天线原理与设计10分形
天线设计的原理与实现方式
天线设计的原理与实现方式天线是电磁波收发的关键部件，是无线通信中不可或缺的重要元件，不同的天线设计可以实现不同的工作频率、增益、方向性、天线匹配等性能。
本文将介绍天线设计的原理和实现方式，帮助读者更好地理解天线的工作原理和参数设计。
一、天线设计的基本原理天线是将电磁波转换为电信号或反之的电器（电磁设备），它是无线通信系统中的关键部件之一。
天线设计基本原理包括天线性能指标和天线结构设计两部分。
1、天线性能指标天线的性能指标主要包括工作频率、增益、方向性、天线匹配等。
不同的天线类型和应用场景需要不同的性能指标来实现特定的功能。
（1）工作频率工作频率是指天线在工作中所应用的频率范围，通常为频段或中心频率等。
天线的设计要根据应用环境和所需要的信号频率来确定。
（2）增益增益是指天线辐射的功率与理想点源天线辐射的功率的比值，通常以dB为单位。
天线的增益与其结构形式、工作频率、方向性等有关。
（3）方向性方向性是天线传输能量的方向特性，是指天线辐射模式的立体角分布。
天线的方向性与其结构形式、工作频率、增益等有关。
（4）天线匹配天线匹配是指天线系统整体与其驱动器之间阻抗匹配的关系，使得天线系统的传输和接收线路具有最佳阻抗匹配状态，以提高天线的输出功率和信噪比。
2、天线结构设计天线结构设计是指天线的实现方式，包括天线结构形式、阻抗匹配方式、辐射元件、天线材料等方面。
（1）天线结构形式天线结构形式可以分为线性天线、环形天线、阵列天线、反射天线、补偿天线、微带天线、偏振天线等多种形式，每种天线形式都有其特点，应根据具体要求来选择天线结构形式。
（2）阻抗匹配方式阻抗匹配方式主要有天线冷端阻抗、贴片阻抗、隔离光缆、转换器和偶合电路等多种方法。
（3）辐射元件天线的辐射元件包括天线辐射体、驱动器和辅助元件等。
辐射体和驱动器是天线最基本的组成部分，辅助元件包括反射盘、支撑杆、防射线等。
（4）天线材料天线材料主要包括导体、绝缘材料、衬底材料等。
分形结构散射和几类新型分形天线的设计与研究
分形结构散射和几类新型分形天线的设计与研究分形结构散射和几类新型分形天线的设计与研究摘要：随着现代通信系统和雷达技术的发展，天线技术在无线通信和雷达领域中扮演着至关重要的角色。
传统的天线设计难以满足多频段、宽带、小尺寸以及多功能等要求。
分形结构散射和分形天线因其独特的几何形状和分形特性而备受关注。
本文系统地介绍了分形结构散射的原理和几种常见的分形天线的设计与研究。
1. 引言分形结构散射是指以分形几何形状的结构作为入射信号的反射面，通过反射、散射等过程来实现信号的处理和传递。
分形结构散射通过几何形状复杂的结构提供了更多的自由度来实现信号的改变和多功能性设计。
2. 分形结构散射的原理分形结构散射的原理基于分形几何的特性。
分形几何表现出自相似性、分形维度等特点，可以提供更大的表面积来实现更好的散射效果。
常见的分形结构散射包括Sierpinski缕线、分形棉花、科赫曲线等。
这些几何结构具有复杂的形状和细节，能够在不同频段上实现信号的散射。
3. 新型分形天线设计与研究3.1 Fractal Patch天线Fractal Patch天线是应用分形几何形状的片状天线。
Fractal Patch天线通过增加几何结构的细节和边缘的折叠来提高天线的频带宽度和增益。
使用分形几何形状可以实现更小的天线尺寸和更好的电磁特性，同时方便与其他电路集成。
3.2 分形天线阵列分形天线阵列是应用分形结构散射的阵列天线系统。
传统的阵列天线由正交排列的单元天线组成，而分形天线阵列采用分形结构作为单元天线，从而实现更大的阵列增益和更好的方向性。
分形天线阵列可以利用分形结构的自相似性和多尺度性质来优化波束形成和辐射特性，改善天线性能。
3.3 分形天线在通信领域的应用分形天线在通信领域具有广泛的应用前景。
其小尺寸和宽带特性使其成为移动通信设备中理想的天线选择。
同时，分形天线的几何特性也可以实现多频段操作和天线方向性的自由调节，满足多功能通信的需求。
天线原理与设计
天线原理与设计天线是无线通信系统中的重要组成部分，它的设计和原理对于无线通信系统的性能和覆盖范围起着至关重要的作用。
本文将对天线的原理和设计进行详细的介绍，希望能够帮助读者更好地理解和应用天线技术。
首先，天线的原理是基于电磁波的辐射和接收。
在无线通信系统中，发射天线将射频信号转换成电磁波进行传输，而接收天线则将接收到的电磁波转换成射频信号进行解调。
因此，天线的设计需要考虑到频段、增益、方向性、极化等因素，以实现最佳的通信性能。
其次，天线的设计需要根据具体的应用场景和需求来进行。
不同的应用场景需要不同类型的天线，比如室内分布式系统需要采用室内覆盖天线，而室外覆盖系统则需要采用室外定向天线。
此外，天线的设计还需要考虑到信号的覆盖范围、干扰抑制、多径效应等因素，以确保通信系统的稳定性和可靠性。
在天线设计中，还需要考虑到天线的匹配和阻抗匹配问题。
天线的输入阻抗与信号源或接收机的输出阻抗需要匹配，以确保最大的信号传输效率。
因此，天线设计中需要考虑到天线的阻抗特性和匹配网络的设计，以实现最佳的匹配效果。
此外，天线的材料和结构也对其性能产生重要影响。
天线的材料选择和结构设计需要考虑到频段、环境适应性、制造成本等因素，以实现最佳的性能和成本效益。
综上所述，天线的原理和设计涉及到电磁波辐射和接收、应用场景和需求、匹配和阻抗匹配、材料和结构等多个方面。
在实际应用中，需要综合考虑这些因素，进行合理的天线设计，以实现最佳的通信性能和覆盖范围。
希望本文能够对天线的原理和设计有所帮助，也希望读者能够在实际应用中充分理解和应用天线技术，为无线通信系统的性能和覆盖范围提供有效的支持。
天线原理与设计
天线原理与设计天线是无线通信系统中的重要组成部分，它的设计和原理对于无线通信的性能和覆盖范围起着至关重要的作用。
