分形天线的优化研究与设计

论文摘要

随着移动通讯技术和互联网技术的迅速发展,对小型化和宽频带天线的应用越来越广泛。微带天线具有结构紧凑、外观优美、体积小重量轻.等优点,因此得到广泛的应用。但微带天线具有低增益、窄带宽的缺陷,本文采用分形技术对微带天线进行改进,使其得到更好的应用。近年来,对分形结构天线的研究主要集中在Sierpinski单极子天线,Koch曲线型单极子天线,Sierpinski方形贴片天线,Sierpinski三角形贴片天线,树形分形单极子天线。大量实验证明分形天线普遍都具有多频特性及尺寸缩减特性。1)提出了一种实现微带天线小型化的新方案。该设计以开槽形成缝隙天线为代价有效的减小了微带贴片天线的面积。应用HFSS软件对所提出的天线进行了电磁仿真。结果表明,该天线为单缝辐射,λ/4波长谐振天线。天线具有与常规微带天线相似的E面和H面方向图。其增益小于双层微带贴片。天线结构简单,易于制作,特别适用于对天线尺度要求比较苛刻便携式通讯设备等。2)本文针对普通分形天线具有的1：3：9的多频特性难以改变的问题,对二阶Sierpinski方形贴片天线进行分析改进。利用Ansoft公司仿真软件制作并分析了一种加入十字形缝隙槽的Sierpinski方形分形天线。Sierpinski方形分形天线一阶贴片天线主要影响低频端性能,二阶贴片主要影响高频端性能。在Sierpinski方形垫天线的二阶贴片上进行开槽,改变其表面电流流动,对高频端特性进行改变,降低高频端中心频率,从而得到一种基于UHF频段及微波段的分型天线。通过分析与修改,基本达到了宽频带的要求。虽然不够完美,但是也体现了一种实现宽频带的方法,为实现天线小型化与宽频带提出一种新思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 射频识别技术的发展
• 1.3 分形微带天线的最新发展
• 1.3.1 用于宽频通讯的分形微带天线
• 1.3.2 强方向性的分形边界微带贴片天线
• 1.3.3 ComCyl天线
• 1.4 论文内容安排
• 第2章 微带天线基本理论
• 2.1 天线概述及参数分析
• 2.1.1 天线增益与方向性
• 2.1.2 波束宽度与旁瓣电平
• 2.1.3 天线效率与辐射电阻
• 2.1.4 极化特性
• 2.2 微带天线的基本理论
• 2.2.1 微带天线的定义和结构
• 2.2.2 微带天线的优缺点及应用
• 2.2.3 微带天线的结构
• 2.2.4 微带天线的工作原理
• 2.2.5 微带天线的辐射原理
• 2.3 微带天线的设计
• 2.3.1 普通矩形贴片天线尺寸的确定
• 2.3.2 馈电方式的确定及阻抗匹配
• 2.3.3 同轴线馈电的输入阻抗
• 2.4 一种宽频带微带天线设计方案
• 2.5 本章小结
• 第3章 分形结构与分形天线
• 3.1 分形的定义
• 3.1.1 分形维数
• 3.1.2 分形的特点
• 3.2 几种经典分形结构的迭代生成
• 3.2.1 Koch曲线的迭代生成
• 3.2.2 Sierpinski结构的迭代生成
• 3.3 分形天线的理论分析方法
• 3.4 L波段双频分形微带天线的设计
• 3.4.1 Vicsek贴片天线尺寸的确定
• 3.4.2 仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 方形Sierpinski垫分形天线性能分析及优化
• 4.1 矩形微带天线的结构
• 4.2 一般矩形微带贴片天线的设计
• 4.3 Sierpinski方形天线的设计
• 4.3.1 Sierpinski垫天线的网络模形分析
• 4.3.2 RFID系统天线要求
• 4.3.3 Sierpinski方形天线结构
• 4.4 方形Sierpinski垫分形天线性能分析
• 4.5 Sierpinski垫的开槽优化及设计
• 4.5.1 Sierpinski垫的开槽优化
• 4.5.2 优化后Sierpinski方形微带贴片天线性能
• 4.5.3 结果分析
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表论文
• 致谢