球形偶极子天线的终端匹配和频带扩展

发布时间：2017-08-17 04:03

  本文关键词：球形偶极子天线的终端匹配和频带扩展

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【摘要】：信号源内置式球形偶极子天线是一种小型宽频带有源发射天线,其直径仅100mm,且内置信号源无需外接馈线,广泛应用于机箱机柜屏蔽效能测试、场地衰减测量等方面。本文结合实验室早期的研究成果,改进了现有基频30MHz的球形偶极子天线,提高其辐射能力；并研制了基频5MHz和基频100MHz的球形偶极子天线,扩展了应用频带。本文先查找相关资料,了解国内外相关产品的研究进展,尤其国外研究水平和研究方法,为本文设计提供指导。主要研究方法是从提高天线辐射效率出发,理论计算了现有天线的辐射效率,为设计提供理论基础。然后从两方面着手提高天线输出功率,一方面对梳形信号发生器的工作机理进一步分析,包括对无源电子器件、晶体管及晶体管放大电路的分析及改进,最终通过更换性能更好的晶体管提高高频功率增益,调整工作电流降低无用信号大小,设计偏置电路减小直流电路与高频信号耦合,电容滤波抑制无用能量,设计EMC性能更好的四层PCB取代原有的双层PCB等方法,提高了梳形信号发生器的输出。另一方面对球形偶极子天线的电参数进行了分析,在暗室中测试了其辐射方向图。用双同轴线测S参数方法测量了其输入阻抗,并通过与HFSS仿真结果对比分析得到其精度远高于传统的物理巴伦法,测试结果可以作为天线终端匹配设计依据。根据天线输入阻抗特性,采用实频数据法和遗传算法相结合设计了三种不同基频天线的终端匹配网络,减少信号在传输过程中的反射损耗。3m远电场强度测试结果表明,研制的基频30MHz球形偶极子天线100MHz～1GHz频段内大部分频点尤其高频段700MHz～1GHz场强超过70dBuV/m,比原有天线提高了5dB以上；基频5MHz球形偶极子天线30MHz～100MHz频段内电场强度达到50dBuV/m;基频100MHz球形偶极子天线1GHz～1.8GHz电场强度超过70dBuV/m,1.8GHz-3GHz超过60dBuV/m。本文还分析了机箱机柜屏蔽效能测试中影响球形偶极子天线输出动态范围的因素,研制出的三种不同基频的球形偶极子天线在不同的测试条件下可满足不同等级的机箱机柜屏蔽效能测试要求。
【关键词】：球形偶极子天线 梳形信号发生器 终端匹配 频带扩展 机箱机柜屏蔽效能
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN821.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 国外研究成果10-11
• 1.2.2 国内现状11-17
• 1.2.2.1 信号源内置式球形偶极子天线的主要应用12-15
• 1.2.2.2 现有球形偶极子天线性能分析15-17
• 1.3 论文研究内容及意义17
• 1.4 论文组织结构17-18
• 第2章 球形偶极子天线工作原理及辐射效率计算18-24
• 2.1 原理概述18-22
• 2.1.1 梳形信号发生器18-21
• 2.1.2 辐射天线21-22
• 2.2 天线辐射效率计算22-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 梳形信号发生器的电路改进24-40
• 3.1 电路元器件分析及改进24-32
• 3.1.1 二端口网络参数24-26
• 3.1.1.1 Z参数24-25
• 3.1.1.2 S参数25-26
• 3.1.2 硅双极型晶体管26-31
• 3.1.2.1 晶体管基本模型及频率特性26-29
• 3.1.2.2 晶体管选择29-31
• 3.1.3 无源器件选取31-32
• 3.1.3.1 电阻31-32
• 3.1.3.2 电容32
• 3.2 放大电路分析及改进32-34
• 3.2.1 放大器主要技术指标32-33
• 3.2.2 放大电路改进33-34
• 3.3 “压控”开关设计34
• 3.4 PCB优化设计34-37
• 3.4.1 一般性设计要求34-36
• 3.4.2 PCB热设计36-37
• 3.5 电路改进后天线测试结果及分析37-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 球形偶极子天线基本模型及输入阻抗测试40-47
• 4.1 概述40
• 4.2 球形偶极子天线输入阻抗测试40-46
• 4.2.1 同轴线测S参数法测天线输入阻抗42-44
• 4.2.1.1 原理42-43
• 4.2.1.2 测试布置43-44
• 4.2.2 测试结果及分析44-46
• 4.3 本章小结46-47
• 第5章 天线终端匹配设计47-59
• 5.1 概述47-48
• 5.2 终端匹配设计常用方法48-53
• 5.2.1 直接优化法48-49
• 5.2.2 实频数据法49-51
• 5.2.3 遗传算法51-53
• 5.3 基频30MHz及基频100MHz球形偶极子天线的终端匹配设计53-57
• 5.3.1 实频数据法实际应用53-54
• 5.3.2 传输线变压器54-55
• 5.3.3 遗传算法优化参数55-56
• 5.3.4 计算结果与分析56-57
• 5.4 基频5MHz球形偶极子天线的终端匹配设计57-59
• 5.4.1 电小天线简介57-58
• 5.4.2 匹配网络设计58-59
• 第6章 研制的球形偶极子天线性能测试与分析59-65
• 6.1 辐射方向图59-61
• 6.2 天线发射测试61-64
• 6.3 本章小结64-65
• 第7章 总结与建议65-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-68

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本文编号：686987