本文将介绍天线的基本原理和设计方法，帮助读者更好地理解和应用天线技术。
首先，天线的基本原理是什么呢？天线是将电磁波转换为电信号或者将电信号转换为电磁波的装置。
在接收模式下，天线接收到的电磁波会转换成电信号，而在发送模式下，电信号会被天线转换成电磁波进行传输。
因此，天线的设计需要考虑到频率范围、辐射效率、方向性等因素，以确保其在特定的应用场景下能够实现高效的信号传输。
其次，天线的设计方法有哪些呢？天线的设计需要根据具体的应用需求来确定。
一般来说，天线的设计包括结构设计、材料选择、匹配网络设计等方面。
在结构设计方面，需要考虑天线的形状、尺寸、辐射器的布局等因素，以确保天线能够实现所需的辐射特性。
在材料选择方面，需要选择合适的材料来制作天线，以确保天线具有足够的机械强度和耐候性。
在匹配网络设计方面，需要设计合适的匹配网络来确保天线与传输线的匹配，以提高天线的辐射效率。
最后，天线的设计需要注意哪些问题呢？在天线设计过程中，需要注意考虑以下几个问题。
首先，需要考虑天线的频率范围，以确保天线能够在所需的频段内正常工作。
其次，需要考虑天线的辐射效率，以确保天线能够实现高效的信号传输。
此外，还需要考虑天线的方向性，以确保天线能够实现所需的辐射方向。
最后，还需要考虑天线的机械强度和耐候性，以确保天线能够在各种环境条件下正常工作。
综上所述，天线是无线通信系统中的重要组成部分，其设计和原理对于无线通信的性能和覆盖范围起着至关重要的作用。
天线的设计需要考虑频率范围、辐射效率、方向性等因素，以确保其能够在特定的应用场景下实现高效的信号传输。
希望本文能够帮助读者更好地理解和应用天线技术。
天线原理与设计
H 面
H面 E面
表0-1 上图所示的八木天线和角锥喇叭天线的E面和H面 及其方向图函数表示
■ 七元八木天线的H面方向图
返回
(a) 极坐标幅度方向图
(b) 直角坐标幅度方向图
(a) 极坐标分贝方向图
(b) 直角坐标分贝方向图
图中是以八木天线的H面归一化方向图函数
FH(φ)＝F(θ,φ)|θ=90 计算并绘制的。
五十年代末人造卫星上天、洲际导弹出现后，人类进入了宇宙空 间时代，航空航天技术的发展对天线的研究又提出了许多新的课题， 这时要求解决天线的高增益、圆极化、宽频带、快速扫描和精密跟踪 等问题。
六十和七十年代是天线发展的鼎盛时期。这个时期在天线理论方法方面以及各 项技术的应用方面都在突飞猛进的发展。
(1)在天线理论方法方面
的函数图形。大多情况下，天线方向图是在远场 区确定的，所以又叫做远场方向图。
天线辐射特性包括辐射场强、辐射功率、相位 和极化。因此，天线方向图又分为：
■场强方向图 ■功率方向图 ■相位方向图 ■极化方向图
●天线方向图形式
二维方向图
三维方向图
极坐标方向图 直角坐标方向图 球坐标方向图 直角坐标方向图
(2)在天线技术应用方面
卫星通信技术发展推动了卫星天线和大型地面站天线 的发展，出现了大型平面阵、卡塞格仑天线及各种反射面 天线馈源。
雷达制导、搜索、跟踪、预警技术的应用推动了单脉 冲雷达天线、相控阵天线，多波束天线的发展。
半导体技术的发展使无线电技术向毫米波、亚毫米波 甚至更高频率发展，对天线提出了小型化、集成化、宽带 化等一系列要求，出现了有源天线、微带天线和印刷天线、 印制板开槽天线、表面波天线、共形阵列天线等。
到了80年代，由于电子计算机和超大规模集 成电路的发展，高功率固态发射机和各波段移相 器等日趋成熟及成本的大幅降低，以及数字波束 形成技术、自适应理论和技术、低副瓣技术以及 智能化理论和技术的不断发展，使得80年代成为 国际上相控阵雷达大发展的年代。先进国家研制 了多种不同用途的战略、战术相控阵雷达。我国 也不例外，到1993年，我国的相控阵雷达不仅在 军用国防及航空航天中得到广泛使用，而且已经 从军用扩展到了民用。
天线基本原理及常用天线介绍
25
电压驻波比（VSWR）对网络的影响：
VSWR 反射功率比 辐射功率减少 减少百分比
3.0
25%
2.15dB
40%
2.0
11%
0.86dB
18%
1.8
8%
0.67dB
14%
1.5
4%
0.36dB
8.0%
1.4
2.8%
0.21dB
4.7%
1.3
1.7%
0.13dB
2.9%
1.2
0.8%
0.07dB
三个及三个以上工作频段（不同制式）的宽频
天线。正如前边所介绍的：
806~869 824～896 870～960
806～960MHz 一副天线
1710～1880 1850～1990 1920～2170
1710~2170MHz 一副天线
31
806~960MHz的超宽频天线
现在的一副天线相当于原来的三副天线， 并且具备电调功能，既提高了产品性能，又在很大程度上降低了天线的生产3成2 本
峰值
- 3dB点
Peak - 3dB
15° (eg)
Peak
10dB 波束宽度
- 10dB点
120° (eg)
峰值 - 10dB点 Peak - 10dB
32° (eg)
Peak
Peak - 3dB
俯仰面即垂直面方向图
Peak - 10dB 16
方向图旁瓣显示
上旁瓣抑制 下旁瓣抑制
17
8、方向图在移动组网中的应用
1.1%
26
多径传播与反射
27
用分集接收改善信号电平
28
二、几种常用天线的介绍
天线设计原理
天线设计原理
天线是无线通信系统中至关重要的组成部分，它的设计原理直接影响着通信系统的性能和稳定性。
本文将介绍天线设计的基本原理，包括天线的基本结构、工作原理和设计要点。
首先，天线的基本结构包括辐射器和馈电系统。
辐射器是天线的主体部分，它负责将电磁波转换为空间电磁波，并与外界空间进行能量交换。
馈电系统则是将无线电频率的能量传送到辐射器上，使其产生电磁波。
辐射器的形状和尺寸、馈电系统的设计方式都直接影响着天线的性能。
