分形理论在天线技术中的应用概要VIP免费

1分形理论在天线技术中的应用钱四林1黄华2施建超3（1.四川大学电气信息学院四川成都610065;2.四川大学电气信息学院医学信息工程系四川成都610065;3.四川大学电气信息学院四川成都610065）摘要：本文针对分形的独特特征---自相似性（或自仿射性）和空间填充性，论述了将其运用于天线设计中。与传统的天线相比，在保持相同性能的条件下，这种天线有两个突出的优点：天线尺寸缩减和多频带性。文章还分析研究了分形几何在天线阵列设计中的应用，并探讨了分形理论在天线研究中的发展趋势和需要解决的问题。关键词：分形；分形天线；自相似性；空间填充性；分形阵列FractaltheoryintheapplicationoftheantennatechnologyQianSilin1,HuangHua2,ShiJianchao3(1.CommunicationEngineeringDepartment,schoolofelectricalengineeringandinformation,SichuanUniversity610065,china;2.MedicalInformationEngineeringdepartment,sichuanuniversity610065,china;3.communicationengineeringdepartment,schoolofelectricalengineeringandinformation,sichuanuniversity610065,china;)Abstract:Thispaperbasedontheuniquecharacteristicsoffractalself-similarity(orself-affinity)andthespace-filling,discussedtheuseofitscharacteristicstotheantennadesign,comparedwiththeconventionalantenna,undertheconditionofmaintainingthesameperformance，Therearetwoobviousadvantagesofsuchanantenna：antennasizereductionandnatureofmulti-band.Introducedfractalgeometryintheapplicationofantennaarrays.Atlast,Putforwardtothedevelopmenttrendsoffractaltheoryintheantennaresearchandneedtosolvetheproblemsintheantennadesign.Keywords:fractal;fractal-antenna;self-similarity;space-filling;fractalarrays1引言随着无线通信技术的发展和移动通信终端设备的普及，特别是近年来人们对小型化、多频带、集成化天线的迫切需求，使天线技术得到了充分的发展。但是，传统的天线在几何形状上基本上都是基于欧几里德几何的设计。虽然，随着天线2技术的不断发展出现了微带天线，具有低剖面、重量轻、成本低，可与各种载体共形，适合印刷电路板技术批量生产、易于实现圆极化、双极化、双频段工作等优点，但其致命的缺点是窄带性，从而限制了它的广泛应用。因此，迫切需要运用新的理论和方法，探索现代天线的设计，解决传统的天线设计中出现的问题和矛盾。研究发现，将分形几何应用到天线工程中，可设计出尺寸和频带指标更好的分形天线。2分形天线“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（Fracta1）”这个名词即拉丁文的“破碎”。分形几何就是研究无限复杂而具有特定意义下的自相似图形和结构的几何学，自相似就是局部的形态与整体形态的相似，分形具有两大特征：自相似性和空间填充性(即分数维)。所谓分形天线，是指几何属性上具有分形特征的天线。世界上第一个分形天线是由美国科学家Dr．NathanCohen于1988年完成的，而对分形天线进行系统的研究是从1995年8月Cohen发表他的第一篇有关分形天线方面的文章开始的。随后，国际上很多大学和科研机构开始对分形天线进行研究。分形天线是分形电动力学的众多应用之一。天线与阵列的分形设计是电磁理论与分形几何学的融合，如我们熟悉的螺旋天线和对数周期天线等一类频率无关天线都是分形天线，它已经存在多年，但直到分形技术应用后，它的性能才得以充分的理解。传统的微带天线要实现其双频和多频工作通常需要采用多个辐射单元的天线或电抗性负载贴片天线或多频介质谐振天线，这些都增加了天线的复杂性，同时，也增加了制作的难度和成本。现代无线通信要求用低剖面、小尺寸、多频带（宽频带）、可集成的天线，分形天线能更好的满足这种要求。分形是通过迭代产生的分数维自相似结构，其整体与局部、局部与局部之间都具有自相似性。因此，分形是一种与标度无关的几何，与宽带天线的频率无关性比较相似。将分形应用于天线的设计主要是用来实现天线小型化和天线的多频特性，分形天线解决了传统天线的两个局限性：(1)通常天线的...