基于Hilbert分形结构的电子标签天线设计研究

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基于Hilbert分形结构的电子标签天线设计研究

作者:赵万年武岳山刘奕昌

来源:《现代电子技术》2008年第23期

摘要:基于分形理论思路,设计了一款Hilbert分形结构的无源电子标签天线,分析研究了天线基板材料和封装材料的相对介电常数大小与介质厚度对天线性能的影响。仿真结果表明:随着介质厚度和材料相对介电常数的增加,谐振频率下降,但是对第一谐振频率点的方向图影响不大。这在电子标签的设计、仿真和制作中具有重要的参考意义。

关键词:Hilbert分形;电子标签;RFID;天线设计

机载天线综述

直升机平台机载天线研究综述 李雪健 摘要:直升机作为一种快速灵活的机动装备,近几年在城市反恐处突及应急灾害救援等场合作用明显。机载天线作为通信系统的重要一环,它的性能好坏对直升机通信效果影响极大。本文介绍了机载天线的分类及特点,综述国内外当前对机载天线的主要研究方向和研究进展。介绍了以FEKO和HFSS软件为基础的直升机平台天线研究方法。 关键词:直升机平台;机载天线;研究现状 0、引言 自1907年法国人保罗·科尔尼发明直升机以来,直升机就作为人造飞行器中重要一支在人类历史上扮演着重要角色。机动灵活和起落条件要求低等特点使直升机在现代社会得到广泛应用。 机载天线是飞机系统与其它系统进行电磁能量交换的转换设备,是飞机感知系统的一部分[1]。从广义角度而言,以载机为工作平台的天线均可称为机载天线。机载天线在现代飞行器上应用十分广泛,如飞机上的通信、导航、敌我识别、电子战、雷达等。机载天线的好坏决定着整个系统通信的质量,研究机载天线有着重要的意义[2]。 关于机载天线的研究的文献众多,从事相关研究的专家学者和科研院所也非常之多。但大部分研究都是基于固定翼飞机作为平台研究的,专门以直升机作为平台研究机载天线的文章较少。但固定翼飞机与直升机所处的通信环境及对天线的要求相似,可以进行类比研究。本文以机载天线的主要研究方向及发展情况为主结合直升机平台特点进行综述。 一、机载天线研究背景 1.1机载天线的国内外研究现状 近一个世纪以来,无线电通信技术发展迅速,天线作为无线电波的入口与出口,是一切无线系统中必不可少的组成部分。天线性能的好坏直接影响整个无线系统的性能。飞机作为一种高新科技集成的载体,飞机上通信设备的数量和种类都达到了前所未有的程度,并且现代社会对各种载人、载物飞行器的功能的要求越来越高。并且随着新一代飞机的飞行速度高度等的提高以及现代社会电磁环境的日益复杂,实现飞机通信的顺畅难度变大。这就对机载天线的性能提出来更高的要求。 飞机上有很多天线,如:各式各样的导航通信系统、着陆系统、测高雷达等系统的天线。机载天线按照工作频段分类,可以分为机载中波天线、机载短波天线、机载超短波(VHF/UHF)通信天线、飞机导航天线,还有机载共形微带天线及飞机通信用的自适应阵天线等。如图1.1所示,是一个典型军用飞机上具有多达70多副天线[3]。

天线发展简史

天线发展简史 天线是无线电通信、无线电广播、无线电导航、雷达、遥测遥控等各种无线电系统中不可缺少的设备。从天线发明至今经历了100多年的时间。纵观天线的发展,其大致可分为三个历史阶段。 第一阶段:线天线时期(19世纪末至20世纪30年代初) 第一个天线是德国物理学家在1887年为验证英国数学家及物理学家麦克斯韦预言的电磁波而设计的。其发射天线是两根30cm 长的金属杆,杆的终端连接两块40cm见方的金属板,采用火花放电激励电磁波,接收天线是环天线。此外,1888年赫兹还用锌片制作了一个抛物柱面反射器天线,它由沿着焦线放置的振子馈电,工作在455MHz。 1901年,意大利发明家马可尼(1874-1937)采用一种大型天线实现了远洋通信,其发射天线为50根下垂铜线组成的扇形结构,顶部用水平横线连在一起,横线挂在两个高150英尺,相距200英尺的塔上,电火花放电式发射机接在天线和地之间。这可认为是付诸实用的第一副单极天线。 早期无线电的主要应用是长波远洋通信,因此天线的发展也主要集中在长波波段上。自1925年以后,中、短波无线电广播和通信开始实际应用,各种中、短波天线得到迅速发展。 第二阶段:面天线时期(20世纪30年代初至50年代末) 二战前夕,微波速调管和磁控管的发明,导致了微波雷达的出现,厘米波得以普及,无线电频谱才得到更为充分的利用。这一时期广泛采用了抛物面天线或其他形式的反射面天线,这些天线都是面天线或称口径天线。此外,还出现了波导缝隙天线、介质棒天线、螺旋天线等。1940年后有关长、中、短波线状天线的理论基本成熟,主要的天线形式沿用至今。第二次世界大战中,雷达的应用促进了微波天线特别是反射面天线的发展,微波中继通信、散射通信、电视广播的迅速发展,使面天线和线天线技术进一步得到发展、提高。这时期建立了口径天线和基本理论,如几何光学、口径场法等,发明了天线测试技术,开发了天线阵的综合技术。

