印刷对数周期天线的设计

印刷对数周期天线的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 陈红宇 ,柴舜连 ,王生水 ,毛钧杰 ()国防科学技术大学 电子科学与工程学院 湖南 长沙 410073 摘 要 :利用印刷天线制作精度高 、一致性好的优点 ,结合对数周期天线具有超宽频带的特性 ,详细研究了单层印刷对 数周期天线的分析与设计方法 。在一般对数周期天线设计方法的基础上 ,考虑介质基板的影响 ,给出了印刷振子的长度 、间 距和宽度的修正设计方法 ,对单层印刷对数周期天线建模 ,并采用时域有限差分方法进行了分析 ,计算结果与实验结果吻合 较好 ,验证了分析与设计方法的有效性 。 关键词 :对数周期天线 ;印刷对数周期天线 ;馈电结构 ;时域有限差分法 () 文章编号 :10042373 X 2009092100203 中图分类号 : TN822文献标识码 :B Analysis and Design of Printed Log2per iodic Antenna C H EN Ho ngyu ,C HA I Shunlia n , WA N G Shengshui , MAO J unjie ( )In stit ute of Elect ro nic Science and Enginee ring ,Natio nal U nive r sit y of Defence Technolo gy ,Changsha ,410073 ,China Ab stract : U sing t he advantages of t he p rinted a ntenna s , such a s high p reci sio n a nd high co nsi stency ,co mbine t he cha rac2 t eri stics of ult ra wide ba nd of t he lo g2p erio dic a ntenna , t he a nal ysi s a nd de sign met ho d of t he mo nolayer lo g2p erio dic a ntenna a re st udied. O n t he ba si s of t he de sign of lo g2p erio dic a ntenna , t he analysi s a nd design met ho d of t he p rinted lo g2perio dic a ntenna are p resented. The numerical re sult s are co mpa red wit h t he exp erimental re sult s ,a nd t he co mp ari so n sho w s excellent agreement o ver a wild a ngle ra nge . Ke ywords :lo g2perio dic a ntenna ;p rinted lo g2p erio dic a ntenna ;f eed st r uct ure ;finite2diff erence of time do main 是平行双线 , 如图 1 所示。通过同轴线从天线底部馈 0 引 言电 ,同轴线的外 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 皮直接焊在双线的一条导带上 ,而它 () 的内导体延伸弯曲后焊在双线的另一条导带上 ,如图 2 对数周期天线 L PDA是一种非频变超宽带天线 , 它具有自相似结构 ,其电性能可以在 10 ?1 甚至更宽的 所示。这种馈电方式能起到宽频带的不平衡到平衡转[ 124 ] 换 ,并且阻抗转换比为 1 ?1 。 频带内基本上保持不变。一般的对数周期天线用圆 柱振子做成 ,其体积大 ,重量重 ,制作难度大 ,精度有限 。 将对数周期天线通过现代光刻工艺制作在微带基板上 , ( ) 构成所谓的印刷对数周期天线 PL PDA ,它具有重量 轻、体积小、易于加载、制作精度高、一致性好的优点 。 文献[ 5 ]介绍了双层印刷对数周期天线 ,它将印刷振子 分别印刷在两块基板上 ,通过两板中间的微带线从天线 底部馈电 。文献[ 6 ,7 ]提出了单层印刷对数周期天线结 构 ,并进行了实验研究。详细讨论了单层印刷对数周期 ( ) 天线的分析与设计方法 ,并用时域有限差分方法进行分 图 1 单层印刷对数周期天线 PL PDA示意图析 ,理论结果与实验结果进行了比较 ,两者吻合较好 ,说 明分析设计方法的有效性。 1 单层 PL PDA 结构 单层 PL PDA 是将辐射振子和集合线通过现代光 刻腐蚀工艺分别印制在同一块微带基板的两面 ,集合线 ( )′5 d= qd n n n 2 单层 PL PDA 设计方法 式中 : qn 表示单层 L PDA 第 n 个印刷振子的间隔修正 印刷对数周期天线的设计是在一般对数周期天线 系数 ,一般情况下 , q< 1 。n 的基础上 ,考虑微带基板的影响 ,对天线的参数进行适 当修正得来的。因此首先简要概述一般对数天线的 设计。 2 . 1 一般对数天线的设计 一般对数周期天线通常由空气集合线和圆柱振子 [ 8210 ] τσ组成 ,其几何形状由比例因子和距离因子确定, 即 : τ ( )= L / L 1 n+1 n / dd= n+1 n σ ( )( )= d/ 2 L 2 n n () 图 3 振子长度修正系数与频率 振子编号的变化关系 式中 : L n 为第 n 根振子长度; dn 为第 n 根和第 n + 1 根假设 PL PDA 的印刷振子与相对应的 L PDA 圆柱 振子间的距离。