其次，天线的工作原理是基于电磁场的辐射和接收。
当天线被接收到电磁波时，其中的电磁场激发辐射器产生感应电流，从而产生感应电磁场。
这个过程是天线接收信号的基本原理。
而当天线被激发电流时，辐射器产生电磁场，从而将电磁波辐射到外界空间，这个过程是天线辐射信号的基本原理。
最后，天线的设计要点包括频率选择、辐射模式和阻抗匹配。
频率选择是指天线要适应的工作频段，不同的频段对天线的设计有不同的要求。
辐射模式是指天线在空间中的辐射特性，包括辐射方
向、辐射功率分布等。
阻抗匹配是指天线的输入阻抗要与馈电系统的输出阻抗匹配，以确保能量传输的有效性。
综上所述，天线的设计原理涉及到天线的结构、工作原理和设计要点。
了解这些原理对于设计和优化天线至关重要，只有深入理解天线的工作原理，才能设计出性能优良的天线产品，满足不同应用场景的需求。
希望本文能够帮助读者更好地理解天线设计的基本原理，并在实际应用中发挥更大的作用。
基于分形的高精度导航天线的研究
基于分形的高精度导航天线的研究导航技术在现代社会中扮演着至关重要的角色，而高精度导航天线的研究对于实现精准定位具有重要意义。
在这方面，基于分形的天线设计成为了一种热门的研究领域。
本文将介绍基于分形的高精度导航天线的研究。
分形是一种几何形状，具有自相似性和无限细节的特点。
分形天线利用这种特性，在有限的空间内实现更大的频带宽度和更高的增益。
其设计原理是通过在天线结构中嵌入分形元素，使得天线具有复杂的几何形状，从而实现更好的电磁性能。
首先，分形天线的设计需要考虑频带宽度。
传统的导航天线往往只能工作在狭窄的频带范围内，而分形天线通过引入分形元素，可以实现更宽的频带宽度。
这是因为分形结构的自相似性使得天线能够在不同频段上产生类似的辐射模式，从而拓宽了天线的工作频带。
其次，分形天线的设计还需要考虑增益。
高增益是导航天线的重要性能指标之一，可以提高信号接收的灵敏度和传输的距离。
而分形天线由于其复杂的几何形状，能够产生更多的辐射元素，从而增加了天线的增益。
此外，分形天线还具有辐射效率高和抗干扰能力强的特点。
分形结构的细节丰富性使得天线能够更好地适应复杂的电磁环境，减少信号的衰减和干扰，提高导航系统的可靠性和精度。
最后，基于分形的高精度导航天线的研究还面临一些挑战。
例如，分形天线的设计和制造需要考虑到尺寸和形状的复杂性，增加了工程上的难度。
同时，分形天线的性能也受到天线材料和制造工艺的限制。
综上所述，基于分形的高精度导航天线的研究具有重要意义。
通过利用分形结构的自相似性和细节丰富性，分形天线能够实现更宽的频带宽度、更高的增益以及更好的抗干扰能力，为导航系统的精准定位提供了更好的解决方案。
然而，分形天线的研究仍然面临一些挑战，需要进一步探索和改进。
相信随着科学技术的发展，基于分形的导航天线将在未来得到更广泛的应用和发展。
分形天线
分形天线一种新颖的天线小型化技术及其应用摘要: 分形几何具有重要的特性, 即自相似性和分数维, 可以成功的应用于天线的设计。
本文主要介绍了分形的基本概念, 并对典型的分形天线及其小型化原理进行了简要介绍。
1 引言近年来, 无线通信技术以惊人的速度发展, 无论用户身在何处都能够时刻处于连接状态, 这就是所说的“任何时间、任何地点的无线电通信”。
而天线和射频设备是决定整个系统性能的关键元件。
由于传统的天线已经无法满足未来的挑战, 这就意味着必须相应地发展天线技术以适应无线系统发展的要求。
目前分形正成为满足未来产品要求的一种有效方法。
他能够使得我们有效地设计小型化天线或把多个无线电通信元件集成到一块设备上。
在用于无线应用中的下一代天线中, 小型化是必须的。
因为他必须集成多个设备( 如蜂窝、无线局域网、地理定位、无线电广播装置) , 并需要安置在多个地点( 如机场、办公室、商场、地下场所) , 同时很多设备也需用到小型化天线, 如手机、笔记本电脑、个人数字助理、汽车、手表等。
在这种情况下, 用户希望采用尽可能小的天线以便于方便使用无线设备。
此外, 在基站和设备的接入点处, 小型化的天线有助于减少周围环境对无线网络设施的影响。
2 分形几何背景知识“分形”这一概念是由法国数学家B.Mandelbrot 于1975 年首次提出的, “分形( Fract al) ”这个名词源于拉丁文的“破碎”。
分形具有两大主要特征: 自相似性和空间填充性( 即分数维) 。
自相似就是说适当的放大或缩小几何尺寸, 整个结构并不改变, 在各种尺度上都有相同程度的不规则性。
分数维是指用一个特征数( 不一定是整数) 来测定其不平度、复杂性或卷积度。
自然界中的许多物体都能用分形来模拟, 如山脉、树分形技术是得益于数学上分形物体的一些特殊性质发展起来的。
无论是自然界中的分形还是数学上的分形物体, 都能够通过简单的算法一步步迭代生成, 最终能够具有惊人的复杂结构。
天线原理与设计总结
在无线电设备中，天线就是用来辐射和接收无线电波的装置，是一种电与磁的能量转换器。
按方向性分类，天线分为全向天线和定向天线两种。
全向天线将能量信号平均辐射到所有方向上，由于能量被分散了，传输距离也较短。
而定向天线则将能量信号辐射到特定的方向上，由于能量更集中，因此在该方向上传输距离会更远。
图1 定向天线和全向天线图1 定向天线和全向天线按材质或结构，天线又可以分为许多种类，常见的是：PCB天线（板载天线）、陶瓷天线、棒状天线等。
致远电子推出的ZLG52810蓝牙模块，使用的就是PCB天线，这类天线集成在产品内部，可以大大减小对客户产品尺寸的要求。
那么，要如何评估一款天线性能的优劣？下面介绍天线的几个主要参数：1. 工作频率工作频率是天线最基本的参数，代表该天线能够辐射或接收的信号频率。
天线的工作频率一般是某个范围，这个范围称为天线的带宽。
例如某个天线的带宽是2.3GHz~2.5GHz，则它能够将该频段内的信号有效辐射出去或接收进来，而该频段外的信号例如2GHz，则无法通过该天线辐射或接收。
