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超短波天线小型化研究

超短波天线小型化研究

作者：黄鹏程西安电子科技大学

学位级别：硕士

超短波通信在航海航空通讯以及电视广播等方面的运用越来越广,并且伴随着移动通信的发展,对于背负式或手持终端设备诸如平板电脑、海上定位搜救装置等,其中通信系统的小型化程度要求越来越高。而天线作为通信系统中收发电磁波信号的非... 详细信息

超短波通信在航海航空通讯以及电视广播等方面的运用越来越广,并且伴随着移动通信的发展,对于背负式或手持终端设备诸如平板电脑、海上定位搜救装置等,其中通信系统的小型化程度要求越来越高。而天线作为通信系统中收发电磁波信号的非常重要的前端设备,其小型化设计更是尤为关键。另外,由于超短波天线工作频段较低,自由空间中的电磁波波长较长,一般的天线需要天线载体提供较大的地面,这类天线不适用便携移动设备,这其中的矛盾也成为了亟待解决的问题。针对超短波天线的小型化问题,本文一共提出了三种解决方法,第一种利用Hilbert分形曲线的空间填充特性,将其应用到单极子天线的小型化设计中;第二种是根据零阶谐振理论,天线的谐振频率只由其等效电路中的电抗值决定,对天线进行短路加载和引入电抗的方法,使其工作在零阶谐振状态;第三种是适用于平面型天线的慢波结构,蛇形弯折线以及交指结构,将其加载在共面波导结构的天线背面,利用近场寄生谐振效应,从而实现天线小型化。详细内容如下:1、介绍了并分析了Hilbert分形的空间填充性,设计了一种基于Hilbert分形曲线几何结构的平面单极子天线,采用舍去一侧接地带的不对称共面波导馈电方式。该天线在超短波频段内具有三个谐振点,频率分别为88MHz,200MHz和290MHz,三个通频带,相对带宽分别为6.4%,20.4%,1.5%,最后得到的天线尺寸仅为268*140*1.5mm(L?W?H),相比一般1/4波长的单极子天线高度减少了约67%。2、阐述并分析了缺省部分结构的零阶谐振理论,在缺省并联结构的条件下,利用共面波导结构的灵活性,采用左右不对称结构达到阻抗匹配的条件。在天线中加载交指结构、可变电容以及通过蛇形弯折线将辐射贴片与接地带相连,提供所需的本构参数,实现零阶谐振。设计完成的天线尺寸为80*68*1mm(L?W?H),并利用可变电容实现调谐,调谐范围为256～290MHz。在上述天线的基础上,改变右侧接地带结构,为天线引入2个缝隙电容,进一步降低天线的谐振频率,最后得到的天线尺寸为84*88*1mm(L?W?H),调谐范围为200～215MHz。3、提出了2种平面慢波结构,蛇形弯折线和交指结构。将它们与分形单极子和零阶谐振天线相结合,在原天线整体尺寸不变的基础上,加载在天线背面。加载蛇形弯折线后的2阶Hilbert分形单极子谐振频率下降了34MHz,下降比例达到了32.7%,有效地实现小型化设计,增益比原天线仅下降2.1d B,辐射方向图形状基本不变;加载交指结构的2阶Hilbert分形单极子的谐振频率也得到了降低,第一谐振点下降到了72MHz处,并在超短波频段内得到了5个谐振点,4个通频带,带宽性能有所提高,第一谐振点处的增益仅下降2.3d B。零阶谐振天线加载蛇形弯折线和交指结构后的天线谐振频率都有所下降,后者效果更为明显。前者相较于原天线谐振频率下降了47MHz,下降比例为22.7%,后者相比原天线谐振频率下降了77MHz,下降比例为37.2%。两种慢波结构加载后的零阶谐振天线的工作带宽窄,辐射方向图形状变化较少,但损耗较大。

关键词：超短波天线小型化 Hilbert分形零阶谐振慢波结构蛇形弯折线交指结构

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车载超短波天线HEMP耦合特性模拟研究

核电子学与探测技术 2020年第1期40卷 87-93页

作者：赵玮诸雪征毛从光陆军防化学院北京102205 西北核技术研究院西安710024

为了研究车载天线在高空核电磁脉冲(HEMP)环境中的耦合特性,结合时域有限差分方法(FDTD)的细线算法与同轴馈源电路参数模型,计算车载超短波天线的末端响应,并分析天线长度、入射角度、不同的天线布局与馈电方式等对天线末端响应量的影... 详细信息

为了研究车载天线在高空核电磁脉冲(HEMP)环境中的耦合特性,结合时域有限差分方法(FDTD)的细线算法与同轴馈源电路参数模型,计算车载超短波天线的末端响应,并分析天线长度、入射角度、不同的天线布局与馈电方式等对天线末端响应量的影响规律.结果表明当入射波与天线之间的有效反射面积增大时,末端电压量也随之增大.同时同轴馈电相较于中端馈电得到的输入端电流幅值更大,衰减速度也更快.对于斜天线而言,耦合电压的峰值随着入射电场与天线方向夹角的增大而减小,但谐振频率则始终不变.当天线长度增加时,终端电压与谐振频率都随之增加.

