CN112751208A - 一种应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线 - Google Patents

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CN112751208A CN202011436204.1A CN202011436204A CN112751208A CN 112751208 A CN112751208 A CN 112751208A CN 202011436204 A CN202011436204 A CN 202011436204A CN 112751208 A CN112751208 A CN 112751208A
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Abstract

本发明涉及一种应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线，天线的制作方法如下：步骤1：选择圆弧形偶极子作为天线单元，八个相同单元均匀分布在圆形基板上，基板材料为FR4，通过在基板中心放置圆环反射器，在HFSS仿真软件中建模并进行优化，得到具体结构参数；步骤2：组成阵列，计算远场距离，并在远场放置四个匹配好的接收天线；步骤3：采用加权功率传输效率最大化方法是在功率传输效率最大化方法的基础上引入加权矩阵；步骤4：做出实物并进行实际测量，对比实测结果与仿真结果；本专利所设计阵列天线，可以实现多个方向的端射辐射模式，每个方向上的辐射增益均可调控，当给每个单元赋予特定的幅值相位，该阵列天线可以实现全向辐射模式，阵列天线的辐射模式可以实现智能切换。

Description

一种应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线
技术领域
本发明涉及一种天线，具体涉及一种应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线，属于通信技术领域。
背景技术
端射天线阵的辐射方向图的最大辐射方向并不是在天线阵列法向方向上，而是与轴向方向一致，口径尺寸相比一般相控阵来说有明显的改善，因此采用端射天线阵可以解决天线阵口径大的问题。另外，端射天线由于其独特的端向辐射特性不仅能够起到抑制隧道通信中的多径效应的作用而且可以解决雷达通信的盲区问题。鉴于以上特点，端射天线阵列在隧道通信、气象雷达，气象自动站信息传输应用中扮演着不可替代的角色。
八木天线作为典型的端射天线，最早的八木天线由日本的宇田太郎于1926年提出，该天线利用二极真空管制作的振荡器，产生了波长为4.4公尺的讯号。2007年G.DeJean和M.Tentzeris提出的微带八木天线结构实现了5.2GHz工作频率下10.7dBi的增益，2017年巴塞罗那自治大学的P.Aguilà等人提出了一款以开口谐振环(SRR)作为辐射单元的十五单元八木天线实现了在5.5GHz工作频率上11.5dBi的高增益且天线的纵向尺寸仅有四分之一波长。但其为了达到与半波偶极子八木天线同样的辐射特性，其纵向尺寸不可避免的大幅增加。
双向天线由于其高增益和双向模式，已在狭窄，漫长和笔直的通信场景中得到了广泛的应用，它们是通常用作微波中继器，以抑制多径效应并提高链路效率。2011年A.Batgerel等人设计了一款微带偶极子双向天线，该天线由一个微带偶极子激励源和多层堆叠引向器组合而成，在工作频率2.44GHz上实现了10.29dBi的高增益。然而，这种设计方法无疑会使天线的体积加倍，但与单向八木天线设计相比，增益减少了大约3dB。2013年，Andy M.Morishita等人设计了一款可重构七单元液态金属单极子八木天线，不同于传统的天线设计，该设计在柱状容器中注入液态金属构成单极子，所有容器的直径相同，因此通过改变容器中液态金属的高度来实现天线单元的谐振频率调整。
以印刷偶极子为辐射单元的高增益端射天线阵列设计在2017年由蔡潇博士等人提出一款由四个尺寸相同的半波印刷偶极子组成的高增益端射天线阵列，该天线的端射增益达到9.6dBi，但该文章仅实现单向端向辐射特性。
