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《基于分形單元的微帶反射陣列天線設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫(kù)。
1、基于分形單元的微帶反射陣列天線設(shè)計(jì)熊輝，陳星（四川大學(xué)電子信息學(xué)院，四川成都610064）摘要：分形呈現(xiàn)了自相似的圖案，已被廣泛應(yīng)用于天線設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)小型化和多頻帶。分形反射單元的提出，提供了一個(gè)在相位范圍內(nèi)更平滑的反射相位曲線。由于分形幾何的空間填充性，反射陣面可以包括反射單元的種類(lèi)較多。采用L系統(tǒng)法設(shè)計(jì)了一種“萬(wàn)”字形分形結(jié)構(gòu)的微帶反射單元，反射面的物理口徑為300mm×300mm，反射單元規(guī)模為13×13。仿真和測(cè)試表明，在5.8GHz處，天線的增益為22.6dBi，阻抗帶寬為6.9%（從5.71~6.11GHz），
2、印證了“萬(wàn)”字形分形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反射單元的可行性，研究結(jié)果為設(shè)計(jì)反射單元提供了一種有效的新方法。.jyqkics）這一全新的研究方向。隨后大量研究工作致力于分形結(jié)構(gòu)與波的相互作用，直到1988年，NathanCohen等人首次將分形結(jié)構(gòu)應(yīng)用到天線設(shè)計(jì)當(dāng)中，第一款分形天線[2]隨之誕生，分形天線的研究也逐步展開(kāi)，并且取得了極大的發(fā)展。目前分形天線已經(jīng)成為一種重要門(mén)類(lèi)的天線，常見(jiàn)的應(yīng)用于天線設(shè)計(jì)的分形結(jié)構(gòu)有：Minkom。為了進(jìn)一步提高單元反射相位的變化范圍和抑制表面波，在介質(zhì)基板與金屬地之間加入厚度為h3的空氣層。2分形反射單元
3、相移特性分析為了獲得一條符合微帶反射陣列天線要求的相移特性曲線，對(duì)分形反射單元各結(jié)構(gòu)參數(shù)（比例系數(shù)k1，k2，k3以及空氣層厚度h3）對(duì)相移特性曲線的影響分別進(jìn)行分析。k1和k3主要對(duì)相移特性曲線的線性度和平滑程度有影響，最后選取k1=0.3，k3=0.125。而k2和h3不僅對(duì)相移特性曲線的線性度有影響而且對(duì)相位變化范圍的影響也很大，分形結(jié)構(gòu)能夠增加單元反射相位的變化范圍，最后選取k2=0.5，h3=15mm，確定分形結(jié)構(gòu)反射單元較為理想的相移特性曲線如圖2所示。可以看出，當(dāng)采用分形單元結(jié)構(gòu)后，單元尺寸參數(shù)Lf僅從2mm
4、增加到20mm時(shí)，反射相位便從-200°減小到-610°，變化范圍已經(jīng)達(dá)到了410°。3基于分形單元的微帶反射陣列天線設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)一款基于分形結(jié)構(gòu)的反射單元，工作頻率在5.8GHz，口徑尺寸為300mm×300mm，并且采用的饋源為矩形貼片天線，由于采用了“萬(wàn)”字形分形反射單元，可以適當(dāng)?shù)販p小單元間距，最終選定單元間距L=0.45λ0。根據(jù)反射面口徑尺寸可求得該反射面共可容納13×13個(gè)反射單元。天線的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。采用微帶反射陣列天線常規(guī)設(shè)計(jì)方法，根據(jù)簡(jiǎn)化后的補(bǔ)償相位計(jì)算公式?i=k0
5、Ri
6、+2πn依次求出虛線區(qū)
7、域內(nèi)所包含的28個(gè)反射單元需要補(bǔ)償?shù)南辔唬?1=-395.31°，?2=-382.82°，?3=-370.48°,?4=-346.22°，?5=-334.29°，?6=-299.24°,?7=-287.80°，?8=-276.46°，?9=-243.11°,?10=-549.49°，?11=-210.66°，?12=-560.03°，?13=-528.68°，?14=-478.08°，?15=-410.33°，?16=-478.08°，?17=-468.19°，?18=-438.95°，?19=-391.58°，?20=-
8、327.80°，?21=-249.65°，?22=-373.06°，?23=-363.89°，?24=-336.74°，?25=-292.57°，?26=-232.82°，?27=-519.19°，?28=-433.46°。通過(guò)對(duì)選取的相位特性曲線描點(diǎn)，依次得到各單元Lf(i)的尺寸分別為：Lf(1)=13.86mm，Lf(2)=13.56mm，Lf(3)=13.25mm，Lf(4)=12.70mm，Lf(5)=12.43mm，Lf(6)=11.54mm，Lf(7)=11.21mm，Lf(8)=10.85mm，Lf(9)=
9、9.43mm，Lf(10)=19.15mm，Lf(11)=6.17mm，Lf(12)=19.6mm，Lf(13)=18.31mm，Lf(14)=16.35mm，Lf(15)=14.25mm，Lf(16)=16.35mm，Lf(17)=16.00mm，Lf(18)=15.06mm，Lf(19)=13.76mm，Lf(20)=12.27mm，Lf(21)=9.77mm，Lf(22)=13.32mm，Lf(23)=13.11mm，Lf(24)=12.47mm，Lf(25)=11.35mm，Lf(26)=8.77mm，Lf(27)
10、=17.90mm，Lf(28)=14.89mm。根據(jù)確定的分形反射單元的結(jié)構(gòu)參數(shù)加工制作了天線實(shí)物，如圖4所示。圖中深色區(qū)域?yàn)榻橘|(zhì)板，淺色區(qū)域?yàn)榻饘俜瓷鋯卧佋刺炀€與水平支撐桿加工為一體，兩側(cè)的梯形垂直支架采用3mm厚的環(huán)氧樹(shù)脂介質(zhì)板，采用4mm的鋁板作為接地板，鋁板與上層介質(zhì)板之間通過(guò)雙頭尼龍螺釘固
