天线仿真实验的设计与教学实践

基于时域有限差分法电磁仿真软件FDTD,设计了系列天线仿真实验.通过仿真软件,对天线进行了建模,经计算得出系列天线性能参数,如远场辐射方向图、回波损耗、驻波比、阻抗匹配等.计算并分析了矩形微带天线、直线阵列、相控阵天线和平面阵列天线的远场方向特性,并在教学中验证了天线仿真实验的可行性,收到了较好的教学效果,加深了学生对天线技术等课程的理解.     

一种双模圆极化贴片天线设计

为满足卫星导航系统的要求,采用单点馈电叠层贴片技术,设计了一种双频圆极化宽波束天线;采用隐式的时域有限差分方法,对天线进行全波仿真,分析了影响匹配性能的结构参数,并通过在贴片的一组对边上开矩形缝隙,微调天线谐振频率,同时实现了阻抗带宽和轴比带宽相吻合;总结出改善天线双频匹配特性的方法,解决了双频段同时达到最佳匹配的问题。     

用隐式的伪谱时域方法分析宽带天线

为了对复杂结构的天线进行有效分析,采用了变换方向隐式(ADI)的伪谱时域(PsTD)方法,通过分析时间分裂步原理,将三维麦克斯韦方程组降阶为三组一维表达式,用于ADI-PSTD的计算.在保证精度的前提下,该方法计算效率显著提高.文章还给出了一种向外开口的U形双臂印刷天线结构,仿真和实验表明了这种天线具有良好的宽频带特性.     

射频识别天线设计及其混合数值分析

为了广泛应用射频识别(RFID)技术,设计了一种标签天线。利用计算电磁场时域有限差分/矩量法的混合方法,分析了复杂环境中RFID天线的性能。将计算结果和实验进行比较,验证了混合方法计算结果的准确性,对RFID天线的工程设计有一定参考价值。     

一种低成本圆极化天线实验教学的研究

为全面提高学生对天线特性(包括阻抗特性、方向特性和极化特性)的理解,使学生亲身体验天线从设计制作到测试应用的全过程,提出了一种适合实验教学的低成本圆极化天线结构,并给出了工程化的天线实验教学思路。实验过程包括理论设计、软件仿真、天线制作、测试调试和工程应用等环节。通过一系列的训练,使学生熟悉天线电磁仿真软件、掌握天线参数分析和测量的方法,培养学生创新设计天线的能力。     

电磁波在人体腹部组织中的传播探究

利用时域有限差分方法,以人体腹部为例,数值模拟了不同频段下时谐场源从体内到体外的传播情况,对通讯频率的选择和电磁波在腹腔内组织的衰减进行了分析。形成的传播图像合理地再现了传播过程。这些图像可以帮助人们正确理解由于所选择频段的不同,以及腹部各种组织不同的介电特性,导致电磁波在不同类型组织中的衰减情况有很大差异。在此基础上,引用精确的腹部模型计算放置在人体表面接收天线的电场强度,此结果为胶囊内窥镜体外接收天线位置的研究提供了理论依据。     

毫米波介质谐振器天线的理论及技术研究

(项目号60671009)国家自然科学基金资助项目《毫米波介质谐振器天线的理论及技术研究》的主要内容为：(1)发展有限接地平面介质谐振器天线的高效数值分析方法——几何绕射理论和矩量法的混合方法,以及并行的隐式时域有限差分方法,对研究对象进行数值分析。     

国家自然科学基金资助项目介绍毫米波介质谐振器天线的理论及技术研究

国家自然科学基金资助项目《毫米波介质谐振器天线的理论及技术研究》的主要内容为:(1)发展有限接地平面介质谐振器天线的高效数值分析方法--几何绕射理论和矩量法的混合方法,以及并行的隐式时域有限差分方法,对研究对象进行数值分析.(2)研究多个寄生导体贴片对介质天线性能的影响,即不同的多导体寄生方法可以改变天线的频率、频带以及极化方式.其意义在于使介质谐振器天线成为一类实用的天线技术,用于未来的毫米波无线系统中.     

系统函数与时域特性的可视化仿真平台设计

系统函数是信号与系统课程中一个非常重要的概念,它在系统分析中占有重要地位,系统的时域特性是系统的重要特性之一,它取决于系统函数的零、极点分布。利用仿真软件Matlab中GUI设计了系统函数与时域特性的可视化仿真平台,它直观形象地把系统函数与时域特性之间的关系表现出来,加深了学生对此重要内容的理解和掌握,并激发了学生的学习兴趣。     

WUSB中新型带陷UWB天线

给出了一种紧凑的可用于WUSB的新型带陷超宽带印刷单极子天线．天线由内嵌条带的U形环组成并采用部分接地技术,从而使天线具有带陷超宽带特性．实测结果表明该天线输入端驻波比小于2的绝对阻抗带宽为7．88GHz,覆盖了3．12～11GHz的频率范围,其中5．06～5．89GHz范围内具有带阻特性．讨论了各几何参数对天线性能的影响,同时获得了该天线相对稳定的、近似全向且对称的测试方向图．由于此种天线无需额外的带阻滤波器来隔离天线与其他通信系统的干扰,从而大大简化了WUSB系统的设计．     

