分形天线的多频段特性研究

分形结构具有比例自相似性和空间填充性,如果把这两大特点应用到天线设计上,可以转化为天线的多频段特性和尺寸缩减特性,则可得到性能优越的天线,这在军用和民用方面都有着巨大的应用潜力.该文首先探讨分形结构的迭代本质,从直观生成的角度分析典型分形结构的迭代过程.为便于计算机程序的生成,该文推导了基于坐标转换的迭代函数系统,适用于多边形几何整体,尤其是各边迭代相同的正多边形.其后,该文对国内外研究中出现过的分形单元天线进行了深入分析,将其分为分形单极子、分形偶极子、分形环和分形微带天线四大类,分别讨论其常见的分形天线和结构新颖的分形天线的主要应用特性.Sierpinski毯式分形微带天线能用作手机内置天线,是目前的研究热点.该文对其进行了重点的研究,建立了适用于复杂微带天线的FDTD模型,解决了软件仿真中网格数受限的问题.研究的内容主要包括以下四点:1.同轴馈电的微带天线FDTD建模,以及验证1阶Sierpinski毯式分形微带天线的多频段特性.FDTD建模时,该文通过建立同轴线的简化模型,使天线计算区域和同轴线区域合二为一,降低了计算复杂度.2.FDTD+改进Prony算法的研究.为减少FDTD分析中为达到收敛所需要的失代次数,该文提出了FDTD+改进Prony算法,可以使计算量压缩72﹪甚至更多.4.Sierpinski毯式分形微带天线多频工作本质的讨论.该文利用FDTD+改进Prony算法对Sierpinski毯式分形微带天线进行了分析,得出了多频工作特性不是由分形结构所引起,起主要作用的是主贴片;寄生贴片产生的影响主要体现在谐振频点的反射系数大小的结论.4.2阶Sierpinski毯式分形微带天线的小型化设计.该文通过增加介电常数的方法,使天线的总尺寸降为原来的一半,并得出了在低频段谐振频点基本吻合,在高频段介电常数的改变会引起谐振频点较大变化的结论.分形天线在无线、卫星和移动通信系统中有着非常广阔的市场前景,相关研究在国内处于起步阶段,该文的研究具有一定的理论和现实意义.

作者：邢晓芬,

关键词：分形天线, 迭代函数系统, 时域有限差分法, Prony, Sierpinski毯,