超宽带天线汇编
超宽带天线的研究报告
超宽带天线的研究报告一、引言在当今无线通信领域，超宽带技术因其具有高速率、低功耗、高精度定位等优势而备受关注。
而超宽带天线作为超宽带系统的关键组成部分，其性能的优劣直接影响着整个系统的通信质量和效率。
因此，对超宽带天线的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。
二、超宽带天线的基本原理超宽带天线是指能够在很宽的频带上工作的天线，其相对带宽通常大于 20%。
超宽带天线的工作原理基于电磁波的辐射和接收，通过天线结构的设计和优化，实现对宽频带内电磁波的有效辐射和接收。
超宽带天线的主要性能指标包括带宽、增益、方向性、阻抗匹配等。
带宽是衡量超宽带天线性能的关键指标，它决定了天线能够工作的频率范围。
增益表示天线在特定方向上辐射或接收电磁波的能力，方向性则描述了天线辐射或接收电磁波的方向性特征，阻抗匹配则影响着天线与传输线之间的能量传输效率。
三、超宽带天线的类型（一）单极子天线单极子天线是一种常见的超宽带天线类型，其结构简单，通常由一个垂直的金属导体构成。
单极子天线具有较宽的带宽和良好的辐射特性，但方向性较差。
（二）偶极子天线偶极子天线由两个长度相等、方向相反的金属导体组成。
它在超宽带应用中具有较好的性能，但其尺寸相对较大。
（三）平面天线平面天线是一种结构紧凑、易于集成的超宽带天线类型，如平面单极子天线、平面偶极子天线等。
平面天线具有低剖面、易于制造等优点，在无线通信设备中得到了广泛应用。
（四）缝隙天线缝隙天线是在金属平面上开缝隙形成的天线，通过控制缝隙的形状和尺寸来实现超宽带特性。
缝隙天线具有低剖面、重量轻等优点，但带宽相对较窄。
四、超宽带天线的设计方法（一）数值计算方法数值计算方法是超宽带天线设计中常用的方法之一，如有限元法（FEM）、时域有限差分法（FDTD）等。
这些方法可以精确地模拟天线的电磁场分布和性能，但计算量较大，耗时较长。
（二）经验公式法经验公式法是基于大量实验数据和理论分析得出的一些经验公式，通过这些公式可以快速估算天线的性能参数，为天线设计提供初步的参考。
超宽带天线的设计
本科生毕业（论文）设计摘要随着社会的发展，科技的进步，无线电的应用频段也被不断地扩展，进而促进了超宽带电磁学的产生。
在超宽带频段内，时域特性的研究表明，时域电磁波是人类非常重要的资源，作为超宽带无线电系统中不可缺少的一员，超宽带天线的研究也因此变得相当有意义。
超宽带技术具有许多窄带系统无法比拟的优点，例如:高数据速率、低系统成本和抗多径效应等，独具的优点使超宽带系统成为最具竞争力和发展前景的技术之一。
超宽带天线具有相当广泛的应用空间，它可用于GPRS全球定位、资源及环境的探测、卫星通信、雷达等。
除此之外，近年来，对于短距离无线通信的研究颇多，超宽带以其尺寸小、交换数据的速率高等优点，可用于诸多无线设备中，例:USB、数码相机等。
与无线射频技术相结合，取代传统的有线通信。
本文的研究围绕超宽带天线展开，研究的内容首先从介绍超宽带天线的发展现状开始，依次介绍了超宽带天线的基本理论、主要性能参数及研究方法，介绍了超宽带天线的几种实现方法及超宽带天线的分析方法。
最后设计一款平面超宽带缝隙天线，并进行仿真和比较，给出了该天线的相关性能参数，验证其在覆盖3.1 G-11 G的频率范围内，满足超宽带天线的应用要求。
关键字：超宽带天线天线系统超宽带缝隙天线ABSTRACTWith the development of society and the advance in technology, the application of radio frequency bands are also constantly expanded。
