小型化分形天線的設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展對天線設(shè)計(jì)提出了越來越高的要求。通信設(shè)備的體積不斷減小，需要小型化天線；而通信頻帶不斷向多頻段、高頻段發(fā)展又推動了多頻天線和寬帶天線的發(fā)展。寬帶天線可以覆蓋很寬的頻率范圍，使得通信系統(tǒng)不必使用多個天線，可以提高電磁兼容的性能；但是在某些時候又希望有選擇地接收所需要頻率的信號，防止出現(xiàn)干擾，需要使用多頻天線。所以，天線的小型化、多頻天線和寬帶天線就成為了目前天線研究的重要問題。
　　天線小型化以及實(shí)現(xiàn)天線的高頻雷達(dá)

2、和寬帶功能的方法很多，但這些方法有時過于專門化，往往只滿足了某一方面的指標(biāo)而破壞了其它指標(biāo)，不能滿足現(xiàn)代通信系統(tǒng)所需要的綜合指標(biāo)要求。為解決這一問題，本文對采用了分形技術(shù)的小型化天線、多頻天線和小型化寬帶天線的設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的研究：
　　第一，分形天線的基本理論。天線作為一種無源器件，電氣性能主要是由自身的結(jié)構(gòu)決定的，分形天線具有許多特殊的性質(zhì)，最主要的是空間填充性和自相似性。通過仿真研究了分形結(jié)構(gòu)的對稱振子天線、環(huán)天線和微帶貼片

3、天線，分析了分形結(jié)構(gòu)的空間填充性與分形天線的小型化特性之間的關(guān)系，給出了描述小型化特性的公式；對Koch分形的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真，論述了在精細(xì)結(jié)構(gòu)上的表面電流傳播規(guī)律，從而解釋了高次分形天線的小型化效果不明顯的現(xiàn)象；通過仿真Sierpinski三角分形天線的反射損耗和表面電流分布，分析了分形嵌套結(jié)構(gòu)的自相似性與分形天線多頻特性的關(guān)系，論述了多頻特性的頻比與相似結(jié)構(gòu)的相似比有關(guān)；通過仿真對數(shù)周期天線，分析了分形結(jié)構(gòu)的自相似性和超寬帶特性的

4、關(guān)系。這些研究工作為設(shè)計(jì)小型化分形天線、分形多頻天線以及分形超寬帶天線提供了理論基礎(chǔ)、設(shè)計(jì)思路和技術(shù)手段。
　　第二，小型化分形天線研究。分形天線改善天線性能的方法和效果本身具有較強(qiáng)的獨(dú)立性，一般不會對其他指標(biāo)產(chǎn)生較大的影響，既可以單獨(dú)使用，也可以與其它方法結(jié)合使用。將分形與加地板綜合起來，提出了一種小型化八木天線的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了一種帶地板的小型化八木天線，仿真結(jié)果表明，與傳統(tǒng)八木天線相比，該天線尺寸縮減了61％；將分形與展寬頻

5、帶的方法綜合起來，提出了一種具有較寬頻帶的小型化微帶分形天線設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了一種雙層貼片結(jié)構(gòu)的分形微帶天線，仿真結(jié)果表明，該天線在具有11%的阻抗帶寬基礎(chǔ)上，尺寸縮減了17%。
　　第三，多頻分形天線研究。嵌套的分形結(jié)構(gòu)具有良好的多頻特性，基于這一思路提出了一種多頻分形天線的設(shè)計(jì)方法，采用不同形狀和尺寸的多個金屬片組成嵌套結(jié)構(gòu)的多頻天線，通頻帶的個數(shù)由嵌套單元的個數(shù)確定，通頻帶數(shù)值由嵌套單元的形狀和尺寸確定。設(shè)計(jì)了工作于0.9GH

6、z、1.8GHz和2.4GHz的三種形式的分形三頻天線，分別為圓環(huán)嵌套分形天線、半圓環(huán)嵌套分形天線和三角形嵌套分形天線，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的天線頻率的可控性良好，在三個頻點(diǎn)處具有類似的輻射特性，可以滿足多頻天線的要求。
　　第四，小型化寬帶分形天線研究。對數(shù)周期天線本身是一種分形陣列結(jié)構(gòu)，陣單元和陣間距都是分形結(jié)構(gòu)。對陣單元再進(jìn)行一次分形，提出了一種小型化對數(shù)周期天線的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了樹狀分形對數(shù)周期天線，仿真結(jié)果表明，該