【正文】 建 立 單 元 試 函 數(shù) ， 以 某 種 方 法 給 出 單 元 各 狀態(tài) 變 量 的 離 散 關(guān) 系 ， 從 而 形 成 單 元 矩 陣 （ 結(jié) 構(gòu) 力 學(xué) 中 稱(chēng) 剛 度 陣 或 柔 度 陣 ） 。 顯 然 單 元 越 小（ 網(wǎng) 絡(luò) 越 細(xì) ） 則 離 散 域 的 近 似 程 度 越 好 ， 計(jì) 算 結(jié) 果 也 越 精 確 ， 但 計(jì) 算 量 及 誤 差都 將 增 大 ， 因 此 求 解 域 的 離 散 化 是 有 限 元 法 的 核 心 技 術(shù) 之 一 。 有 限 元 求 解 問(wèn) 題 的 基 本 步 驟 通 常 為 ：第 一 步 ： 問(wèn) 題 及 求 解 域 定 義 ： 根 據(jù) 實(shí) 際 問(wèn) 題 近 似 確 定 求 解 域 的 物 理 性 質(zhì) 和 幾何 區(qū) 域 。 經(jīng) 過(guò) 短 短 數(shù) 十 年 的 努力 ， 隨 著 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) 的 快 速 發(fā) 展 和 普 及 ， 有 限 元 方 法 迅 速 從 結(jié) 構(gòu) 工 程 強(qiáng) 度 分 析計(jì) 算 擴(kuò) 展 到 幾 乎 所 有 的 科 學(xué) 技 術(shù) 領(lǐng) 域 ， 成 為 一 種 豐 富 多 彩 、 應(yīng) 用 廣 泛 并 且 實(shí) 用高 效 的 數(shù) 值 分 析 方 法 。 有 限 元 的 概 念早 在 幾 個(gè) 世 紀(jì) 前 就 已 產(chǎn) 生 并 得 到 了 應(yīng) 用 ， 例 如 用 多 邊 形 （ 有 限 個(gè) 直 線 單 元 ） 逼近 圓 來(lái) 求 得 圓 的 周 長(zhǎng) ， 但 作 為 一 種 方 法 而 被 提 出 ， 則 是 最 近 的 事 。 由 于 大 多 數(shù) 實(shí) 際 問(wèn) 題 難 以 得 到 準(zhǔn) 確解 ， 而 有 限 元 不 僅 計(jì) 算 精 度 高 ， 而 且 能 適 應(yīng) 各 種 復(fù) 雜 形 狀 ， 因 而 成 為 行 之 有 效的 工 程 分 析 手 段 。 它 將 求 解 域 看 成 是 由 許 多 稱(chēng) 為 有 限 元 的 小 的 互 連 子 域 組 成 ， 對(duì)每 一 單 元 假 定 一 個(gè) 合 適 的 (較 簡(jiǎn) 單 的 ） 近 似 解 ， 然 后 推 導(dǎo) 求 解 這 個(gè) 域 總 的 滿 足條 件 (如 結(jié) 構(gòu) 的 平 衡 條 件 ） ， 從 而 得 到 問(wèn) 題 的 解 。 三 維 方 向 圖 分 為 球 坐 標(biāo) 三 維 方 向 圖 和 直 角坐 標(biāo) 三 維 方 向 圖 ， 二 維 方 向 圖 分 為 極 坐 標(biāo) 方 向 圖 和 直 角 坐 標(biāo) 方 向 圖 兩 種 。方 向 性 函 數(shù) 繪 制 出 的 方 向 圖 稱(chēng) 為 歸 一 化 方 向 圖 ， 采 用 無(wú) 量 綱 的 相 對(duì) 值 或 分 貝表 示 。 通 常 討 論 在 遠(yuǎn)場(chǎng) 半 徑 為 常 數(shù) 的 大 球 面 上 ， 天 線 輻 射 （ 或 接 收 ） 的 功 率 或 者 場(chǎng) 強(qiáng) 隨 位 置 方 向 坐標(biāo) 的 變 化 規(guī) 律 ， 并 分 別 稱(chēng) 為 功 率 方 向 圖 和 場(chǎng) 方 向 圖 。 方向圖方 向 圖 是 方 向 性 函 數(shù) 的 圖 形 表 示 ， 他 可 以 形 象 描 繪 天 線 輻 射 特 性 隨 著 空 間 方向 坐 標(biāo) 的 變 化 關(guān) 系 。 0表 示 全 反 射 ， 無(wú) 窮 大 表 示 完 全 匹配 。 回 波 損 耗 ： 它 是 反 射 系 數(shù) 絕 對(duì) 值 的倒 數(shù) ， 以 分 貝 值 表 示 。 