总之，现有端射天线辐射模式单一，不具多向端射功能，并且八木天线的单元间距较小，单元之间耦合较大，采用现有的其他技术很难设计拥有多个驱动单元的八木天线。因此，传统八木天线很难再有性能上的提高。在此文献的基础上本文采用加权功率传输效率最大化理论设计了八单元印刷偶极子天线阵列，该天线阵列实现了水平面0°、90°、180°、270°四个方向任意端射模式，并且在每个辐射方向上的增益可调控，该设计还实现水平面的全向辐射模式。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线，该技术方案以加权功率传输效率最大化理论为基础，采用平面偶极子作为阵列天线的单元，天线工作在2.45GHz(本发明不限于特定频率。频率改变时，设计方法类似)。其中八单元阵列工作频段仿真结果为2.35-2.65GHz，覆盖了蓝牙、WiFi、以及ISM频段(2.45GHz)，该阵列天线具有多个功能：1.多向端射，2.增益可调控，3.全向辐射模式。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线，天线的制作方法如下：
步骤1：充分利用基板空间，选择圆弧形偶极子作为天线单元，八个相同单元均匀分布在圆形基板上，基板材料为FR4，通过在基板中心放置圆环反射器，提高天线在多向端射模式下各个方向上的性能。在HFSS仿真软件中建模并进行优化，得到具体结构参数；
步骤2：组成阵列，计算远场距离，并在远场放置四个匹配好的接收天线；
步骤3：采用加权功率传输效率最大化方法是在功率传输效率最大化方法的基础上引入加权矩阵；
步骤4：做出实物并进行实际测量，对比实测结果与仿真结果。
其中，所述步骤3中具体步骤如下：
N端口的发射天线阵列和M个测试接收天线构成一个功率传输系统，整个传输系统可以看成是一个N+M端口网络，用(N+M)×(N+M)散射矩阵表示，如式(1)所示：
Figure BDA0002828836320000021
[at]＝[a1,a2,…,aN]T,
[ar]＝[aN+1,aN+2,…,aN+M],
[bt]＝[b1,b2,…,bN]T,
[br]＝[bN+1,bN+2,…,bN+M]
字母下标中't'、'r'分别代表发射天线阵列和接收天线阵列,特征向量[at]表示发射天线归一化入射波，a1,a2,…,aN分别表示1,2,…,N端口对系统的归一化入射波，特征向量[ar]表示接收天线归一化入射波，aN+1,aN+2,…,aN+M表示n+1,n+2,…，N+M端口对系统的归一化入射波，特征向量[bt]表示发射天线归一化反射波，b1,b2,…,bN分别表示1,2,…,N端口对系统的归一化反射波，特征向量[br]表示接收天线归一化反射波bN+1,bN+2,…,bN+M，表示N+1,N+2,…,N+M端口对系统的归一化反射波，上标T表示矩阵的转置，Stt表示发射阵列各单元之间的散射矩阵，Str表示各接收天线与发射天线阵列各单元之间的散射矩阵，Srt表示发射阵列各单元到各接收天线之间的散射矩阵，Srr表示各接收天线的散射系数，假设整个传输系统匹配良好，则有[ar]＝0，代入(1)式得
[br]＝[Srt][at] (2)
为了使得每个波束增益可调，引入对角矩阵[W]＝diag(w1,w2,...,wm)对系统中的[br]行加权，其中w1,w2,...,wm为相应的测试天线n+1,n+2,…，N+M的权重系数
[b'r]＝[W][bn+1,bn+2,...,bn+m]T
功率传输系统的传输效率定义为接收天线负载接收到的功率与发射天线的输入功率的比值，用Tarray表示
Figure BDA0002828836320000031
[A'][at]＝Tarray[at] (4)
其中
[A']＝[S'rt]H[S'rt]，
[S'rt]＝[W][Srt]，
[Srt]为散射子矩阵，方程(2)中的最大特征值，即为传输效率Tarray的最大值，而它对应的特征向量[at]即为整个系统传输效率最大时发射天线的最佳激励分布。需要指出的是，整个推导过程对环境没有做任何类型的要求和限制，也就是说结果具有普适性。由式(4)求出的特征值中，最大特征值就是系统可能实现的最大传输效率。最大特征值对应的特征向量也就是所需要给各个天线单元的。最佳激励。此时，接收天线与发射天线之间的传输效率是最大的。通过调整权重矩阵中各接收天线的权重系数可以人为分配各接收天线的功率，从而达到控制各接收天线对应的发送阵列相应的波束增益大小。
其中，所述多向端射天线的优化方法包括以下步骤：