不同技术的产品，需要选择相应工作频段的天线，才能正常工作，例如：● 蓝牙是2.402~2.480GHz；● Wi-Fi是2.412~2.472GHz；● Lora是470~510MHz。
图2 Wi-Fi天线的工作频率测试图2 Wi-Fi天线的工作频率测试2. 增益天线是无源器件，它并不会增大信号强度。
和PA的增益不同，天线的增益通常指最大辐射方向的功率增益值，可以理解为天线在特定方向上的辐射能力，增益越大，天线辐射的能量也越集中，在相应方向上辐射能力越强，信号传输距离越远。
广州致远电子推出的ZM602系列Wi-Fi模块所设计的PCB天线增益达到了3.3dBi，空旷环境下最远通讯距离达到了450m，传输距离优于市场上绝大部分的Wi-Fi产品。
3. 电压驻波比电压驻波比（VSWR）是表征端口阻抗匹配程度的一个量，它是衡量射频功率从功率源通过传输线到负载（天线）的效率，是驻波中最大电压与最小电压之比。
天线的基本原理
天线的基本原理
天线是一种可以接收或发送无线电波的装置，其基本原理是利用电磁感应和辐射原理。
当电流通过天线中的导体时，会产生一个电磁场，这个电磁场随着电流的变化而变化。
当无线电波经过天线时，这个变化的电场和磁场会相互结合并沿着空间传播。
天线的设计和结构会影响其工作频率和辐射特性。
传统的天线通常由一个或多个导体构成，其中最常见的是直线型、对数螺旋型和偶极子型。
这些导体的长度通常是针对所需的工作频率进行优化的。
对于接收天线而言，当无线电波通过天线时，导体中的电流会产生辐射磁场，这个磁场会引起导体中的电荷移动，最终形成接收电流。
接收天线的性能受到很多因素的影响，包括频率、极化、天线的方向性以及环境的影响。
对于发送天线而言，当电流通过天线时，会在周围产生电磁场，并将电能转化为无线电波的形式辐射出去。
发送天线的效率与输入功率、天线损耗以及电磁场的辐射效果有关。
总的来说，天线的基本原理就是利用电磁感应和辐射原理，通过导体中的电流产生电磁场，并将电能转化为无线电波进行传输或接收。
这种原理被广泛应用于通讯、广播、雷达、卫星和无线电技术等领域。
天线原理与设计_讲义7
其分子变化比分母快得多，因此，副瓣最大值发生在分 子|sin(Nψs/2)|=1处，即 (5.28) sq (2q 1) / N , q 1,2,
d (cossq cosm ) (2q 1) / N 或 此式可确定侧射和端射阵的副瓣位置。 由式(5.28)，当q=1时，得第一副瓣位置
5.2 均匀直线式天线阵
等间距为d的N单元直线阵如下图所示。在前面第一 章中对均匀直线式天线阵作过简单介绍，得到了N元均匀 直线阵的阵因子为 sin( N / 2) f ( ) , d cos sin( / 2)
式中，θ为阵轴与射线之 间的夹角；α为相邻单元 之间的馈电相位差。 其最大值条件为 | m d cosm 0 得
2、零点位置θ0n
零点指方向图两个波瓣之间的节点。令F(ψ)=0，可 得方向图的零点位置。除ψ=0外， 方向图零点可由 sin(Nψ/2)=0确定。有 N / 2 n , n 1, 2,... (5.11)
即
N d (cos0 cosm ) / 2 n
得
n cos 0 n cos m Nd
(5.24)
arc cos(cosm 0.443 / L) arc cos(cosm 0.443 / L)
当扫描波束很窄时可由如下方法导出简单表达式。 式(5.23)减(5.22)得： cos 2 cos1 0.886 L 1 2 1 2 cos 2 cos1 2sin( )sin( ) (5.25)
N Z d cos 2 N dZ d sin d 2
N N Z d ~ d 2 2
积分限 0 ~ ，变成
由式(5.33)得 sin( N d cos / 2) N d / 2 sin( Z ) 2 2 I [ ] sin d [ ]2 dZ 0 N d cos / 2 N d N d / 2 Z
天线的原理与设计
天线的原理与设计天线是将电能（或者电磁波）转换为电磁场（或者电磁波）的装置，它在通信、雷达、无线电电视广播和无线电导航等领域起着重要作用。
天线设计的目的是通过合适的几何形状和材料选择，使其尽可能高效地辐射和接收电磁波。
天线的原理可以归纳为以下几个主要方面：1. 反射和辐射原理：天线将电能转换为电磁波的关键在于其几何形状。
几何形状不同，天线对电磁波的反射和辐射效果也不同。
一般来说，天线的形状需要与待处理信号的波长相匹配，以确保最佳的能量传输和辐射。
2. 功率匹配原理：设计天线需要考虑到待处理信号的功率，以及天线的能量传输效率。
天线设计需要合理选择天线尺寸、形状和材料，以确保尽可能高的信号接收和发射效率。
3. 波束方向性原理：天线的方向性是指其辐射或接收信号的方向性。
波束方向性天线的设计考虑到天线的几何形状、电流分布、波束宽度等因素，以使其增加信号的强度以及抑制不希望的信号干扰。
4. 阻抗匹配原理：阻抗匹配是天线设计中的关键要素之一。
天线的阻抗与发射或接收设备之间的阻抗必须匹配，以确保最大能量传输和最小信号损失。
通过使用匹配网络或其他技术，可以实现天线和设备之间的阻抗匹配。
天线的设计过程可以基于理论分析、模拟和实验来完成。
具体的设计步骤包括：1. 确定设计需求和参数：根据特定应用的需求，确定所需天线的频率范围、增益、方向性、极化方式等参数。
2. 选择适当的天线类型：根据设计需求，选择适合的天线类型，如喇叭天线、螺旋天线、微带天线等。
3. 进行理论分析和模拟：利用电磁场理论和仿真软件，对天线进行理论分析和模拟，确定天线的几何结构和材料。
4. 进行实验验证：通过制作样品天线并进行实验验证，评估天线的性能和参数是否符合设计要求。
如果需要，进行调整和优化。
