基于分形技术的多频超宽带天线的研究

作     者：乔然 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘军民

授予年度：2013年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：分形技术 天线 椭圆 多频 超宽带 

摘      要：1975年***首次正式提出分形理论,自此之后,分形理论以其自身独特的性质,不仅成为解释自然和无规则“数学怪物的有用语言,也促进了分形电动力学的极大发展。作为分形电动力学应用之一的分形天线也得到学者的普遍关注。分形结构的自相似和分数维这两个特性在实现天线的小型化、宽频带、多频带方面有着不同于般天线的巨大潜力。本文主要利用分形迭代产生的自相似特性,重点研究了此性质应用到天线设计中所产生的多频和宽带特性。 分形结构的自相似性应用到天线设计中可以产生多个谐振频率,如果适当的调整分形结构、迭代次数和馈电方式,就可以利用分形产生的多频实现超宽带。本文以椭圆为基本结构,将分形技术应用到天线设计中,得到了较好的性能。 第一,基于分形迭代的思想,设计了非同心嵌套椭圆分形多频天线。首先研究嵌套各层椭圆的长、短轴,嵌套的层数以及各层嵌套的环宽对于天线谐振特性的影响;然后根据嵌套椭圆尺寸参数与频带的关系,设计了适用于WLAN/WiMAX的2.4、3.5、5.2GHz的三频嵌套椭圆分形对称振子天线和印刷天线。这两款天线均有较好的谐振特性、频率可控性、H面的全向辐射特性。 第二,设计了一款椭圆超宽带分形天线。天线的工作频带为1.8-19.3GHz,满足了超宽带系统的频带要求,且在整个工作频带内,方向图也具有一定的稳定性,同时分形的优势也使得该超宽带天线具有较小的尺寸。而后研究了分形嵌套的内层相对角度和馈电位置改变,导致天线的表面电流随之改变,从而对于天线的谐振特性和辐射特性的影响。 最后,结合仿真分析的结果,将设计的天线进行初步加工,并对天线的频带特性进行实测。天线回波损耗的实测结果与仿真结果基本相符,从而验证了所设计的天线可以实现多频超宽带特性。