超宽带天线设计与研究详解

摘要近年来，微带天线由于其体积小、重量轻、制作简单和成本低等优点，引起了人们的广泛兴趣。

但是微带天线的缺点也很明显，带宽窄、效率低，这时超宽带微带天线应运而出，通过对微带天线的优化，使其达到超宽带的要求，有效克服了天线带宽窄的问题。

2002年，FCC公布了超宽带天线的通信标准：3.1GHz-10.6GHz。

如今移动通信设备和终端呈现小型化的发展趋势，这更使得超宽带微带天线的研究与应用成为了当今的热点。

超宽带技术具有很大的应用前景，可应用于无线通信、雷达、短距探测等。

本文介绍了天线的基本电参数以及微带天线的馈电方式、辐射原理以及分析方法，并对矩形微带天线进行了仿真研究，研究了贴片长度和阻抗匹配器宽度对天线性能的影响；而由于研究的是超宽带天线，本文还对超宽带天线进行了简要的介绍和分析。

本文的主要内容是设计一款钻石型超宽带天线并对其进行一定的优化，使其能满足超宽带的要求。

首先，根据微带天线的基本理论，设计出了天线原型。

接下来，分析了天线的接地板、辐射贴片、介质板的厚度对于天线性能的影响。

最后分析和总结，完成天线的设计。

完成的天线工作频带涵盖了整个UWB频段,并且带宽远比设计要求的要大得多，相对带宽达到130%，在此范围内天线的回波损耗低于-10dB，最大辐射方向的增益为4.24dB。

关键词：微带天线;超宽带;钻石形超宽带天线AbstractIn recent years, because of its small size, light weight, simple production and low cost, the microstrip antenna has aroused people's wide interests.. But the disadvantage of the microstrip antenna is obvious,for exmple narrow bandwidth, low efficiency, then Ultra Wideband Microstrip antenna should be shipped out, through the optimization of the microstrip antenna,it meet the requirements of ultra wideband, effectively overcome the disadvantage，the narrow bandwidth of the antenna.In 2002, FCC announced the communication standards of UWB Antenna: 3.1GHz-10.6GHz. Moile communication equipment and terminals arepresenting a trend of miniaturization, which makes the research and application of UWB microstrip antenna become a hot spot today. UWB technology has great application prospect, can be used in wireless communication, radar, short detection etc..In this paper, we introduced the antenna's basic electrical parameters and the feed mode of microstrip antenna, radiation theory and analysis method, then we research the simulation of the rectangular microstrip antenna , research patch length and impedance matching device width on the performance of the antenna; and because it is the study of ultra wide band antenna. This paper also introduced and analyzed ultra wideband antenna briefly .The main content of this paper is to design a diamond type ultra wideband antenna and optimize it, so that it can meet the requirements of UWB.. Firstly, according to the basic theory of microstrip antenna, the antenna prototype is designed.Next, the influence of the antenna's grounding, the radiation patch, the thickness of the dielectric plate on the antenna performance is analyzed.Finally, the design of the antenna is analyzed and plete antenna operating band covers the whole UWB frequency band and bandwidth is much larger than design requirements , relative bandwidth reaches 130%. Within this range of the antenna return loss below - 10dB, the maximum radiation direction of the gain is 4.24dB.Key words:microstrip antenna; UWB; diamond shaped UWB antenna目录第1章绪论 (1)1.1 研究目的及其意义 (1)1.2 当今天线的研究方向 (2)1.3 论文主要内容 (3)1.4 小结 (3)第2章天线的理论基础 (4)2.1 天线的电参数 (4)2.1.1 方向图 (4)2.1.2 增益 (4)2.1.3输入阻抗 (4)2.1.4 频带宽度 (5)2.1.5 驻波比 (5)2.2 微带天线 (6)2.2.1 微带天线概述 (6)2.2.2微带天线的馈电方式 (7)2.2.3微带天线的辐射原理 (8)2.2.4 微带天线的分析方法 (9)2.3 超宽带天线 (12)2.3.1超宽带天线简介 (12)2.3.2 超宽带无线通信的优势与缺点 (13)2.3.3 超宽带天线的应用 (18)2.4小结： (19)第3章矩形微带天线仿真与分析 (20)3.1 仿真软件简介 (20)3.2 设计指标 (24)3.3 确定尺寸 (24)3.4 矩形微带天线仿真及分析 (25)3.5小结： (29)第4章钻石形超宽带天线设计与优化 (30)4.1钻石形超宽带天线设计指标 (30)4.2钻石形超宽带天线初始设计与仿真 (30)4.3 钻石形超宽带天线的参数对于天线的影响 (32)4.3.1天线接地板 (32)4.3.2钻石形微带贴片 (37)4.3.3介质板的厚度 (42)4.4 钻石形超宽带天线的优化 (43)4.4.1 天线优化分析 (43)4.4.2 天线优化尺寸及结果 (43)4.5小结： (47)总结 (48)致谢........................................................................................................................... 错误！未定义书签。