(1)选择合适的天线结构作为天线单元，形成一定排列的阵列，将接收天线(测试天线)置于所需波束指向的远场位置，组成无线功率传输系统如图2所示；
(2)通过高频电磁仿真软件(ANSYS HFSS15.0)对整个无线传输系统进行仿真，并获得相应的散射参数；
(3)将求得的散射参数带入能量传输最优化理论的特征式方程式(3)中求解，可以得到最大传输效率及对应的特征向量，即最优激励对应的幅值和相位；
(4)根据优化得到的最佳激励幅值和相位设计射频电路或者馈电网络；
(5)将电路或馈电网络和阵列天线连接起来，构成完整阵列天线系统，通过对比实验测得的数据和仿真结果研究所设计的智能天线的相关性质。
其中，印刷偶极子阵列天线由介质基板，印刷偶极子组成，基板是介电常数为4.4、损耗正切角为0.02、基板尺寸为200*200*1.6mm的FR4材料，内部具体尺寸为R1＝13mm,L1＝40mm，八个天线单元依次分布在介质基板的表面，偶极子以及反射环的宽度为2mm。
其中，所述天线的设计过程中，所有散射参数均由电磁仿真软件HFSS15.0优化设计得到。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)本专利采用加权功率传输最大化理论进行设计，将单元间的耦合以及复杂环境的影响包含在散射矩阵中，这为减小阵列大小和选择阵列配置(如天线单元的选择及位置摆放)提供了方便，因此，采用加权功率传输最大化理论进行天线阵列设计与传统阵列设计方法相比具有压倒性的优势；2)本专利所设计阵列天线，可以实现多个方向的端射辐射模式；3)本专利多设计的阵列天线的每个方向上的辐射增益均可调控，在现实应用当中可以根据具体的功率分配到不同的方向上；4)当给每个单元赋予特定的幅值相位，该阵列天线可以实现全向辐射模式，阵列天线的辐射模式可以实现多模式的智能切换。
附图说明
图1为加权矩阵结构示意图；
图2为无线功率传输系统示意图；
图3是本发明八单元阵列结构示意图；
图4是本发明阵列单元细节图；
图5是本发明阵列天线部分端口的S参数图；
图6是本发明阵列天线部分端口之间的隔离度参数图；
图7是本发明阵列天线在水平面各个方向单向端射方向图：(a)
Figure BDA0002828836320000041
(b)
Figure BDA0002828836320000042
(c)
Figure BDA0002828836320000043
(d)
Figure BDA0002828836320000044
图8是本发明阵列天线在水平面双向端射方向图：(a)
Figure BDA0002828836320000051
增益相同，(b)
Figure BDA0002828836320000052
(b)
Figure BDA0002828836320000053
增益相同，(c)
Figure BDA0002828836320000054
比
Figure BDA0002828836320000055
增益大3dB。(d)
Figure BDA0002828836320000056
比
Figure BDA0002828836320000057
增益大6dB。
图9是本发明阵列天线在水平面任意三个方向端射方向图：(a)
Figure BDA0002828836320000058
三个方向增益相同，(b)
Figure BDA0002828836320000059
三个方向增益相同，(c)其中一个方向的增益比其他两个方向的增益小3dB。
图10是本发明阵列天线在水平面四个方向端射方向图：(a)
Figure BDA00028288363200000510
Figure BDA00028288363200000511
四个方向增益相同，(b)：
Figure BDA00028288363200000512
方向上的增益比
Figure BDA00028288363200000513
三个方向上的增益大3dB。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1，一种应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线，天线的制作方法如下：
步骤1：充分利用基板空间，选择圆弧形偶极子作为天线单元，八个相同单元均匀分布在圆形基板上，基板材料为FR4，通过在基板中心放置圆环反射器，提高天线在多向端射模式下各个方向上的性能。在HFSS仿真软件中建模并进行优化，得到具体结构参数；
