毕 业 设 计 任 务 书设计（论文）题目 一种基于带状线馈电 Vivaldi 天线的低剖面设计 学 院 名 称 计算机与信息学院 专 业 （班 级） 电子信息科学与技术 11-2 班 姓 名 （学 号） 卢保军（20112850） 指 导 教 师 桑磊 系 （ 教 研 室 ） 负 责 人 齐 美 彬 1一、毕业设计（论文）的主要内容及要求 （任务及背景、工具环境、成果形式、着重培养的能力）1. 背景天线在通信、广播、导航、雷达、遥测遥控等各种无线电系统中发挥着举足轻重的作用。早期的无线电技术主要应用于远洋通信，因而天线的重要作用也主要体现在长波波段。二战中，雷达技术的使用对天线而言，起了有力地推进作用。期间，天线的理论也逐步成熟起来。之后的 30年内，针对各式各样的天线要求，研究者们陆续提出了许多新型天线。总之，经过 100 多年的发展，天线已不再单单是接收、发射电磁波的单一装置，而是逐步成为了与信号处理系统紧密结合的一部分。1974 年美国雷声公司(Raytheon Company)的 L.R. Lewi 在 APS(Antenna and Propagation Symposium)年会上发表题为 A Broadband Strip line Array Element 的文章提出了一种微带线馈电波导开槽天线，这种具有朝开口方向端射特性的天线结构被视为开槽天线的起源。Vivaldi 天线，最为经典的渐变缝隙天线，最早是由英国 Philips 研究实验室的 P.J. Gibson 于 1979 年提出的一种具有非周期结构连续逐渐变化的超宽带行波天线。指数型状渐变的槽线结构使得它有着超宽带、高增益、低副瓣、低交叉极化、设计频段内具有相同的波束宽度以及随频率变化具有恒定增益等优良特性。故而，Vivaldi 天线在其提出的较短时间内，就受到了广大微带天线研究者们的广泛关注。随着生产技术的不断革新，电子设备的集成化、小型化的发展趋势也愈加明显。即意味着高性能、小尺寸天线的设计已逐渐成为了一个有待解决的问题。2. 任务本文在带状线槽线-馈电 Vivaldi 天线的基础上，研究了低剖面技术，先后使用了加周期金属凹槽、侧向栅栏和后方纵向开槽的方法对小型化技术进行探索。首先设计了一覆盖频段为 15 GHz25 GHz、带状槽线馈电方式的传统vivaldi 天线，并运用高频结构仿真器对设计的天线进行仿真。仿真结果表明，该传统Vivaldi 天线-10dB 覆盖频段为 14.4672 GHz27.3000 GHz，且主瓣增益约为 7dB。其次，运用加周期金属凹槽、侧边开槽和后方开槽等方法对设计的传统 vivaldi 天线进行改进，以期望得到覆盖范围更广的频带宽度以及更大的主瓣增益。从而能够通过对比的方法寻找出相对优良的低剖面设计方案。软件仿真结果表明，在三种低剖面设计方案中，侧边开槽能够有效地拓宽传统 vivaldi 天线-10dB 频带宽度、后方开槽能够有效地降低传统 vivaldi 天线的后瓣增益，从而达到增大主瓣增益的效果。最后，对所设计传统 vivaldi 天线运用侧、后方开槽方式实现低剖面设计。参数扫描结果表明，改进后 vivaldi 天线的介质基板长度为 28mm 与所设计传统 vivaldi 天线的介质基板长度为39mm 有着相近的频带宽度以及主瓣增益。即通过侧边开槽和后方开槽能够实现带状线馈电传统vivaldi 天线的低剖面设计。3. 工具环境HFSS 软件。24. 成果形式（1）设计一传统带状线馈电 vivaldi 天线，并得到其仿真结果；（2）对所设计天线运用不同的改进措施，实现低剖面的设计，得到各改进结构的仿真图。5. 着重培养的能力阅读文献查阅、信息检索的能力。本课程设计中，要求学习相关的专业知识：电磁场与电磁波、微波技术、天线理论、宽频渐变缝隙天线等。毕设中对软件的要求是：熟练使用 HFSS 高频电磁仿真器。二、应收集的资料及主要参考文献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 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钟顺时. 矩阵微带天线的带宽和宽带频带技术 J.电子科学学刊， 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 吴群,宋朝晖.微波技术.哈尔滨工业大学出版社,2004:68-696 宋跃. 多频带超宽带印刷天线及锥削缝隙阵列研究. 