It promotes the production of ultra-wideband electromagnetics. In the UWB frequency band，time domain characteristics show that，time-domain electromagnetic wave is a very important resource for human。
超宽带天线设计及共形阵列综合研究
超宽带天线设计及共形阵列综合研究超宽带天线设计及共形阵列综合研究随着无线通信技术的快速发展，越来越多的应用场景对高速、大容量的数据传输进行需求。
超宽带（Ultra-Wideband，简称UWB）通信作为一种新型的无线通信技术，以其高速、低功耗、抗干扰等特点成为各行各业关注的热点研究方向之一。
天线作为无线通信系统中的重要组成部分，对整个系统的性能起着至关重要的作用。
因此，超宽带天线的设计和优化成为了研究的一个重点。
首先，超宽带天线的设计需要满足很宽的工作频带要求。
传统的窄带天线由于其设计出的频率范围较窄，难以满足超宽带通信系统的需求。
因此，设计超宽带天线的关键在于拓宽其频率响应。
一般使用宽带螺旋天线或宽带微带天线等结构来实现宽频带的要求。
此外，通过优化天线的尺寸和形状，可以进一步拓宽频率响应。
在设计过程中，需要合理选择和优化各种参数，如天线长度、宽度、高度、介电常数等，以实现超宽带的操作频带。
其次，共形阵列作为一种新型的多天线系统结构，可以有效地提升天线阵列的性能。
共形阵列通过将天线设计成与其外部环境相似的形状，并布置在特定的位置上，以提高系统对信号的接收和发射效果。
在超宽带通信系统中，共形阵列能够有效地实现波束形成、多路径干扰抑制等功能。
因此，研究超宽带天线与共形阵列结合的方法，对提升超宽带通信系统的性能具有重要意义。
在超宽带天线的设计和共形阵列的研究中，可以采用多种方法和技术。
例如，可以使用计算电磁学模型进行仿真分析，通过优化算法和优化工具进行参数调整和优化，并利用实验方法对设计结果进行验证。
在设计过程中，还需考虑天线的辐射特性、增益、极化特性、效率等因素，并与系统需求相匹配。
此外，还需要考虑到天线的重量、成本等实际应用要求。
综上所述，超宽带天线设计及共形阵列是一个复杂而重要的研究领域。
通过合理的设计和优化，可以提高超宽带通信系统的性能，满足各种应用场景对高速、大容量数据传输的需求。
未来，随着无线通信技术的不断发展和应用场景的不断拓展，超宽带天线设计及共形阵列的研究将越来越显得重要和迫切综合上述所述，超宽带天线设计及共形阵列的研究对于提升超宽带通信系统的性能具有重要意义。
超宽带天线 (2)
超宽带天线1. 引言超宽带（Ultra-Wideband，简称UWB）技术是一种基于大带宽无线传输的技术，可以实现高速数据传输、精确定位以及物联网应用等多种功能。
而超宽带天线作为UWB系统中至关重要的组成部分，其设计和性能对系统的整体性能有着重要影响。
本文将详细介绍超宽带天线的概念、设计原则以及常见的超宽带天线类型。
2. 超宽带天线概述超宽带天线是一种能够在超宽带频段内工作的天线。
它能够传输大量的数据，且具备透过墙体和障碍物传输数据的能力，因此在无线通信、雷达系统、物联网等领域有着广泛应用。
与传统窄带天线不同，超宽带天线具备以下特点：•带宽宽广：超宽带天线的工作频率范围通常达到几百兆赫兹到几十吉赫兹，因此能够传输更多的信息。
•抗干扰能力强：超宽带技术采用短脉冲信号传输，在频域内具有较好的抗多径干扰能力。
•精确定位能力：超宽带信号能够提供高精度的时延测量，从而实现精确定位功能。
3. 超宽带天线设计原则3.1 带宽匹配超宽带天线的设计需要考虑到其工作频率范围的宽广性。
天线的输入阻抗和辐射模式应当在整个超宽带频段内保持稳定，以保证信号的传输质量和距离。
在设计过程中，可以采用多种技术手段来改善带宽匹配，如使用宽带阻抗转换器、多振子设计等。
3.2 辐射效率超宽带天线的辐射效率对系统性能至关重要。
辐射效率高意味着更好的信号传输质量和更远的传输距离。
