摘要: "分形"是法国数学家Mandelbrot于1975年提出的全新几何分支,它可有效地用于描述自然界中广泛存在的一大类Euclid几何所难以定义的复杂对象.分形具有空间填充能力和自相似属性.当把分形的概念用于天线的设计时,就得到了分形天线.分形天线具有小巧、轻便... 展开 "分形"是法国数学家Mandelbrot于1975年提出的全新几何分支,它可有效地用于描述自然界中广泛存在的一大类Euclid几何所难以定义的复杂对象.分形具有空间填充能力和自相似属性.当把分形的概念用于天线的设计时,就得到了分形天线.分形天线具有小巧、轻便、易于匹配的优点,同时有的还具有多频带、宽频带特性,因此,它特别适合于当前宽带、超宽带通信领域.当前,对分形单元天线的研究主要集中在对基本分形性质的了解.但在实际应用中,必须考虑到有限截取效应,即实际制作的天线是有限次迭代的结果,而不是数学上无穷迭代的概念;有限截取效应对分形天线的性能有着重大的影响,如果对基本分形不做相应的改变,往往得不到预期的性能.因此,要充分体现出分形的一系列优点,就必须做一些结构上的改变,同时考虑到实际需要,还需详细了解一些重要参数对天线性能的影响.至于分形阵列,当前的研究基本上把天线单元处理成理想的电流源,而没有考虑各单元之间的互耦,这与实际情况也有较大的差异.本文首先研究了传统的Sierpinski单极子天线,由于它存在有限截取效应,其第二个谐振频率与第一个谐振频率之比约为3.5.文章通过将Sierpinski单极子的上半部分改成三角环,使两频率的比值下降到2.2,改进后的天线可用于GSM850和PCS双频天线的设计.当把分形的概念直接运用到Sierpinski微带天线的时候,发现其第一个谐振频率点相对普通的三角形贴片天线有显著的提高.文章分析了其中的原因,并通过加顶层网格并截去其边角,使改进后天线的第一谐振频率显著降低,但仍有多个谐振频带,同时尺寸没有增加.Koch单极子具有良好的性质,本文设计了一种应用于DCS+PCS频段的新型折叠型Koch单极子,通过在恰当的地方引入90°弯角,天线的高度可减小到普通λ/4单极子天线的40%,而带宽却增加到17%.文章最后还研究了分形天线在最简单的阵列天线——八木天线中的应用,并对其进行了全阵列电磁仿真,重点是考虑各单元之间的互耦对天线性能的影响.研究结果表明,相对一般的八木天线,Koch八木天线的谐振频率显著降低,但辐射方向图仍保持类似.文章还详细给出了各主要参数对Koch八木天线性能的影响. 收起