天线设计毕业汇报总结

第一章绪论 一、绪论 1.1课题的研究背景及意义 自古至今,通信无时无刻不在影响着人们的生活,小到一次社会交际中的简单对话;大到进行太空探索时,人造探测器与地球间的信息交换。可以毫不保留地说,离开了通信技术,我们的生活将会黯然失色。近年来,随着光纤技术越来越成熟,应用范围越来越广。在广播电视领域,光纤作为广播电视信号传输的媒体,以光纤网络为基础的网络建设的格局已经形成。光纤传输系统具有的传输频带宽,容量大,损耗低,串扰小,抗干扰能力强等特点,已成为城市最可靠的数字电视和数据传输的链路,也是实现直播或两地传送最经常使用的电视传送方式。随着全球通信业务的迅速发展,作为未来个人通信主要手段的现代通信技术引起了人们的极大关注,我国在移动通信技术方面投入了巨大的人力物力,我国很多地区的电力通信专用网也基本完成了从主干线向光纤过度的过程。目前,电力系统光纤通信网已成为我国规模较大,发展较为完善的专用通信网,其数据、语音,宽带等业务及电力生产专业业务都是由光纤通信承载,电力系统的生产生活,显然,已离不开光纤通信网。 无线通信现状另一非常活跃的通信技术当属,无线通信技术了。无线通信技术包括了移动通信技术和无线局域网(WLAN)技术等两大主要方面。移动通信就目前来讲是3G 时代,数字化和网络化已成为不可逆转的趋势。目前,移动通信已从模拟通信发展到了数字移动通信阶段。无线局域网可以弥补以光纤通信为主的有线网络的不足,适用于无固定场所,或有线局域网架设受限制的场合,当然,同样也可以作为有线局域网的备用网络系统。WLAN,目前广泛应用IEEE802.11 系列标准。其中,工作于2.4GHZ 频段的820.11 可支持11Mbps 的共享接入速率;而802.11a 采用5GHZ频段,速率高达54Mbps,它比802.11b 快上五倍,并和820.11b兼容。给人们的生活工作带来了很大的方便与快捷。 在整个无线通信系统中,用来辐射或接收无线电波的装置成为天线,而通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备都是通过无线电波来传递信息的,均需要有无线电波的辐射和接收,因此,同发射机和接收机一样,天线也是无线电技术设备的一个重要组成部分,其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。天线的作用首先在于辐射和接收无线电波,但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能作为天线。任何高频电路,只要不被完全屏蔽,都可以向周围空间或

天线设计毕业论文

第一章绪论 一、绪论 1.1 课题的研究背景及意义 自古至今,通信无时无刻不在影响着人们的生活,小到一次社会交际中的简单对话;大到进行太空探索时,人造探测器与地球间的信息交换。可以毫不保留地说,离开了通信技术,我们的 生活将会黯然失色。近年来,随着光纤技术越来越成熟,应用范围越来越广。在广播电视领域, 光纤作为广播电视信号传输的媒体,以光纤网络为基础的网络建设的格局已经形成。光纤传输系统 具有的传输频带宽,容量大,损耗低,串扰小,抗干扰能力强等特点,已成为 城市最可靠的数字电视和数据传输的链路,也是实现直播或两地传送最经常使用的电视传送 方式。随着全球通信业务的迅速发展,作为未来个人通信主要手段的现代通信技 术引起了人们的极大关注,我国在移动通信技术方面投入了巨大的人力物力,我国很多地区的电力通信专用网也基本完成了从主干线向光纤过度的过程。目前,电力系统光纤通信网已成为我国规模较大,发展较为完善的专用通信网,其数据、语音,宽带等业务及电力生产专业业务都是由光纤通信承载,电力系统的生产生活,显然,已离不开光纤通信网。 无线通信现状另一非常活跃的通信技术当属,无线通信技术了。无线通信技术包括了移动通信技术和无线局域网( WLAN )技术等两大主要方面。移动通信就目前来讲是 3G时代,数字化和网络化已成为不可逆转的趋势。目前,移动通信已从模拟通信发展到了数字移动通 信阶段。无线局域网可以弥补以光纤通信为主的有线网络的不足,适用于无固定场所,或有线局域网架设受限制的场合,当然,同样也可以作为有线局域网的备用网络系统。WLAN ,目前广泛应用 IEEE802.11 系列标准。其中,工作于 2.4GHZ频段的 820.11可支持 11Mbps 的共享接入速率;而802.11a 采用 5GHZ 频段,速率高达 54Mbps ,它比802.11b 快上五倍,并和 820.11b兼容。给人们的生活工作带来了很大的方便与快捷。 在整个无线通信系统中,用来辐射或接收无线电波的装置成为天线,而通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备都是通过无线电波来传递信息的,均 需要有无线电波的辐射和接收,因此,同发射机和接收机一样,天线也是无线电技术设备的一个重要组成部分,其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。天线的作用首先在于辐射和接收无线电波,但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能作为天线。任何高频电路,只要不被完全屏蔽,都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波,或从周围空间或多或少地接收电磁波,但是任意一个高频电路并不一定能用作天线,因为它的辐射或接收效率可能很低,要能够有效地辐射或接收电磁波,天线在结构和形式上必须满足一定的要求。快速发展的移动通信系统需要的是小型化、宽频带、多功能 (多频段、多极化 )、高性能的天线。微带天线作为天线 家祖的重要一员,经过近几十年的发展,已经取得了可喜的进步,在移动终端中采用内置微带天线,不但可以减小天线对于人体的辐射,还可使手机的外形设计多样化,因此内置微带天线将是未来天线技术的发展方向之一,设计出具有小型化的微带天线不但具有一定的理论价值而且具有重要的应用价值,这也成为当前国际天线界研究的热点之一。

