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1、北京交通大学硕士学位论文FDTD方法在介质加载脉冲天线研究中的应用姓名：韩增富申请学位级别：硕士专业：电磁场与微波技术指导教师：王均宏20050301摘要y8 7 8 2 1 3随着理我遗信技末的发震，天们霹数字遥痿簿载鬣要求莲慕越商。u w B 技术可以满足人们短距离高速光线数据传输拍需要，受剥广泛的关注。U w B 天线的性能对于u w B 技术的发展趣蓿重要的作麓。本文蘑F 甜D 方法餮究了艨冲天线在并联麓载奔矮羧螽酶疆鼓特性，并在共形网格算法的跛进，E 做了些探索。本文的主要工作及创新之处可归纳为以下几点： ) 综述了U w B 技术豹罨j 究遂曩，麓要套缮了U W 器技术翡特点和应用
2、情况；分析了器类u w B 天线的结孝勾形式及其优缺点；指出了脉冲天线与一般宽带天线的不同。2 ) 套绠菸撩替了霹竣骞隈羡势法F D 善渤鼹蓥搴菰瑾黎诗算公式，分析了数值稳定性和数值色散等问蹶对媒质和嗣格参数的选取要求：谱细介绍了p M L 吸收边界条件；3 ) 辗蘧等效鞭理褥突了计黧逶匿疆射场鞠运螽积分渡，莠捶警了直角坐稀系下远场积分的具体公式：给出了F D T I ) 中激励源和阻抗加裁的具体处避方法；碡 采逶F D 量D 方法蠢选场较势法翳突了毫隧热羧耨势袋奔羰熬载对直线振子天线输入电流以及对辐射方向图的影响；我们发现并联介质加载脉冲炎线具有良好方向性，并给出了最优结椒参数。5 ) 介绍
3、了麸形网格技术的原理和方法，并在共形网格方法的改进上做了一魑探索，井遴行了一些应用。美键诞；u 鳓分赝藉蓑翰T 转辐鼓方囱鬻共形霹格猕琵按零A b s t r a c tW i t l lm ed e v e l o p m e n to fm o d e mc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，m o r ea l l dm o r ca t t e n t i o n sa r ea t 仃a c t e do nt o p i c so ft h ed i g i t a lc o m m 删c a t i o nq u a l i
4、够A n dU W Bt e c h n o l o g yc a nm e e tt h er e q u i r e m e n t so f 量l i g hs p e e dd i g i t a l 、v i r e l e s st r a l l s m i s s i o ni ns h o r t 枷g e T h ep e r f b 肌a n c eo fU W Ba n t e n n ah a ss i g n i 靠c a n te 僚c to nt 1 1 ed e v e l 叩m e mo fU W Bt e c h n o l o g y I nt 1 1
5、i st h e s i s ，F D T Dm e m o da 1 1 dt l l ef 缸五e l di n t e g r a t i o nm e m o da r ei n d u c e da n du s e di ns t u d yo fr a d i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft h ed i e l e c t r i cp a r a “e J l yI o a d e dd i p o l ea n t e n n af o rp u l s er a d i a t i o n A n dw ea l s
6、od os o m ew o r k0 nt h ei m p r o V e m e n t so fC F D T Da l g o r i t h r n T 1 1 cm a i nw o r k sa n dc r c a l i v ep a n sO f t h i st h e s i sa r es u m m a “z e da sf o J l o w i n g ：1 T h ew o r l d w i d er e s e a r c l la d v 8 n c e n l e n Io nU W Bt e c h n o I o g yi s 虬I m m a
7、r i z e d T 1 1 ec h a r a c t e r i S t i c sa n da p p l j c a l j o n so ft h eU W Bt e c l m o l o g ya r cb r i e n yi n t r o d u c e d T h ec o n n g u r a l i o n sa n dl h ec o r r e 如o n d i n gm e r i ta I l ds h o r t c o m i n g so f V a r i o u sU W Ba n t e n n a sa r ea n a l y z e d
8、 2 T h em e o r ya I l df o n l l u l a so fm eF D T Dm e m o da r ci n t r o d u c e da n dd e r i v e d T h es e l e c t i o np r i n c i p l e so fm e d i aa n dI a t t i c ep a r 啪e t e r sa r ed i s c u s s e dt om e e tt h ed e m a n d so fn u m e r i c a ls t a b i I i t ya n dn 眦e r i c a 王n