辐射效率的提高可以通过合理的设计天线结构、优化天线材料以及减小辐射功率损耗等方式来实现。
3.3 多频段覆盖超宽带天线不仅要满足带宽宽广的要求，还需要能够在不同频段内工作。
因此，设计超宽带天线时需要考虑多频段覆盖的需求。
可以采用多种技术手段，如使用多振子结构、配置可调谐元件等来实现多频段覆盖。
4. 常见的超宽带天线类型4.1 偶极天线偶极天线是最常见的超宽带天线类型之一。
它由两个电极构成，能够在多个频段内较好地匹配和辐射。
偶极天线具有简单的结构和方便的制造工艺，因此被广泛应用于超宽带通信系统中。
超宽带天线
超宽带天线
姓 名：杨红梅 学 号：1217408050 指导老师：刘学观
设计任务
名称：3-10.6GHz超宽带天线 主要技术指标：在3-10.6GHz频
段中，S(1,1)<-10db
原理
圆形贴片单极子天线，采用有
限接地面，工作带宽可达到很 宽的范围。一般规则超宽带印 刷单极子天线通过低频段频点 来预估辐射贴片大小。
对各个参数扫描后，选择最优参数值。列表 如下：
参数 尺寸 (mm)
Sub_w
Sub_l
h
Rad
Top_w
Top_l
Sj_h
Gr
Ground_h
Ground_w
1.6
29.9 406.6Fra bibliotek3.2
11.1
2
12.4
12.8
7.6
仿真结果
指标图
S(1,1)图
辐射方向图
结论与体会
天线的形状和尺寸对其性能影响很大，我们要 敢想敢做，不断尝试。将理论与实践相结合， 在仿真中找到规律，解决问题。这次设计实验 使我能够熟练运用hfss，利用hfss设计天线。
设计思路
根据资料建模型，并参数化
将天线结构进行优化，观察S(1,1)曲线， 最终确定超宽带模型为
资料图
Hfss模型
参数优化
首先对影响天线辐射较大的参量进行扫描，然后依次确定 各个参量的值，最终确定天线的尺寸。（下图为对圆形辐 射半径(rad)的扫描结果，最终确定蓝线，rad=6.6mm）
参数列表
超宽带天线技术概要
超宽带天线技术超宽带(UWB)技术具有高传输速率、合理的图像解析和高安全性等优点,在无线通信、微波成像和电子对抗等诸多领域具有广阔的应用前景。
超宽带天线是超宽带通信系统的关键部件之一,其特性直接影响着整个系统的性能。
本文首先概要地叙述了超宽带通信系统和超宽带天线的发展现状,介绍了几种传统的超宽带天线；然后阐述了微带天线的理论分析方法,即传输线模型理论、空腔模型理论和全波分析理论；最后在理论分析的基础上,结合超宽带通信系统的要求,利用多种展宽频带的方法,设计了两款结构简单而紧凑、工作频带覆盖3.1—10.6GHz频段并在WLAN 5.2—5.8GHz和ITU 8.025—8.4GHz两个频带内具有明显陷波特性的超宽带天线。
在一款带状线宽缝天线的基础上,设计了具有新型贴片结构的超宽带微带天线,通过在馈线和矩形贴片之间附加一个“U”形结构来实现超宽带,而在贴片上蚀刻两个侧卧的“L”形槽来达到双带陷的效果。
与原天线相比,所设计的天线在尺寸缩小了31.1%的情况下保持了相对带宽基本不变,还实现了双带陷功能。
对部分地结构微带天线进行改进,设计了具有新型接地板结构的超宽带微带天线,通过在天线的接地板上附加一个平衡枝节来实现超宽带,在矩形贴片上蚀刻两个同心的带有缺口的圆环形槽来实现双频带陷。
在设计过程中,讨论分析了天线各个结构参数对天线性能的影响。
从仿真结果看,两款天线都具有良好的性能。
对具有新型接地板结构的超宽带微带天线加工出了样品,实测数据和仿真结果基本吻合。
同主题文章【关键词相关文档搜索】：测试计量技术及仪器; 超宽带天线; 微带天线;双带陷性能; 部分地结构【作者相关信息搜索】：西安电子科技大学;测试计量技术及仪器;赵永久;杜立新;。
超宽带天线
超宽带天线研究报告一、背景1.1 超宽带(UWB——Ultra Wide Band)介绍超宽带技术[1-3]的最初形式为脉冲无线通信，起源于20世纪40年代，从其出现到20世纪90年代之前，UWB技术主要作为军事技术在雷达和低截获率、低侦侧率等通信设备中使用。
