超宽带小型化天线研究

论文摘要

在车载舰载通信系统中,短波和超短波通信是最基本和最重要的通信手段。其通信信息的传播依赖于能够全向辐射的短波和超短波天线。但是传统的短波和超短波天线数量种类多,尺寸空间大,其形式和功能在一定程度上已满足不了系统集成化、宽带化、小型化的发展需求。因此,拓展通信天线的工作带宽,实现天线的集成化、小型化设计,对于整个舰载通信系统的技术升级有着十分重要的意义。总体上来说,本文提出了一种复合天线的结构,具体为单极子天线与盘锥天线的复合结构。单极子天线工作在较低频段(30MHz~650MHz),盘锥天线工作在较高频段(650MHz~3GHz),由此可实现100:1的工作带宽。从结构上,盘锥天线置于单极子天线顶部,基本不增加天线的整体高度,同时盘锥天线又可作为单极子天线的顶端加载,有利于单极子天线的小型化。针对盘锥天线的设计,本文在研究一般盘锥天线基本参数对天线性能影响的前提下,对盘锥天线的轮廓进行了优化,完成了多椭圆轮廓和曲折线轮廓结构,对于改善天线宽带匹配特性具有较好的作用。最后结合复合天线的整体要求,设计了一款工作于650MHz~3GHz的盘锥天线,天线高度10cm,半径6cm。针对单极子天线的设计,本文主要采用加载技术实现单极子天线的宽带化和小型化,具体的加载位置和元件值由优化算法完成。还提出了优化单极子不同高度区间的振子半径来改善天线性能的设计方法。在考虑盘锥天线顶端加载的情况下,单极子天线高度为1.5m,仅为max?/6.67,可工作于30MHz~650MHz。最后完成了复合天线样品的制备,重点研究了天线的材料、加载元件的连接、盘锥天线和单极子天线的复合等问题。针对单极子天线,初步设计了一款传输线变压器改善阻抗匹配,初步测试结果表明,盘锥天线在650MHz~3GHz内驻波小于2,水平方向增益1d B,单极子天线在阻抗匹配后在30~88MHz内驻波小于3。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 宽带小型化天线的应用和研究现状
• 1.1.1 应用背景
• 1.1.2 国内外研究现状
• 1.2 宽频带小型化设计方法
• 1.2.1 加载技术
• 1.2.2 匹配网络技术
• 1.2.3 复合天线技术
• 1.3 本文的研究内容以及组织结构
• 1.3.1 本文的研究内容以及设计目标
• 1.3.2 本文的组织结构
• 第二章 盘锥天线的设计
• 2.1 盘锥天线的宽带特性
• 2.1.1 典型盘锥天线
• 2.1.2 改进盘锥天线
• 2.2 复合天线中盘锥天线的设计
• 2.2.1 圆锥小半径
• 2.2.2 圆锥大半径
• 2.2.3 圆锥高度
• 2.2.4 圆台小半径
• 2.2.5 圆台大半径
• 2.2.6 圆台高度
• 2.2.7 薄片半径
• 2.3 本章小结
• 第三章 宽带单极子天线的设计
• 3.1 天线形式
• 3.2 参数优化
• 3.2.1 初步优化
• 3.2.2 进一步优化
• 3.3 结构改进
• 3.3.1 改变辐射体直径
• 3.3.2 顶加载
• 3.4 本章小结
• 第四章 复合天线的加工与测试
• 4.1 盘锥天线的加工
• 4.2 单极子天线的加工
• 4.3 匹配网络的设计与制作
• 4.4 复合天线的测试
• 4.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果