移动通信天线及短波天线关键技术研究

【摘要】论文密切结合实际需求进行选题，研究了移动通信天线与短波天线设计的关键技术。论文主要研究工作分为两部分，第一部分研究了用于移动通信的引向天线。首先，为解决用多副天线覆盖多个工作频段所带来的移动不便等问题，研制了新型分支结构的双频段引向天线，用一副天线代替两副天线实现双频段工作；其次，为使超短波车载天线小型化，增加车体灵活性，设计了新型车载单极双框形引向天线，比传统天线缩小了30%左右。第二部分针对短波天线设计中集合线建模不准确、对地面的影响因素考虑不足等问题，研究了集合线的建模方式对计算结果的影响、地面和导线材料对天线性能的影响、短波天波传播预测的仿真实现等。研究工作的主要内容和成果如下：1．研制了新型分支结构的双频段引向天线。通过设计分支结构，实现了天线的双频段工作特性，且与一副单频段天线的尺寸、性能相当，达到了用一副天线代替两副天线完成双频段定向通信的目的。以基于矩量法的计算程序作为计算引擎，采用多目标差分进化算法对天线结构进行优化设计。天线样机的性能实测结果与仿真指标一致，在设计频段915-935MHz和1760-1805MHz内，电压驻波比≤2，增益分别可达5.6dBi和7.5dBi，前后比分别达8.8dB和9.8dB，达到了设计要求。2．设计了新型双框形引向天线，实现了超短波（30-88MHz）车载引向天线的小型化，提高了通信指挥车辆的机动作战能力、快速反应能力及安全生存能力。在设计中充分考虑车体对天线性能的影响，对天线和车体一体化建模，提高了天线设计的有效性。所设计的车载三元单极双框形引向天线，与传统车载三元单极引向天线相比，轴向距离、高度分别减小了1.22m、0.66m，增益、前后比分别提了2.1dB、0.5dB，达到了设计要求。3．为确保具有集合线馈电结构的短波天线分析设计的准确性、有效性，提高天线仿真结果与实际性能的一致性，研究了集合线的建模方式对计算结果的影响。基于Pocklington方程和正弦插值基函数，采用矩量法计算了鱼骨天线和对数周期天线，将集合线均分别按等效网络和导线结构两种方式建模，比较两种建模方式得到的计算结果，并通过与天线实际性能对比，分别给出两种天线所适用的集合线建模方式。4．针对在短波天线架设中，由于对地面影响因素考虑不足而造成天线实际性能与设计指标不吻合等问题，研究了地面对天线性能的影响，为天线的场地选址及架设提供可靠的依据。用矩量法结合反射系数近似法，对位于不同电参数地面上、不同架设高度的短波鱼骨天线和对数周期天线进行分析，并经研究得出地面电参数、天线距不同电参数地面的高度等因素对水平架设和倾斜架设天线的影响情况，可为工程施工提供指导。5．论证了用不锈钢作为短波天线导线材料的可行性。针对短波天线导线材料存在的造价高、硬度大、制作及后期维修保养困难等问题，分析了用不同导线材料制作的常用短波天线的性能，结果表明使用不锈钢材料与紫铜材料的天线只在效率和增益上略有差异，其他性能相当。因此在天线增益可以接受的条件下，用具有造价较低、韧性较强等特点的不锈钢来代替紫铜等作为天线的导线材料是可行的。6．设计实现了天波传播预测仿真模块，并给出一套结合天波传播预测进行天线优化设计的方案，为制定短波通信方案提供了依据。有效解决了在时效性强的紧急任务中，由于实验数据和先验知识较少，而造成的不能及时可靠地建立短波通信电路的问题。实际通信系统联调结果表明，结合该天波传播预测仿真模块来设计天线的方案是有效的。
【作者】辛琦；
【导师】张福顺；
【作者基本信息】西安电子科技大学，电磁场与微波技术，2013，博士
【关键词】移动通信天线；短波天线；集合线；地面影响；天波传播预测；

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