5. 优化和改进：根据理论分析、模拟和实验结果，对天线进行优化和改进，以提高天线的性能和效果。
天线设计中需要考虑的其他因素还包括天线的制造成本、安装要求、环境适应性等。
天线基本原理及室分天线介绍27页PPT
33、如果惧怕前面跌宕的山岩，生命 就永远 只能是 死水一 潭。 34、当你眼泪忍不住要流出来的时候 ，睁大 眼睛， 千万别 眨眼!你会看到 世界由 清晰变 模糊的 全过程 ，心会 在你泪 水落下 的那一 刻变得 清澈明 晰。盐 。注定 要融化 的，也 许是用 眼泪的 方式。
35、不要以为自己成功一次就可以了 ，也不 要以为 过去的 光荣可 以被永 远肯定 。
天线基本原理及室分天线介 绍
31、别人笑我太疯癫，我笑他人看不 穿。(名 言网) 32、我不想听失意者的哭泣，抱怨者 的牢骚 ，这是 羊群中 的瘟疫 ，我不 能被它 传染。 我要尽 量避免 绝望， 辛勤耕 耘，忍 受苦楚 。我一 试再试 ，争取 每天的 成功， 避免以 失败收 常在别 人停滞 不前时 ，我继 续拼搏 。
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71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路பைடு நூலகம்漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
分形阵列天线概要
分形阵列天线分形的起源可追溯到十九世纪下半叶有名的Wierestrass函数和Cantor三分集等。
分形(Fractal)一词是美籍法国数学家B.B.Mandelbrot于1975年创造的。
分形几何是传统欧氏几何的推广,它研究的内容在图形上具有自相似性,在数量上具有分数维数。
分形几何与经典的电磁理论结合产生了分形天线系统理论。
所谓的分形天线是指：几何属性上具有自相似和分数维数等特征的天线。
分形天线的内容包括两个方面：一个是分形单元天线,另一个是分形阵列天线。
分形阵列天线又包括两个方面：一方面是分形单元按普通阵列排布；另一方面是普通天线按分形阵列分布。
分形天线保存了原有分形图形的特点,它具有很强的空间填充性。
而有些分形天线则适合作为小型化天线技术的开发和应用。
和普通天线相比分形天线具有更多优点：它具有多频带、宽频带的特性,特别是工作在多个频段上时具有相似的辐射特性；而有些分形天线则具有很强的空间填充能力,可以使天线在保持基本辐射特性不变的情况下具有更短的尺寸,这样也可以减少设备的尺寸；分形天线在外观上也具有一定的视觉效应,既发挥了天线的作用,又起到装饰的作用,一般用在室内覆盖技术中。
本文首先简要介绍了分形几何理论的基本知识。
然后介绍了分形几何的特点以及分类、分形图形的生成方法以及简单分形图形的维数的计算。
总结了常见分形天线：Koch分形天线、Sierpinski分形天线、Hilbert分形天线、Peano分形天线、Minkowski分形天线、Sierpinski分形毯、Crown分形天线、Koch岛以及Mandelbrot分形树天线和等角螺旋天线。
重点研究了分形阵列天线。
在分形阵列天线中重点研究了具有低旁瓣特性的共心圆环分形阵。
共心圆环分形阵可以根据不同的生成元而分为线性阵、平面三角阵、平面方阵和六边形阵。
同时研究了多种共心圆环分形阵的阵列分布和辐射特性,给出了阵列方向图。
另外还介绍了Cantor集线阵、Sierpinski面阵、Weierstrass分形阵和Peano-Gosper分形阵。
小型化分形天线的设计与分析
（3）易于制作：分形结构的制作相对简单，可以通过普通的加工工艺实现。 这使得分形天线具有较低的成本和较高的生产效率。
2、缺点
（1）复杂性：分形天线的设计相对复杂，需要运用专业的知识和工具进行设 计和优化。同时，分形天线的制作也需要较为精细的工艺和材料，这都增加了 其复杂性。
（2）稳定性：虽然分形天线具有较高的性能，但其稳定性略逊于传统天线。 在某些特殊环境下，分形天线步骤
1、选择合适的分形结构
小型化分形天线的设计首要任务是选择合适的分形结构。根据不同的应用场景 和性能需求，需要选择不同的分形结构。常见的分形结构包括：树状分形、迭 代分形、阵列分形等。这些分形结构具有较好的小型化和高性能化的特点，能 够满足不同的需求。
2、优化设计
在选择合适的分形结构后，需要对天线进行优化设计。优化设计的主要目标是 提高天线的性能，同时减小天线的尺寸。优化设计需要考虑的因素包括：天线 的辐射效率、频带宽度、方向性、增益等。通过对这些因素的综合考虑，调整 分形结构的参数和形状，以获得最佳的天线性能和尺寸。
3、制作和测试
在优化设计完成后，需要进行天线的制作和测试。制作过程需要选择合适的材 料和工艺，以保证天线的机械强度和电气性能。测试环节主要是对天线的电气 性能进行检测，包括频谱特性、方向性、增益等。通过测试环节，可以验证设 计的正确性和天线的性能是否满足要求。
分形天线是一种基于分形几何学原理的天线，它具有复杂的几何结构，可以提 供更好的信号接收和发射能力。分形天线的结构可以复制，呈现出自相似的特 性，这种特性使得分形天线在频谱效率和辐射性能方面具有很好的表现。
分形天线的设计方法
设计分形天线需要考虑到天线的几何结构、尺寸、形状、材料等因素。其中， 选择合适的分形天线模型是最重要的步骤。常见的分形天线模型包括：树形、 螺旋形、蝴蝶形等。这些模型都具有独特的几何结构和优异的性能，可以根据 实际需求进行选择。
天线基本原理及室分天线介绍
人教版高一年级语文下学期五单元兰亭集序知识点原文欣赏《兰亭集序》永和九年，岁在癸丑，暮春之初，会于会稽山阴之兰亭，修禊事也。
群贤毕至，少长咸集。
此地有崇山峻岭，茂林修竹；又有清流激湍，映带左右，引以为流觞曲水，列坐其次。
虽无丝竹管弦之盛，一觞一咏，亦足以畅叙幽情。
