本科畢設(shè)開題報告-一種基于帶狀線饋電Vivaldi天線的低剖面設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書設(shè)計（論文）題目 一種基于帶狀線饋電Vivaldi天線的低剖面設(shè)計 學院名稱 計算機與信息學院 專 業(yè) （班 級） 電子信息科學與技術(shù)11-2班 姓 名 （學 號） 盧保軍（20112850） 指 導(dǎo) 教 師 桑磊 系（教研室）負責人 齊 美 彬 一、畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容及要求（任務(wù)及背景、工具環(huán)境、成果形式、著重培養(yǎng)的能力）1. 背景天線在通信、廣播、導(dǎo)航、雷達、遙測遙控等各種無線電系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。早期的無線電技術(shù)主要應(yīng)用于遠洋通信，因而天線的重要作用也主要體現(xiàn)在長波波段。二戰(zhàn)中，雷達技術(shù)的使用對天線而言，起了有力地推進作用。期間，天線的理論也逐步成熟起來。之

2、后的30年內(nèi)，針對各式各樣的天線要求，研究者們陸續(xù)提出了許多新型天線?？傊?，經(jīng)過100多年的發(fā)展，天線已不再單單是接收、發(fā)射電磁波的單一裝置，而是逐步成為了與信號處理系統(tǒng)緊密結(jié)合的一部分。1974年美國雷聲公司(Raytheon Company)的L.R. Lewi在APS(Antenna and Propagation Symposium)年會上發(fā)表題為A Broadband Strip line Array Element 的文章提出了一種微帶線饋電波導(dǎo)開槽天線，這種具有朝開口方向端射特性的天線結(jié)構(gòu)被視為開槽天線的起源。Vivaldi天線，最為經(jīng)典的漸變縫隙天線，最早是由英國Philips

3、研究實驗室的P.J. Gibson于1979年提出的一種具有非周期結(jié)構(gòu)連續(xù)逐漸變化的超寬帶行波天線。指數(shù)型狀漸變的槽線結(jié)構(gòu)使得它有著超寬帶、高增益、低副瓣、低交叉極化、設(shè)計頻段內(nèi)具有相同的波束寬度以及隨頻率變化具有恒定增益等優(yōu)良特性。故而，Vivaldi 天線在其提出的較短時間內(nèi)，就受到了廣大微帶天線研究者們的廣泛關(guān)注。隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷革新，電子設(shè)備的集成化、小型化的發(fā)展趨勢也愈加明顯。即意味著高性能、小尺寸天線的設(shè)計已逐漸成為了一個有待解決的問題。2. 任務(wù)本文在帶狀線槽線-饋電 Vivaldi 天線的基礎(chǔ)上，研究了低剖面技術(shù)，先后使用了加周期金屬凹槽、側(cè)向柵欄和后方縱向開槽的方法對小型化

4、技術(shù)進行探索。首先設(shè)計了一覆蓋頻段為15 GHz25 GHz、帶狀槽線饋電方式的傳統(tǒng)vivaldi天線，并運用高頻結(jié)構(gòu)仿真器對設(shè)計的天線進行仿真。仿真結(jié)果表明，該傳統(tǒng)Vivaldi天線-10dB覆蓋頻段為14.4672 GHz27.3000 GHz，且主瓣增益約為7dB。其次，運用加周期金屬凹槽、側(cè)邊開槽和后方開槽等方法對設(shè)計的傳統(tǒng)vivaldi天線進行改進，以期望得到覆蓋范圍更廣的頻帶寬度以及更大的主瓣增益。從而能夠通過對比的方法尋找出相對優(yōu)良的低剖面設(shè)計方案。軟件仿真結(jié)果表明，在三種低剖面設(shè)計方案中，側(cè)邊開槽能夠有效地拓寬傳統(tǒng)vivaldi天線-10dB頻帶寬度、后方開槽能夠有效地降低傳統(tǒng)

5、vivaldi天線的后瓣增益，從而達到增大主瓣增益的效果。最后，對所設(shè)計傳統(tǒng)vivaldi天線運用側(cè)、后方開槽方式實現(xiàn)低剖面設(shè)計。參數(shù)掃描結(jié)果表明，改進后vivaldi天線的介質(zhì)基板長度為28mm與所設(shè)計傳統(tǒng)vivaldi天線的介質(zhì)基板長度為39mm有著相近的頻帶寬度以及主瓣增益。即通過側(cè)邊開槽和后方開槽能夠?qū)崿F(xiàn)帶狀線饋電傳統(tǒng)vivaldi天線的低剖面設(shè)計。3. 工具環(huán)境HFSS軟件。4. 成果形式（1）設(shè)計一傳統(tǒng)帶狀線饋電vivaldi天線，并得到其仿真結(jié)果；（2）對所設(shè)計天線運用不同的改進措施，實現(xiàn)低剖面的設(shè)計，得到各改進結(jié)構(gòu)的仿真圖。5. 著重培養(yǎng)的能力閱讀文獻查閱、信息檢索的能力。本課

