宽带天线的可穿戴设计与雷达截面控制

发布时间：2017-10-01 14:30

  本文关键词：宽带天线的可穿戴设计与雷达截面控制

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【摘要】：目前现代通信技术发展迅速,各类通信设备日趋小型化、宽带化。作为无线通信系统中的重要设备,天线的小型化和宽带化也已成为当前天线设计中的重要方面。其中,宽带天线的可穿戴设计和雷达截面(RCS)减缩受到了众多研究者的关注。以人体为中心的通信系统是第四代移动通信(4G)的一个重要组成部分。以人体为中心的通信系统中一个重要的研究方向是可穿戴式天线,可穿戴天线是指将天线集成到衣物上,作为衣物的一部分,具有携带方便等优点。在电子对抗当中,隐身技术占有重要地位,天线的隐身性能是制约系统整体隐身性能的关键因素,研究具有良好散射特性的天线具有重要意义。本文着重围绕织物天线、可穿戴超宽带纽扣式天线、可穿戴宽带PIFA天线,以及超宽带天线RCS减缩展开研究工作。作者的主要研究成果可概括为：1.对应用于可穿戴系统中的可穿戴织物天线在设计制作时,需要面临的问题进行了研究分析。首先研究了可用于制作织物天线的材料的特性,测量了织物材料的相对介电常数。以采用织物材料作为介质的微带贴片天线为例,研究了织物材料发生变化时,对天线辐射性能的影响,包括织物材料发生在空气中受潮、遇水等问题时,织物的相对介电常数发生改变,造成天线辐射性能的变化。因为天线工作在人体附近时,可能会受到挤压,发生形变,从而研究了微带贴片天线在发生不同程度形变时,天线辐射性能的变化。建立了简单的人体模型,分析了对称振子天线和微带贴片天线在不同频率,放置于人体模型上时,天线的辐射性能受到人体的影响,分析后发现带有地板结构的微带贴片天线比对称振子天线受到人体的影响小,设计相关可穿戴天线时,应尽量采用带有地板结构的天线形式。2.研究了用于可穿戴系统中的超宽带纽扣式天线。天线采用羊毛毡这种织物材料作为天线的介质,实际加工了设计天线,然后测量其性能,结果表明天线的测量结果与仿真结果一致。建立了简单的人体大脑与胸部模型,将天线放置在仿真模型上,研究了不同频率时,天线的辐射性能受到人体的影响。通过仿真不同频率时,人体受到设计天线电磁波照射时的SAR值来研究设计天线对人体的影响,结果表明设计天线对人体的SAR值符合相关标准,天线的地板有效的减小了天线与人体之间的相互影响。研究了两个天线分别在空气中和在人体不同位置时,天线之间的隔离度受到的影响,结果显示在不同平面传输时,人体的存在阻隔了天线之间的传输。研究了天线地板变形时,对天线的影响。最后,给出了一种改进型的纽扣式天线。3.研究了一种可用于智能手表的可穿戴宽带PIFA天线。首先给出了宽带PIFA天线的性能。建立了简单的人体手腕模型,给出了天线放置在人体手腕模型附近时,天线辐射性能受到的影响,以及人体受到天线电磁波照射时的SAR值,结果表明天线辐射性能受到人体的影响很小,人体受到天线电磁波照射时的SAR值符合规定。接下来,由于部分智能手表可能会使用金属边框,因此分析了加载金属边框后,天线辐射性能的变化,结果显示天线仍可工作在设计频段内,并且天线增益增大。给出了加载边框后天线辐射性能受到人体的影响以及人体受到天线电磁波照射时的SAR值,结果表明相较于未加载金属边框时,人体受到天线电磁波照射时的SAR值更小,加载金属边框后,有助于减小天线对人体的影响。4.研究了一种低RCS Vivaldi天线。通过分析辐射和散射时电流在设计天线表面上不同的分布,据此使用修正天线外形的方法来减缩天线的雷达截面,给出了对比天线,以此来表明各修正部分对减缩天线RCS的作用并进行了分析,对设计天线的辐射性能进行了测量,从测量结果可以看出设计天线的辐射性能与参考天线相似,并在频带内与参考天线相比天线RCS较低。
【关键词】：天线 宽带 可穿戴 织物 雷达截面控制
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN822
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符号对照表13-14
• 缩略语对照表14-17
• 第一章 绪论17-29
• 1.1 研究背景17
• 1.2 国内外研究现状17-25
• 1.2.1 几种常见的宽带天线研究现状18-22
• 1.2.2 可穿戴天线研究现状22-24
• 1.2.3 超宽带天线雷达截面控制技术研究现状24-25
• 1.3 本文的主要内容安排25-29
• 1.3.1 论文的写作安排25-26
• 1.3.2 作者的主要工作26-29
• 第二章 基础理论概述29-37
• 2.1 引言29
• 2.2 超宽带天线的工作原理29-30
• 2.3 人体模型建立30-33
• 2.3.1 人体物理模型31-33
• 2.3.2 人体数值模型33
• 2.4 天线散射理论33-36
• 2.5 小结36-37
• 第三章 可穿戴织物天线特性研究37-57
• 3.1 引言37-38
• 3.2 可穿戴织物天线的设计要求38-39
• 3.3 可穿戴织物天线材料特性39-47
• 3.3.1 织物材料相对介电常数的测量40-44
• 3.3.2 织物材料相对介电常数变化时对天线的影响44-45
• 3.3.3 织物材料弯曲变形时对天线的影响45-47
• 3.4 人体对天线的影响47-54
• 3.4.1 人体模型的建立47-49
• 3.4.2 人体对部分天线的影响49-54
• 3.5 小结54-57
• 第四章 新型可穿戴纽扣式天线设计57-83
• 4.1 引言57
• 4.2 SAR的定义57-58
• 4.3 采用织物材料作为天线介质的可穿戴纽扣式超宽带天线58-79
• 4.3.1 天线的结构58-59
• 4.3.2 天线主要参数对天线性能的影响59-62
• 4.3.3 天线的辐射性能62-64
• 4.3.4 人体对于天线的影响64-68
• 4.3.5 纽扣式超宽带天线对人体的影响68-69
• 4.3.6 天线地板发生形变对天线的影响69-78
• 4.3.7 雨雪天气对天线的影响78-79
• 4.4 中空带孔的可穿戴纽扣式天线79-80
• 4.5 小结80-83
• 第五章 可穿戴宽带PIFA天线设计83-101
• 5.1 引言83-84
• 5.2 PIFA天线简介84-85
• 5.3 用于智能手表的可穿戴宽带PIFA天线85-99
• 5.3.1 可穿戴PIFA天线的结构85-86
• 5.3.2 结构参数对天线辐射性能的影响86-89
• 5.3.3 天线的辐射性能89-91
• 5.3.4 人体对天线的影响91-93
• 5.3.5 天线对人体的影响93-94
• 5.3.6 边框对宽频PIFA天线的影响94-99
• 5.4 小结99-101
• 第六章 Vivaldi天线的雷达截面控制技术101-117
• 6.1 引言101
• 6.2 Vivaldi天线原理101-102
• 6.3 Vivaldi天线的雷达截面控制102-115
• 6.3.1 天线结构与天线设计分析103-109
• 6.3.2 天线辐射特性109-112
• 6.3.3 天线的散射特性112-115
• 6.4 小结115-117
• 第七章 结束语117-121
• 参考文献121-131
• 致谢131-133
• 作者简介133-134

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本文编号：954017