微带对数周期天线的fdtd分析

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1、微带对数周期天线的FDTD分析

2、第1lunouseg(this)">其中：馈线置于上下两层介质之间，通过电磁耦合激励贴片导体，贴片与馈线的相对位置如图1（a）所示，实验证明［5］，当贴片边缘与馈线边缘对齐时，耦合最贴片阵元的长度、宽度以及间隔沿阵列依次变化，其关系如下：500)this.style.ouseg(this)">　　天线的具体尺寸参数如表1，介质基片的长宽为100×30mm。500)this.style.ouseg(this)">2．2　边界条件　　这里采用的边界条件为Taflove边界条件［11］和Mei边界条件［12］的混合方法。　　由Mei边界条件知，不理想的

3、吸收边界对电场和对磁场的切向分量呈现出相反的剩余反射，因此可以将同样的吸收边界条件分别施加在电场和磁场的切向分量上，然后对其结果进行适当的加权平均，即可减小不理想边界引入的误差。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">这样处理边界吸收问题清晰直观，易于编程计算。2．3　分区处理和激励源的设置　　由于这种电磁耦合微带对数周期天线结构的复杂性，在FDTD计算模型中包含3层介质（馈线介质基片、贴片介质基片、空气层），每一层中电场的表达式有所差别。激励源的设置

4、对波是透明的，即：500)this.style.ouseg(this)">　　上式表明在激励点上的场值为背景场与原场线性叠加，这样既产生了所需的激励，又允许任意外向的散射波无反射地通过激励点儿传播，到达吸收边界后被吸收。这种设置模拟了一个无限远处的入射平面波和一个反射回无限远的散射波。因此，如果能对计算区域适当分区，将大大简化天线结构所带来的计算上的复杂性，使程序结构更加清晰流畅。3　数值结果和分析　　首先对计算空间进行剖分，采用均匀网格剖分技术，Δx＝Δy＝Δz＝0．25mm，其中Δx，Δy，Δz分别是x，y，z方向上的空间网格长度。激励源为高斯脉冲：500)this.sty

5、le.ouseg(this)">　　根据Fourier变换理论，频率间隔500)this.style.ouseg(this)">0．29294GHz。500)this.style.ouseg(this)">　　由数值结果可以判断这种天线的宽频带特性。图2中S11曲线在小于－10．7dB的范围内有将近3．7G的带宽，只是在高频端反射增加。天线的阻抗特性（图3）在整个计算频带内起伏不大，基本符合宽频带的要求。天线增益（图4）在所计算的17个频率点上保持8～12dB的增益。天线在高频端产生不良特性的原因主要有2个：　　（1）数值色散的结果，这是计算方法本身的不足之处；　　（2）计算模

6、型与理想的微带对数周期天线之间有误差，理想的微带对数周期天线应该是所有与天线性能有关的因素都按对数周期比变化，例如介质厚度、贴片长宽和间距以及馈线宽度等；而计算模型的介质厚度是均匀的，这将使沿阵的耦合发生变化，频率升高68时波瓣发生畸变。500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">500)this.style.ouseg(this)">　　在实际天线制作中，通常采用分段成比例的办法去中和理想天线和模型结构。另外，在原设计基础上适当增加1～2个贴片可有效改善频带内的性能，实际中也是常常这样做的。4　结　语　　本文

7、应用FDTD方法计算了一种电磁耦合微带对数周期天线，得到了这种天线的宽频带特性，对计算结果进行了分析并指出了存在误差的原因。这种数值结果能对实际设计工作进行有益的指导，从而能优化天线的设计。