分形算法与应用

《分形算法与应用》教学大纲 1 课程的基本描述 课程名称:分形算法与应用Algorithm and Application of Fractal 课程编号:5301A36 课程性质:专业课适用专业:计算机专业 教材选用:孙博文编著,《分形算法与程序设计》,科学出版社,2004.11 总学时:32学时理论学时:32学时 实验学时:0学时课程设计:无 学分:2学分开课学期:第七学期 前导课程:算法分析 后续课程:毕业设计 2 教学定位 2.1 能力培养目标 通过本课程的学习,培养学生的认知和理解能力、逻辑思维能力,以及算法设计与分析能力,程序设计和实现能力。一方面使学生掌握非规则图形的计算机绘制的基本方法,以便实现对不规则对象的算法设计。另一方面,学习本课程的过程也是进行复杂程序设计的训练过程。 2.2 课程的主要特点 本课程是一门重要的专业课,有理论性、设计性与实践性的特点。介绍分形的基本概念及算法设计的基本方法。它是介于计算机软件、程序设计和数学三门课程之间的核心课程。不仅为后续专业课提供了必要的知识基础,也为计算机、软件工程的专业人员提供了必要的技能训练。

2.3 教学定位 通过本课程的学习,使学生达到知识和技能两方面的目标: 1.知识方面:从算法设计及其实现这两个层次的相互关系的角度,系统地学习和掌握非规则图形的算法设计方法,了解并掌握分析、比较和选择不同非规则结构的设计方案,不同运算实现的原则和方法。 2.技能方面:系统地学习和掌握在不同非规则对象实现的不同算法及其设计思想,从中体会并掌握结构选择和算法设计的思维方式及技巧,使分析问题和解决问题的能力得到提高。 3 知识点与学时分配 3.1掌握分形的基本概念 分形简介 分形 分维 分形的测量 共2学时 3.2分形图生成算法之一 分形图的递归算法 Cantor三分集、Koch曲线、Sierpinski垫片、 Peano曲线、分形树等的递归算法。 共2学时 3.3分形图生成算法之二 文法构图算法 LS文法、单一规则的LS文法生成、多规则的LS文法生成、 随机LS文法生成。 共2学时 3.4分形图生成算法之三 迭代函数系统

精细结构对分形天线小型化的影响

精细结构对分形天线小型化的影响 刘成1,雷虹2,何慧芬1 (1.沈阳航空航天大学辽宁沈阳110136;2.沈阳飞机设计研究所辽宁沈阳110035) 摘要:为了了解分形技术中的精细结构在分形天线的小型化设计中,对分形天线小型化的影响状况,本文采用对比的方法,通过改变Koch 分形单极子天线和普通单极子天线的结构参数,对比分析了不同的结构参数下天线上电流分布的仿真结果,得出的结论是精细结构的精细程度越精细,分形结构就能够进行越多次数的分形,分形天线小型化的程度也就越好。 关键词:分形技术;精细结构;分形天线;小型化中图分类号:TN82 文献标识码:A 文章编号:1674-6236(2013)03-0130-03 Impact of the fine structure in the fractal antenna miniaturization LIU Cheng 1,LEI Hong 2,HE Hui -fen 1 (1.Shenyang Aeronautics and Astronautics University ,Shengyang 110136,China ; 2.Shenyang Aircraft Design and Research Institute ,Shenyang 110035,China ) Abstract:In order to understand the impact condition of fine structure in fractal technology on fractal antenna miniaturization in miniaturized fractal antenna design ,this paper uses the method of comparison ,by changing the structure parameters of the Koch fractal monopole antenna and the ordinary monopole antenna ,and by comparing and analyzing the simulation results of current distribution of different structural parameters on the antenna ,summarizes a conclusion that the finer of the fine degree in fine structure ,the more number of the fractal structure can be carry out ,the better of the degree in fractal antenna miniaturization. Key words:fractal technology ;fine structure ;fractal antenna ;miniaturization 收稿日期:2012-10-18稿件编号:201210119 作者简介:刘成(1989—),男,河南南阳人,硕士研究生。研究方向:航空电子系统。 无线通讯技术的飞速发展,通讯设备的小型化设计有了更高的要求,天线作为辐射和接收电磁波的重要媒介,也作为系统的最不可或缺的部分,则随着电子设备的发展趋势,也有着小型化的要求。 小型化天线是指天线在保证带宽不变的前提下,与具有相同带宽的天线的尺寸相比较小的天线。天线的小型化中,天线的尺寸指的是天线的三维尺寸,无论是在哪个维度缩减了天线的尺寸,都可认为天线实现了小型化的目的[1]。而通常所使用的普通天线,由于天线的性能与其波长尺寸有着紧密的联系,天线尺寸的改变,总会使天线的带宽、增益等技术指标发生改变,因此,天线要实现其小型化设计总体上是很困难的[2]。 分形技术是近些年出现的一种新型的天线小型化技术,由于分形技术所使用的分形结构具有自相似特性和空间填充性,使得在将其应用到天线的设计中后,所设计的天线不仅具有很好的小型化效果,而且,天线的各种指标也有可能变得更好[3]。 1分形技术和分形天线 1975年,美籍法国数学家B.Mandelbrot 首次提出了分形 (Fractal )的概念,其拉丁文原意为“破碎”,用来研究自然界中非线性科学里的不光滑、不规则的物体对象[4]。分形几何学是分形理论的最初始的形式,也是专门研究无限复杂但具有特定意义的自相似图形或结构的几何学。 20世纪80年代以来,电磁理论与分形结构之间相互作 用的研究变得越来越多,可是直到1990年,D.L.Jaggard 提出了分形电动力学,才正式确定了分形结构和电磁理论结合的新方向[5]。 分形天线,就是天线的几何结构是分形结构的天线,而分形结构,大都是通过迭代产生的具有较强的空间填充型和自相似性的几何结构。分形结构由于其整体与局部以及局部与局部之间具有较强的自相似性,是一种与标度无关的几何结构,在用于天线的设计后可以使天线具有多频和宽频特性;而其还具有的较强的空间填充性,可以在较小的空间内具有较长的几何长度,在用于天线设计后,可以相应的增加天线的电长度,从而降低天线的谐振频率,因此可以用作小型化天线的设计[6]。 目前,在天线的小型化设计中常用的分形结构有:树形分形曲线、Koch 曲线、Hilbert 曲线,Peano 曲线、Minkowski 曲线、3/2维曲线等。 电子设计工程 Electronic Design Engineering 第21卷 Vol.21 第3期No.32013年2月Feb.2013 -130-