关键词：时域有限差分算法细线算法超短波天线高空核电磁脉冲响应电压

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超短波宽带天线及散射特性研究

超短波宽带天线及散射特性研究

作者：田时雨西安电子科技大学

学位级别：硕士

随着通信技术的不断发展,超短波通信系统依靠其稳定的传输方式和较高的通信速率,在定向、全向通信以及阵列测向等领域中扮演着重要角色。超短波天线作为系统中的关键组件,对其尺寸和性能要求也愈发提高。本文针对超短波天线的不同应用,... 详细信息

随着通信技术的不断发展,超短波通信系统依靠其稳定的传输方式和较高的通信速率,在定向、全向通信以及阵列测向等领域中扮演着重要角色。超短波天线作为系统中的关键组件,对其尺寸和性能要求也愈发提高。本文针对超短波天线的不同应用,对超短波天线的宽带、小型化及散射特性进行了研究,研究内容分三个部分:一、对超短波宽带八木天线的频带展宽、优化设计及小型化馈电技术进行研究。采用等效加粗有源振子直径的方法展宽天线工作带宽;在尺寸限定的情况下,运用自适应差分进化算法对八木天线进行优化设计;基于板线平衡器原理提出了小型化馈电结构设计。设计结果表明,馈电结构纵向长度减少约80%,天线工作带宽达到了22%,增益达到了8d Bi。最终制作了天线的工程样机,测试结果与仿真结果较为吻合。二、对展宽超短波单极天线带宽及降低散射特性的方法进行研究。在分析天线安装环境的基础上,采用水滴形单极天线设计,结合加载技术展宽了天线工作带宽;分析了天线的散射特性,并通过改变天线电流分布较弱区域的形状,使天线的雷达散射截面得到降低。设计结果表明,天线实现了3.7倍频的工作带宽,水平面全向的雷达散射截面小于-10 d Bsm。三、对双天线到达角测向天线技术进行研究。优化平面倒F天线设计,并运用介质加载技术,实现了单元天线的宽带小型化;在双天线测向天线阵中,提出了增加“类头部损耗散射体”结构的方法,提高了短基线下双天线的接收相位差。结果表明,天线单元尺寸缩减约30%,天线带宽达到了35.9%,双天线的接收相位差提高了2.3倍以上,为解决短基线双天线到达角测向精度难题提供了有效解决途径。

关键词：超短波天线宽带天线八木天线单极子天线散射特性倒F天线

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直升机超短波天线装机性能仿真分析

电子世界 2022年第1期 172-173,175页

作者：郭晨中国西南电子技术研究所

针对直升机超短波通信需求,分析了超短波天线受装机环境的影响。通过仿真与试飞方向图测试数据的对比,验证天线装机性能仿真的准确性。根据仿真分析结果,可准确评估直升机任意机动角度下,天线装机性能是否满足通信距离要求。该分析方法... 详细信息

针对直升机超短波通信需求,分析了超短波天线受装机环境的影响。通过仿真与试飞方向图测试数据的对比,验证天线装机性能仿真的准确性。根据仿真分析结果,可准确评估直升机任意机动角度下,天线装机性能是否满足通信距离要求。该分析方法可应用于直升机超短波天线布局设计。机载平台为了实现与各个方向上、多种协同通信目标的超短波通信,通常选用增益较低的全向天线形式的超短波天线。受直升机平台机身小、机背不平坦、机腹外挂设备多等装机环境的影响,直升机超短波天线装机方向图会产生畸变,天线增益在某些方向上更低,从而限制直升机超短波通信功能的通信距离和通信质量。因此,对超短波天线装机性能进行准确的评估显得更为重要。

关键词：超短波通信通信距离全向天线天线增益协同通信通信质量机载平台超短波天线

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一种分段的超短波对数周期天线设计与实验

现代电子技术 2024年第3期47卷 12-17页

作者：唐金彪李相强崔玉国乔小斌西南交通大学物理科学与技术学院四川成都610031 中国电波传播研究所电波环境特性及模化技术重点实验室山东青岛266107

超短波的传播方式主要为视距传播,这种传播方式需要天线具有强方向性且有较高的增益。而对数周期天线是一种超宽带、中等增益的天线,非常适用于超短波通信。然而在超短波频段下,常规对数周期天线的长度较长,小型化程度不高。为了实现超... 详细信息