6、程設(shè)計中，要求學習相關(guān)的專業(yè)知識：電磁場與電磁波、微波技術(shù)、天線理論、寬頻漸變縫隙天線等。畢設(shè)中對軟件的要求是：熟練使用HFSS高頻電磁仿真器。二、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻1 H. Sehantz., A Brief History Of UWB Antennas J.Aerospace And Electronic Systems Magazine，2004，Vol.19，No.4，PP.22-26.2 M. A. Peyrot-Solis, G. M. Galvan-Tejada, H. Jardon-Aguilar, State of the Art in Ultra-Wideband

7、 Antennas, 2nd International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ICEEE) and XI Conference on Electrical Engineering (CIE 2005) Mexico City, Mexico. September 7-9, 2005：101- 105.3鐘順時. 矩陣微帶天線的帶寬和寬帶頻帶技術(shù) J.電子科學學刊，1985,7(2)：212-2214 D.E. Isbell, Log periodic dipole arrays, ERE Transacti

8、ons on Antennas and Propagation, col. AP-8, no. 3, May 1960, pp. 260-2675 吳群,宋朝暉.微波技術(shù).哈爾濱工業(yè)大學出版社,2004:68-696 宋躍. 多頻帶超寬帶印刷天線及錐削縫隙陣列研究. 西安電子科技大學博士論文，2010:14- 16.7 延曉榮，小型化超寬帶和極寬帶印刷天線，上海大學博士論文，2008:14.三、畢業(yè)設(shè)計（論文）進度計劃起 迄 日 期工 作 內(nèi) 容備 注2015-03-01至2015-03-62014-03-07至2014-03-312014-04-01至2014-04-302014-05-01

9、至2014-05-31調(diào)研收集材料完成開題報告和英文翻譯實現(xiàn)傳統(tǒng)vivaldi天線及低剖面的設(shè)計撰寫畢業(yè)論文，準備答辯 開 題 報 告 （該表格由學生獨立完成)1.課題的作用、意義，在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢天線在通信、廣播、導(dǎo)航、雷達、遙測遙控等各種無線電系統(tǒng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。早期的無線電技術(shù)主要應(yīng)用于遠洋通信，因而天線的重要作用也主要體現(xiàn)在長波波段。二戰(zhàn)中，雷達技術(shù)的使用對天線而言，起了有力地推進作用。期間，天線的理論也逐步成熟起來。之后的30年內(nèi)，針對各式各樣的天線要求，研究者們陸續(xù)提出了許多新型天線?？傊?jīng)過100多年的發(fā)展，天線已不再單單是接收、發(fā)射電磁波的單一裝置，而是逐

10、步成為了與信號處理系統(tǒng)緊密結(jié)合的一部分。1979年，P.J. Gibson在其發(fā)表的名為The Vivaldi Aerial 的論文中提出了一種指數(shù)規(guī)律漸變縫隙天線。由于該天線的指數(shù)漸變結(jié)構(gòu)讓Gibson聯(lián)想起了小提琴，便以他最為仰慕的突尼斯小提琴家Antonio Vivaldi 的名字來命名。Gibson 指出，指數(shù)型的輪廓線使得這種漸變縫隙天線具有良好的帶寬。1988年，Ehud Gazit 提出了一種名為反足型Vivaldi天線的雙層微帶漸變縫隙天線。在這種天線結(jié)構(gòu)中，Ehud Gazit 將部分底層金屬置于饋電位置作為頂層微帶的地，而微帶及其下方的金屬選用的是逐漸過渡為寬度相同的平行雙

11、線，之后去再向相反的方向逐漸張寬。這種天線結(jié)構(gòu)能夠有效地拓寬阻抗帶寬，但卻是以降低天線的交叉極化特性為代價的。1991年，ANesic提出了一種基于共面波導(dǎo)饋電方式的Vivaldi天線。同年，美國的R.N. Simons提出了兩種共面波導(dǎo)饋電方法的線性漸變天線：1.通過一段air bridge 將處于介質(zhì)板一個面上的共面波導(dǎo)和弧形縫隙直接連接；2.通過耦合的方式對分別處于介質(zhì)板上表面的縫隙及介質(zhì)基板下表面的有限共面波導(dǎo)（Finite Co-plane Waveguide）進行饋電。近些年，有更多的天線結(jié)構(gòu)相繼被提出。其中參照K.S. Ygvesson和D.H. Schaubert對漸變縫隙天線

