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超宽带喇叭天线的研究

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本 科 生 毕 业 论 文

学 院 电气信息工程学院

专 业 物理学

届 别 2008

题 目 超宽带喇叭天线的研究

学生姓名 舒金武

学 号 20080840132

指导教师 章晖

教 务 处 制

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云南民族大学毕业论文(设计)原创性声明

本人郑重声明：所呈交的毕业论文(设计)，是本人在指导教师的指导下进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，本论文没有抄袭、剽窃他人已经发表的研究成果。本声明的法律结果由本人承担。

毕业论文(设计)作者签名：舒金武

日期：2012年 4月18日

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关于毕业论文(设计)使用授权的说明

本人完全了解云南民族大学有关保留、使用毕业论文(设计)的规定，即：学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布论文(设计)的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文(设计)。

（保密论文在解密后应遵守）

指导教师签名： 论文(设计)作者签名：舒金武

日期：2012年4月18日

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摘要

超宽带喇叭天线具有较宽的工作带宽，良好的方向性和稳定的相位中心等性能参数，使得超宽带喇叭天线辐射和接受的时域短脉冲信号具有良好的保真性，它具有接收和辐射快速变化的瞬态脉冲信号的能力，能够覆盖很宽的频带，因此，被广泛应用在超宽带通信、雷达、电磁兼容等电磁领域。超宽带喇叭天线是其中典型的定向脉冲辐射天线，具有带宽宽，方向性好等优点，研究此类天线的辐射特性和阻抗特性在特定的应用条件下是非常有意义的。

该课题首先分析了喇叭天线的基本理论，超宽带脉冲辐射天线与传统超宽带天线的区别，分析时域超宽带天线的技术指标特点。其次，从理论上探讨了超宽带TEM喇叭天线结构特征，对超宽带TEM喇叭天线的理论进行了分析与研究，课题还讨论了几种超宽带TEM喇叭天线的性能比较，还探讨了TEM喇叭天线的改进，得出了一些规律性的结果。最后介绍了双脊喇叭天线的相关理论。

关键词：超宽带，TEM喇叭天线，双脊喇叭天线

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Abstract

Ultra-wideband horn antenna has a wide bandwidth, good directional and stability of the

phase of the property parameters, such as center, make ultra-wideband horn antenna and

receiving of the radiation time domain short pulse signal has a good the true, it has received

and radiation rapidly changing the transient pulse signal ability, can cover a wide frequency

band, therefore, is widely used in the broadband communications, radar, electromagnetic field

such as electromagnetic compatibility. Ultra-wideband horn antenna is one of the typical

directional pulse radiation antenna, with really bring, the advantages of direction, the emission

properties of such antenna impedance characteristics in specific application conditions is very

significant.

This subject first analysis of the basic theory of the horn antenna, uwb pulse radiation

antenna and traditional super broadband antenna distinction, analysis of time domain ultra

broadband antenna technology index characteristics. Second, in this paper the ultra wideband

TEM horn antenna structure characteristics, for the broadband TEM horn antenna theory of

the analysis and research, subject also discussed several ultra-wideband TEM horn antenna

performance comparison, also discusses the TEM horn antenna improvement, obtained some

regularity of the results. At last, the paper introduces the double ridge horn antenna related

theory.

Keywords：Ultra broadband, TEM horn antenna, double ridge horn antenna

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目录

第一章 绪论......................................................................................7

1.1 课题背景……………………………….............................................7

1.2 国内外研究现状…………………………………………………….8

1.3 本文研究的主要内容……………………………………………….9

第二章 超宽带喇叭天线基本理论…………………………………..10

2.1 喇叭天线………………………………………………………….10

2.2 超宽带脉冲信号………………………………………………….10

2.3 超宽带脉冲天线…………………………………………………10

2.4宽带天线基本指标………………………………………………..11

2.5 喇叭天线理论分析………………………………………...………13

第三章 超宽带TEM喇叭天线理论分析与研究

3.1TEM喇叭天线理论分析.…………………………………………..14

3.1.1 TEM喇叭天线传输特性……………………………………….14

3.1.2 TEM喇叭天线的特性阻抗……………………………………..14

3.2 带地板的TEM喇叭天线………………….……………………...15

3.3几种超宽带喇叭天线的性能比较…………………………………17

3.4 TEM喇叭天线的改进.......... ……………………………………...19

3.4.1 椭圆形剖面改进....................................19

3.4.2 低频补偿结构改进.................................19

3.4.3 辐射改善.........................................19

6 第四章 双脊喇叭天线的理论分析与研究……..............……………..20

4.1脊波导的结构及优点………………………….......………………20

4.2脊波导主模截止波长…………………………….......……………20

4.3 脊波导的主模工作带宽………………………………….....……23

4.4脊波导的特性阻抗……………………………………….......……23

结论……………………………………………………………………..24

参考文献………………………………………………………………..24

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第一章 绪论

1.1 课题背景

天线作为无线电系统中最重要的一个部分，在通讯、导航、雷达和遥测等各个领域发挥着重要作用。作为负责发射和接收电磁波的部件，无线电系统的正常工作都需要依赖于天线。天线的主要功能就是把传输线上传播的电磁波，发射到自由空间中，或者是获取自由空间中传播的电磁波，将其导回传输线。超宽带天线的发展已经进行了很多年，它允许不改变测量天线而测量不同的电磁辐射源，这是其在电磁测量中的优势。所谓超宽带天线就是天线的工作带宽很宽，而在规定的频率范围内，其他特性如输入阻抗、增益、极化等都能满足要求。相比于常规天线，超宽带天线一般认为是非频变天线，可以工作在不同频段，但不一定可以同时工作在整个频段范围内。由于目前隐身技术的研究和应用获得了突破进展，超宽带天线也开始应用到反隐身领域。