超短波的传播方式主要为视距传播,这种传播方式需要天线具有强方向性且有较高的增益。而对数周期天线是一种超宽带、中等增益的天线,非常适用于超短波通信。然而在超短波频段下,常规对数周期天线的长度较长,小型化程度不高。为了实现超短波对数周期天线的小型化,提出一种分段的超短波对数周期天线的设计方案。根据应用需求,在满足天线增益的情况下,采用分段设计缩减天线长度,同时调整集合线之间的夹角,以实现天线的阻抗匹配。经过仿真设计,天线在30~70 MHz频段内典型增益大于8 dBi,天线的长度缩减至7 m。采用基于无人机飞行平台的外场测试系统对天线进行实验测试,测试结果表明,天线在工作频率范围内驻波比小于1.5,测试与仿真的辐射特性基本一致。该天线具有带宽宽、增益高、结构简单等特点,可以满足实际场景中超短波天线的需求。

关键词：超短波对数周期天线超短波天线分段设计天线测试地面

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通过试飞测量大型直升机超短波天线的方向图

电讯技术 2017年第12期57卷 1404-1407页

作者：汤恒仁中国飞行试验研究院西安710089

超短波天线方向图的精确测量对摸清机载通信系统性能底数,指导部队战术应用具有重要意义。针对传统试飞方法均不适用于大型直升机天线方向图测量的问题,通过分析大型直升机的飞行性能特点,提出了一种新的适用于大型直升机的超短波天线... 详细信息

超短波天线方向图的精确测量对摸清机载通信系统性能底数,指导部队战术应用具有重要意义。针对传统试飞方法均不适用于大型直升机天线方向图测量的问题,通过分析大型直升机的飞行性能特点,提出了一种新的适用于大型直升机的超短波天线方向图试飞方法。通过分析计算给出了试飞中载机高度、速度、姿态等参数的限制数据,制定了详细的试飞流程,提出了逐架次、逐频点采集校准数据并完成校准曲线拟合的方法,得到了较高的测量精度。该方法已在某大型直升机定型试飞中进行了应用,试飞结果表明该方法的测量结果与传统测量方法之间的标准差在1.6 d B内,试飞效率提高了66%。

关键词：大型直升机超短波天线方向图测量飞行试验

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直升机超短波天线方向图高精度自动化测量

通信与信息技术 2021年第3期 27-28,33,21页

作者：张静中国西南电子技术研究所四川成都610036

直升机超短波天线方向图是衡量通信链路性能的重要指标,一般在装机后通过试飞的方式进行测量。针对现有测量方法中的效率低和精度低问题,采用了自动数据采集、软件自动处理的方法提升了测量效率;通过天线发射位置固定和信号校准策略对... 详细信息

直升机超短波天线方向图是衡量通信链路性能的重要指标,一般在装机后通过试飞的方式进行测量。针对现有测量方法中的效率低和精度低问题,采用了自动数据采集、软件自动处理的方法提升了测量效率;通过天线发射位置固定和信号校准策略对直升机飞行姿态变化带来的天线发射角度和信号强度误差进行修正,提高了测量精度。试验结果表明,该方法工作效率提升了4倍,测量精度提高了80%。

关键词：直升机超短波天线方向图测量误差修正.

悬停回转试飞方法在直升机超短波天线方向图测试中的应用

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电讯技术 2012年第6期52卷 1047-1050页

作者：尹建峰唐彩虹孟超中国飞行试验研究院西安710089

借鉴飞机天线方向图地面自由空间测试场测试方法,利用直升机空中悬停特性进行天线方向图测试,以达到节省试飞架次的目的。分析了如何进行直升机悬停位置的选择以及直升机到测试点的距离和垂直高度的计算,总结了直升机超短波天线方向图... 详细信息

借鉴飞机天线方向图地面自由空间测试场测试方法,利用直升机空中悬停特性进行天线方向图测试,以达到节省试飞架次的目的。分析了如何进行直升机悬停位置的选择以及直升机到测试点的距离和垂直高度的计算,总结了直升机超短波天线方向图测试中的定点悬停试飞驾驶技术。该试验方法在飞行试验中得到了验证,与传统试飞方法进行对比,工作效率提高2倍。

关键词：直升机超短波天线方向图测试定点悬停

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共平台超短波收发天线间干扰信道测量与建模

共平台超短波收发天线间干扰信道测量与建模