近年来，随着微电子器件的技术和工艺的提高，UWB 技术开始应用于民用领域。
超宽带通信是一种不用载波，而通过对具有很陡上升和下降时间的脉冲进行调制(通常，脉冲宽度在0.20-1.5ns之间)的一种通信，也称为脉冲无线电(Impulse Radio).时域(Time Domain)或无载波(Carrier Free)通信。
它具有GHz量级的带宽，并因其发射能量相当小，因此可能在不占用现在已经拥挤不堪频率资源的情况下带来一种全新的语音及数据通信方式。
超宽带要求相对带宽[4]比高出20%或者绝对带宽大于0.5GHz，其传输速率可超过100Mbps，具有这样特性的系统称为UWB系统。
图1.1 超宽带频谱图UWB由于占有带宽达到数GHz，即使传送路径特性良好也会产生失真，但其具有以下的优点，使得UWB仍然倍受重视[2]。
1、抗干扰性能强：UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。
接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益，因此，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。
2、传输速率高：UWB的数据速率可以达到几十Mbps到几百Mbps.3、带宽极宽：UWB使用的带宽在1GHz以上。
超宽带系统容量大，并目可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。
4、消耗电能小：通常情况下，尤线通信系统在通信时需要联系发剔载波，因此，要消耗一定电能。
而UWB不使用载波，只是发出瞬时脉冲电波，则只在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。
5、保密性好：UWB保密性能表现在两方面:一方面是采用跳时扩频，接收机只有己知发送端扩频码时才能解出发射数据:另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。
超宽带天线研究(1)
超宽带天线研究报告一、背景1.1 超宽带(UWB——Ultra Wide Band)介绍超宽带技术[1-3]的最初形式为脉冲无线通信，起源于20世纪40年代，从其出现到20世纪90年代之前，UWB技术主要作为军事技术在雷达和低截获率、低侦侧率等通信设备中使用。
近年来，随着微电子器件的技术和工艺的提高，UWB 技术开始应用于民用领域。
超宽带通信是一种不用载波，而通过对具有很陡上升和下降时间的脉冲进行调制(通常，脉冲宽度在0.20-1.5ns之间)的一种通信，也称为脉冲无线电(Impulse Radio).时域(Time Domain)或无载波(Carrier Free)通信。
它具有GHz量级的带宽，并因其发射能量相当小，因此可能在不占用现在已经拥挤不堪频率资源的情况下带来一种全新的语音及数据通信方式。
超宽带要求相对带宽[4]比高出20%或者绝对带宽大于0.5GHz，其传输速率可超过100Mbps，具有这样特性的系统称为UWB系统。
图1.1 超宽带频谱图UWB由于占有带宽达到数GHz，即使传送路径特性良好也会产生失真，但其具有以下的优点，使得UWB仍然倍受重视[2]。
1、抗干扰性能强：UWB采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。
接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益，因此，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。
2、传输速率高：UWB的数据速率可以达到几十Mbps到几百Mbps.3、带宽极宽：UWB使用的带宽在1GHz以上。