9、 o n - d i S p e r s i o n P M La b s o r b i n gb o u n d a r yc o n d i t i o ni si n t l o d u c e di nd e l a i l 3 髓e 缸删di l l t e g r a t i o nm e t l l o di ss t u d i e db yu s 吨e q u i v a J e n tp r i I l c i p l e 1 1 1 ef o H n I l l f o r 也e 衙蹦di I l t e g r a t i o na r cd e r i v e di
10、 nr e c t 姐g u l a rc o o r d i a t e sf o 肌s n l em e t h o di si m m d u c e df o rd e a l i n g 州t he x c i t i n gs a u r c ea n dl o a d e d 岫p e d a n c e 2 4 T h ei n n u e n c e so fl o a d e di m p e d a n c ea n dp a r a l I e l l yI o a d e dd i e l e c t “cb l o c ko nt h ei n p u tc u r
11、 r e n ta n dt h ef a d i a t i o np a t t e mo fd i p o l ea n t e 加aa r es t u d i e db yF D T Dm e t h o da n dt h ef hn e I di n t e g r a t i o nm e t h o d I ti sf o u n dt h a tt h i sk j n do fa n t e n n ah a sV e r yw e l ld i r e c t i v ep r o p e r t y 。T h eo p t i m u ms t m c t u r c
12、p 猢e t e f so fa 1 1 t e n n a sw i t hv e r yw e l ld i r e c t i V i t ya 1 1 de n o u 曲e m c i e n c ya r eg i v e n 5 T h eU 1 e o r ya n dm e t h o do fC F D T Dt e c h n 0 1 0 9 ya r ei n t r o d u c e d ；An e wi m p r o v i n gm e I h o di si n t r o d u c e df - o rd e a l i n gt h i sk i n
13、do fq u e s t i o n s A n ds o m er e s u n sa r eg i V e n K e yw o r d s ：U W B ，D j e l e c I r i cl o a d i n g ，r D T D ，R a d i a I i o np a n e r n ，C F D T D ，P M L- 3 -第一章前吉第一章前言u w B 技术是一种与其它技术有很大不同的无线通信技术。它具有高带宽、发射功率低的特点，必然在将来会得到广泛的应用。本章介绍了U W B 技术及其主要特点与典型应用，并分别介绍了U W B 系统中常用的几种天线，分析介绍天线
14、的结构和主要特点，并阐述了U w B 天线研究的难点。1 1U W B 技术简介U w B 是超宽带( u l t r a w j d e B a n d ) 的简称。u w B 系统指1 0 d B的相对带宽超过O 2 或绝对带宽超过5 0 0 M H z 的无线通信系统【3 6 l 。即中心频率超过2 5 G 的U W B 系统在一1 0 d B 的绝对带宽在5 0 0 M H z 以上而中心频率在2 5 G 以下的u w B 系统在1 0 d B 的相对带宽在O 2以上。已经证实在很低的功率谱密度的情况下u w B 能够在室内提供超过1 0 0 M b p s 的可靠数据传输。1 1 1
15、U W B 技术的发展U W B 技术的历史，可以追溯到1 9 4 2 年D eR o s a 提交的随机脉冲系统的专利。这项专利因为第二次世界大战的原因，直到5 0 年代才发表。在这段时间，人们对M a x 、v e l l 方程的通解也有了较深入的研究。2 0 世纪6 0 年代对时域电磁学的研究进一步促进了U w B 技术的发展。早期的u 、B 系统利用占用频带极宽的超短基带脉冲进行通信，所以又称为基带、无载波或脉冲系统。早期的U W B 技术主要应用于军用1 北京交通大学硕士学位论文的雷达，以及低截获率低侦测率的通信系统。近年来，u w B 技术开始应用于民用高速无线通信领域，并有了较大
16、的发展和变化，产生了进行载波调制的直接序列码分多址( D S C D M A ) 和多带时频交织正交频分复用( M B - T F I O F D M ) 等多种实现方式。无论是早已提出的基带脉冲方式，还是才最近提出的载波调制方式，U w B 技术的基本特点是采用共享的方式使用极宽( 数G H z ) 的频谱，从而可能提供很高的数据速率( 最高可达1 G b p s 以上) 。为了不影响在其频潜范围内的其它通信系统，U w B 系统的发射功率受到了严格的限制，2 0 0 2 年4 月，美囡联邦通信委员会( F c C ) 发布了民用U W B 设备使用频谱和功率的初步舰定。根据F C C 的规定，室内u w B通信的实际使用频谱范围为3 1 G H z 1 0 6 G H z ，并在这一范围内，有效各向同性发射功率( E l R P ，E 疏c t i v eI s o t r o p i cR a d i a t e dP o w e r ) 不超过- 41 3 d B
