分形理論在雷達天線中的應用

摘 要:分形維數大于其相應的拓撲維數，使得分形結構在空間中能夠充分填充，以八木天線陣為例，詳細說明了分形理論在雷達天線中的應用，并仿真設計了一個一次迭代的六元分形八木天線。所得實測結果與仿真結果一致，說明了分形理論在雷達天線小型化設計應用的可行性和準確性，也為雷達提供了一種性能優良的天線。

關鍵詞:分形理論; 雷達天線; 八木天線; 對稱振子

中圖分類號:TN953 文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)11-0024-02

Application of Fractal Theory in Radar Antenna

ZHOU Bo， HAO Xiao-jun， LIU Rui-feng

(Unit 63892 of PLA， Luoyang 471003， China)

Abstract: The fractal dimension is larger than the corresponding topological dimension， which makes the fractal structure filled sufficiently. Taking the typical Yagi antenna as an example， the application of the fractal theory in radar antenna is elaborated， A single-iterated six-element Yagi antenna was simulated and designed. The comparison shows that the measured results are conformable with the simulated results， which implies the availability of the fractal theory in miniaturization design of the radar antenna， and also offers a high performance antenna to radar.

Keywords: fractal theory; radar antenna; Yagi antenna; symmetrical dipole

0 引 言

雷達天線大都尺寸較大，如陣列天線、拋物面天線[1]等，某雷達天線為幾十個八木天線組成的八木天線陣。八木天線是應用于HF(3~30 MHz)，VHF(30~300 MHz)和UHF(300~3 000 MHz)頻段的高增益天線，該天線具有方向性強，饋電容易，攜帶、架設方便等優點，因此自從20世紀20年代發明以來，就廣泛應用于無線電、雷達、導航、測向[2]中。實際應用中的八木天線大多采用對稱振子作為基本單元，少數采用圓環或方框作為基本單元。無論采用哪種形式的基本單元，它們的尺寸都是固定的，因此對于某一確定的頻率，傳統八木天線的橫向尺寸是固定的，并且與波長成正比。隨著頻率降低，波長增大，八木天線的實現將十分困難，若能將橫向設計尺寸降低，將會拓寬八木天線的應用頻段[3];同時減小天線的尺寸，可以使其應用靈活、方便，滿足更多的無線電、雷達設備的需要。本文應用分形原理設計環八木天線，采用分形環單元來替代傳統環八木天線的振子或環單元，利用分形圖形的空間填充特性來減小橫向設計尺寸，從而實現天線的小型化設計。……