【正文】 l parameters in the CST to optimize. So that the halfloop antenna gain of 1dBi ~ 11dBi. In the frequency range of ,。天線從簡單的偶極子天線,發(fā)展到目前不同頻段、不同形式的線天線、面天線,而用于不同部門,如雷達天線、廣播電視天線、微波通訊天線等等,只要把有用的信息有效地向空間輻射出去而不引起自身出現(xiàn)問題的物體都可以認為是天線。但是,短波通信存在明顯的盲區(qū)效應。 在現(xiàn)代通信技術中,為了實現(xiàn)保密通信,消除干擾,將廣泛應用多頻段、多功能電臺和寬帶跳頻電臺,跳頻速率越來越高,跳頻范圍也越來越寬。由于衛(wèi)星通信的出現(xiàn)和發(fā)展,使短波通信受到了較長時間的冷落。美國重新把短波信道作為戰(zhàn)略的和戰(zhàn)術主干線和二級線路。其傳播途徑主要取決于地面的電特性。隨著無線電通信新技術的不斷涌現(xiàn),天波傳播弱點對短波通信的影響,正在逐步被克服。二是常用的有效方法就是選用高仰角天線,也稱“高射天線”或“噴泉天線”,縮短天波第一跳落地的距離。另外采用環(huán)形集總加載的方法是比較方便和容易實現(xiàn)的。(2)天線結構由線天線向環(huán)天線的變化是NVIS天線的發(fā)展趨勢。隨著我軍現(xiàn)代化對于通信系統(tǒng)保障的要求的不斷提高,建立連續(xù)的短波通信覆蓋已成為當前緊迫的任務。工程上常采用在天線最大輻射方向上的兩個相互垂直的平面內的方向圖來表示天線的方向性,它們分別稱為E面和H面的方向圖。(2)效率 天線的效率可以度量天線轉換能量的有效性,它也是天線的重要指標之一。而有些天線輸入阻抗對饋電點的結構異常敏感。當端接負載的阻抗等于環(huán)的特性阻抗時,環(huán)上的電流為行波分布。 寬帶天線的概念及實現(xiàn) 天線的工作帶寬及限制帶寬的主要因素 由于天線的各項電指標一般都是隨頻率變化的因而天線帶寬也就取決于各項電指標的頻率特性。通常,天線主要電指標均有其各自定義的帶寬,它們分別是:(1)方向圖帶寬 由于方向圖是描述天線方向性的重要指標,而當頻率偏離設計頻率時,有可能發(fā)生主瓣指向偏移、主瓣分裂萎縮、副瓣電平增大、前后輻射比下降等。通常,諧振式天線(如對稱振子或單極子天線等)多采用這種表示方法。(2)利用插入分布或者集總網絡來展寬天線的工作帶寬 將電抗元件、阻抗元件、介質材料或有源器件置于天線的某一部分之中,其目的或是為了縮小天線尺寸、或是為了提高效率、或是為了增大帶寬,這種方式稱為天線加載加載元件可以是有源的或是無源的,可以是分布參數(shù)元件,也可以是集總參數(shù)元件。分布加載通常是由導電介質按照一定規(guī)律涂敷到絕緣芯上形成無反射行波天線。若忽略沿線電流的衰減,加載圓環(huán)上行波電流分布的表示式為: (27) 電流環(huán)在遠區(qū)觀察點產生的矢位為 (28) 式中,為坐標原點至觀察點的距離,有上標“”表示源點坐標,無“”表示場點坐標。 分析加感點的電抗可知,在電感元件接入之前 (211) 由傳輸線理論近似估算得: (212) 式中為圖中b、c兩點間的長度,即加感點與接地點之間天線線段的長度。 第三章 寬帶短波環(huán)形天線的優(yōu)化設計方法 寬帶短波NVIS半環(huán)鞭天線的設計 本設計是一種寬帶短波半環(huán)NVIS天線,該天線工作于短波波段(230MHz),具有全向輻射特性,通信距離可達01000km以上,除能夠提供有效的NVIS通信外,還具有結構穩(wěn)定、風阻系數(shù)小、輪廓低以及雷達散射截面積小等性能,使得該天線很適合應用作車載天線。如果實際地面與理想情況差別較大,例如地面不是理想導電面或者金屬面不是無限大的平面,則應對此作適當修正。因為等效環(huán)天線半徑小于工作波長,因此可以用電小環(huán)天線輻射特性來估這種天線的輻射方向圖。4天調系統(tǒng),是由阻抗變換器(可使用變壓器實現(xiàn)阻抗變換)及LC串、并聯(lián)電路組成的匹配網絡以及控制開關等組成的系統(tǒng),其輸出端與金屬鞭狀半環(huán)1的輸入端連接,輸入端與同軸線饋線5的輸出端固定連接,其作用協(xié)調饋電電纜輸出端口與天線輸入之間的關系,完成阻抗匹配,可以很大程度上提高發(fā)射效率,實現(xiàn)電信號的有效傳輸。