天线设计毕业论文,DOC

欢迎阅读第一章绪论 一、绪论 1.1课题的研究背景及意义 自古至今,通信无时无刻不在影响着人们的生活,小到一次社会交际中的简单对话;大到进行太空探索时,人造探测器与地球间的信息交换。可以毫不保留地说,离开了通信技术,我们的生活将会黯然失色。近年来,随着光纤技术越来越成熟,应用范围越来越广。在广播电视领域,光纤作为广播电视信号传输的媒体,以光纤网络为基础的网络建设的格局已经形成。光纤传输系统具有的传输 辐射电磁波,或从周围空间或多或少地接收电磁波,但是任意一个高频电路并不一定能用作天线,因为它的辐射或接收效率可能很低,要能够有效地辐射或接收电磁波,天线在结构和形式上必须满足一定的要求。快速发展的移动通信系统需要的是小型化、宽频带、多功能(多频段、多极化)、高性能的天线。微带天线作为天线家祖的重要一员,经过近几十年的发展,已经取得了可喜的进步,在移动终端中采用内置微带天线,不但可以减小天线对于人体的辐射,还可使手机的外形设计多样化,因此内置微带天线将是未来天线技术的发展方向之一,设计出具有小型化的微带天线不但具有一定的理论价值而且具有重要的应用价值,这也成为当前国际天线界研究的热点之一。

因此,一副实用且性能良好的天线既要满足系统易于集成化的要求,同时也要满足各个系统的兼容性、可靠性要求,即为对天线小型化、宽频带、多频带的设计要求,因此本文主要对现代无线通信系统的多频带、宽带、超宽带天线进行研究和设计。 1.2微带天线的发展概述 早在1953年G. A. DcDhamps教授就提出利用微带线的辐射来制成微带微波天线的概念。但是,在接下来的近20年里,对此只有一些零星的研究。直到1972年,由于微波集成技术的发展和空间技术对低剖面天线的迫切需求,芒森(R.E.Munson)和豪威尔(J.Q.Howell)等研究者制成了第一批实用的微带天线[1]。随之,国际上展开了对微带天线的广泛研究和应用。1979年在美国新墨西哥州大学举行了微带天线的专题目际会议,1981年IEEE天线与传播会刊在1月号上刊载了微带天线 80 年代中, 1.3 1.4 第三章多频带天线设计 3.1天线多频化实现技术 3.2基于分形结构的多频微带天线设计 3.1.1 三、微带天线的小型化技术 天线作为无线收发系统的一部分,其性能的优劣对整个系统的性能有着重要的影响。微带天线带宽相对较窄,通常低于3%,而无线通信技术的发展,特别是高速数据传输系统以及军用宽带无线系统的发展,要求天线具有更高的带宽。同时在随着电路集成度的提高,系统对天线的体积有着

喇叭天线设计

1 课题背景 喇叭天线是一种应用广泛的微波天线,其优点是结构简单,频带宽,功率容量大,调整与使用方便。合理地选择喇叭天线尺寸,可以获得很好的辐射特性、相当尖锐的主瓣、较小副瓣和较高的增益。因此,喇叭天线应用非常广泛,它是一种常见的天线增益测试用标准天线。 喇叭天线就其结构来讲可以看成由两大部分构成:一是波导管部分,横截面有矩形,也有圆形;二是真正的喇叭天线部分。 波导部分相当于线天线中的馈线,是供给喇叭天线信号和能量的部分。对工作于厘米波或毫米波段内的面天线,如采用线状馈线,将因馈线自身的辐射损耗太大不能把能量传送到面天线上,所以,必须采用自身屏蔽效果很好的波导管作馈线。普通喇叭天线结构原理图如1.1所示。 图1.1 普通喇叭天线结构原理图 HFSS全称为High Frequency Structure Simulator,是美国Ansoft公司(注:Ansoft公司于2008年被Ansys公司收购)开发的全波三维电磁仿真软件,也是世界上第一个商业化的三维结构电磁仿真软件。该软件采用有限元法,计算结果

精准可靠,是业界公认的三维电磁场设计和分析的工业标准。 HFSS采用标准的Windows图形用户界面,简洁直观;拥有精确自适应的场解器和空前电性能分析能力的功能强大后处理器;能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场;自动化的设计流程,易学易用;稳定成熟的自适应网格剖分技术,结果准确。使用HFSS,用户只需要创建或导入设计模型,指定模型材料属性,正确分配模型的边界条件和激励,准确定义求解设置,软件便可以计算并输出用户需要的设计结果。 HFSS软件拥有强大的天线设计功能,可以提供全面的天线设计解决方案,是当今天线设计最为流行的软件。使用HFSS可以仿真分析和优化设计各类天线,能够精确计算天线的各种性能,包括二维、三维远场和近场辐射方向图、天线的方向性系数、S参数、增益、轴比、输入阻抗、电压驻波比、半功率波瓣宽度以及电流分布特性等。

