微波分形天線的研究與設計.pdf

1、"分形"是法國數學家Mandelbrot于1975年提出的全新幾何分支,它可有效地用于描述自然界中廣泛存在的一大類Euclid幾何所難以定義的復雜對象.分形具有空間填充能力和自相似屬性.當把分形的概念用于天線的設計時,就得到了分形天線.分形天線具有小巧、輕便、易于匹配的優(yōu)點,同時有的還具有多頻帶、寬頻帶特性,因此,它特別適合于當前寬帶、超寬帶通信領域.當前,對分形單元天線的研究主要集中在對基本分形性質的了解.但在實際應用中,必須考慮到有

2、限截取效應,即實際制作的天線是有限次迭代的結果,而不是數學上無窮迭代的概念;有限截取效應對分形天線的性能有著重大的影響,如果對基本分形不做相應的改變,往往得不到預期的性能.因此,要充分體現(xiàn)出分形的一系列優(yōu)點,就必須做一些結構上的改變,同時考慮到實際需要,還需詳細了解一些重要參數對天線性能的影響.至于分形陣列,當前的研究基本上把天線單元處理成理想的電流源,而沒有考慮各單元之間的互耦,這與實際情況也有較大的差異.本文首先研究了傳統(tǒng)的Sier

3、pinski單極子天線,由于它存在有限截取效應,其第二個諧振頻率與第一個諧振頻率之比約為3.5.文章通過將Sierpinski單極子的上半部分改成三角環(huán),使兩頻率的比值下降到2.2,改進后的天線可用于GSM850和PCS雙頻天線的設計.當把分形的概念直接運用到Sierpinski微帶天線的時候,發(fā)現(xiàn)其第一個諧振頻率點相對普通的三角形貼片天線有顯著的提高.文章分析了其中的原因,并通過加頂層網格并截去其邊角,使改進后天線的第一諧振頻率顯著降

4、低,但仍有多個諧振頻帶,同時尺寸沒有增加.Koch單極子具有良好的性質,本文設計了一種應用于DCS+PCS頻段的新型折疊型Koch單極子,通過在恰當的地方引入90°彎角,天線的高度可減小到普通λ/4單極子天線的40％,而帶寬卻增加到17％.文章最后還研究了分形天線在最簡單的陣列天線——八木天線中的應用,并對其進行了全陣列電磁仿真,重點是考慮各單元之間的互耦對天線性能的影響.研究結果表明,相對一般的八木天線,Koch八木天線的諧振頻率顯著