超宽带系统容量大，并目可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。
4、消耗电能小：通常情况下，尤线通信系统在通信时需要联系发剔载波，因此，要消耗一定电能。
而UWB不使用载波，只是发出瞬时脉冲电波，则只在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。
5、保密性好：UWB保密性能表现在两方面:一方面是采用跳时扩频，接收机只有己知发送端扩频码时才能解出发射数据:另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。
超宽带天线及其阵列研究
超宽带天线及其阵列研究随着无线通信技术的快速发展，超宽带天线及其阵列已经成为无线通信领域的研究热点。
超宽带天线具有宽带宽、低损耗、高方向性等特点，可以应用于多种无线通信系统中，如无线局域网、卫星通信、雷达等。
本文将介绍超宽带天线及其阵列的研究现状和发展趋势。
关键词：超宽带天线、阵列、无线通信超宽带天线是指在宽频带内（通常大于500 MHz）具有稳定性能的天线。
超宽带天线的宽带宽特点使其可以同时传输多个信号，具有高方向性，低损耗和高增益等优势。
超宽带天线阵列是指将多个超宽带天线按照一定的排列方式组合在一起，以实现更高的信号接收和发射能力。
超宽带天线及其阵列具有以下特点：宽带宽：超宽带天线的带宽通常大于500 MHz，使得其可以适用于多种无线通信系统。
高增益：超宽带天线具有高方向性和低损耗的特点，因此阵列可以实现更高的增益。
低截获：超宽带天线阵列的波束宽度较窄，因此可以降低信号被截获的风险。
高动态范围：超宽带天线及其阵列具有高动态范围，可以同时处理多个信号。
超宽带天线及其阵列的研究主要涉及以下几个方面：天线设计：为了实现超宽带天线的宽带宽和低损耗特点，需要研究天线的设计方法。
阵列优化：为了实现更高的信号接收和发射能力，需要研究阵列的优化方法。
多天线技术：为了实现更高的数据传输速率和更可靠的通信质量，需要研究多天线技术的实现方法。
信号处理：为了实现更高效的信号传输和处理，需要研究信号处理的算法和技术。
近年来，超宽带天线及其阵列的研究取得了很多成果。
例如，研究者们通过对超宽带天线的分析，提出了一种基于多层结构的天线设计方法，实现了更高的增益和更宽的带宽。
另外，研究者们还提出了一种基于遗传算法的阵列优化方法，可以快速地找到最优的阵列配置。
同时，多天线技术和信号处理算法的研究也取得了重要的进展。
未来展望超宽带天线及其阵列的研究在未来将会持续发展。
未来研究方向主要包括以下几个方面：天线性能优化：通过研究新的材料和技术，提高天线的性能，扩大其工作频段，提高其增益和效率。
超宽带天线
超宽带天线理论与技术第一章超宽带天线原理天线是任何无线电系统都必不可少的组件。
它的功能是辐射或者接收无线电波。
它把被导电磁波转变为自由空间的无线电波（在发射系统中），或者做相反的变换（在接收系统中），从而在任意两点之间实现电磁信号的传递。
天线的发明使得电磁频谱成为人类最大的可重复使用的自然资源之一。
随着社会的进步，科学技术的发展，无线电频谱不断地得到开拓，无线电系统的带宽也不断地扩展，促进了二十世纪末一门新的学科—超宽带电磁学的诞生。
超宽带电磁学指出，时域电磁波也是人类非常重要的自然资源，而且是尚待开发、非常宝贵的自然资源。
天线理论与技术已经有了很长的发展历史，无数的学者研制出了能满足各种无线电系统要求的天线。
无论无线电如何发展，天线都是不可替代的。
超宽带无线电系统要求超宽带天线来完成超宽带被导电磁波和自由空间无线电波之间的转变工作。
超宽带天线与常规的窄带天线在原理上并没有本质区别，超宽带天线是在常规的窄带天线基础上发展起来的，其主要研究内容是探索频带宽度极大地扩展之后给天线带来的新理论、新技术和新方法。