步骤2：组成阵列，计算远场距离，并在远场放置四个匹配好的接收天线；
步骤3：采用加权功率传输效率最大化方法是在功率传输效率最大化方法的基础上引入加权矩阵；
步骤4：做出实物并进行实际测量，对比实测结果与仿真结果。
其中，所述步骤3中具体步骤如下：
N端口的发射天线阵列和M个测试接收天线构成一个功率传输系统，整个传输系统可以看成是一个N+M端口网络，用(N+M)×(N+M)散射矩阵表示，如式(1)所示：
Figure BDA00028288363200000514
[at]＝[a1,a2,…,aN]T,
[ar]＝[aN+1,aN+2,…,aN+M],
[bt]＝[b1,b2,…,bN]T,
[br]＝[bN+1,bN+2,…,bN+M]
字母下标中't'、'r'分别代表发射天线阵列和接收天线阵列,特征向量[at]表示发射天线归一化入射波，a1,a2,…,aN分别表示1,2,…,N端口对系统的归一化入射波，特征向量[ar]表示接收天线归一化入射波，aN+1,aN+2,…,aN+M表示n+1,n+2,…，N+M端口对系统的归一化入射波，特征向量[bt]表示发射天线归一化反射波，b1,b2,…,bN分别表示1,2,…,N端口对系统的归一化反射波，特征向量[br]表示接收天线归一化反射波bN+1,bN+2,…,bN+M，表示N+1,N+2,…,N+M端口对系统的归一化反射波，上标T表示矩阵的转置，Stt表示发射阵列各单元之间的散射矩阵，Str表示各接收天线与发射天线阵列各单元之间的散射矩阵，Srt表示发射阵列各单元到各接收天线之间的散射矩阵，Srr表示各接收天线的散射系数，假设整个传输系统匹配良好，则有[ar]＝0，代入(1)式得
[br]＝[Srt][at] (2)
如图1所示，为了使得每个波束增益可调，引入对角矩阵[W]＝diag(w1,w2,...,wm)对系统中的[br]行加权，其中w1,w2,...,wm为相应的测试天线n+1,n+2,…，N+M的权重系数
[b'r]＝[W][bn+1,bn+2,...,bn+m]T
功率传输系统的传输效率定义为接收天线负载接收到的功率与发射天线的输入功率的比值，用Tarray表示
Figure BDA0002828836320000061
[A'][at]＝Tarray[at] (4)
其中
[A']＝[S'rt]H[S'rt]，
[S'rt]＝[W][Srt]，
[Srt]为散射子矩阵，方程(2)中的最大特征值，即为传输效率Tarray的最大值，而它对应的特征向量[at]即为整个系统传输效率最大时发射天线的最佳激励分布。需要指出的是，整个推导过程对环境没有做任何类型的要求和限制，也就是说结果具有普适性。由式(4)求出的特征值中，最大特征值就是系统可能实现的最大传输效率。最大特征值对应的特征向量也就是所需要给各个天线单元的。最佳激励。此时，接收天线与发射天线之间的传输效率是最大的。通过调整权重矩阵中各接收天线的权重系数可以人为分配各接收天线的功率，从而达到控制各接收天线对应的发送阵列相应的波束增益大小。
其中，所述多向端射天线的优化方法包括以下步骤：(1)选择合适的天线结构作为天线单元，形成一定排列的阵列，将接收天线(测试天线)置于所需波束指向的远场位置，组成无线功率传输系统如图2所示；(2)通过高频电磁仿真软件(ANSYS HFSS15.0)对整个无线传输系统进行仿真，并获得相应的散射参数；(3)将求得的散射参数带入能量传输最优化理论的特征式方程式(3)中求解，可以得到最大传输效率及对应的特征向量，即最优激励对应的幅值和相位；(4)根据优化得到的最佳激励幅值和相位设计射频电路或者馈电网络；(5)将电路或馈电网络和阵列天线连接起来，构成完整阵列天线系统，通过对比实验测得的数据和仿真结果研究所设计的智能天线的相关性质。其中，印刷偶极子阵列天线由介质基板，印刷偶极子组成，基板是介电常数为4.4、损耗正切角为0.02、基板尺寸为200*200*1.6mm的FR4材料，内部具体尺寸为R1＝13mm,L1＝40mm，八个天线单元依次分布在介质基板的表面，偶极子以及反射环的宽度为2mm。其中，所述天线的设计过程中，所有散射参数均由电磁仿真软件HFSS15.0优化设计得到。
