宽带小型化偶极子天线及其阵列技术研究进展 researches on small broadband dipole antenna and array.pdfVIP

研究与开发 宽带小型化偶极子天线及其阵列技术研究进展+ 曹卫平坦．王秉中1 -圜本文主要就宽带小型化偶极子天线及其阵列的研究进展作了比较全面的讨论，介绍了一些典型 的偶极子天线及阵列研究成果和实现形式。应用于现代宽带无线通信的偶极子天线要求实现小 型化、宽频带、高增益、低轮廓、隐蔽性强、与载体共形、满足动中通等特性。结合数值分析。通过 改变天线的结构、形状、材料特性，对匹配网络进行优化设计，可提高天线的工作性能。 i关键词偶板子天线；阵歹孽；宽带；小型鹘 构、形状、材料特性；三是天线的宽带匹配技术，包括无耗 1 引言 网络和有耗网络(集中加载和分布式加载，匹配网络的形 随着现代无线通信技术的飞速发展，天线作为通信设 式等)的设计和研究；四是天线阵列技术。 备的前端关键部件．其性能的优越与否对整个通信质量起 2宽带小型化偶极子天线的理论研究 着至关重要的作用。并且，随着大规模集成电路与空间技 术的发展，各种电子设备朝着小型化与微型化方向发展． 2．1 天线Q值、带宽、增益理论 因此要求研制出能与小型化设备相适应的各种小天线。在 天线的Q值与天线尺寸、增益有着极其重要的关系， 高速运动的载体上，如飞机、导弹、舰船、航空航天飞行器 其相关理论是研究和设计电小天线的出发点。低Q值的天 等，要求天线适应空气动力学的要求，实现小型化、低轮 线技术对天线的设计和应用有着极其深刻的影响和意义， 廓、隐蔽性强、与载体共形等特点。无线超宽带通信、电视、 开展这方面的理论研究和实验研究越来越受到广泛的重 广播等业务，需要高质量地传输语音、文字、图像、数据等 视．已成为现代宽带电小天线和无线通信的极其重要课 重要信息，这要求天线实现宽带化、智能化。开展对偶极子 题。参考文献[1]就电小天线辐射特性问题，在Wheeler等 天线小型化、宽频带、阵列技术的研究有非常重要的意义。 人的研究基础上对’rE和TM模同时存在的情况进行了详 在设计和研究中。电小偶极子天线要解决的关键问题 细研究。研究表明，如果能够同时激励相等的皿和TM模 是在小型化的基础上满足其辐射特性，如增益、带宽、方向 式。可以降低Q值，得到较宽的工作频带宽度，并且得出一 图和特定波束等。为解决这个问题，主要从几个方面进行 个非常有用的公式．可用于估算电小天线增益的上界，这 考虑：一是宽带小型化偶极子天线的理论：二是天线的结 对一般094,天线增益的估算是十分简单而有益的。参考文 ’国家自然科学基金资助项目(No 行了严格的理论分析，其理论的出发点是在任意天线周围 万方数据 研究与开发 无限大空间中的电场能量或磁场能量不能代表用于计算 间填充线中以1阶Hilbert线缩小天线的尺寸最为显著。这 Q值的电抗能量，应减去与辐射部分相关联的能量来分离 为我们在小尺寸情况下设计天线提供了很好的途径。分形 出存储在天线周围的驻波电场能量和磁场能量．才能用于 结构的数目是无穷多的，目前对于分形天线的研究，大多 计算天线的Q值。Conin的理论仅适用于’rE模或TM模．还只是集中在少数比较著名的结构上．引入天线设计的分 而Fante理论适用于TE和TM模。 形还不够丰富。也没有相应系统化的研究方法。 2．2天线的数值分析及算法 最近几年来，一种被称为“左手材料”(1eft．handed 在电小天线的分析和设计中．数值计算和分析起了至 materials，LHMs)的人工等效材料在国际固体物理、材料科 关重要的作用。参考文献[4】中首先叙述了遗传算法的基本