12、介質(zhì)板結(jié)構(gòu)的研究成果提出的帶狀線饋電三層Vivaldi天線以其較好的阻抗匹配帶寬及輻射特性吸引了廣泛學者們的注意。這種帶狀線Vivaldi天線的頂層及底層為蝕刻了漸變縫隙的金屬層，頂層及底層中間含有扇形短截線的帶狀線饋電層。2.完成任務(wù)的可能思路和方案本文主要介紹顯著區(qū)域快速檢測算法，首先使用直方圖對比度方法(Histogram Contrast, HC)定義輸入圖像顏色統(tǒng)計特征的圖像像素顯著值。準確的說是，一個像素的顯著值是通過與圖像中的所有其它像素的色差來定義的。該算法中，在允許精度誤差范圍內(nèi)，采用基于直方圖的加速的方法進行近似計算，從而達到快速運算的目的。然后運用區(qū)域?qū)Ρ榷鹊姆椒?Reg

13、ion Contrast, RC) 將空間關(guān)系整合到區(qū)域等級對比度計算當中。即首先把輸入圖像分割成數(shù)個目標區(qū)域，然后計算區(qū)域等級上的顏色對比度，并且用這個區(qū)域與圖像中其他目標區(qū)域?qū)Ρ榷鹊募訖?quán)和為每個區(qū)域定義顯著性。最后對二者結(jié)果在精度和召回率兩個方面進行比較。 3.需要的主要儀器和設(shè)備裝有HFSS軟件的PC機。4.主要參考文獻1 H. Sehantz., A Brief History Of UWB Antennas J.Aerospace And Electronic Systems Magazine，2004，Vol.19，No.4，PP.22-26.2 M. A. Peyrot-Soli

14、s, G. M. Galvan-Tejada, H. Jardon-Aguilar, State of the Art in Ultra-Wideband Antennas, 2nd International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ICEEE) and XI Conference on Electrical Engineering (CIE 2005) Mexico City, Mexico. September 7-9, 2005：101- 105.3鐘順時. 矩陣微帶天線的帶寬和寬帶頻帶技術(shù) J.電子科

15、學學刊，1985,7(2)：212-2214 D.E. Isbell, Log periodic dipole arrays, ERE Transactions on Antennas and Propagation, col. AP-8, no. 3, May 1960, pp. 260-2675 S. S. Zhong, X. L. Liang, W. Wang, Compact elliptical monopole antenna with impedance bandwidth in excess of 21:1, IEEE Transactions on Antennas and

16、Propagation, 55(11), Nov.2007: 3082-30856 S. Honda, M. Ito, H. Seki, and Y. Jinbo. A disk monopole antenna with 8:1 impedance bandwidth and omnidirectional radiation pattern. International Symposium on Antennas and Propogation , 1992:1145-1148.7 T.-G. Ma and S. -K. Jeng. A compact tapered-slot-feed

17、annular slot antenna for ultra-wideband applications. IEEE Antennas and Propagation Society Symposium, 2004:2943-2946.8C. Morales-Silva and J. Wang. CPW-fed arrow-shaped slot antenna design for ultra wide band(UWB) applications. IEEE 10th Annual Wireless and Microwave Technology Conference, 2009:1-4

18、.9 李校林,楊軍.基于腔模理論的小型雙頻寬帶微帶天線的研究與設(shè)計J.重慶郵電大學學報:自然科學版, 2010, 22(1): 59- 62.10 Sun Y. X., Chow Y. L., Fang D. G., Luk K. M. CAD formula of rectangular micro strip patch antenna on thick substrate C. IEEE Antenna and Propagation Symposium, 2002:866-869.11 Targonski S. D., Waterhouse R.B. Pozar D.M. Wideba

19、nd aperture coupled stacked patch antenna using thick substrate J. Electronics Letters, 1996,32 (21):1941-1942.12 M. Chiappe, G. L. Gragnani, Vivaldi Antennas as Detectors for Microwave Imaging: Some Theoretical Results and Design Considerations J, IEEE IST 2004-Intermational Workshop on Imaging Systems and Techniques, May 2004:22-27.13 Sloan et al. A broadband micro strip-to- slo