）所示的反射板时可以获得更宽的带宽
２００９年，美国学者Ｈｉｓａｍａｔｓｕ?Ｎａｋａｎｏ和Ｋａｔｓｕｋｉ?Ｋｉｋｋａｗａ发表了一篇关于低剖面平??面螺旋天线的文章［｜６］。文章中首次采用电磁带隙结构（ＥＢＧ）作为平面等角螺旋天线的反??射板代替传统形式的金属背腔。该天线的工作频段为４ＧＨｚ到９ＧＨｚ，其结构如图１．３所??示，ＥＢＧ反射板的尺寸为１６７ｍｍ＊１６７ｍｍ＊２ｍｍ，螺旋臂与ＥＢＧ表面之间的距离为７ｍｍ，??因此天线整体的高度仅为工作频段最低频率对应波长的９．３％。根据实测结果可以看出，??轴比在整个工作频段内低于３ｄＢ，圆极化性能良好。??寧Ｓ辟—５激－??／?ｆｕａｍ?ｐｏｌｙｓｔ＞ｒｅｏｅ?（ｅｒ％?１）??ｄｉｅｌｅｃｌｒｉｃ＾ｕｂｓｌｒａｔｅ??图１．３低剖面平面螺旋天线??（ａ）?（ｂ）??图１．４低剖面平面螺旋天线⑷圆形ＨＩＳ；?（ｂ）方形ＨＩＳ??２０１６年，Ｍｉｋａｌ?Ａｓｋａｒｉａｎ?Ａｍｉｒｉ等人发表了一篇低剖面平面螺旋天线相关的文章［１７］。??文章中采用圆形对称的高阻抗表面结构（ＨＩＳ）作为平面螺旋天线的反射板。如图１．４（ａ）所??示，平面螺旋天线的反射板为圆形，且ＨＩＳ单元的尺寸由中心向外逐渐增大，反射板半??径为８．１ｍｍ，面积约为２１０ｍｍ２。如图］．４（ｂ）所示，平面螺旋天线的反射板为方形，Ｈ１Ｓ??单元也为正方形，方形反射板的边长为１４ｍｍ，面积约为２１０ｍｍ２。仿真分析发现当平??面螺旋天线采用图１．４（ａ）所示的反射板时可以获得更宽的带宽
２００１年，美国报道了一种实测带宽达３３：１的超宽带相控阵天线，这种阵列天线的??黾元为形状不规则且结构及其复杂的碎片结构［１８］。同时报道中显示这种形式的天线带宽??甚至可以达到１００：?１。如图１．５所示为该种天线的实物照片，可以看出该天线的阵面由??形状很复杂的笮元排列而成。该天线在设计过程中用数值分析计算与优化算法相结合的??方法，利用优化算法确定各个金属碎片的形状、尺寸和位置，然后不断调用电磁仿真软??件对天线驻波和带宽等重要指标进行优化。如果采用传统的设计方法，？方面难以设计??出结构如此复杂的碎片单元，因而天线也无法达到很宽的带宽；另一方面天线设计者反??复调试结构及其复杂且参数繁多的碎片单元将会耗费大量的时间，设计效率低且设计成??本高。而基于优化算法的设计方法很好地解决了这一问题，且往往能满足较严苛的指标??要求。??讓餐＿＿??图１．５算法优化的工作带宽为３３：〗的超宽带天线??２０１３年，哈尔滨工程大学的李明设计了一种基于ＨＦＳＳ和遗传算法设汁优化超宽带??陷波天线的方法，并且完成了三种超宽带陷波天线的优化设计与仿真分析文章中选??用传统的平面单级子天线作为优化设计的初始模型
【参考文献】
相关期刊论文 前5条
1 许玥;杨青慧;张怀武;;K波段宽带螺旋天线设计[J];压电与声光;2015年02期
2 唐顺铨;;有源天线系统——迈向全新军事应用领域的射频技术[J];通信对抗;2014年01期
3 宋朝晖,邱景辉,张胜辉,刘志惠,杨彩田;一种平面等角螺旋天线及宽频带巴伦的研究[J];制导与引信;2003年02期
4 徐毓龙;20世纪电子科技大事记[J];电子世界;2000年12期
5 云大年;;非频变天线的概念与全频道电视接收天线[J];北京邮电学院学报;1983年01期
本文编号：2877657
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