参照图1—图10，本发明的印刷偶极子阵列天线由介质基板，印刷偶极子组成。基板是介电常数为4.4、损耗正切角为0.02、基板尺寸为200*200*1.6mm的FR4材料，内部具体尺寸为R1＝13mm,L1＝40mm。八个天线单元依次分布在介质基板的表面，偶极子以及反射环的宽度为2mm。以上天线的设计过程中，所有散射参数均由电磁仿真软件HFSS15.0优化设计得到。
天线实物制作完成以后利用N9918A矢量网络分析仪测得天线的反射系数，将其与仿真得到的反射系数进行对比，分别得到单元的反射系数，以及单元之间的隔离度，如图3和图4所示。
在测天线方向图时，运用弗里斯传输公式：
(PR,dB-lR,dB)-(PT,dB+lT,dB)＝GT,dB+GR,dB-20log10f-20log10d+147.56
以喇叭为标准天线，测量需要的具体步骤如下：
1、将标准天线与信号发生器通过传输线连接，用矢量网络分析仪代替功率计与被测天线通过传输线相连。兙俥
2、设置信号发生器频率f，发射功率PT。兙俥
3、通过矢量网络分析仪测得标准天线与信号发生器之间传输线的损耗lT,dB，被测天线与矢量网络分析仪之间传输线的损耗lR,dB。
4、将标准天线与测试天线的高度调整到同一水平面，保证天线之间的距离d在远场。测出矢量网络分析仪接收到的功率PR。
5、保持被测天线不动，将标准天线旋转
Figure BDA0002828836320000074
角度，重复步骤4、5。兙俥
所设计的八单元平面阵列天线工作在2.45GHz。工作频段为2.35-2.65GHz，带宽内自由空间最大定向增益达到9.8dBi，本发明尺寸较小，剖面低，增益高，造价低，功能多，可以实现单向端射，双向端射，多向端射，并且在端射辐射模式下的增益都是可以调控的。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (5)

1.一种应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线，其特征在于，天线的制作方法如下：
步骤1：选择圆弧形偶极子作为天线单元，八个相同单元均匀分布在圆形基板上，基板材料为FR4，通过在基板中心放置圆环反射器，在HFSS仿真软件中建模并进行优化，得到具体结构参数；
步骤2：组成阵列，计算远场距离，并在远场放置四个匹配好的接收天线；
步骤3：采用加权功率传输效率最大化方法是在功率传输效率最大化方法的基础上引入加权矩阵；
步骤4：做出实物并进行实际测量，对比实测结果与仿真结果。
2.根据权利要求1所述的应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线，其特征在于，所述步骤3中具体步骤如下：
N端口的发射天线阵列和M个测试接收天线构成一个功率传输系统，整个传输系统可以看成是一个N+M端口网络，用(N+M)×(N+M)散射矩阵表示，如式(1)所示：
Figure FDA0002828836310000011
[at]＝[a1,a2,…,aN]T,
[ar]＝[aN+1,aN+2,…,aN+M],
[bt]＝[b1,b2,…,bN]T,
[br]＝[bN+1,bN+2,…,bN+M]
字母下标中't'、'r'分别代表发射天线阵列和接收天线阵列,特征向量[at]表示发射天线归一化入射波，a1,a2,…,aN分别表示1,2,…,N端口对系统的归一化入射波，特征向量[ar]表示接收天线归一化入射波，aN+1,aN+2,…,aN+M表示n+1,n+2,…，N+M端口对系统的归一化入射波，特征向量[bt]表示发射天线归一化反射波，b1,b2,…,bN分别表示1,2,…,N端口对系统的归一化反射波，特征向量[br]表示接收天线归一化反射波bN+1,bN+2,…,bN+M，表示N+1,N+2,…,N+M端口对系统的归一化反射波，上标T表示矩阵的转置，Stt表示发射阵列各单元之间的散射矩阵，Str表示各接收天线与发射天线阵列各单元之间的散射矩阵，Srt表示发射阵列各单元到各接收天线之间的散射矩阵，Srr表示各接收天线的散射系数，假设整个传输系统匹配良好，则有[ar]＝0，代入(1)式得
[br]＝[Srt][at] (2)
为了使得每个波束增益可调，引入对角矩阵[W]＝diag(w1,w2,...,wm)对系统中的[br]行加权，其中w1,w2,...,wm为相应的测试天线n+1,n+2,…，N+M的权重系数
[b'r]＝[W][bn+1,bn+2,...,bn+m]T
