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变换光学理论下天线特性的研究

作　者: 阮羽佳
导　师: 王均宏; 张展
学　校: 北京交通大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 变换光学坐标变换天线馈电等效变换共形天线
分类号: TN820
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 25次
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内容摘要

变换光学理论的蓬勃发展,使得人们想要人为操纵光线传播的梦想成为现实。作为变换光学理论的核心方法——坐标变换法被逐渐地应用于电磁器件的研究,隐身衣就是其中一个典型的例子。随后有学者认为,坐标变换法可以为共形天线的研究提供新的理论指导。但是,目前的研究多是基于理想电磁源的等效,如何从理想电磁源过渡为实际天线的研究,是一个颇具挑战的难题。本文基于变换光学理论,用坐标变换的方法和边界条件推导了天线馈电端口的切向馈电场的坐标变换公式。然后用了四种不同的天线模型来验证该公式的正确性,从而证明了基于变换光学方法的共形天线的研究的可行性。论文的主要研究工作和创新点可分为以下几个部分：1.根据变换空间中等效理想电磁源的坐标变换公式,用边界条件和格林函数的方法,分别推导了线天线在馈电处切向馈电场的坐标变换公式和面天线在馈电端口处切向平面上的馈电场的坐标变换公式。推导结果显示,只需在天线的馈电处的切向馈电场遵循原本线电流或者面电流的变换方法,即可实现在坐标变换前后天线的辐射场保持一致的特性。该公式的提出,实现了从理想电磁源的共形变换到天线的等效共形变换的过渡。2.通过理想二维情况下的线天线模型的提出,将天线的馈电公式用于二维理想线天线pinwheel模型,通过电磁仿真软件COMSOL对该模型进行仿真和结果分析,得出了天线在坐标变换前后辐射特性等效的结论,从而验证了天线馈电公式的正确性。3.本文进一步提出了三维情况下的实际线天线模型,首先提出了球面偶极子天线模型,仿真得到变换后的天线的辐射场与原始偶极子天线的一致。然后又用埋藏式单极子天线模型来仿真验证变换前后天线的辐射等效性,并提出了一种简便的天线设计的方法。这两个模型不仅验证了线天线馈电方程的正确性,而且可以将理论联系实际,为实际工作中线天线的共形设计提供了理论上的可行性。4.由于微带贴片天线在共形设计中的普遍应用,文中提出了平面微带贴片天线球面化的模型,仿真并验证了面天线切向馈电口面上馈电场的坐标变换公式的正确性。从仿真结果来看,天线实现了等效共形变换。由于在实际应用中,微带贴片天线的共形研究较多,因此,该模型的仿真在诸多研究方法中增添了一种更为简单和有效的方法。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-20
  1.1 变换光学理论简介及应用  11-14
    1.1.1 变换光学简介  11-12
    1.1.2 变换光学理论的研究背景  12-14
  1.2 共形天线的应用及分析方法  14-17
    1.2.1 共形天线的应用  14-16
    1.2.2 共形天线的常规综合方法  16-17
  1.3 课题研究的意义及创新点  17-18
  1.4 本论文的主要研究内容和结构安排  18-20
2 变换光学理论及其在理想电磁源变换中的应用  20-30
  2.1 直角坐标系下变换光学理论  20-22
  2.2 变换光学理论应用于理想电磁源  22-28
    2.2.1 体电流与电流守恒  23-25
    2.2.2 线电流与面电流  25-28
  2.3 变换媒质中电磁源的边界条件  28-29
  2.4 本章小结  29-30
3 基于变换光学的天线馈电的研究  30-43
  3.1 馈电对天线表面电流分布的影响  30-33
    3.1.1 线天线馈电对表面电流分布的影响  30-32
    3.1.2 面天线馈电对表面电流分布的影响  32-33
  3.2 二维线天线模型  33-42
    3.2.1 Pinwheel天线模型的建模  33-37
    3.2.2 Pinwheel天线模型仿真及结果分析  37-42
  3.3 本章小结  42-43
4 偶极子及单极子天线的共形设计  43-58
  4.1 偶极子与单极子天线综述  43-45
    4.1.1 偶极子天线  43-44
    4.1.2 单极子天线  44-45
  4.2 球面偶极子天线模型  45-51
    4.2.1 球面偶极子天线模型建模  46-48
    4.2.2 球面偶极子天线模型仿真及结果分析  48-51
  4.3 埋藏式单极子天线模型  51-57
    4.3.1 埋藏式单极子天线模型建模  52-53
    4.3.2 埋藏式单极子天线模型仿真及结果分析  53-57
  4.4 本章小结  57-58
5 微带贴片天线的共形设计  58-68
  5.1 微带贴片天线综述  58-61
    5.1.1 微带天线基本原理  58-60
    5.1.2 微带天线分析模型  60-61
  5.2 球面微带贴片天线模型  61-66
    5.2.1 球面微带贴片天线模型建模  61-63
    5.2.2 球面微带贴片天线模型仿真及结果分析  63-66
  5.3 本章小结  66-68
6 总结及展望  68-70
  6.1 论文总结  68-69
  6.2 研究展望  69-70
参考文献  70-73
作者简历  73-75
学位论文数据集  75

变换光学理论下天线特性的研究

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