在 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 中 ， 一 般 要 求 駐 波 比小 于 ， 但 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 VSWR應(yīng) 小 于 。 駐波比它 是 行 波 系 數(shù) 的 倒 數(shù) ， 其 值 在 1到 無(wú) 窮 大 之 間 。在 我 們 日 常 維 護(hù) 中 ， 用 的 較 多 的 是 駐 波 比 和 回 波 損 耗 。 天線 的 匹 配 工 作 就 是 消 除 天 線 輸 入 阻 抗 中 的 電 抗 分 量 ， 使 電 阻 分 量 盡 可 能 地 接 近南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 12 頁(yè)饋 線 的 特 性 阻 抗 。 超寬帶天線的主要參數(shù) 天線的輸入阻抗天 線 的 輸 入 阻 抗 是 天 線 饋 電 端 輸 入 電 壓 與 輸 入 電 流 的 比 值 。 為 了 增 加 輻 射 效 率 ， 在 工 作 帶 寬 內(nèi) 要 求 源 脈 沖 電 路 和 UWB 天線 之 間 有 很 好 的 阻 抗 匹 配 。 尤 其 是 對(duì) 于 移 動(dòng) 設(shè) 備 的UWB 通 信 ， 由 于 設(shè) 備 功 率 受 限 ， 則 對(duì) 功 率 穩(wěn) 定 性 要 求 更 高 。 相 位 中 心 的 變 化 可 能 會(huì) 導(dǎo) 致 發(fā)射 脈 沖 失 真 和 接 收 機(jī) 的 性 能 變 壞 。 同 時(shí) ， 在 UWB 脈 沖 源 輸 出 端 安 裝 一 個(gè) 隔 離 器 ， 以 減 小 天 線反 射 波 對(duì) 脈 沖 源 的 影 響 。 但 是 在 超 寬 帶 應(yīng)用 中 ， 由 于 天 線 發(fā) 射 窄 脈 沖 序 列 ， 系 統(tǒng) 要 求 天 線 的 相 對(duì) 帶 寬 很 寬 ， 情 況 就 變 得很 復(fù) 雜 ， 因 此 超 寬 帶 天 線 也 就 有 了 不 同 于 傳 統(tǒng) 窄 帶 、 寬 帶 天 線 的 一 些 技 術(shù) 特 點(diǎn) ，主 要 表 現(xiàn) 如 下 ：在 工 作 帶 寬 內(nèi) 要 保 證 UWB 天 線 具 有 很 好 的 匹 配 抗 ， 這 要 求 UWB 天 線 在 整個(gè) 工 作 頻 帶 內(nèi) 駐 波 電 壓 比 低 而 平 穩(wěn) 。嚴(yán) 格 的 講 ， FCC 的 定 義 沒(méi) 有 規(guī) 定 天 線 的 帶 寬 ， 因 為 天 線 的 輻 射 功 率 也 依 賴(lài) 于 發(fā)射 功 率 的 頻 譜 響 應(yīng) 。 另 外 ， FCC 又 把 操 作Hf Lf帶 寬 大 于 等 于 50OMHz 的 天 線 定 義 為 超 寬 帶 天 線 。 第 一 種 由 DARPA 在 1990 年 定 義 的 ， 其 相 對(duì) 帶 寬 為 25%， 第 二 種 是最 近 由 FCC 定 義 的 ， 其 相 對(duì) 帶 寬 是 20%。南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 10 頁(yè)第 2 章 超寬帶天線的基礎(chǔ)理論 超寬帶天線的基本概念顧 名 思 義 ， 超 寬 帶 天 線 擁 有 很 高 的 帶 寬 。 第 六 章介 紹 模 型 制 作 及 用 網(wǎng) 絡(luò) 分 析 儀 對(duì) 其 進(jìn) 行 測(cè) 試 ， 并 與 仿 真 結(jié) 果 進(jìn) 行 比 較 ， 說(shuō) 明 其研 究 意 義 。 第 四 章 對(duì) 一 個(gè) 超 寬 帶 天 線 設(shè) 計(jì) 和 研 究 。 第 二 章 主 要 介 紹 了 超 寬 帶 天 線 的 基 本 概 念 ， 性 能 參 數(shù) 及 特 點(diǎn) 。 主要章節(jié)安排首 先 就 課 題 研 究 的 背 景 和 意 義 做 出 說(shuō) 明 。 這 兩 種 天 線 具 有 低 剖 面 結(jié) 、 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 、 寬 頻 帶 、 小 型 化 、 易 于 制 造 等 諸 方面 的 優(yōu) 點(diǎn) 。 