是日也，天朗气清，惠风和畅，仰观宇宙之大，俯察品类之盛，所以游目骋怀，足以极视听之娱，信可乐也。
夫人之相与，俯仰一世，或取诸怀抱，悟言一室之内；或因寄所托，放浪形骸之外。
虽趣舍万殊，静躁不同，当其欣于所遇，暂得于己，快然自足，不知老之将至。
及其所之既倦，情随事迁，感慨系之矣。
向之所欣，俯仰之间，已为陈迹，犹不能不以之兴怀。
况修短随化，终期于尽。
古人云：“死生亦大矣。
”岂不痛哉！(不知老之将至一作：曾不知老之将至)每览昔人兴感之由，若合一契，未尝不临文嗟悼，不能喻之于怀。
固知一死生为虚诞，齐彭殇为妄作。
后之视今，亦犹今之视昔。
悲夫！故列叙时人，录其所述，虽世殊事异，所以兴怀，其致一也。
后之览者，亦将有感于斯文。
翻译：永和九年，时在癸丑之年，三月上旬，我们会集在会稽郡山阴城的兰亭，为了做禊事。
众多贤才都汇聚到这里，年龄大的小的都聚集在这里。
兰亭这个地方有高峻的山峰，茂盛的树林，高高的竹子。
又有清澈湍急的溪流，辉映环绕在亭子的四周，我们引溪水作为流觞的曲水，排列坐在曲水旁边，虽然没有演奏音乐的盛况，但喝点酒，作点诗，也足够来畅快叙述幽深内藏的感情了。
这一天，天气晴朗，空气清新，和风温暖，仰首观览到宇宙的浩大，俯看观察大地上众多的万物，用来舒展眼力，开阔胸怀，足够来极尽视听的欢娱，实在很快乐。
人与人相互交往，很快便度过一生。
有的人在室内畅谈自己的胸怀抱负；有的人就着自己所爱好的事物，寄托情怀，放纵无羁地生活。
虽然各有各的爱好，安静与躁动各不相同，但当他们对所接触的事物感到高兴时，一时感到自得。
感到高兴和满足，竟然不知道衰老将要到来。
等到对得到或喜爱的东西已经厌倦，感情随着事物的变化而变化，感慨随之产生。
天线设计原理
天线设计原理
天线设计原理是无线通信系统中非常重要的组成部分。
它的主要目的是将电磁能量转换为无线电波，并且能够高效地辐射出去或接收来自外部的无线电波。
天线的设计原理基于电磁学理论，其中最基本的原理是安培环路定理和法拉第电磁感应定律。
安培环路定理指出，通过闭合导线的总电流等于穿过该闭合导线的磁场总通量的变化率。
而法拉第电磁感应定律则表明，当导体中的磁通量发生变化时，会在导体两端产生感应电动势。
根据这些原理，天线的设计首先要选择合适的材料和结构，以实现高效的无线信号辐射或接收。
常见的天线材料包括金属和介质，其选择取决于天线的工作频率和应用环境。
例如，金属天线适用于高频段的工作，而介质天线适用于低频段的工作。
天线的结构也多种多样，常见的有全向天线、定向天线和半定向天线等。
全向天线能够均匀地辐射信号到周围的各个方向，适用于无线通信中的广播和接收。
定向天线则可以将信号主要辐射到特定的方向，适用于点对点通信或者长距离通信。
半定向天线则介于全向天线和定向天线之间，既能实现宽带辐射，又能够在一定范围内集中辐射信号。
此外，天线的大小和形状也会对其性能产生影响。
较大的天线能够实现更高的增益和辐射效率，但同时也会增加系统的复杂性和成本。
因此，天线设计师需要在性能、成本和空间限制之间进行权衡。
总之，天线设计原理是基于电磁学理论的，通过选择合适的材料、结构和形状，实现高效的无线信号辐射或接收。
这些原理为天线优化设计提供了理论基础，确保了无线通信系统的可靠性和性能。
天线原理与设计
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电小天线的宽带技术
• 无论是电小偶极子天线还是电小环天线其带宽 都是非常窄的。要增加电小天线的带宽，可以 从以下几个方面考虑：
• 新原理天线； • 采用参差调谐的概念来展宽频带； • 采用电振子和磁振子互补的概念来扩展频带； • 加大阻尼，用牺牲效率的办法来换取一定频带的工
a
A
b
Ka Ab
6
2
3
KaV
6
2
3
V'
9 2
VS
VS
4 3
2
3
其中V=Ab为天线的体积；V’为有效体积；V’=Ka,bV；VS为弧度球的体积。
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集中参数分析法
(a)
(b)
(c)
(d) 线
（e）宽
(f)多线环
环
条环
• 扩展频带：降低整个天线系统的Q值。增大与负载之间
• 沿天线连续变化它的电阻是困难的，可以采用分段逼近的办法来代替。当 然，电阻将引起损耗，效率将下降。
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电阻加载示例
• 某国外机载多频 道天线，用 10W线绕电阻 与辐射片并联， 以扩展天线带宽， 天线效率不足万 分之一。
N
(2n 1)Qn (ka) Q n1
2N 2 4N
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传输线模型法
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• 天线是由传输线演变而来， 是特殊形式的传输线；
• 各种形式的电小天线具有相 似性；
• 电小偶极子天线可以等效为： 辐射电阻与无损耗开路传输 线串联；
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是人类思维最奇特的产物。二十多年前，
Mandelbrot提出fractal这一观念，阐明
它是自然界最普遍形体的时候，人们是
将信将疑。
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分形天线-Fractal Antenna
令人意想不到的是，分形居然可以直接应用到无 线电收发天线的上，现在许多学者已经证明， 有效的宽带天线，其形状必须具自相似性。这 类天线具有非常优良的宽带效应，所占空间最 为紧凑。 事实上，Motorola公司的手机已经用上 Sierpinski Gasket内藏天线，它不但效率高 25%，而且形状规整。