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。

超宽带平面正弦天线与设计
本文对超宽带平面正弦天线的设计理论及实现方法进行了研究。

研究内容主要分为三部分:1、研制了3～15GHz的常规两臂平面正弦天线;2、研制了3～15GHz的带有小型化馈电巴伦的两臂平面正弦天线;3、研制了3～15GHz的
四臂平面正弦天线。

传统的平面螺旋天线,如阿基米德螺旋天线和等角螺旋天线存在极化方式单一的不足之处,而正弦天线除了具有传统平面螺旋天线所具有的超宽带、圆极化、单孔径的优点外,还具有独特的“全极化”特性。

本文在超宽带理论和大量仿真计算的基础上,分析了正弦天线结构、介电常数等参数的变化对天线性能的具体影响,在此基础上设计制造了三款正弦天线实物样机,并在微波暗室进行了实验测试。

首先设计了工作频段为3～15GHz的两臂平面正弦天线,为了实现天线的输入阻抗与50?同轴电缆的良好匹配,设计了用于该天线平衡馈电的指数渐变微带巴伦。

为了弥补该巴伦纵向尺寸过大的缺陷,设计了“小型化”的微带巴伦,并用于两臂正弦天线的馈电,在保持原天线电特性的基础上,显著降低了整个天线系统的纵向几何尺寸。

同时,为实现正弦天线的“全极化”特性,设计了带双巴伦馈电结构的四臂正弦天线。

上述三款天线均进行了实物样机的研制,并对其进行了测试,结果表明天线和巴伦在工作频段内较好地符合了设计预期,能够满足工程应用要求。

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陈振华;。

摘要摘要穿墙雷达系统能对不透明障碍物等复杂环境下的生命迹象进行探测和定位，在城市恐怖袭击绑架和消防救援等活动中具有非常重要的作用和意义。

冲激体制的穿墙雷达是一款具有集穿透性强、抗干扰能力强、隐蔽性能好、距离向分辨率高等优点的探测能力比较优秀的穿墙雷达。

而天线作为穿墙雷达系统中重要的组成部分，天线的好坏直接影响雷达系统的性能，因此设计一款性能较佳的天线是非常重要的，而这也是本设计的目标。

本设计的工作和内容主要包括以下几个部分：首先，简要分析和概述了穿墙雷达系统的背景以及其实际应用意义，调研和分析了国内外研究现状和发展。

研究和分析了1GHz~10GHz频段信号对各种墙体穿透能力，以及结合系统体积、雷达信号波形和冲激体制最终确定以1.5GHz~4.5 GHz频段的高斯脉冲加载3GHz正弦波信号作为穿墙雷达信号。