分形天线

分形天线一种新颖的天线小型化技术及其应用 摘要: 分形几何具有重要的特性, 即自相似性和分数维, 可以成功的应用于天线的设计。本文主要介绍了分形的基 本概念, 并对典型的分形天线及其小型化原理进行了简要介绍。 1 引言 近年来, 无线通信技术以惊人的速度发展, 无论用户身在何处都能够时刻处于连接状态, 这就是所说的“任何时间、任何地点的无线电通信”。而天线和射频设备是决定整个系统性能的关键元件。由于传统的天线已经无法满足 未来的挑战, 这就意味着必须相应地发展天线技术以适应无线系统发展的要求。目前分形正成为满足未来产品要求的一种有效方法。他能够使得我们有效地设计小型化天线或把多个无线电通信元件集成到一块设备上。在用于无线应用中的下一代天线中, 小型化是必须的。因为他必须集成多个设备( 如蜂窝、无线局域网、地理定位、无线电广播装置) , 并需要安置在多个地点( 如机场、办公室、商场、地下场所) , 同时很多设备也需用到小型化天线, 如手机、笔记本电脑、个人数字助理、汽车、手表等。在这种情况下, 用户希望采用尽可能小的天线以便 于方便使用无线设备。此外, 在基站和设备的接入点处, 小型化的天线有助于减少周围环境对无线网络设施的影响。 2 分形几何背景知识 “分形”这一概念是由法国数学家B.Mandelbrot 于1975 年首次提出的, “分形( Fract al) ”这个名词源于拉丁文的“破碎”。分形具有两大主要特征: 自相似性和空间填充性( 即分数维) 。自相似就是说适当的放大或缩小几何尺寸, 整个结构并不改变, 在各种尺度上都有相同程度的不规则性。分数维是指用一个特征数( 不一定是整数) 来测定其不平度、复杂性或卷积度。自然界中的许多物体都能用分形来模拟, 如山脉、树分形技术是得益于数学上分形物体的一些特殊性质发展起来的。无论是自然界中的分形还是数学上的分形物体, 都能够通过简单的算法一步步迭代生成, 最终能够具有惊人的复杂结构。分形的特性之一就是“分数维”。这种特性使得分形能够在很小的体积内充分的利用空间, 也是他能够用于天线小型化设计的一个关键原因。 2. 1 分形曲线生成过程举例 以Koch 曲线的生成方法为例, 把一条直线等分为三 段, 将中间的一段用具有一定夹角的两条等长折线来代 替, 形成一个生成元, 然后再把每个直线段用生成元进行 替换, 经多次迭代后就形成了Koch 曲线( 如图2 所示) 。由 此可见, 在保持高度基本不变时, 曲线的长度却能够做到 无限长。 高艳华等: 分形天线一种新颖的天线小型化技术及其应用 3 几种经典的分形天线 3. 1 Koch 单极天线 分形用于天线小型化设计的第一个例子是Koch 单极 天线( 如图3 所示) , 得名于分形Koch 曲线。当在天线的 设计中应用Koch 曲线时, 谐振频率相对于传统的线性单 极天线以1. 65 的因数降低。所以Koch 单极天线的高度比 传统的线性单极天线小40%[ 1] 。 3. 3 分形环天线

分形几何的应用

分形几何及其应用 【摘要】分形几何作为一门新兴的学科已经开始逐渐发展,分形研究深入到各学科领域。本文介绍了分形几何在地图学中、天线设计中的一些应用。 【关键词】分形几何;天线;研究 分形几何是美籍法国数学家芒德勃罗在20世纪70年代创立的一门数学新分支,它研究的是广泛存在于自然界和人类社会中一类没有特征尺度却有自相似结构的复杂形状和现象,它与欧氏几何不同。欧氏几何是关于直觉空间形体关系分析的一门学科,它研究的是直线、圆、正方体等规则的几何形体,这些形体都是人为的。但是,“云彩不是球体、山岭不是锥体、海岸线不是圆周”,自然界的众多形状都是如此的不规则和支离破碎。对这些形状的认识,欧几里得并未能给后人留下更多的启示,传统的欧氏几何在它们面前显得那样的苍白无力。对大自然的这种挑战,二千年来,激励着一代又一代的数学家上下求索,探寻从欧氏几何体系中解放出来的道路。终于在1975年,芒德勃罗发表了被视为分形几何创立标志的专著《分形:形、机遇和维数》。从此,一门崭新的数学分支——分形几何学跻身于现代数学之林。 一、分形几何学在地图中的应用 欧几里得几何在规则、光滑形状(或有序系统)的研究中相当有效。然而,现实世界中却有许多问题不能用欧氏几何去解决。英国