1．1 天线的传输线模型图1(a)给出了开路双线传输线上的电荷、电流、电场和磁场分布。
传输线上没有行波只有驻波，传输线终端以及离开终端每λ/2之处电流为零。
线上传导电流用箭头标出，相邻λ/2传输线上电流方向相反。
电场用垂直于传输线的箭头表示，磁场用环绕导体的箭头箭尾表示。
特别要注意到，线之间的场得到加强，其他地方的场都被削弱。
这主要是因为线之间的距离远远小于波长。
如果传输线的末端弯曲成图1（b ）所示的形状，线之间的场就暴露在空间中，这时上下导体垂直段上的电流方向不再相反，远区的场不是互相抵消而是互相叠加，从而产生辐射。
图1.开路传输线演变为电偶极子天线。
（a ）开路传输线中的电荷，电流和场；(b)传输线终端张开形成半波振子天线。
我们还可以举出许多其它类似的情况，例如开路平行板传输线终端张开形成TEM 喇叭天线；开路矩形波导末端逐渐张开形成角锥喇叭天线；短路传输线末端线间距离拉开形成磁偶极子天线；开路圆锥传输线就是双圆锥天线；等等（请读者举出更多的例子）。
具有带陷功能的超宽带微带天线设计(全文)
具有带陷功能的超宽带微带天线设计(全文)引言UWB天线与传统的窄带天线相比有很多新的特点。
信号源产生一定形状的短脉冲并将其馈入超宽带天线，天线要将脉冲信号无失真地辐射出去，因为频域内任何一个频点的失真都会使得接收到的信号脉冲产生不同程度的失真。
所以，UWB天线的特征有别于一般的微带天线。
此外，FCC规定民用UWB的-10dB带宽范围为3.1~10.6GHz，在此频段内天线的增益、波瓣方向图、驻波比等参数应在允许的波动范围内。
对于UWB天线的设计，虽然与普通的微带天线的设计方法有所不通过，但是宽带化和小型化的理论是通用的。
文献[3-4]通过将贴片单元集成天线阵列，从而达到拓展带宽的目的，但是很显然，阵列结构会占据很大的空间，对于高要求的终端设备这种设计达不到要求。
由于UWB天线的超宽带特性，为了避免与传统窄带间的干扰，故而又产生了一些特殊的带陷要求。
近年来，人们试图从时域、频域、空间编码等各个方面寻求方法来以解决它们之间的干扰问题。
具体来讲，所采取的主要措施有脉冲波形设计、平滑PSD、窄带干扰抑制算法等。
但是这些方法，大都是通过设计脉冲波形或者接收机装置来回避UWB与其它窄带通信的干扰，这样的方案最终实现起来是比较复杂的。
另外一种常用并且比较简单的方法是采用陷波设计，如文献[5]就采用这种方法设计了一种蝶形天线。
但是这种方案会给系统造成额外的开销，因此对于小系统来讲也不是最理想的。
最直接的方法就是在超宽带天线上增添附加的结构直接实现带陷功能。
本文将应用这种方法设计认知无线电射频前端的超宽带天线。
所以，本文设计的天线既实现了宽带和带陷的功能，而且还满足了人们对新型天线的平面化，小型化，且易于加工的要求。
下面我们以平面单极天线为基础来设计所需的天线。
UWB天线的设计平面单极天线的大小主要是由频带低端值决定的，对于规则平面辐射言，要求驻波比不大于2且可以通过简单的圆柱体模型计算天线能够达到的最低频点。
如图1所示，将圆柱体沿母线切开，可得到其实，这个表达式只是一个天线模型的原始理论表达式，天线的最终结构尺寸还要根据所设计的具体结构参数来调整，并加以优化。
超宽带电磁学及应用 第5章 超宽带天线PPT课件
5.1.3 描述超宽带天线的主要参数
第5章 超宽带天线
1.0 antenna array
fitting curve
antenna element
0.8
fitting curve
0.6
normalrized amplitude (V)
Oliver E.Allen,David A.Hill,Arthur R.Ondrejka,Time-Domain Antenna
• 集总与分布相结合网络 传输线变压器，传输线绕在磁芯上构成
(3) 回波损耗 反射系数
Γ Z L Zin Z L Zin
回波损耗 S11 20 log Γ
