无线通信系统中宽带与多频段天线的研究.pdf

西安电子科技大学
博士学位论文
无线通信系统中宽带与多频段天线的研究
姓名:周世钢
申请学位级别:博士
专业:电磁场与微波技术
指导教师:刘其中
20091201
摘要天线是无线通信系统中重要的部件之一。随着电子技术的发展和人们生活水平的提高,通信系统正在向着宽带化、集约化的方向发展,这就相应的要求天线发展宽带和多频带的技术。本论文结合各种无线通信系统的需求,围绕具有旋转对称特性的全向天线、单极对数周期天线、数字电视和移动通信系统中宽带天线,宽带宽波束圆极化天线几个问题进行研究。作者的主要工作和成果可以概括为:芯苛艘恢挚焖倬贩治鼍哂行6猿铺匦缘娜蚩泶煜叩男路椒ā@媒构对称特性,建立圆环剖分的分析模型,采用粗圆柱线天线快速精确计算模型和正弦插值基函数,将天线利用矩量法分析计算。计算天线的输入阻抗和辐射方向图,并与实验结果及商业软件仿真结果进行了对比,结果表明该方法具有很高的计算效率和精确度。本方法为此类天线的优化设计打下了基础。呕杓屏肆街秩蚩泶煜摺5谝恢植捎盟短煜叩男问剑ü擅畹丶尤短路枝节和套筒结构,改善天线的输入阻抗,从而可以使天线在所需频带内很好的满足设计要求;第二种采用锥形加顶的单极套筒天线形式。利用遗传算法和上述快速算法相结合,对天线结构参数进行优化设计,计算和实验结果表明此方法具有很好的实用性。芯苛艘恢植罘纸惴ê土W尤核惴ㄏ嘟岷系娜ň钟呕惴āR圆罘纸法为主体,利用粒子群算法对差分进化中的变异过程进行干扰,增加向最优个体变异的变量。利用几种常用检测函数对该算法进行检测,结果表明此算法的收敛效率明显高于差分进化算法和粒子群算法。芯坎⒂呕杓频ゼǘ允芷谔煜摺6远允芷谔煜叩睦〉绶绞浇醒芯坎⒏出电路模型,证明对数周期偶极天线交叉馈电的必要性。利用在馈线上加载开路枝节的方法设计单极对数周期天线,并通过优化算法和矩量法相结合,优化设计单极对数周期天线的重要结构参数,完成单极对数周期天线的设计。另外,为了与天线在不同频率要求不同增益的实际工程应用相结合,改进优化算法中的目标函数,使天线在整个频带内的增益具有一定的斜率特性。实验结果与优化设计结果吻合良好。芯苛思钢钟糜谑值缡雍鸵贫ㄐ帕煊虻目泶煜摺Q芯苛艘恢指哺荄和刀蔚钠桨逍腿蚩泶煜撸灰恢指哺荄,约暗谌贫ㄐ牌刀蔚钠板型双频全向宽带天线;一种覆盖珿以及第三代移动通信频段的组合复用型宽带吸项天线;一种覆盖瓾频段,具有波束赋形效果的低剖面宽带天线;一种覆盖诙⒌谌贫ㄐ牌刀我约癢刀蔚牡推拭婵泶套短煜摺N闹懈
芯苛肆街挚泶聿ㄊ布ɑ煜摺2捎迷蔡ǖ孛婧驮诘孛婕蛹纳褡拥姆椒展宽天线的波束宽度。详细分析了各种主要参数对天线电性能的影响,根据分析结果实际制作并调试了两副宽带宽波束圆极化天线,并进行了实际测试。测试结果和仿真结果表明,本文所提的设计方法对宽带宽波束圆极化天线的设计具有一定指导意义。关键词:全向宽带天线,多频天线,单极对数周期天线,数字电视,圆极化天线,矩量法,差分进化算法,粒子群算法出了各种天线的仿真与测试结果以及实物照片。一
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独创性声明关于论文使用授权的说明本人签名:日期导师签名:本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果;也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定,即:学校有权保留送交论文的复印件,允许查阅和借阅论文;学校可以公布论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。C艿穆畚脑诮饷芎笞袷卮斯娑
第量章绪论§研究的背景和意义摘要:本章阐述了论文有关课题研究的背景和意义;系统回顾了论文有关课题在国内外的发展及其现状,简述了宽带天线的实现途径和分析方法;最后介绍了本文的研究内容以及作者的主要工作。在现代信息社会中,各种信息传输的技术得到了迅猛发展和广泛应用,给人们的生活和社会的发展带来了深刻影响。无线通信系统以其以其低成本、不受地理环境的约束、支持用户的移动性等优点在整个通信系统中占有越来越重要的地位。在无线通信系统中,几乎都是由无线电波传递信息的,天线作为发射和接受电磁波的设备,是无线系统的重要组成部分,其性能的好坏对整个系统无疑有重要的影响。随着科学技术的快速发展和人们生活水平的提高,人们已经不再满足文字和语言等信息的传递,现代社会迫切需要图片、视频及动画等大量信息的快速传递,这迫切需