人l.理查森考察海岸线的长度问题,发现在西班牙、葡萄牙、比利时、荷兰等国出版的百科全书记录的一些海岸长度竟相差20%。法国数学家蒙德尔罗布采用瑞典数学家柯克发现的“柯克曲线”作为思考海岸线问题的数学模型,通过深入研究并引进了分数维概念,1977年正式将具有分数维的图形称为“分形”,并建立了以这类图形为对象的数学分支——分形几何。 现实空间和地图上有许多类似海岸线那样的不规则曲线,分形几何为这类曲线的度量提供了数学工具。 二、分形几何在天线设计中的应用 分形几何两个独特的特征:自相似性(或自仿射性)和空间填充性,结合天线的特征,使得分形几何在天线工程领域中的应用有了突破性的发展。分形天线的自相似性能减小分形天线元的整体宽度,同时和欧几里德几何天线元保持同样的性能,因为各个天线元具有同样的谐振频率和相同的辐射方向图。分形元能够改善运用欧氏几何天线元的线性天线阵列的设计,运用分形元来改善和提高天线阵列的性能。这里讨论两种方法: 一种方法就是减小天线元之间的相互耦合。因为线性阵列中天线元之间的相互耦合导致整个天线的辐射方向图性能下降。相互耦合还能改变天线元的激发电流。因此,如果在阵列天线的设计过程中忽略天线元之间的内部耦合作用,那么天线的辐射方向图就会受到影响,通常表现为副瓣电平的提高甚至导致零信号的填充。

超宽带天线设计与研究详解

超宽带天线的研究与设计 中文摘要 近几年来,超宽带天线的研究已经成为热潮。本文的思想也是研究小型化超宽带平板天线,让其在生活中的硬件设计产品中满足超宽带天线的技术需要。因为超宽带天线在WiMAX和WLAN的窄带系统和装载切口天线设计结构上产生的影响。实现WiMAX和WLAN频带的双凹槽在超宽带天线结构设计。在设计过程中主要是使用HFSS软件进行天线结构的仿真优化。主要利用了HFSS软件仿真和天线结构的优化设计过程。我们针对其超宽带天线的性能参数,相应的提升平面单极子天线的基础研究。传统平面单极子天线与狭槽,狭槽装载方法的横截面,提出了几种平面单极子天线从频域和时域研究,从而从单极子天线的相关性能参数出发,研究平面单极子天线在频率范围为3.1GHZ-11GHZ,使超宽带天线能够达到市场对硬件方面的应用需求。 关键词:平面单极子天线;超宽带;HFSS仿真 I

Research and design of ultra-wideband antenna Abstract In recent years, the research of ultra-wideband antenna has become a boom. Thought of this paper is to study ultra-wideband planar antenna miniaturization, let the life in the hardware design of the product satisfy the need of ultra-wideband antenna. Because of ultra-wideband antenna in WLAN and WiMAX narrowband systems and the impact loading of incision on the antenna design. Both WiMAX and WLAN band grooves in the ultra-wideband antenna structure design. In the design process is mainly using HFSS software for simulation of antenna structure optimization. Mainly using HFSS software simulation and optimization of the antenna structure design process. We according to the performance of ultra-wideband antenna parameters, the corresponding increase of planar monopole antenna of basic research. Traditional planar monopole antenna and the slot, slot loading method of cross section, and puts forward several planar monopole antenna from frequency domain and time domain research, thus starting from the related performance parameters of monopole antenna, the planar monopole antenna in the frequency range of 3.1 GHZ - 11 GHZ, the ultra-wideband antenna can meet the market demand for hardware applications. Key words: Planar monopole antenna; Ultra-Wideband; HFSS simulation 目录 I

天线设计毕业论文

第一章绪论 一、绪论 课题的研究背景及意义 自古至今,通信无时无刻不在影响着人们的生活,小到一次社会交际中的简单对话;大到进行太空探索时,人造探测器与地球间的信息交换。可以毫不保留地说,离开了通信技术,我们的生活将会黯然失色。近年来,随着光纤技术越来越成熟,应用范围越来越广。在广播电视领域,光纤作为广播电视信号传输的媒体,以光纤网络为基础的网络建设的格局已经形成。光纤传输系统具有的传输频带宽,容量大,损耗低,串扰小,抗干扰能力强等特点,已成为城市最可靠的数字电视和数据传输的链路,也是实现直播或两地传送最经常使用的电视传送方式。随着全球通信业务的迅速发展,作为未来个人通信主要手段的现代通信技术引起了人们的极大关注,我国在移动通信技术方面投入了巨大的人力物力,我国很多地区的电力通信专用网也基本完成了从主干线向光纤过度的过程。目前,电力系统光纤通信网已成为我国规模较大,发展较为完善的专用通信网,其数据、语音,宽带等业务及电力生产专业业务都是由光纤通信承载,电力系统的生产生活,显然,已离不开光纤通信网。 无线通信现状另一非常活跃的通信技术当属,无线通信技术了。无线通信技术包括了移动通信技术和无线局域网(WLAN)技术等两大主要方面。移动通信就目前来讲是3G 时代,数字化和网络化已成为不可逆转的趋势。目前,移动通信已从模拟通信发展到了数字移动通信阶段。无线局域网可以弥补以光纤通信为主的有线网络的不足,适用于无固定场所,或有线局域网架设受限制的场合,当然,同样也可以作为有线局域网的备用网络系统。WLAN,目前广泛应用系列标准。其中,工作于频段的可支持11Mbps 的共享接入速率;而采用5GHZ频段,速率高达54Mbps,它比快上五倍,并和兼容。给人们的生活工作带来了很大的方便与快捷。 在整个无线通信系统中,用来辐射或接收无线电波的装置成为天线,而通信、雷达、导航、广播、电视等无线电技术设备都是通过无线电波来传递信息的,均需要有无线电波的辐射和接收,因此,同发射机和接收机一样,天线也是无线电技术设备的一个重要组成部分,其性能的优良对无线通信工程的成败起到重要作用。天线的作用首先在于辐射和接收无线电波,但是能辐射或接收电磁波的东西不一定都能作为天线。任何高频电路,只要不被完全屏蔽,都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波,或从周围空间或多或少地接收电磁波,但是任意一个高频电路并不一定能用作天线,因为它的辐射或接收效率可能很低,要能够有效地辐射或接收电磁波,天线在结构和形式上必须满足一定的要求。快速发展的移动通信系统需要的是小型化、宽频带、多功能(多频段、多极化)、高性能的天线。微带天线作为天线家祖的重要一员,经过近几十年的发展,已经取得了可喜的进步,在移动终端中采用内置微带天线,不但可以减小天线对于人体的辐射,还可使手机的外形设计多样化,因此内置微带天线将是未来天线技术的发展方向之一,设计出具有小型化的微带天线不但具有一定的理论价值而且具有重要的应用价值,这也成为当前国际天线界研究的热点之一。