隐身技术推动着反隐身措施的研究与发展。目前的发展重点是雷达反隐身技术，其主要措施有提高雷达灵敏度、扩展雷达的工作波段、发展空基或天基平台雷达、提高雷达探测能力等。从而从整体上提高雷达的反隐身能力。这种反隐身技术雷达具有广泛的应用前景和价值，是各国重点发展的雷达技术。

高功率超宽带反隐身雷达将高功率微波源产生的高功率脉冲用于超宽带雷达，其发射的脉冲包含了丰富的频率，因此在超宽带雷达面前，隐身技术的窄带吸波涂层就失去了作用，同时，超宽带雷达波对目标表面仅能产生很小的共振，而有更强的反射波。研究其反隐身的能力，达到需要的实际水平，这是一个非常诱人的方向。隐身兵器通常是针对厘米波段雷达设计的，将雷达的工作波段向米波段和毫米波段甚至红外波段、激光波段扩展，都具有一定的反隐身能力。目前，美、俄等一些国家都在积极发展反隐身技术，并重点发展雷达反隐身，而将高功率微波技术和超宽带雷达技术分开研究是当前的主要研究方法。

高功率微波技术是当前国际上的热门研究领域之一，其潜在的军用和民用前景使之得到美、俄、德、英、法等科技大国的重视。高功率微波技术作为一种新型的战斗武器，它与其它系统不同，其对目标的破坏是软破坏。它是以电磁能量及功率来干扰或烧毁敌方武器系统的电子设备或电子计算机等内部的敏感器件和电路来达到使敌方武器系统失去战斗力的，如不能正常执行任务，甚至遭到破坏。它可以攻击任何包含有现代化电子设备的武器系统，如飞机（尤其是隐身飞机）、导弹（包括反辐射导弹）、雷达、坦克等。高功率微波技术在其发展过程中一直遵循两条基本路线：即窄带和超宽带短脉冲(UWB，Ultra-wideband)。超宽带雷达是指雷达信号的瞬时相对带宽大于25%的雷达系统，随着大功率、高功率脉冲信号源研制的发展，极短脉冲信号的应用前景和价值极度显露。冲击雷达和无载波雷达方面的研究被统称为超宽带雷达技术。高功率超宽带反隐身雷达结合了高功率微波武器和超宽带雷达技术，将高功率微波源产生的高功率脉冲用于超宽带雷达，充分挖掘超宽带雷达反隐身的潜力，并使之能够达到实用的水平，这是一个非常诱人的发展方向。

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超宽带tem喇叭天线阵列的微遗传算法优化

超宽带tem喇叭天线阵列的微遗传算法优化

超宽带tem喇叭天线阵列的微遗传算法优化

超宽带TEM喇叭天线阵列是一种新型的天线技术，它具有宽带、高增益、低剖面等优点，被广泛应用于雷达、通信、遥感等领域。然而，天线阵列的优化设计是一个复杂的问题，需要考虑多个因素的影响，如天线元件的位置、大小、形状等。为了解决这个问题，微遗传算法被引入到天线阵列的优化设计中。

微遗传算法是一种基于遗传算法的优化方法，它通过模拟自然界的进化过程，不断优化天线阵列的设计参数，以达到最优化的效果。具体来说，微遗传算法将天线阵列的设计参数编码成一组二进制串，然后通过交叉、变异等操作，不断生成新的个体，直到找到最优解为止。

在超宽带TEM喇叭天线阵列的优化设计中，微遗传算法可以考虑多个因素的影响，如天线元件的位置、大小、形状等。通过不断优化这些参数，可以使天线阵列的性能得到最大化，从而提高雷达、通信、遥感等领域的应用效果。

微遗传算法是一种有效的优化方法，可以在超宽带TEM喇叭天线阵列的设计中发挥重要作用。未来，随着天线技术的不断发展，微遗传算法将会得到更广泛的应用，为各种领域的应用带来更高的性能和效率。

FDTD结合XFDTD研究TEM喇叭天线

FDTD结合XFDTD研究TEM喇叭天线

第２７卷第６期　２０１１年３月　甘肃科技　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｅｈｎｏｌ　Ｉｌ，０Ｚ。２７‘Ⅳｔ）．６　Ｍａｒ．２Ｏｌ１　