功率传输系统的传输效率定义为接收天线负载接收到的功率与发射天线的输入功率的比值，用Tarray表示
Figure FDA0002828836310000021
[A'][at]＝Tarray[at] (4)
其中
[A']＝[S'rt]H[S'rt]，
[S'rt]＝[W][Srt]，
[Srt]为散射子矩阵，方程(2)中的最大特征值，即为传输效率Tarray的最大值，而它对应的特征向量[at]即为整个系统传输效率最大时发射天线的最佳激励分布。
3.根据权利要求2所述的应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线，其特征在于，所述多向端射天线的优化方法包括以下步骤：
(1)选择合适的天线结构作为天线单元，形成一定排列的阵列，将接收天线(测试天线)置于所需波束指向的远场位置，
(2)通过高频电磁仿真软件(ANSYS HFSS15.0)对整个无线传输系统进行仿真，并获得相应的散射参数；
(3)将求得的散射参数带入能量传输最优化理论的特征式方程式(3)中求解，可以得到最大传输效率及对应的特征向量，即最优激励对应的幅值和相位；
(4)根据优化得到的最佳激励幅值和相位设计射频电路或者馈电网络；
(5)将电路或馈电网络和阵列天线连接起来，构成完整阵列天线系统，通过对比实验测得的数据和仿真结果研究所设计的智能天线的相关性质。
4.根据权利要求3所述的应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线，其特征在于，印刷偶极子阵列天线由介质基板，印刷偶极子组成，基板是介电常数为4.4、损耗正切角为0.02、基板尺寸为200*200*1.6mm的FR4材料，内部具体尺寸为R1＝13mm,L1＝40mm，八个天线单元依次分布在介质基板的表面，偶极子以及反射环的宽度为2mm。
5.根据权利要求3所述的应用于气象信息传输的智能多向端射阵列天线，其特征在于，所述天线的设计过程中，所有散射参数均由电磁仿真软件HFSS15.0优化设计得到。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN207852915U (zh) * 2018-01-04 2018-09-11 南京信息工程大学 一种低剖面波束切换智能天线
CN109449609A (zh) * 2018-11-23 2019-03-08 南京信息工程大学 一种应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线
CN209001148U (zh) * 2018-11-23 2019-06-18 南京信息工程大学 一种应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线
CN110401032A (zh) * 2019-07-26 2019-11-01 南京信息工程大学 一种增益可调控的双向端射天线及其优化方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN207852915U (zh) * 2018-01-04 2018-09-11 南京信息工程大学 一种低剖面波束切换智能天线
CN109449609A (zh) * 2018-11-23 2019-03-08 南京信息工程大学 一种应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线
CN209001148U (zh) * 2018-11-23 2019-06-18 南京信息工程大学 一种应用于室内基站的双模弧形偶极子阵列天线
CN110401032A (zh) * 2019-07-26 2019-11-01 南京信息工程大学 一种增益可调控的双向端射天线及其优化方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
苗祥斌: "智能手表天线及室内基站天线的优化设计", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)》 *
郭华东: "端射天线研究与设计", 《中国优秀博硕士学位论文全文数据库(硕士)》 *

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