然后对穿墙雷达信号频段进行分析知其为超宽带信号。

分析出适合此类穿墙雷达的天线主要为宽带微带型天线和超宽带天线。

简单介绍微带天线扩展带宽的方法并介绍和对比几种超宽带天线，最终确定带渐变槽的单极子天线和Vivaldi天线作为该系统的终点研究方向。

因而进行概述Vivaldi天线的原理、发展和馈电结构、为本文的设计作铺垫。

其次，设计了一款适合穿墙雷达的天线带渐变槽的单极子天线，详细阐述了该天线的设计过程并对其进行分析。

该天线有一个优点就是体积小它的体积是后面设计的Vivaldi天线的体积的50%，而且带渐变槽的单极子天线的高频特性非常好达到了11GHz。

并且通过分析其时域特性，表明其具有良好的时域特性。

最后，从Vivaldi天线的结构到设计给出了详细分析和计算。

设计主要包括馈电结构和槽线渐变辐射器的计算和设计。

然后对天线整体性能进行描述并分析其仿真和测试结果。

主要包括频域的回波损耗、辐射方向图以及峰值增益和时域的辐射波形、振铃现象、时域方向图以及保真系数等方面的分析。

通过比较这两款天线性能，最终选择Vivaldi天线作为穿墙雷达系统的收发天线。

超宽带滤波天线研究与设计DAI Tianyao【摘要】文中提出了一种新型小尺寸具有三阻带特性的UWB天线.所设计的天线基本几何结构由耦合馈电结构、圆形辐射贴片和互补开口谐振环(CSRR)组成.通过在结构简单的圆形单极子天线中引入地面开槽结构、贴片开互补谐振环技术实现了三阻带的超宽带滤波天线.仿真和测试结果表明该天线在3 ～8 GHz频率范围内,回波损耗＜-10 dB,并且在中心频率点3.5 GHz(WIMAX)、5.5 GHz(WLAN)和7.5 GHz(卫星通信频段)处,产生明显阻带作用.在宽频通带范国内驻波比均小于2,在频点3.2 GHz、4.5 GHz和6.5 GHz处天线的E面呈”8”字形,且H面具有良好的全向性,证明文中提出的UWB天线满足超宽带三阻带滤波天线的设计要求.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2018(031)012【总页数】4页(P34-37)【关键词】超宽带;滤波天线;小型化;互补开口谐振环;微带天线;三阻带【作者】DAI Tianyao【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TN82超宽带(Ultra Wideband，UWB)无线技术作为一种新的无线通信技术，越来越受到人们的重视。

UWB是一种具有抗干扰性能强、系统容量大、发送功率小、传输速率高等优点的无载波通信技术。

按照美国联邦通信委员会的规定， 3.1～10.6 GHz之间的频段划分为超宽带系统使用的范围。

然而在超宽带通信频段范围内依然存在着一些窄带通信系统[1-6]。

滤波器和天线作为射频前端电路最重要的两个无源元器件，一直是学者们研究的热点和重点。

传统的滤波天线设计方法仅仅考虑了器件本身的性能，通过级联匹配网络，并没有从整体范围进行考虑。

若将天线与滤波器集成设计成为滤波天线，可使天线同时具有辐射和滤波功能[7-8]，有效减小三维封装的尺寸和面积，进一步实现无线通信系统的小型化。

目前发表的文献中已提出大量单阻带及双阻带天线，然而三阻带天线甚至具有更多阻带的天线依然较少。

超宽带MIMO天线与电磁偶极子天线研究一、本文概述随着无线通信技术的快速发展，MIMO（多输入多输出）天线和电磁偶极子天线在无线通信系统中扮演着越来越重要的角色。

特别是在超宽带（UWB）通信系统中，这些天线的设计和优化成为了研究的热点。

本文旨在深入研究超宽带MIMO天线与电磁偶极子天线的相关理论、设计方法和性能分析，为无线通信系统的优化和发展提供理论支持和实践指导。

本文首先介绍了超宽带MIMO天线和电磁偶极子天线的基本原理和特性，包括天线的辐射特性、增益、方向性、带宽等关键参数。

接着，文章对超宽带MIMO天线的设计和优化进行了详细的分析，包括天线阵列的布局、馈电网络的设计、阻抗匹配等方面。

同时，本文还探讨了电磁偶极子天线的设计方法，包括天线结构的选择、材料的选择、频率调谐等。

在性能分析方面，本文采用了多种仿真软件对超宽带MIMO天线和电磁偶极子天线的性能进行了仿真分析，包括天线的回波损耗、增益、方向图等关键指标。

通过对比不同设计方案和参数调整，文章深入探讨了天线性能优化的方法和策略。

本文总结了超宽带MIMO天线和电磁偶极子天线的研究现状和发展趋势，并对未来研究方向进行了展望。

本文的研究成果不仅为无线通信系统的优化和发展提供了理论支持和实践指导，同时也为相关领域的研究人员和技术人员提供了有益的参考和借鉴。

二、超宽带MIMO天线技术随着无线通信技术的飞速发展，超宽带（Ultra-Wideband, UWB）技术以其高数据传输速率、低能耗和抗干扰能力强等特点，在短距离无线通信中得到了广泛应用。