西安电子科技大学博士论文，2010:14- 16.7 延晓荣，小型化超宽带和极宽带印刷天线，上海大学博士论文，2008:14.三、毕业设计（论文）进度计划起 迄 日 期 工 作 内 容 备 注2015-03-01 至 2015-03-62014-03-07 至 2014-03-312014-04-01 至 2014-04-302014-05-01 至 2014-05-31调研收集材料完成开题报告和英文翻译实现传统 vivaldi 天线及低剖面的设计撰写毕业论文，准备答辩3开 题 报 告 （该表格由学生独立完成)1.课题的作用、意义，在国内外的研究现状和发展趋势天线在通信、广播、导航、雷达、遥测遥控等各种无线电系统中发挥着举足轻重的作用。早期的无线电技术主要应用于远洋通信，因而天线的重要作用也主要体现在长波波段。二战中，雷达技术的使用对天线而言，起了有力地推进作用。期间，天线的理论也逐步成熟起来。之后的 30 年内，针对各式各样的天线要求，研究者们陆续提出了许多新型天线。总之，经过 100 多年的发展，天线已不再单单是接收、发射电磁波的单一装置，而是逐步成为了与信号处理系统紧密结合的一部分。1979 年，P.J. Gibson 在其发表的名为 The Vivaldi Aerial 的论文中提出了一种指数规律渐变缝隙天线。由于该天线的指数渐变结构让 Gibson 联想起了小提琴，便以他最为仰慕的突尼斯小提琴家 Antonio Vivaldi 的名字来命名。Gibson 指出，指数型的轮廓线使得这种渐变缝隙天线具有良好的带宽。1988 年，Ehud Gazit 提出了一种名为反足型 Vivaldi 天线的双层微带渐变缝隙天线。在这种天线结构中，Ehud Gazit 将部分底层金属置于馈电位置作为顶层微带的地，而微带及其下方的金属选用的是逐渐过渡为宽度相同的平行双线，之后去再向相反的方向逐渐张宽。这种天线结构能够有效地拓宽阻抗带宽，但却是以降低天线的交叉极化特性为代价的。1991 年，ANesic 提出了一种基于共面波导馈电方式的 Vivaldi 天线。同年，美国的 R.N. Simons 提出了两种共面波导馈电方法的线性渐变天线：1.通过一段 air bridge 将处于介质板一个面上的共面波导和弧形缝隙直接连接；2.通过耦合的方式对分别处于介质板上表面的缝隙及介质基板下表面的有限共面波导（Finite Co-plane Waveguide）进行馈电。近些年，有更多的天线结构相继被提出。其中参照 K.S. Ygvesson 和 D.H. Schaubert 对渐变缝隙天线介质板结构的研究成果提出的带状线馈电三层 Vivaldi 天线以其较好的阻抗匹配带宽及辐射特性吸引了广泛学者们的注意。这种带状线 Vivaldi 天线的顶层及底层为蚀刻了渐变缝隙的金属层，顶层及底层中间含有扇形短截线的带状线馈电层。2.完成任务的可能思路和方案本文主要介绍显著区域快速检测算法，首先使用直方图对比度方法(Histogram Contrast, HC)定义输入图像颜色统计特征的图像像素显著值。准确的说是，一个像素的显著值是通过与图像中的所有其它像素的色差来定义的。该算法中，在允许精度误差范围内，采用基于直方图的加速的方法进行近似计算，从而达到快速运算的目的。然后运用区域对比度的方法(Region Contrast, RC) 将空间关系整合到区域等级对比度计算当中。即首先把输入图像分割成数个目标区域，然后计算区域等级上的颜色对比度，并且用这个区域与图像中其他目标区域对比度的加权和为每个区域定义显著性。最后对二者结果在精度和召回率两个方面进行比较。 3.需要的主要仪器和设备装有 HFSS 软件的 PC 机。44.主要参考文献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 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钟顺时. 矩阵微带天线的带宽和宽带频带技术 J.电子科学学刊， 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 Propagation, 55(11), Nov.2007: 3082-30856 S. Honda, M. Ito, H. Seki, and Y. Jinbo. A disk monopole antenna with 8:1 impedance bandwi