短波天线频率可调谐匹配网络研究

发布时间：2017-08-03 14:19

  本文关键词：短波天线频率可调谐匹配网络研究

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【摘要】：短波通信作为一种传统的长距离通信方式,具有所需功率小、设备简单、成本较低、使用简便等优点,所以时至今日短波通信在军事、海事、航空等领域仍然是不可替代的。由于短波波段的频率较低,短波天线的尺寸较大,为了适应通信系统宽带小型化的要求,人们在短波天线的宽带匹配网络方面做了比较多的研究。但是宽带匹配网络有着匹配效果较差、效率较低等明显缺点。相比之下,通过切换工作频率实现宽频带覆盖的可调谐匹配网络则能弥补这些缺点。本文的主要工作如下:1.对短波单极天线的宽带可调谐匹配网络进行了研究和设计。研究了高度和半径对天线的影响,选用阻抗特性较好的天线作为对象,进行后续匹配网络的设计。首先对天线的子频段的匹配网络进行初步设计,由于天线在高频段和低频段的阻抗特性差异较大,所以分别设计了不同的匹配网络。在高频段,选用了Q值法所设计出的带宽较宽的T形匹配网络,在保证S11参数小于-10dB的带宽大于2MHz的条件下,确定了各子频段的匹配网络对应的元件值。在低频段,由于天线的输入电抗变化比较剧烈,需要采用有耗预匹配网络对天线进行预匹配。首先分别尝试预加载串联电阻和并联电阻两种方法,并结合S参数的仿真结果,讨论了两种方法的优缺点。由于单纯预加载电阻的方法会导致损耗过大,我们接下来对加载方法进行了改进,预加载具有非福斯特特性的负阻抗变换器及一个较小的电阻,兼顾了损耗和带宽问题。2.通过使用变容二极管,实现了电容和电感的可调谐,进而对短波单极天线的宽带可调谐匹配网络进行了实现。首先研究了可调谐电容和电感,使用变容二极管可以实现电容的可调谐,使用变容二极管与固定电感的串联或并联电路可以实现电感的可调谐。采用之前设计好的元件值数据,通过ADS软件的调节优化功能确定了不同子频段对应的匹配网络中的变容二极管的反向偏压值。最终设计出的匹配网络由高频段的可调谐匹配网络和低频段的两个模式切换网络构成,通过这三个网络的切换和调谐,基本上实现了2MHz~30MHz短波频段的全覆盖。最后,将所设计的可调谐匹配网络与宽带匹配网络进行了比较。
【关键词】：短波天线 可调谐匹配网络 宽带匹配网络 非福斯特元件
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN822.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-19
• 1.1 研究背景与意义15
• 1.2 国内外研究现状15-17
• 1.2.1 宽带匹配网络15-16
• 1.2.2 可调谐匹配网络16-17
• 1.3 本文的主要工作和安排17-19
• 第二章 单极天线及匹配网络的基本理论19-37
• 2.1 天线的基本电参数19-21
• 2.1.1 辐射方向图19
• 2.1.2 方向系数、增益和效率19-20
• 2.1.3 输入阻抗和带宽20-21
• 2.2 单极天线基本理论21-24
• 2.2.1 单极天线的辐射场22-23
• 2.2.2 单极天线的电特性23-24
• 2.3 集总参数元件匹配网络的设计方法24-31
• 2.3.1 史密斯圆图法26-29
• 2.3.2 Q值法29-31
• 2.4 宽带匹配网络理论31-37
• 2.4.1 驻波比法32-33
• 2.4.2 实频法33-37
• 第三章 短波单极天线及其匹配网络的研究与设计37-61
• 3.1 短波单极天线的研究与设计37-40
• 3.2 高频段匹配网络的研究与设计40-49
• 3.3 低频段匹配网络的研究与设计49-61
• 3.3.1 预加载电阻的匹配网络设计50-56
• 3.3.2 预加载负阻抗变换器的匹配网络设计56-61
• 第四章 可调谐匹配网络的研究与实现61-71
• 4.1 可调谐电容与电感的研究61-62
• 4.2 可调谐匹配网络的实现62-68
• 4.3 可调谐匹配网络与宽带匹配网络的对比68-71
• 第五章 结束语71-73
• 5.1 工作总结71
• 5.2 进一步的研究71-73
• 参考文献73-77
• 致谢77-79
• 作者简介79-80

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本文编号：614795