| 毕业设计 螺旋天线几何尺寸的优化设计，共57页，12311字，附外文翻译、源程序清单、开题报告等。 摘 要 为了满足无线设备对小型化以及支持多种服务的宽带天线的日益迫切的需求，出现了很多新型高性能天线，法向模螺旋天线即是其中一例。本文首先介绍了法向模螺旋天线设计的有关理论以及几何尺寸与输入阻抗的关系，推导出了其输入阻抗的具体计算公式。然后，讨论了螺旋天线几何尺寸的优化设计方法。最后通过编程、调试，在使天线输入阻抗满足技术要求情况下，计算出当工作频带在20MHz—50MHz之间时，法向模螺旋天线的几何尺寸的优化设计结果，并绘制了本设计的输入阻抗的频率特性曲线。 关键词：法向模螺旋天线；几何尺寸；优化设计；输入阻抗 前 言 天线是无线通信、广播电视、导航等工程系统中辐射或接收无线电波的部件。为适应现代通信设备的需求，天线的研发主要朝几个方面进行，即减小尺寸、宽带和多波段工作、智能方向图控制。随着电子设备集成度的提高，通信设备的体积也越来越小，这时天线对于整个设备就显的过大，这就需要天线减小自身尺寸。然而，在不明显影响天线的增益和效率的同时减小天线的尺寸却是一项艰巨的工作。电子设备集成度提高，经常需要一个天线在较宽的频率范围内来支持两个或更多的无线服务，宽带和多波段天线能满足这样的需要。螺旋天线就是在这种形势下产生和发展的，宽频带工作、缩短天线尺寸的特性使它在现代移动通信中有广阔的应用。比如说同等辐射功率的指挥坦克的天线长度越短，指挥坦克越不易被敌方发现，从而战场生存力就越大。本文作为某型指挥坦克天线的改进和具体工程设计的课题，主要研究了法向模螺旋天线的设计、几何尺寸优化理论，并求出了具体的优化结果。 本文共有六章。第一章主要介绍了该课题的来源，题目要求，以及完成该课题的方案论证。第二章详细介绍了螺旋天线的模型和基本参数，法向模螺旋天线的具体设计理论及其工作于宽频带的原理。第三章建立了法向模螺旋天线的计算模型，结合天线输入阻抗理论，具体推导了法向模螺旋天线输入阻抗与其自身几何参数的关系及计算公式。第四章主要论述了尺寸优化的思路和方法，并给出了编程的程序流程框图。第五、六章给出了尺寸优化的最终结果和该设计输入阻抗的变化范围，对结果的经济和社会效益进行了简要分析。 本文的结果满足了课题要求的指标，并提高了其输入阻抗的技术指标要求。该设计可以实现良好的阻抗匹配，对指挥坦克天线尺寸的优化提供了参考值和依据。另一方面，由于优化时所考虑的因素较少，有不足之处，还望老师批评指正。 目 录 第1章 课题来源及方案论证……………………………………………………… 1 1.1 课题来源 ………………………………………………………….………… 1 1.2 题目要求 ………………………………………………………….………… 1 1.3 方案论证…………..…………………………………………………….…… 2 1.3.1 可行性分析……………………………………………………………… 2 1.3.2 完成课题的方案探讨…………………………………………………… 2 第2章 法向模螺旋天线设计……………………………………………………… 4 2.1 法向模螺旋天线简介……………………………………………….…..…… 4 2.1.1 天线的主要特性参量…………………………………………....……… 4 2.1.2 螺旋天线模型 ……………………………………………….…………. 6 2.1.3 法向模螺旋天线………………………………………………………… 7 2.2 宽频带原理 …………………………………………………………………. 9 2.3 尺寸缩短原理 ………………………………………..…………..…………. 10 2.3.1 尺寸缩短机制 ………………………………………………………….. 10 2.3.2 尺寸缩短结果 ………………………………………………………….. 10 2.4 法向模螺旋天线设计…………………………...…………………………… 11 第3章 法向模螺旋天线的输入阻抗分析………………………………………… 13 3.1 引言……………………………………………………………………...…… 13 3.2 能量的滞后位公式……………………………………………..…………… 13 3.3 磁偶极子分析………………………………………………………..……… 14 3.4 电偶极子分析………………………………………………………..……… 15 3.5 二电偶极子的互电容和互电感………………………………..…………… 17 3.6 三维积分方程的建立……………………………………………..………… 19 3.7 曲圆柱坐标………………………………………………………..………… 22 3.8 用变分法求螺旋天线的输入阻抗……………………………..…………… 24 第4章 螺旋天线几何尺寸优化…………………………………….……………… 28 4.1 基本尺寸定位………………………………………………………………… 28 4.2 尺寸优化原理 …………………………………….…………….…………… 28 4.3 优化算法选择………………………………………………………………… 29 4.3.1 算法介绍 …………………………………………….……..…………… 29 4.3.2 优化算法选择……………………………………………...…..………… 29 4.4 程序流程图 ………………………………………………….……………… 31 第5章 调试过程及结论…………………………………………………………… 34 5.1 调试过程…………………………………………………….……..………… 34 5.2 几何尺寸优化结果…………………………………..……….……………… 34 5.3 结果分析及技术展望……………..………………………….……………… 37 第6章 经济与社会效益分析……………………………………………………… 39 致谢 …………………………………………………………………………..……… 40 参考文献 …………………………………………………………………..………… 41 附录Ⅰ 变步长辛普生积分法……………………………………………....…………… 43 附录Ⅱ 龙贝格求积法源程序………………………………………………..…..……… 45 附录III 螺旋天线几何尺寸优化的源程序………………………..…………………… 47 附录IV 绘制输入阻抗频率特性曲线的源程序……………………………………..…... 53 |
毕业设计 螺旋天线几何尺寸的优化设计
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