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Compare
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磁偶极子天线
• 磁偶极子天线或者称为小环天线，可以用对偶原理从 电偶极子的解得到。 • 磁偶极矩等于环电流乘以环面积SI（ S<λ2 /100）， • 其辐射电阻反比于波长的四次方Rr=31200(S/λ2)2，当环 半径为0.1λ/π，线半径为 0.001 λ ，则Rr=0.316Ώ。 • 输入电抗为ωμb（ln(8b/a)-1.75) 在尺寸相当情况下，磁偶极子天线辐射电阻比电偶极子 的辐射电阻更小，更难以与馈线匹配。
一个30cm（频率20MHz，波长15m，天线为0.02波长） 的V-锥天线，辐射电阻为1.2Ω ，现在天线长为 1.26m，辐射电阻大于21 Ω ，直接用50 Ω 馈电， 其驻波小于2.35
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Koch单级子输入阻抗
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从分子生物学到生理学、生物形态学， 从材料科学到地球科学、地理科学， 从经济学到语言学、 社会学， 从数学（自然科学）到艺术（人文科学）等等，
已经渗透到工程和科学的各个领域。
分形电动力学（分形天线工程)
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分形集
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分形集
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Fractal microቤተ መጻሕፍቲ ባይዱtrip antenna
Return loss S11 of fractal volume microstrip antenna comprising Sierpinski carpet gaskets D, E and F printed on substrate with relative permitivity2.2( see inside sketch)
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Small Koch loop
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Compare with UESTC same radius the
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Raise the input resistance
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Minkowski island
The iterative-generation procedure for a Minkowski island fractal. Each straight segment of the geometry is replaced with the generator. The initiator, the square, is shown, along with the first three generating iterations, or pre-fractals. 2013-5-14 UESTC 45
– 混沌(chaos)、 – 分形(fractal) – 孤子(soliton)
• 是非线性科学中最重要的三个概念。
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分形几何学
• 分形几何学
– 是B.B.Mandelbrot为解决电话电路噪声而创
立的非欧几里德几何学, 1973年在法兰西学
院讲课时，首次提出了分维和分形几何的设
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Small antenna kh<1
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Quality factor
Normalized frequency
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Tree dipole
Quasi-2D fractal
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Quasi-3D fractal
Sierpinski三角形
self-similarity
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自相似性：
局部和整体相似。
Sierpinski gasket
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Fractal art
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Fractal landscape
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Miniature the loop antenna