,圖中,采用了5個理想變壓器阻抗變換器及LC倒L型無源網絡,控制開關起到在不同頻率段將適合該頻率段的匹配電路接入系統(tǒng)的作用,1為從天線饋線流入的電信號,2為經天調系統(tǒng)流入天線的電信號,3為控制開關,Li、(i1,2,…,5),為電感和電容,Ni:N0為理想變壓器阻抗變換器的線圈匝數(shù)比(i1,2,…,5)。分段基函數(shù)可以對任一形狀的輻射體分段處理,因而更方便,應用也更廣泛。M39。 天線中饋激勵電壓V0,并取脈沖函數(shù)作為展開函數(shù),權函數(shù): (310)令(311) (312)則由 (313)得 (314) (315)式中m1,2…,N。 遺傳算法是模擬生物在自然環(huán)境中的遺傳和進化過程而形成的一種自適應全優(yōu)化概率搜索算法。它只需要利用目標函數(shù)的取值信息,而無需梯度等高價信息,適合于無表達式或有表達式的任何類函數(shù),具有可實現(xiàn)的并行計算行為。(4)接受:把個子代放到新的種群中去。遺傳算法需要優(yōu)化的是加載電路的電路參數(shù)R、L、C,使之在一個寬頻帶內增益和駐波比都達到最優(yōu)值。 遺傳算法在天線加載問題中的應用 下面我們便用優(yōu)化算法來對半環(huán)鞭天線加載以展寬頻帶縮小尺寸的問題進行優(yōu)化求解。(2)交叉(Cross):通過一定的方法和概率將選擇出的結果進行重新組合。它模擬達爾文的自然進化論和孟德爾的遺傳變異理論,具有堅實的生物學基礎。 遺傳算法是仿生算法的一種,就是仿照自然界中生物進化過程的一種算法。 由此可見,如果方程36構建起來,則剩下的工作就如何有效地求解矩陣方程,得到天線上的電流分布,從而獲得所感興趣的輻射場問題和輸入阻抗問題等。權函數(shù)與基函數(shù)作內積形成矩陣方程,從而可以將未知量寫成以下形式 (36) 式中[V]是電壓矩陣,為列矢量,除了饋電點電壓之外,列矢量中所有單元都為零。 展開函數(shù)又稱為基函數(shù),常分為兩類,一類是整域基函數(shù),定義在J的整個域上。由于RLC并聯(lián)網絡便于在電磁場仿真軟件中實現(xiàn),本文選擇RLC并聯(lián)電路作為集中加載元件進行設計和仿真。RLC并聯(lián)等效網絡2固定加載在金屬鞭狀半環(huán)1的頂部中間,將金屬鞭狀半環(huán)分做兩段,并通過螺紋結構分別與兩天線鞭臂固定連接,它的作用是改善未加載該RLC等效網絡時的鞭狀半環(huán)上的電流分布,從而改善未加載天線的輻射特性和阻抗特性。 車載半環(huán)鞭天線依據(jù)所配置的車輛大致可以分成履帶式和膠輪式兩類。 寬帶短波NVIS半環(huán)鞭天線的原理 在我們所研究的區(qū)域之外,可以用假想的電荷或電流來代替原來的邊界,只要這些電荷或電流和區(qū)域中原有的電荷或電流產生的場滿足原來的邊界條件,則根據(jù)電磁場唯一性定理,兩種情況在所研究的空間中有相同的解。然而天線加載在拓寬天線頻帶的同時往往犧牲了天線的增益。(2)電感加載 如果在半環(huán)天線的中部某點加入一定數(shù)值的感抗(),就可以適當?shù)攸c距離天線接地點之間的線段所呈現(xiàn)的電抗,從而改變加感點距離饋電點之間的電流分布,使環(huán)線上總電流均勻分布。用類似計算對稱振子平均特性阻抗的方法,可以近似求出加載圓環(huán)天線的平均特性阻抗。 集總加載對小環(huán)天線性能的影響 線天線的輸入阻抗或導納和電流分布受到天線加載的很大影響,通過對線天線的加載,使天線上部分或全部呈現(xiàn)行波電流分布,不僅極大地擴展了天線工作頻帶,而且可以控制天線的方向性。 實現(xiàn)電小線天線寬帶化的主要方法(1)采用機機電結合的方式,合理設計天線結構,使具有寬頻特性 例如伸縮式短波、超短波直立天線,其天線長度利用機電結合的辦法進行控制,使之在不同頻率上始終保持在串聯(lián)諧振長度上,即電長度保持不變,以實現(xiàn)在相當寬的頻帶內具有良好的方向性和阻抗匹配特性。增益比較明顯地下降,因此,該項指標往往限定了下限工作頻率的值。窄帶和寬帶都是相對的概念,沒有嚴格的定義,習慣上認為就是寬帶天線。由于小環(huán)天線的周長遠遠小于一個波長,主要產生和響應電磁信號的磁分量,而大多數(shù)人造干擾源主要產生電場輻射,所以小環(huán)天線具有噪聲免疫特性,尤其適合用于干擾和抖動的工作環(huán)境。,稱為小環(huán)天線,環(huán)上的電流近似按等幅同相分布。(4)阻