超寬帶圓片天線及其小型化研究.pdf

1、超寬帶是一種新穎的無線通信技術(shù)，它在現(xiàn)代無線系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，如超寬帶通信系統(tǒng)、超寬帶雷達系統(tǒng)和超寬帶電子偵察系統(tǒng)等。超寬帶系統(tǒng)的飛速進步使得各種超寬帶電子設(shè)備都朝著小型化方向發(fā)展，這就要求研制出能與之相適應(yīng)的超寬帶小型化天線。
　　本文以一種具有超寬頻帶的天線類型——圓片單極天線為基礎(chǔ)，提出了幾種在阻抗帶寬以及輻射特性等方面均能滿足通信要求的新型超寬帶小型化天線，通過理論分析、仿真設(shè)計和實驗測量等手段對各類型天線進行了系統(tǒng)的

2、研究。
　　作為全篇的理論基礎(chǔ)，本文首先用三個模型研究了圓片單極天線之所以能夠在超寬頻帶范圍內(nèi)獲得較好阻抗特性的原因。按照行波駐波模型，天線在低頻端運行于駐波模式，在高頻端運行于行波模式，因為行波模式的存在使得天線的帶寬很寬；按照多環(huán)多諧振模型，圓片單極天線可以被認為是多環(huán)疊加或者多環(huán)互補復(fù)合而來的，多個相近諧振模式的重疊使得圓片單極天線擁有非常寬的帶寬；按照漸變線模型，圓片天線與由指數(shù)漸變線、三角漸變線、Klopfenstein

3、漸變線以及拋物線漸變線構(gòu)成的天線非常類似，這些漸變線寬帶阻抗匹配特性非常好，因而圓片天線本身也可以獲得非常寬的阻抗帶寬。
　　圓片單極天線具有良好的電特性，分析結(jié)果表明其至少具有10:1以上的阻抗帶寬和全向性的方向圖，同時具有無失真的收發(fā)時域短脈沖信號的能力。這種天線雖然有諸多優(yōu)點，但是因為其地板垂直于輻射器，天線的空間尺寸較大，因此本文提出了平板圓片單極天線，該結(jié)構(gòu)大大縮小了地板的空間尺寸，并且能夠通過剪切、折疊和彎角的方法進一

4、步縮減天線的尺度。為了解決天線的風(fēng)載問題，本文提出了超寬帶環(huán)形單極天線，單環(huán)和多環(huán)結(jié)構(gòu)都能夠在保持天線基本特性不變的情況下提高天線的抗風(fēng)能力，利用相似原理設(shè)計的大尺寸環(huán)狀單極天線具有更廣闊的實用價值。超寬帶天線固然可以用一副天線覆蓋超寬頻帶，但是不同的應(yīng)用條件對天線的帶寬有不同的要求，為此提出了能夠?qū)㈩l率高端阻陷的天線形式，即波浪邊緣的圓片及環(huán)形單極天線，其頻率覆蓋范圍基本上在3.1~10.6GHz民用超寬帶通信范圍之內(nèi)。以上設(shè)計都是為

5、適應(yīng)不同的需求，通過改變圓片天線的形狀或者結(jié)構(gòu)來達到天線小型化的目的，除此之外，還可以通過電阻加載改變天線的電流分布來實現(xiàn)天線的小型化。電阻加載圓片單極天線是在圓片單極子兩側(cè)進行電阻加載，天線末端兩側(cè)的電流被電阻吸收，從而減小了低頻反射信號的幅度，拓展了天線的低端頻率，實際上也就是縮小了天線的尺寸。
　　電路中的漸變線理論可以引入到異型單極子天線的設(shè)計中，以獲得更為良好的電特性。為此本文對圓片單極天線進行了優(yōu)化設(shè)計，提出一種新型的

6、Klopfenstein漸變單極天線。基于阻抗匹配性能最優(yōu)的Klopfenstein漸變線設(shè)計的立體單極子天線，其電性能與圓片單極天線十分類似。在此基礎(chǔ)上，分別設(shè)計了共面波導(dǎo)以及微帶饋電的平面Klopfenstein漸變單極天線。仿真和實測結(jié)果證明，這些天線尺寸較小且性能良好，平面印刷結(jié)構(gòu)可以使天線方便的與其它射頻電路集成。這種利用漸變線理論直接設(shè)計天線的思路可以為實際應(yīng)用提供有價值的參考。
　　本文的主要目的是解決超寬帶天線設(shè)計