论文摘要
随着超宽带、大容量、多功能综合信息系统的快速发展,各种具有保密功能的跳频通信系统和扩频通信系统得到了广泛的应用。这对天线提出了更高的要求,比如天线具有宽频带、小型化等电特性。自组构天线自身具有大量的电磁结构,通过改变天线内部可控开关的工作状态,来改变天线的电磁结构。因此通过改变可控开关的状态,自组构天线可以根据外界环境改变自身的电性能。本论文密切结合国家自然基金项目“智能自组构天线”,对自组构天线进行了大量的理论分析和实验研究,揭示了自组构天线良好的应用前景。本文的主要工作有:提出了遗传算法结合矩量法的优化算法,优化自组构天线的工作状态。并以一个自组构单极子天线为例,初步探讨了自组构天线的性能。结合电磁仿真软件4NEC (Numerical Electromagnetic Code)的理论分析和仿真设计,进行了相关的实验研究,阐述了自组构天线工作的基本机理。本文重点研究了矩形环自组构天线的性能。采用遗传算法与矩量法相结合的快速算法进行理论分析与仿真设计,隔5MHz对天线的电磁结构进行一次优化,把优化得到的表示天线电磁结构的开关状态存储在单片机内。实验研究时,用单片机控制开关的工作状态,隔5MHz改变一次天线工作的状态,用矢量网络分析仪测试天线的驻波特性,得到整个频带内的驻波特性曲线。理论分析和实验测试的结果表明,该矩形环自组构天线在10:1倍频带宽内,驻波比小于2。研究了一种具有分形结构的三角环自组构天线。该天线具有sierpinsiki gasket结构,用电磁分析源代码NEC2d进行理论分析与研究,结果表明该自组构天线能够做到宽频带和小型化。在矩形环自组构天线分析的基础上,提出了一种具有G型结构的线型宽频带单极子天线——G型宽频带单极子天线。用电磁仿真分析软件4NEC进行理论分析与仿真设计,并进行了实验研究。成功地设计了工作中心频率为1GHz,工作带宽为0.86GHz~1.37GHz的G型单极子,计算结果与实验结果吻合良好。其驻波比小于2的相对带宽超过51%,充分显示了此类单极子天线良好的宽频带特性。