一种宽带短波环形天线的设计
Design of a Broadband HF Loop
Antenna
目 录
中文摘要、关键词 ................................................................................ Ⅰ 英文摘要、关键词 ................................................................................ Ⅱ 引 言 .................................................................................................. 1 第一章 课题研究的背景及意义 ........................................................... 2
1.1 宽带短波环形天线的研究背景 .......................................................... 2 1.2 课题研究的意义 ............................................................................. 2 1.2.1 短波通信..................................................................................... 2 1.2.2 短波天线..................................................................................... 4 1.2.3 车载宽带短波NVIS半环鞭天线的意义............................................ 5
第二章 环形天线的宽带化和集总加载技术 ........................................ 7
2.1 环形天线 ....................................................................................... 7 2.1.1天线的电性能指标......................................................................... 7 2.1.2环形天线的概念 ............................................................................ 9 2.2 宽带天线的概念及实现 .................................................................... 9 2.2.1 天线的工作带宽及限制带宽的主要因素 ........................................... 9 2.2.2 实现线天线宽带化的主要方法 ....................................................... 10 2.3 集总加载对小环天线性能的影响 ...................................................... 11
第三章 宽带短波环形天线的优化设计方法 ......................................... 15
3.1宽带短波NVIS半环鞭天线的设计 .................................................... 15 3.1.1 天线模型.................................................................................... 15 3.1.2宽带短波NVIS半环鞭天线的原理 .................................................. 16
3.1.3 宽带短波NVIS半环鞭天线设计方案 .............................................. 16 3.1.4天调系统 .................................................................................... 18 3.2 矩量法 ......................................................................................... 18 3.2.1 矩量法基本原理 ........................................................................ 19 3.2.2 矩量法方程的求解 ....................................................................... 21 3.3遗传算法在线天线优化设计中的应用 ................................................ 22 3.3.1遗传算法原理 .............................................................................. 22 3.3.2遗传算法在天线加载问题中的应用 ................................................ 23 3.4 宽带短波NVIS半环鞭天线的设计结果及分析.................................... 25
第四章 基于CST的宽带短波NVIS半环鞭天线优化设计 .................. 27
4.1宽带短波NVIS半环鞭天线的CST优化设计 ...................................... 27 4.1.1 CST概述 .................................................................................... 27 4.1.2 使用CST优化天线性能参数的主要过程 ......................................... 28 4.2 短波环天线主要性能参数的CST仿真及结果分析 .............................. 29 4.2.1天线输入阻抗的CST仿真及结果分析 ............................................. 29 4.2.2天线方向图的CST仿真及结果分析 ................................................ 33 4.3结果分析及改进方案 ...................................................................... 41
结 论 ................................................................................................... 43 致 谢 ................................................................................................... 44 参考文献 ............................................................................................... 45 附录....................................................................................................... 46
一种宽带短波环形天线的设计
摘要：在现代通信技术中，天线的宽带化和小型化是天线研究中的一个重要课题。环形天线具有结构简单、成本低、体积小、重量轻等诸多优点。同时在短波（2～30MHz）通信中存在明显的盲区效应，解决该问题的方法是对这一区域的通信采用近垂直入射天波（NVIS，Near Vertical Incidence SKY wave）传播通信方式。论文提出了一种车载宽带短波NVIS半环鞭天线，对这种天线进行集中加载来实现宽带化，通过矩量法(MoM)计算加载元件对天线电流分布的影响，继而估算出天线的输入阻抗、电压驻波比（VSWR）以及天线增益等特性参数；利用遗传算法（GA）对加载元件参数进行优化，得到趋于某一平均值、较平缓的输入阻抗曲线，然后在CST中设置初始参数进行优化。使该半环天线增益达到1dBi~11dBi,在
2MHz?f?6MHzVSWR?2?3，在6MHz?f?30MHz频率范围内频率范围内VSWR，且在6MHz?f?30MHz范围内驻波比可小于1.5。该半环天线在
2MHz～30MHz内辐射仰角高、全向辐射特性好，通信距离可达1000km。论文设计的半环天线不仅消除了短波通信盲区，而且基本实现天线的宽带化和小型化，达到通信要求。
关键词：短波通信 加载 矩量法 遗传算法 半环天线 CST
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