根 據(jù) 仿 真 數(shù) 據(jù) ， 本 文 設(shè) 計(jì) 并 研 究 了 兩 種 類(lèi) 型 的 超 寬 帶 天 線 ，一 種 是 帶 兩 個(gè) 對(duì) 稱(chēng) 臂 的 矩 形 平 面 單 極 子 天 線 ， 另 一 種 是 彎 折 結(jié) 構(gòu) 的 平 面 單 極 子天 線 。 等 角 螺 旋 天 線 [7]在 到 6GHz 的 頻 帶 內(nèi) 實(shí) 現(xiàn) 了 大 于 6dB 的 圓 極 化 帶 寬 ， 但 是 尺 寸 太 大 。 接 著 出 現(xiàn) 了 一 種 平 面 小 型 化 漸 變 環(huán) 型 槽南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 9 頁(yè)饋 電 超 寬 帶 天 線 ， 提 供 的 阻 抗 帶 寬 可 從 ， 它 占 有 的 空 間 小并 且 在 工 作 頻 段 內(nèi) 具 有 幾 乎 一 致 的 輻 射 方 向 特 征 。 (3)LTCC超 寬 帶開(kāi) 槽 式 天 線 [5]， 這 種 天 線 可 以 與 其 它 射 頻 電 路 共 地 ， 輻 射 元 是 橢 圓 狀 ， 它 的 阻抗 帶 寬 為 ， 在 低 頻 處 有 準(zhǔn) 全 向 輻 射 特 性 。 2022年 出 現(xiàn) 了 很 多 微 帶 超 寬 帶 天 線 :(1)印 制圓 盤(pán) 單 極 子 超 寬 帶 天 線 ， 它 的 地 平 面 和 輻 射 元 處 在 同 一 平 面 ， 因 此 適 于 集 成 在印 制 電 路 板 上 ， 其 匹 配 阻 抗 帶 寬 為 ， 并 且 具 有 全 向 輻 射 特 性 。2022年 ， 人 們 提 出 了 一 個(gè) 方 形 貼 片 天 線 [3]， 它 有 兩 個(gè) 階 梯 狀 的 饋 線 變 換 ，中 間 還 開(kāi) 了 個(gè) 槽 。近 半 個(gè) 世 紀(jì) 以 來(lái) ， 電 磁 波 與 周 期 性 結(jié) 構(gòu) 間 相 互 作 用 的 研 究 一 直 沒(méi) 有 間 斷 。 研究現(xiàn)狀自 從 1873 年 麥 克 斯 韋 (Maxwell)從 理 論 上 預(yù) 言 電 磁 波 存 在 ， 并 于 1879 年 由 馬 可 尼 (Marconi)首 次 獲 得 一 個(gè) 完 整 的 天 線 電 報(bào) 系 統(tǒng) 專(zhuān) 利 以 來(lái) ， 伴 隨 著 科 學(xué)技 術(shù) 的 不 斷 進(jìn) 步 ， 人 類(lèi) 對(duì) 自 然 界 廣 泛 存 在 的 電 磁 波 這 一 物 質(zhì) 形 態(tài) 的 認(rèn) 識(shí) 在 不 斷深 化 ， 創(chuàng) 造 了 多 種 多 樣 的 電 磁 波 工 程 系 統(tǒng) ——無(wú) 線 電 通 信 系 統(tǒng) 。 此 外 還 能 夠 滿 足 飛 速 發(fā) 展 的 消 費(fèi) 類(lèi) 電 子 產(chǎn) 品 對(duì) 無(wú) 線 通 信 提 出 的更 高 的 要 求 :在 功 能 上 ， 存 儲(chǔ) 容 量 不 斷 增 加 ， 數(shù) 據(jù) 吞 吐 量 也 越 來(lái) 越 大 。 超 寬 帶 脈 沖 無(wú)線 電 傳 輸 技 術(shù) 是 國(guó) 際 上 最 近 正 在 蓬 勃 興 起 的 一 種 無(wú) 線 通 信 的 革 命 性 傳 輸 技 術(shù) 。 無(wú)論 無(wú) 線 電 如 何 發(fā) 展 ， 天 線 都 是 不 可 替 代 的 。 超 寬 帶 電 磁 學(xué) 指 出 ， 時(shí) 域 電 磁 波 也 是 人 類(lèi) 非 常 重 要 的自 然 資 源 ， 而 且 是 尚 待 開(kāi) 發(fā) 、 非 常 寶 貴 的 自 然 資 源 。 天 線 的 發(fā) 明 使 得 電 磁 頻 譜 成 為 人 類(lèi) 最 大 的 可 重 復(fù) 使用 的 自 然 資 源 之 一 。天 線 的 功 能 是 輻 射 或 者 接 收 無(wú) 線 電 波 。 