一种海面上的可穿戴分形天线设计

作     者：梁鸿斌 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱旗

授予年度：2016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：V形天线 振子天线 分形天线 大气波导 盐雾环境 开口结构 小型化天线 

摘      要：在海上搜救中,快速确定落水人员位置是救援的关键。天线是海上无线搜救装置中最重要的设备。传统的海上搜救系统主要有搜救雷达应答器系统和应急无线电示位标系统,一般体积较大,不便于落水人员使用。因此,研究一种可直接穿戴在落水人员身上的天线,对海上落水人员的搜救具有重要意义。首先,论文从大气波导、盐雾环境和海水等因素出发，研究了其对天线性能的影响。电磁波在大气波导中存在超视距传播,垂直极化的天线更利于电磁波的超视距传播;盐雾环境主要影响天线的匹配,通过计算盐雾的相对介电常数和波阻抗,可知通常的盐雾环境对天线性能影响不大。天线靠近或部分浸入海面时,天线与海水间存在感应电容,会改变天线的工作特性。其次,基于上述对天线工作环境的分析,设计了一个工作在142MHz的V形振子天线。天线采用二次分形形式,选择合适的V形夹角θ和接地面尺寸以实现天线在其工作环境中较好的匹配和辐射性能。采用铜箔制作一个V形天线样品,实测结果表明天线在142MHz附近有良好的匹配特性和水平全向辐射性能。考虑到天线实际工作时会产生形变,分别对天线的单次弯折、多次弯折和倾斜对天线性能的影响进行了分析,仿真结果表明其对天线性能影响较小。最后,通过引入开口结构对上述V形振子天线进行进一步的小型化设计。引入开口结构可以增加所设计天线的电长度,从而明显减小天线尺寸;同时,通过调节天线馈电点位置并微调天线结构可以改善由引入开口结构带来的天线失配问题。改进后的天线与之前所设计V形振子天线相比,尺寸从583mm×386.4mm(0.276λ×0.183λ)减小到320mm×224mm (0.151λ×0.106λ),且在其工作环境中依然保持良好的工作特性。天线样品的实测结果表明其在工作频率处具有良好的回波损耗,在水面环境中具有良好的水平全向辐射特性,适用于海上落水人员的搜救。