应急通信跨段中继套筒单极子天线设计

将套筒单极子天线用于应急通信的V/U频段,提出了一个无地板的套筒天线设计,用An-soft HFSS软件研究该天线的多频带特性和辐射特性,并从工程角度优化了该天线的参数,套筒和同轴电缆均为标准尺寸,便于批量生产。仿真结果表明其在V/U双段能够满足所需的驻波比带宽,并且具有很好的辐射特性。VSWR小于2的频率范围是V段：127MHz-149MHz,带宽22MHz;U段：417 MHz-450MHz,带宽33MHz。取消地板以后,该天线横向尺寸大为减小,便于车载和移动使用。     

一种超宽带印刷天线的设计

介绍了超宽带天线的特点和基本理论,讨论了超宽带天线的设计方法,设计出一种新型且结构更为简单的超宽带印刷单极子天线.实验结果显示:通过在接地板上开具合适的矩形槽可以增加天线的带宽.本文设计的超宽带天线具有3.13～15.7 GHz的带宽,覆盖了整个无线通信频段,并且具有良好的远场辐射特性.     

微波测量实验教学中的时域测试——腔体带通滤波器调试

基于滤波器中心频率反射群延迟时域特性的带通滤波器调试方法具有较好的实用性。论文开发了基于矢量网络分析仪的时域测量实验教学内容设计,通过一个S波段腔体带通滤波器时域调谐测试实例,拓展了微波测量实验教学内容,充分锻炼了学生综合实验能力。     

两种双频鞭天线的设计方案和电磁仿真研究

提出了综合考虑天线仿真技术和天线加工技术的天线设计性实验教学思路。以双频鞭天线的设计为例,研究了基于金属杆状结构和微带电路结构的双频鞭天线的设计方案,采用电磁仿真软件CST对其进行优化设计,在给定的工作频率上实现了技术指标要求,通过对两种方案的加工和辐射特性的分析,展示了该实验教学模式的特点和优越性。该双频鞭天线的设计方案对工程应用具有参考意义。     

移动通信基站近场辐射环境分析

天线近场是天线电磁波所覆盖的区域,由于距离接近天线,而天线的电磁辐射功率与离天线的距离和角度有关以及复杂环境的潜在影响,而变得比较难以计算。由于天线近场辐射特性复杂,目前国内还没有统一的电磁辐射测试与评价标准,因此有必要对其进行深入的研究。通过对远场公式与近场模拟结果的比较,验证了公式的可靠性。     

一种圆柱形介质谐振器天线阵列设计

在圆柱形介质谐振器天线单元分析的基础上,设计了一种4单元介质谐振器天线阵列。天线阵采用微带线馈电网络,保证单元之间满足相位匹配关系,使该天线阵列具有良好的定向辐射特性,而且在带宽方面满足要求。     

Thue-Morse序列准周期阵列天线的探究

提出了一种新的阵列天线的排布方式,准周期阵列天线.文章基于阵列天线在远场的辐射理论,借助Thue-Morse序列对线性阵列天线进行排布.得到天线口径相较于周期阵列更大,波束宽度相应的减小,同时旁瓣电平也会有所降低.准周期的阵列天线在空间排布上具有长程有序的特性,阵元数目越大准周期阵列天线越接近周期阵列天线.得到41阵元的准周期阵列在109.5°的位置具有较低的零陷深度为-91.04 dB.     

PML在三维柱坐标系下的应用及近场—远场转换

在三维柱坐标系下推导了麦克斯韦方程组在完全匹配层（PML）吸收边界条件中的时域有限差分（FDTD）格式并编程实现。然后用一种简便的线性插值法给出了在柱坐标系下由近场到远场转换的FDTD计算方法。最后用这种方法对脉冲天线的远区辐射场进行了数值模拟。     

PML在三维柱坐标系下的应用及近场-远场转换

在三维柱坐标系下推导了麦克斯韦方程组在完全匹配层(PML)吸收边界条件中的时域有限差分(FDTD)格式并编程实现.然后用一种简便的线性插值法给出了在柱坐标系下由近场到远场转换的FDTD计算方法.最后用这种方法对脉冲天线的远区辐射场进行了数值模拟.     

频域扩频水声通信系统研究

根据时域扩频水声通信较低的频谱利用率和时域信号处理较低的处理效率,提出频域扩频水声通信系统。验证了频域扩频水声通信系统和时域扩频与频域分集相比有着更好的性能,在抗噪声和衰落能力、峰均功率比（PAPR）的标准下,提出了基于Logistic混沌序列的频域扩频水声通信系统,并取得了良好效果。最后,验证了频域扩频水声通信系统相比于非周期自相关函数（AACF）特性,更加依赖于周期自相关函数（PACF）特性。