振子具有相同的阻抗特性 ,则只有两印刷振子间的部分 σττ根据 L PDA 天线增益与,关系曲线 , 选择合适的 介质填充集合线相移 k d′与相应圆柱振子间的空气集 n σ( ) 子和; 根据工作频段 , 确定阵子数目 N ; 由式 1确定振 合线相移 k d相等时 , 即 k d′= kd, 一般圆柱对数周 0 n n 0 n ( ) ρ的长度 L , 振子的间距 d, 振子的半径由式 3n n n 确期天线的特性才与印刷对数周期天线的特性一致 。故 : 定 : ( )ρ( ρ) 3 ε= L / l/qλ 1( )nn n re 6 / ρ 式中 : l/为振子长度半径比 ,一般取为 125 。这样就确2 . 2 . 3 印刷振子宽度的修正 印刷定了一般 L PDA 天线的结构 ,本文选择的设计参数 : 工 () 振子的宽度由式 7确定 : τσ作频段为 01 4,31 2 GHz ,= 01 88 ,= 01 14 , n = 22 。 ( )πρ W 7 = nn 2 . 2 单层 PL PDA 的参数修正 2 . 2 . 4 集合线宽度的确定微带基板对印刷振子和印刷集合线起到介质加载 Ω 为了与 50 的同轴馈线匹配 ,集合线的实际阻抗 的作用 ,因此在一般 L PDA 的设计基础上 ,印刷 L PDA Ω 应为 50 ,考虑到高端非谐振振子的电容加载作用 ,集 的振子长度、间隔和振子宽度要视加载情况做相应的 Ω Ω合线的阻抗比 50 稍大 ,取为 65 。 修正。 2 . 2 . 1 印刷振子长度的修正 3 实验结果 由于介质加载的作用 ,印刷振子的谐振频率发生偏 这里给出了一个 PL PDA 实例。天线的设计频段移。为了保证印刷振子仍然谐振在设计频率上 ,印刷振 为 01 4,31 2 GHz ,介质基片的相对介电常数为 21 5 ,厚 子长度必须修正 : 度为 11 0 mm 。理论分析与实际测量的驻波和方向图 ( )4 L n = pn L n 如图 4,图 6 所示。 式中 : p 表示单层 L PDA 第 n 个印刷振子的长度修正n 系数 ,一般情况下 p< 1 。长度修正系数 p 采用时域 n n 有限差分法对单个振子的电磁仿真确定 ,它不仅与介质 () 加载情况有关 ,还与频率 这里以 n 表示有关。图 3 给 ( ) 出单层 PL PDA 振子长度修正系数随频率 振子编号 ( ) 的变化趋势。由图 3 可见 ,随着频率的升高 n 越大, 图 4 单层 PL PDA 驻波的仿真与实验结果振子的缩短系数呈逐渐减小的趋势。 从图 4,图 6 中可见 : 对于单层 PL PDA ,在 01 4, 2 . 2 . 2 印刷振子间隔的修正 31 8 GHz 频段内 ,理论计算和实测驻波均小于 2 ,并且 由于介质加载的作用 ,电磁波在部分介质集合线中 两者吻合较好 ;计算得到的方向图与实验测得方向图也 ε(ε) 的传播常数 k = k为等效介电常数,它不同 于0 re re 吻合较好 ,这 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 对印刷 L PDA 天线的分析与设计是 一般空气集合线的传播常数 k。因此振子间隔必须0 法设计的单层印刷对数周期天线具有良好的宽频带特 性 、驻波特性和方向图特性 ,此类天线还具有重量轻、制 作精度高的特点 ,更重要的是由于介质板的加载作用 , 可使天线长度和宽度大大缩短 ,在天线尺寸受到限制的 领域有应用价值。 参 考 文 献 [ 1 ] 康 行 健. 天 线 原 理 与 设 计 [ M ] . 北 京 : 国 防 工 业 出 版 社 ,1995 . 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Design of a Camp bell C , Tra bo ulay I , Sut her s M S , [ 10 ] 刷型对数周期天线的设计方法和分析方法 , 还给出了St ripline Lo g2p erio dic Diople A ntenna [ J ] . IE E E Tra ns. o n PL PDA 的算例。理论与实验结果表明 :基于该设计方() A P ,1977 ,25 5:7182721 . 作者简介 陈红宇 男 ,1976 年出生 ,硕士研究生 。主要研究方向为微波电路设计 ,微带天线 。 () 上接第 91 页 [ 4 ] 欧阳缮 , 方惠均. 数值稳健的自适应二阶 Volter ra 滤波器 [ 9 ] Peter M ,Clarkson. Miro slav V ,Dokic. A Second Order Adaptive () [J ] . 电子学报 ,1995 ,23 11:84286 . 2stage L at tice Prep roce sso r [J ] . Volter ra Filter U sing a Two[ 5 ] 胡钋 ,韩进能. 渥尔特拉最佳滤波器及其应用于非线性系统 Aco ustic s , Sp eech , a nd Signal Proce ssing , 1993 , 3 : () 辨识[J ] . 武汉大学学报 ,2004 ,37 1:1202124 . 4202 423 . [ 6 ] 佟斌 ,赵春晖. 一种非线性系统自适应辨识的新方法[ J ] . 应 [ 10 ] Fan Ho ng ,L i u Xia qi . GAL a nd L SL Revi sited : New Co n2 () 用科技 ,2004 ,31 10:426 . [ 7 ] 刘岚 ,胡钋 ,韩进能. 一种改进的二阶沃尔特拉滤波器 L M S () ver gence Re sult s [J ] . Tra ns. o n Proce ssing ,1993 ,41 1:552 () 算法[J ] . 通信学报 ,2002 ,23 6:1222128 . 66 . [ 8 ] J ae Ha Yoo , Sung Ho Cho ,Dae Hee Yo un. 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