分形图程序

(1)Koch曲线程序koch.m function koch(a1,b1,a2,b2,n) %koch(0,0,9,0,3) %a1,b1,a2,b2为初始线段两端点坐标,n为迭代次数 a1=0;b1=0;a2=9;b2=0;n=3; %第i-1次迭代时由各条线段产生的新四条线段的五点横、纵坐标存储在数组A、B中 [A,B]=sub_koch1(a1,b1,a2,b2); for i=1:n for j=1:length(A)/5; w=sub_koch2(A(1+5*(j-1):5*j),B(1+5*(j-1):5*j)); for k=1:4 [AA(5*4*(j-1)+5*(k-1)+1:5*4*(j-1)+5*(k-1)+5),BB(5*4*(j-1)+5*(k-1)+1:5*4*(j-1)+5*(k-1)+5)]=sub_koch1(w(k,1),w(k,2),w(k,3),w(k,4)); end end A=AA; B=BB; end plot(A,B) hold on axis equal %由以(ax,ay),(bx,by)为端点的线段生成新的中间三点坐标并把这五点横、纵坐标依次分别存%储在数组A,B中 function [A,B]=sub_koch1(ax,ay,bx,by) cx=ax+(bx-ax)/3; cy=ay+(by-ay)/3; ex=bx-(bx-ax)/3;

ey=by-(by-ay)/3; L=sqrt((ex-cx).^2+(ey-cy).^2); alpha=atan((ey-cy)./(ex-cx)); if (ex-cx)<0 alpha=alpha+pi; end dx=cx+cos(alpha+pi/3)*L; dy=cy+sin(alpha+pi/3)*L; A=[ax,cx,dx,ex,bx]; B=[ay,cy,dy,ey,by]; %把由函数sub_koch1生成的五点横、纵坐标A,B顺次划分为四组,分别对应四条折线段中 %每条线段两端点的坐标,并依次分别存储在4*4阶矩阵k中,k中第i(i=1,2,3,4)行数字代表第%i条线段两端点的坐标 function w=sub_koch2(A,B) a11=A(1);b11=B(1); a12=A(2);b12=B(2); a21=A(2);b21=B(2); a22=A(3);b22=B(3); a31=A(3);b31=B(3); a32=A(4);b32=B(4); a41=A(4);b41=B(4); a42=A(5);b42=B(5); w=[a11,b11,a12,b12;a21,b21,a22,b22;a31,b31,a32,b32;a41,b41,a42,b42];

天线发展简史

天线发展简史天线是无线电通信、无线电广 播、无线电导航、雷达、遥测遥控等各种无线电系统中不可缺少的设备。从天线发明至今经历了100多年的时间。纵观天线的发展,其大致可分为三个历史阶段。第一阶段:线天线时期(19世纪末至20世纪30年代初) 第一个天线是德国物理学家在1887 年为验证英国数学家及物理学家麦克斯韦预言的电磁波而设计的。其发射天线是两根30cm 长的金属杆,杆的终端连接两块40cm 见方的金属板,采用火花放电激励电磁波,接收天线是环天线。此外,1888 年赫兹还用锌片制作了一个抛物柱面反射器天线,它由沿着焦线放置的振子馈电,工作在455MHz。 1901 年,意大利发明家马可尼(1874-1937)采用一种大型天线实现了远洋 通信,其发射天线为50根下垂铜线组成的扇形结构,顶部用水平横线连在一起,横线挂在两个高150 英尺,相距200 英尺的塔上,电火花放电式发射机接在天线和地之间。这可认为是付诸实用的第一副单极天线。 早期无线电的主要应用是长波远洋通信,因此天线的发展也主要集中在长波波段上。自1925 年以后,中、短波无线电广播和通信开始实际应用,各种中、短波天线得到迅速发展。 第二阶段:面天线时期(20世纪30 年代初至50年代末) 二战前夕,微波速调管和磁控管的发明,导致了微波雷达的出现,厘米波得以普及,无线电频谱才得到更为充分的利用。这一时期广泛采用了抛物面天线或其他形式的反射面天线,这些天线都是面天线或称口径天线。此外,还出现了波导缝隙天线、介质棒天线、螺旋天线等。1940 年后有关长、中、短波线状天线的理论基本成熟,主要的天线形式沿用至今。第二次世界大战中,雷达的应用促进了微波天线特别是反射面天线的发展,微波中继通信、散射通信、电视广播的迅速发展,使面天线和线天线技术进一步得到发展、提高。这时期建立了口径天线和基本理论,如几何光学、口径场法等,发明了天线测试技术,开发了天线阵的综合 技术。 第三阶段:大发展时期(20世纪50年代至今)