5.3.2 匹配网络设计举例 例 钻孔测井雷达的集总参数匹配
第5章 超宽带天线
S11 (dB)
0
无
-2
匹配网络
-4
-6
-8
-10
-12
-14
0
-5
-10
-15
-20
-25
-30
-35
-40
l =-5mm
-45
a
l =0mm
a
-50
l =5mm
a
0.0
0.5
1.0 f (GHz)
II 天线长度对槽天线参数的影响
S 11
Z ()
180
l =-5mm
160
a
l =0mm
a
140
l =5mm
a
120
100
80
60
40
20
0
1.5
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
B 加引向器
超宽带平面微带天线概要
超宽带平面微带天线本论文在对现有超宽带(UWB)平面天线广泛调研的基础上,借助于电磁仿真软件设计了七种新型超宽带平面微带天线,实际制作和测试了其中四种天线,测试结果和仿真结果进行了对比,吻合较好,证实了天线的优越性。
本论文的主要工作及创新之处可以归纳为以下几点:对圆形UWB天线进行了改进,将圆形贴片超宽带印刷单极子天线的带宽扩展到六倍频程。
在天线尺寸不变的情况下,极大地扩展了天线的带宽,但天线的增益随频率变化非常大,天线色散较为严重。
针对FCC规定的3.1~10.6GHz免费使用频段,并保证较好的天线增益频响特性,借助于电磁仿真软件HFSS研制了三款新型带陷超宽带印刷单极子天线,该天线既能有效覆盖相应频段又避免了与现有的WLAN系统干扰,具有相对稳定的增益特性和近似的全向特性。
论文分析了天线的回波损耗、增益、带陷特性和归一化方向图,并进行了实际制作和测试,测试结果和仿真结果吻合较好。
为了进一步有效地抑制该天线与WiMax系统的干扰,论文设计提出了一种结构紧凑的双带陷超宽带印刷单极子天线,通过在辐射贴片开圆弧形缝隙槽和在微带馈线加载两个匹配节实现了在WLAN频段和WiMAX频段上的双带陷功能。
借助电磁仿真软件HFSS对天线进行了详细仿真分析设计,研究结果表明其具有良好的双带陷性能。
为了进一步得到较好的辐射特性,设计提出了一种新颖的结构紧凑的超宽带平面天线,该天线工作频率覆盖了5.9GHz到9.4GHz,具有3.5GHz绝对带宽,并且在工作带宽内的y-z面的方向图具有稳定的增益特性和非常好的全向特性。
论文中设计的平面微带天线具有小型和超宽带的特点,仿真测试结果验证天线满足超宽带无线通信技术的要求,非常适合应用于超宽带短距离无线通信系统中。
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超宽带微带天线概要
超宽带微带天线
本文介绍了超宽带天线的研究背景、超宽带天线特点、研究现状及趋势。
详细阐述了超宽带天线中一些典型结构天线及超宽带天线设计中常见的阻抗带宽、辐射特性、极化、群时延、相位中心等参数。
在超宽带天线接地面和辐射贴片是否在同一个平面的基础上按辐射贴片类型、对接地面的处理等做了详细的概述。
总结了超宽带天线设计中对辐射贴片处理、对接地面处理等小型化、扩展带宽技术。
亦对超宽带天线设计中寄生耦合、开缝隙、分形等带阻技术做了详细总结。
仿真分析了平面超宽带天线,主要有以下改进:1、在五边形辐射贴片超宽带天线中引入了叉形对称结构,对接地面做开半圆形缝隙处理,改善其全向性。
此结构在3.5-8GHz的频段内,具有好的全向性。
2、对多阶梯结构超宽带天线进行了优化设计,扩展了阻抗带宽,且使天线小型化,覆盖了FCC建议的3.1-10.6GHz频段。
通过对辐射贴片开圆形缝隙处理,改善了全向性。
3、综合了宽缝结构和微带式超宽带天线设计。
对于宽缝结构的超宽带天线,对与辐射贴片中间相邻的接地面进行了调节处理,改进了此结构的下限频率;对圆形贴片超宽带天线,在接地面左右两端引入对称的双臂结构,通过调整臂宽、臂长来调整频段,覆盖了6-10.75GHz,设计了高频段超宽带天线。
...
