分形在阵列天线中的应用.pdfVIP

第1卷第4期 南阳师范学院学报自然科学版) V01．1No．4 7 of Teachers Sciences 2002年8月 Joumal Edition) Aug．2002 NaIIyaIlg College(Natural 分形在阵列天线中的应用 衡伯军董天临 (华中科技大学电信系，湖北武汉430070) 摘要：通过具体的举例与分析，运用图表与数据阐述了在阵列天线中使用分形单元的几个有利点：分形单元的小型 化弥补了欧氏几何单元小型化所引起的阻抗不足以匹配，有利于减小互耦舍，降低副瓣幅值；小型化也有利于实现线阵的 压缩，同时通过增大单元数目，适当减小中心距来增大其方向性系数。 关键词：分形单元；小型化；定相阵列；通用方向图 中图分类号：TN820．1+5 文献标识码：A 文章编号：1671—6132(2002)04一0030一04 分形几何以其区别于欧几里德几何的特点而 得到广泛的研究与应用。在通信领域，原始的单个 环形天线或偶极子天线都可以被制作成分形形状， 其各项性能都比以前改进许多。同样，用分形形状 的环形天线或偶极子天线排成定相阵列天线，比起 欧氏几何形状的阵列单元，性能得到了明显的改善。 。 1 阵列天线中的分形单元 对于欧氏几何天线，要增大定相阵列的扫描角 度，就要减小阵列单元之间的中心距离。然而单元 中心距离减小了，边与边的间距也减小了，从而相 图l 两个四方形分形。两单元边与边的距离图 互的耦合干扰却多了；同时，为减小阵列天线所占 空间，除了减小单元距离，还要减小单元宽度，即： 的不利影响。因为线阵内部单元的相互耦合改变 使单元小型化。但是使欧氏几何天线小型化会单 了单元的激发电流，导致辐射方向图的失真；另外 纯地减小其输入阻抗，使之难以匹配。如果运用同 还导致零讯号的填充和副瓣电平的增高。 阻抗的分形天线，单元宽度可以减小很多，小型化 我们尝试增大阵列单元边与边的间隔来控制 的问题会迎刃而解。 互耦合。针对某种特殊模式的阵列设计，所要求的 在阵列天线中，若单元是分形环形天线，相同 模式和单元的宽度限定了元件之间的中心间距。 阻抗情况下，其宽度肯定比欧氏几何环形要小，因 因此，在中心距固定时，只能以单元的小型化来适 此在保持两单元中心距不变时，两分形环形天线的 当增大边距，控制互耦合。 边间距肯定大于同阻抗的欧氏几何环形天线。例 我们用具体的例子来比较一下标准正方形环 如…：图l展示了一个包含两个分形环形单元的阵 形单元与分形环形单元。图2uJ是它们的形状尺 寸对比和远场区模式以及频率响应图。它们的输 列天线，此处运用的分形是第三级Minkowski正方 形环形分形，即由正方形的每条边三级分形而来。 入阻抗相同，远场区图近似，响应频率相同。该图 可以看到两单元边与边的分隔距离。 由自由空间中的正方形环形单元和分形环形单元 模拟而成。 2减少相互耦合 两个用来比较的阵列是由上述两种环形单元 在定相阵列天线的设计中，需要重视相互耦合 收稿日期：2001一0