First and second Minkowski square loop in side in square loop. All three loop antennas are resonant at the same frequency. 2013-5-14 UESTC
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Fractal stacked monopole
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Improve antenna match
a b
c
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Raise antenna gain
a
b
c
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Current distribution on the monopoles
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Fractal plant
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分形与分维
• 在欧氏空间中，人们习惯整数的维数。 分形理论把维数视为分数，分维是物理
学家在研究混沌吸引子等理论时引入的
概念，它突破了一般拓扑集维数为整数 的界限。
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分形与分维
• 一根直线，如果用0维的点来度量它，其结果为无穷大， 因为直线中包含无穷多个点；如果用一块平面来度量
分形的特征
• 分形理论有很强的解释能力，能说明许 多大自然形态的发生和自组织过程;
– 分形自相似原理 – 分形迭代生成原理
• 推动人们更好地认识世界。
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分形天线-Fractal Antenna
当Koch Curve和Sierpinski Gasket这些高
度“病态”的几何形体出现时，被认为
而用平面去度量，其结果是0，只有找一个与 Koch曲线维数同量级的尺子去度量它才会得到 有限的维数，而这个维数显然大于1、小于2， 那么只能是小数（即分数）了，所以存在分维。
Koch曲线的维数是1.2618……。
• 分形曲线的维数是1<D<2，分形表面的维数是
2<D<3。
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Compare fractal dipole and meander dipole
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Current
The resonant frequency f the D1 meander line dipole was calculated to be 154.9MHz, which is approximately 42% lower than that of the Hilbert curve fractal dipole.
天线原理与设计
分形天线工程
阮成礼 电子科技大学
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天线设计的总体目标
• 结构简洁紧凑
• 外形轮廓小巧
• 与系统结构共形
• 超宽带或者多频带
• 高增益，低副瓣，低尾瓣等
分形天线工程是解决方案之一!
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分形几何学
• 非线性科学(nonlinear science)
Minkowski loops
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Radiation resistance
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Fractal loop antenna and bent-wire antenna
Bent-wire antennas
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Compare the characters
想。分形几何学是一门以非规则几何形态为
研究对象的几何学。
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自然观
• 分形理论已经对方法论和自然观产生强 烈影响，从分形的观点看世界，
– 这个世界是以分形的方式存在， – 以分形的方式演化。
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交叉性学科
分形理论是一门交叉性学科，
从振动力学到流体力学、天文学和计算机图形学，
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分形手机天线
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Wireless internet
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分形天线
• 现在报道的分形天线有：
– 分形电偶极子天线
– 分形磁偶极子天线
– 分形微带天线
– 分形阵列天线
– 频率选择表面