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【作者相关信息搜索】：西南交通大学;电磁场与微波技术;刘运林;贾登权;。
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授课教师： 杨宏春
第 5 章 超宽带天线设计
5.1 描述天线的参数
5.1.1 描述频域天线的参数
(1) 方向图 f (θ,φ) 特定频率点上，天线的远区辐射场 可以表示为
e jkr E ( r , , ) kf ( , ) r
令f(θ,φ) 的最大值为1，画出的天线归一化方向图。 (2) 方向性系数D 相同条件下，天线方向图上最大功率密度与点源天线之比
E
trans
( , , t ) sin dtdd
2
(11) 有效能量高度
he
energy
V ( , , t ) d t open ( , ) 2 E inc ( t ) dt
2
12
(12) 有效高度
5.2 高功率一体化Vivaldi天线设计
(1) 设计要求 • 单元辐射系统能够承受馈电脉冲的高峰值电压； • 馈电网络的输出阻抗与天线输入阻抗匹配； • 辐射天线为定向天线且具有较高的辐射效率； • 阵列辐射天线布阵时应使各单元天线间的耦合尽可能小。 (2) 设计思路 • 定向天线选择；
• 一体化设计思路；
E trans ( r , , , t )
2
0
r 2 sin dddt
V
input
( t ) I input ( t ) dt
(5) 天线传输因子
TAF ( , )
E trans
( 1 meter )
( , ) max
Vinput max
(6) 天线输入反射系数
f (t ) f ( )d
两个时域信号的波形保真系数为最大归一化互相关系数
12 ( t ) f max ( ) t 11 (0) 22 (0)
(2) 能量方向图
f e ( , )
2 E ( , , t )dt 2 max E ( , , t )dt ,
(3) 能量方向系数
D( , )
1 2π π 2 E trans ( , , t ) sin dddt 4π 0 0
E
trans
( , , t ) dt
2
(4) 能量辐射效率
2
e
0 0 t
max trans
(9) 天线波束角
2
a 0 0 t 2 E ( , , t ) d t trans max (10) 能量因子
2 E ( t ) d t inc AFenergy ( , ) 2 Vload ( , , t ) dt 12
he ( , )
Vopen ( , ) max E inc max
(13) 天线能量传输因子
E ( , , t ) d t trans TAFenergy ( , ) 2 Vinput ( t ) dt
2
5.2.1 Blumlein线设计
Blumlein形成线机械结构设计
储能电容参数
0
1 in CU 02 2
光导开关输出电脉冲波形满足
-5
S11
-10
-15
-20
U ( t ) U 0 exp(t 2 )
标准 结 构 改进 结 构
0.5
f (GHz)
0.0
1.0
1.5
设PCSS电压转换效率为U，天线阻抗RA，输出电脉冲能量out
Pmax Emax D Pomni E omni
(3) 增益G
2
相同输入功率条件下，天线方向图上最大功率密度与理想 全向天线功率密度之比
G
Pmax Pomni
输入功率相同
Emax E omni
2
输入功率相同
(4) 输入阻抗：天线馈电端口电压和电流之比
Pin Vin Z in Rin jX in 2 I in I in
( 1 meter )
12
(14) 天线因子
E inc max AF Vload ( , , t ) max
(15) 有效面积
Ae ( , )
V
re
( t ) I re ( t ) dt
2
E in ( t )
0
dt
Vre(t)为接收信号电压，Ire(t)为接收电流，Ein(t)为入射电场ຫໍສະໝຸດ G ( , ) 4πr
2
E trans ( , , t )
2
0
dt
V
in
( t ) I in ( t )dt
(9) 极化特性
2 E ( , , t ) d t 1 ( , ) tan 2 E ( , , t ) dt
5.1.2 描述时域天线的参数 (1) 波形保真系数 两个信号f1(t)和f2(t)的自相关和它们之间的互相关定义为
11 ( t )
22 ( t )
12 ( t )
f (t ) f ( )d
1 1
f (t ) f ( )d
2 2 1 2
(5) 天线效率
Pr Pr Pin Pr PL
其中Pr，PL，Pin分别是天线的辐射、损耗和输入功率 (6) 极化方向 天线最大辐射方向上电场矢量随时间变化在空间描出的轨迹； 天线的极化形式分为线极化，圆极化和椭圆极化三种。 (7) 带宽：天线工作的频率范围 天线有多种形式的带宽，方向图带宽﹑增益带宽﹑输入阻 抗带宽等，用得较多的是天线输入阻抗带宽。
V ( t ) dt V ( t )dt
(7) 辐射阻抗
2π
Rrad
0 0 t
π
E trans ( r , , , t )
2
0
r 2 sin dddt
2
I
input max
( t ) dt
(8) 增益