ＦＤＴＤ结合ＸＦＤＴＤ研究ＴＥＭ喇叭天线　

张可儿　，胡红　

（１．陇东学院物理与电子工程学院，甘肃庆阳７４５０００；２．西安交通大学微波通信研究所，陕西西安７１００４９）　

摘要：针对需要研究的超宽带ＴＥＭ喇叭天线，先应用ＸＦＤＴＤ软件进行建模和剖分，然后使用Ｆｏｒｔｒａｎ语言读取包　含网格剖分信息的文件，完成计算模型的初始化，再采用Ｆｏｒｔｒａｎ语言实现时域有限差分法算法，对天线模型在时域　

进行迭代运算，完成天线的仿真，并给出天线指定点的电磁场信息。与ＸＦＤＴＤ软件相比，编写的ＦＤＴＤ程序具有计　算时间短、占用内存小的优点。　关键词：ＦＤＴＤ；ＸＦＤＴＤ；ＴＥＭ喇叭天线　中图分类号：ＴＮ８２　

时域有限差分（ＦＤＴＤ）法是目前常用的数值计　

算方法，在计算电磁学的各个领域得到了广泛应　

用…。基于电磁数值计算方法ＦＤＴＤ的商用全波三　

维电磁仿真软件ＸＦＤＴＤ是由美国ＲＥＭＣＯＭ公司开　

发的。从１９９４年ＲＥＭＣＯＭ公司发布第一个版本以　

来，ＸＦＤＴＤ广泛应用于各种科研，工业设计，军工　

生产等方面。ＸＦＤＴＤ作为ＲＥＭＣ０Ｍ公司的主打产　

品之一，在同类产品中，依靠其高效的理论核心算　

法，可靠的多ＣＰＵ并行处理和分布式内存仿真模　

块，无论从计算的精度还是仿真的效率上都具有独　

特的优势。虽然ＸＦＤＴＤ软件的计算功能如此强大，　

但由于软件的通用性要求，为了使其能够对各种不　

同电磁实体进行仿真，难免造成计算时间长、占用存　

储量大等问题。　

针对特定结构超宽带天线，使用ＸＦＤＴＤ软件进　

行建模和网格剖分，将剖分后的网格文件即　

．Ｇｅｏｍｅｔｒｙ文件导出至Ｆｏｒｔｒａｎ，通过Ｆｏｒｔｒａｎ编写相　

应的程序，实现ＦＤＴＤ算法，有望节省ＣＰＵ时间并　

减小存储量。　

１　ＦＤＴＤ算法的实现　

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

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

超宽带天线研究的发展状况研究

超宽带天线研究的发展状况研究

超宽带天线研究的发展状况研究

近年来，一个全新的技术词汇——超宽带无线通信出现在了通信领域中，这项技术基于现代意义的超宽带UWB（Ultra Wide Band）无线电[1]，又可以被称为冲激无线电（Impulse Radio）、无载波无线电（Carrier-free Radio）、非正弦无线电（Nonsinusaidal Radio）等。1993年，美国南加州大学通信科学研究所的Schult，R.在国际军事通信会议（MILCOM‘93）发表论文，这篇论文论证了使用冲激脉冲进行跳频调制的多址技术，并开创了一种将冲激脉冲用作无线通信信息载体的新方法[2]。UWB技术被公认为是无线技术发展中的创新里程碑。

其实UWB技术并不是新的概念，它的应用可以追溯到20世纪60年代，但它一直仅限应用于军事、灾害救援、搜索雷达定位及测距等方面[3]。因为受限于那个时代的技术和工业发展水平，UWB技术一度发展地非常缓慢。但是自1990年代中期以来，由于脉冲无线通信的组成部分有了新的完善，人们对该项技术的系统性能也有了更好的理解，鉴于此，脉冲无线通信技术终于进入了更加成熟的阶段。2002年2月14日，美国联邦通信委员会FCC（Federal Communications

Commission）正式批准将UWB无线技术应用于民用通信及个人通信系统中。自此，该项技术在诸如数字电视，投影仪和机顶盒之间的可见文件传输，以及外围设备与笔记本电脑之间建立个人局域网（PAN，Personal Area Network）等领域都得到了充分的应用和发展。

在FCC规定中，3.1GHz~10.6GHz是民用的UWB频段，其使用的脉冲宽度被限制在0.1-0.33ns之间 。UWB系统摒弃了使用载波，选择使用纳秒级的脉冲传输数据，正因为这样，它占有了很宽的频谱范围。传统的通信系统都是基于一定的带宽，通过提高信噪比的方式来提高信道容量，而UWB系统则通过增加带宽达到增大信道容量的目的， 但是以这种方式，信道的容量不能无限地增加，带宽和信噪比只能在信道容量一定的情况下互补。正因为UWB系统的极宽的带宽，它可以发射非常低的功率谱密度，甚至于可以被个各种噪声和电磁干扰湮没。如果将其和传统的通信系统相比较的话，它具有很多非常突出的优点，例如极好的隐蔽性和保密性，极低的截获率，非常好地满足了现代通信系统对于安全性能的要求。