分形阵列天线概要

分形阵列天线 分形的起源可追溯到十九世纪下半叶有名的Wierestrass函数和 Cantor三分集等。分形(Fractal)一词是美籍法国数学家B.B.Mandelbrot于1975年创造的。分形几何是传统欧氏几何的推广,它研究的内容在图形上具有 自相似性,在数量上具有分数维数。分形几何与经典的电磁理论结合产生了分形天线系统理论。所谓的分形天线是指:几何属性上具有自相似和分数维数等特 征的天线。分形天线的内容包括两个方面:一个是分形单元天线,另一个是分形阵列天线。分形阵列天线又包括两个方面:一方面是分形单元按普通阵列排 布;另一方面是普通天线按分形阵列分布。分形天线保存了原有分形图形的特点,它具有很强的空间填充性。而有些分形天线则适合作为小型化天线技术的开发和应用。和普通天线相比分形天线具有更多优点:它具有多频带、宽频带的 特性,特别是工作在多个频段上时具有相似的辐射特性;而有些分形天线则具有很强的空间填充能力,可以使天线在保持基本辐射特性不变的情况下具有更短的尺寸,这样也可以减少设备的尺寸;分形天线在外观上也具有一定的视觉效应, 既发挥了天线的作用,又起到装饰的作用,一般用在室内覆盖技术中。本文首先 简要介绍了分形几何理论的基本知识。然后介绍了分形几何的特点以及分类、 分形图形的生成方法以及简单分形图形的维数的计算。总结了常见分形天线:Koch分形天线、Sierpinski分形天线、Hilbert分形天线、Peano分形天线、Minkowski分形天线、Sierpinski分形毯、Crown分形天线、Koch岛以及Mandelbrot分形树天线和等角螺旋天线。重点研究了分形阵列天线。在分形阵 列天线中重点研究了具有低旁瓣特性的共心圆环分形阵。共心圆环分形阵可以 根据不同的生成元而分为线性阵、平面三角阵、平面方阵和六边形阵。同时研 究了多种共心圆环分形阵的阵列分布和辐射特性,给出了阵列方向图。另外还介绍了Cantor集线阵、Sierpinski面阵、Weierstrass分形阵和Peano-Gosper 分形阵。最后设计了分形阵列天线。分别采用螺旋天线和V形平板天线作为单 元天线,以二阶六边形为阵列进行综合仿真,得到了比较低的旁瓣。 同主题文章 [1]. 付云起,袁乃昌. 阵列天线在无线移动通信系统中的应用' [J]. 无线 通信技术. 2001.(04) [2]. 牛运丰,邢峣,王学田. 一种新型面阵列天线的设计' [J]. 制导与引信. 2005.(01) [3]. 田孝华. 自适应阵列天线移相器的误差对卫星地面站性能影响分析' [J]. 无线通信技术. 2001.(01) [4]. 华琳. CDMA系统中自适应阵列天线的HLMS算法性能分析' [J]. 数据 通信. 2004.(04)

超材料微带天线的研究进展

200 10.16638/https://www.360docs.net/doc/f26814941.html,ki.1671-7988.2019.07.068 超材料微带天线的研究进展 周精浩,董焱章* (汽车动力传动与电子控制湖北省重点实验室,湖北汽车工业学院汽车工程学院,湖北 十堰 442002) 摘 要:汽车的智能网联化对车载雷达等智能车身传感器提出了更高的性能要求,其中内置微带天线的性能至关重要。超材料的新颖特性非常有利于提高微带天线的增益、小型化和集成化程度,这里超材料与微带天线的合理匹配是设计研究的重点。从天线结构角度来看,超材料微带天线的类型可分为超材料覆层型微带天线、超材料基板型微带天线、复合左右手传输线型微带天线。超材料微带天线在抑制天线表面波、提高天线方向性和天线多频化等方面具有很好的应用潜力。 关键词:超材料;微带天线;小型化;增益;集成化 中图分类号:U445 文献标识码:A 文章编号:1671-7988(2019)07-200-07 Research progress of metamaterial microstrip antenna Zhou Jinghao, Dong Yanzhang * (Hubei Key Laboratory of Automotive Power Train and Electronic Control, School of Automobile Engineering, Hubei University of Automotive Technology, Hubei Shiyan 442002) Abstract: The intelligent networking of automobiles puts higher performance requirements on smart body sensors such as vehicle radars, and the performance of built-in microstrip antennas is crucial. The novel characteristics of metamaterials are very beneficial to improve the gain, miniaturizion and integration of microstrip antennas. The Reasonable matching of metamaterials and microstrip antennas is considered to be the focus of design research. According to the structure of micro -strip antennas, it can be divided into metamaterial coated microstrip antenna, metamaterial substrate microstrip antenna and composite left/right- handed transmission line microstrip antenna. The metamaterial microstrip antenna has a good applica -tion potential in suppressing the antenna surface wave, improving the antenna directivity and multi-frequency antenna. Keywords: metamaterial; microstrip antenna; miniaturizion; gain; integrated CLC NO.: U445 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)07-200-07 前言 1953年Deschamps 首次提出微带天线,然而受限于覆铜、覆金介质基片光刻技术的落后,直到20世纪70年代Munson 和Howel 才制造出第一个实际意义上的微带天线[1]。微带天线具有体积小、结构简单、成本低、易与与其他电磁器件共形、方便与馈电网络和其他有源器件集成等优点。在汽车智能网连化蓬勃发展的过程中,对车载雷达等智能车身传感器作者简介:周精浩,男,湖北汽车工业学院硕士生,主要研究方向: 智能车身轻量化设计。*通讯作者:董焱章(1983-),男,博士,副 教授,主要从事工程力学、结构与多学科优化、超材料设计等方面 的研究。基金项目:国家自然科学基金青年科学基金(11502075, 11504102,51605149);汽车零部件技术湖北省协同创新项目(2015 XTZX0401,2015XTZX0421);湖北汽车工业学院博士科研启动基金 (BK201501) 。

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