從 上 世 紀(jì)初 的 單 一 點(diǎn) 對(duì) 點(diǎn) 無(wú) 線 通 信 到 世 紀(jì) 末 覆 蓋 全 球 的 衛(wèi) 星 通 信 系 統(tǒng) ， 天 線 技 術(shù) 無(wú) 疑 承擔(dān) 了 最 基 本 、 最 前 端 的 角 色 。 如 何 協(xié) 調(diào) 好 上 述 關(guān) 系 以 獲 得 最 佳 天 線 結(jié) 構(gòu) ,則 成 為 寬 帶 天 線 設(shè) 計(jì) 的 核心 問(wèn) 題 。 由 于 普 通 結(jié) 構(gòu) 的 天 線 頻 帶 寬 度 十 分 狹 窄 ， 因 此 近 年 來(lái) 發(fā) 展 了 多 種 技術(shù) 來(lái) 提 高 天 線 帶 寬 ， 包 括 對(duì) 天 線 的 加 載 技 術(shù) 、 分 形 技 術(shù) 、 多 諧 振 技 術(shù) 、 有 源 天線 技 術(shù) 等 。就 天 線 的 實(shí) 際 應(yīng) 用 需 求 而 言 ， 寬 頻 帶 和 小 型 化 是 天 線 目 前 最 主 要 的 幾 個(gè) 研 究方 向 。 而 天 線 作 為南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文）第 7 頁(yè)移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 的 發(fā) 射 和 接 收 部 件 ， 其 寬 帶 化 的 研 究 顯 然 有 重 要 的 現(xiàn) 實(shí) 意 義 無(wú)線通信與天線的關(guān)系隨 著 無(wú) 線 電 通 信 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 天 線 在 各 個(gè) 領(lǐng) 域 得 到 了 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 其 信 道 容 量 不 斷 擴(kuò) 充 、傳 輸 速 率 不 斷 提 高 、 服 務(wù) 方 式 也 日 漸 靈 活 。 為 了 解 決 上 述 矛 盾 ， 有 效 的 解 決 辦 法 就 是 研 制 高 性 能 、寬 頻 帶 、 小 型 化 天 線 ， 以 減 少 載 體 上 天 線 的 數(shù) 目 。 調(diào) 頻 速 率 越 來(lái) 越 高 ， 調(diào) 頻 范 圍 越 來(lái) 越 廣 ， 原 有 的 窄 帶 天線 已 無(wú) 法 滿 足 要 求 。 沒(méi) 有 天 線 ， 就 不 可 能 建 立 起 任 何 無(wú) 線 電 系 統(tǒng) ， 因 此 ， 與 無(wú) 線 電 設(shè) 備發(fā) 展 趨 勢(shì) 相 適 應(yīng) ， 寬 頻 帶 天 線 的 研 究 也 日 益 活 躍 ， 成 為 學(xué) 科 領(lǐng) 域 中 一 個(gè) 重 要 的研 究 分 支 。 天 線 作 為 輻 射 和 接 收 電 磁 波 的 部 件 ，是 無(wú) 線 系 統(tǒng) 中 重 要 的 組 成 部 分 。隨 著 科 學(xué) 技 術(shù) 的 飛 速 發(fā) 展 ， 人 們 的 生 活 日 益 現(xiàn) 代 化 ， 有 限 的 頻 率 資 源 越 來(lái) 越緊 張 ， 人 們 對(duì) 無(wú) 線 通 信 的 容 量 及 傳 輸 速 率 提 出 了 更 高 的 要 求 。 天 線 品種 繁 多 ， 以 供 不 同 頻 率 、 不 同 用 途 、 不 同 場(chǎng) 合 、 不 同 要 求 等 不 同 情 況 下 使 用 。 電 磁 波 到 達(dá) 接 收 地 點(diǎn) 后 ， 由 天 線 接 下 來(lái) （ 僅 僅 接 收很 小 很 小 一 部 分 功 率 ） ， 并 通 過(guò) 饋 線 送 到 無(wú) 線 電 接 收 機(jī) 。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。作者簽名： 日期： 年 月 日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集