一种宽带短波环形天线的毕业设计（可编辑）

1、一种宽带短波环形天线的毕业设计 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、关键词英文摘要、关键词引言1第一章 课题研究的背景及意义21.1 宽带短波环形天线的研究背景21.2 课题研究的意义21.2.1 短波通信21.2.2 短波天线41.2.3 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72.1 环形天线72.1.1天线的电性能指标72.1.2环形天线的概念92.2 宽带天线的概念及实现92.2.1 天线的工作带宽及限制带宽的主要因素92.2.2 实现线天线宽带化的主要方法102.3 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153.1宽带短波NVIS半环鞭天线的设计153.1.1 天线模型153.1.2宽带短波NVIS半环鞭天线的原理163.1.3 宽带短波NVIS半环鞭天线设计方案163.1.4天调系统183.2 矩量法183.2.1 矩量法基本原理 193.2.2 矩量法方程的求解213.3遗传算法在线天线优化设计中的应用223.3.1遗传算法

2、原理223.3.2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274.1宽带短波NVIS半环鞭天线的CST优化设计274.1.1 CST概述274.1.2 使用CST优化天线性能参数的主要过程284.2 短波环天线主要性能参数的CST仿真及结果分析294.2.1天线输入阻抗的CST仿真及结果分析294.2.2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(230MHz)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,

3、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1dBi11dBi,在频率范围内,在频率范围内,且在范围内驻波比可小于1.5。该半环天线在2MHz30MHz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CSTDesign of a Broadband HF Loop AntennaAbstract:In modern communication technologies, the development of antenna with wideband and small size characteristics became an important subject in the field of antenna. Loop antenna has simple struc

4、ture, low cost, small volume, light weight, and many other advantages. While short-wave 2 30MHz communications obvious blind spot effect, to solve the problem is the communication of this region using NVIS transmitted communications. This paper puts forward a kind of car NVIS shortwave broadband antenna, which is whip half ring. Concentrated load of such antennas to achieve broadband. Through the method of moments MoM calculated load components of the antenna current distribution, then estimate

5、the antenna input impedance, voltage standing wave ratio VSWR and the antenna gain and other parameters. Using genetic algorithms GA to optimize the parameters of the load device, have become a mean, more gentle curve of input impedance. And then set the initial parameters in the CST to optimize. So that the half-loop antenna gain of 1dBi 11dBi. In the frequency range of ,; in the frequency range of ,; and VSWR can be less than 1.5 in the range ofThe half-loop antenna radiation in the 2MHz 30MHz

6、 in high elevation, all the radiation properties is good, and the communication distance can up to 1000km. This design not only eliminates the short-wave communications blackout, and realizing the broadband antenna and small, to communication requirements.Key words:Short-wave communications; Lumped Loading; MoM; GA ; Loop antenna ; CST引言 天线是发射和接收电磁波的一个重要的无线电设备。天线从简单的偶极子天线,发展到目前不同频段、不同形式的线天线、面天线,而用于不同部门,如雷达天线、广播电视天线、微波通讯天线等等,只要把有用的信息有效地向空间辐射出去而不引起自身出现问题的物体都可以认为是天线。按用途,天线可分为发射和接收两大类。 随着科学技术的飞速发展,社

7、会已经进入了信息时代,信息的快速而广泛的传递形成了信息社会最重要的特征。以现代无线通信、卫星通信、舰船通信以及雷达信息为代表的各种无线传递方式对电子技术的应用提出了越来越高的要求。随着无线通信中语音业务、窄带和宽带数据业务、卫星广播、卫星定位的兴起,移动通信产品市场需求的日益膨胀,只有那些体积小,携带方便,高灵敏度,高稳定性的无线通信产品才能满足需求。天线作为通信设备中的前端部件,对通信质量起着至关重要的作用,传统的天线形式和功能在一定程度上不能跟上电子器件小型化发展的需求,这种与现代信息传递要求相适应的天线的发展方向是小尺寸、宽频带、高效率、大容量、多功能等。 宽带短波环形天线具有天线所要求的宽带化、小型化,实现保密通信,消除干扰等优点,在现代通信中对其的研究越来越重要。短波(230MHz)通信设备紧凑,通信距离远,建立速度快,抗摧毁性强,是军事通信中最基本的通信手段。但是,短波通信存在明显的盲区效应。例如,使用常见的短波车载天线,地波传播距离一般最远达2030公里,在实际中,由于高山或建筑物的遮挡,也会出现在5km外接收不到信号的情况;而天波从电离层反射落地的最短距离一般约为100

8、公里,这样在地波极限与天波传播最短距离之间就形成了通信“盲区”。传统上盲区处于30480公里之间,这一区域在战术通信中十分重要,但在这一区域建立短波通信却比较困难。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。 第一章 课题研究的背景及意义1.1 宽带短波环形天线的研究背景 近几十年来,科学技术的飞速发展和人们生活日益现代化与社会化,对电子技术的应用提出了更高的要求。例如电视、广播、通信等业务,不仅要求高质量地传输语言、文字、图像、数据等信息,而且还要求设备宽带化、共用化。因此,与无线电设备发展趋势相适应,宽频带天线的研究也日益活跃,成为天线学科研究领域中的一个重要分支。 在现代通信技术中,为了实现保密通信,消除干扰,将广泛应用多频段、多功能电台和宽带跳频电台,跳频速率越来越高,跳频范围也越来越宽。原有的窄带天线已无法满足要求,即使可调谐天线也无法满足快速的跳频速率。同时,在移动平台,狭小的空间内若密布多副天线,相互之间的干扰较为严重,影响通信质量,这也要求研制的天线能覆盖很宽的频段,有的

9、甚至达到十几个倍频以上,使多个电台共用一副天线来减少天线数量,并且要求天线效率高,损耗小,能承受较大的发射功率等特点,从而保证通信质量。在这种背景下,天线的宽带化和小型化就成为天线研究中的一个重要课题,特别是工作在短波波段上的天线,由于工作频率低,天线的工作波长都比较长,天线的物理尺寸都比较小,而且采用环形集总加载的方法是比较方便和容易实现的,从而研发性能优良的宽带短波环形天线成为工程实现中亟待解决关键技术。1.2 课题研究的意义1.2.1 短波通信 短波通信是历史最为久远的无线电通信。它是战略通信网的重要组成部分。短波通信设备简单、机动灵活、成本低廉,可用较小的发射功率直接进行远距离通信。所以,在很长一段时期中,一直是重要的通信手段,特别是实现远距离通信的主要手段。由于卫星通信的出现和发展,使短波通信受到了较长时间的冷落。和卫星通信比较,短波信道是随机参量信道,稳定性和可靠性差,通信速率低。人们以为短波通信会被卫星通信取代。由此造成对短波通信投资的急剧减少和科研的削弱。连美军1976年制定的综合战术通信计划中,仅把短波通信列为补充和备用手段。由于短波通信技术的进步,其可靠性、稳定性、通信质量与通信速率提高到新的水平。与卫星通信及有线通信相比,短波通信介质的电离层不易遭受人为破坏。短波通信被重新确定了其重要的位置。美国重新把短波信道作为战略的和战术主干线和二级线路。在我国短波通信网是战略通信网之一。是战时作战指挥通信中的“杀手锏”之一,是和平时期防暴乱、抢险救灾的应急通信手段。短波通信有时甚至是唯一的通信手段。短波通信愈来愈受到重视。1、短波传播方式 短波的基本传播途径有两种:地波(表面波)传播和天波传播。天波传播是短波通信的主要传输方式。(1)地波传播 沿大地与空气的分界面传播的电波,叫地面波或表面波

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