多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output, MIMO）技术作为一种有效的空间复用和分集技术，可以显著提高无线通信系统的频谱效率和可靠性。

因此，将UWB技术与MIMO技术相结合，形成超宽带MIMO天线，成为了当前天线技术研究的热点之一。

超宽带MIMO天线的设计关键在于如何在保证天线宽带性能的同时，实现多天线之间的低耦合、高隔离度以及良好的方向性。

新型超宽带天线研究引言随着无线通信技术的快速发展，超宽带天线在无线通信领域的应用越来越广泛。

超宽带天线具有宽带宽、高效率、低损耗等优点，因此在无线通信、雷达、电子对抗等领域具有广泛的应用前景。

然而，传统的超宽带天线存在一些问题，如带宽不够宽、天线尺寸较大等，这些问题限制了超宽带天线的进一步应用。

因此，本文旨在研究一种新型超宽带天线，以解决传统超宽带天线存在的问题，为无线通信技术的发展提供新的解决方案。

相关工作在超宽带天线的研究方面，已有许多研究者提出了各种不同的技术方案。

例如，有些人提出了一种基于螺旋结构的超宽带天线，这种天线具有较宽的带宽和较高的增益，但天线的尺寸较大，不够紧凑。

另外，还有一些研究者提出了一种基于枝节结构的超宽带天线，这种天线具有较小的尺寸和较宽的带宽，但天线的增益较低。

设计思路和实现方案本文提出了一种新型超宽带天线，该天线的设计思路是基于传输线理论和多谐振腔体结构。

具体实现方案如下：1、设计一个多谐振腔体结构，该结构由多个谐振腔体组成，每个谐振腔体具有不同的谐振频率。

通过调整谐振腔体的数量、大小和形状等因素，可以调节天线的带宽和增益。

2、将多个谐振腔体结构按照一定的顺序排列，并采用传输线理论进行耦合和馈电，以实现天线的宽带宽和高效辐射。

3、采用高品质因数的材料制作天线，以提高天线的效率和稳定性。

实验结果与分析为了验证本文所提出的新型超宽带天线的性能，我们进行了一系列实验测试。

实验结果表明，该天线具有以下优点：1、带宽宽：该天线的带宽达到了100%，远超过了传统超宽带天线的带宽。

2、尺寸小：通过采用多谐振腔体结构和紧凑的设计方案，该天线的尺寸比传统的超宽带天线小了很多。

3、增益高：由于采用了多个谐振腔体结构和优化设计方案，该天线的增益比传统超宽带天线更高。

4、稳定性好：由于采用了高品质因数的材料制作天线，该天线的效率和稳定性都得到了很好的保障。

总结与展望本文提出了一种新型超宽带天线，该天线基于传输线理论和多谐振腔体结构设计而成，具有带宽宽、尺寸小、增益高和稳定性好的优点。

超宽带天线的研究与设计中文摘要近几年来，超宽带天线的研究已经成为热潮。

本文的思想也是研究小型化超宽带平板天线，让其在生活中的硬件设计产品中满足超宽带天线的技术需要。

因为超宽带天线在WiMAX和WLAN的窄带系统和装载切口天线设计结构上产生的影响。

实现WiMAX和WLAN频带的双凹槽在超宽带天线结构设计。

在设计过程中主要是使用HFSS软件进行天线结构的仿真优化。

主要利用了HFSS软件仿真和天线结构的优化设计过程。

我们针对其超宽带天线的性能参数，相应的提升平面单极子天线的基础研究。

传统平面单极子天线与狭槽，狭槽装载方法的横截面，提出了几种平面单极子天线从频域和时域研究，从而从单极子天线的相关性能参数出发，研究平面单极子天线在频率范围为3.1GHZ-11GHZ，使超宽带天线能够达到市场对硬件方面的应用需求。

关键词：平面单极子天线；超宽带；HFSS仿真IResearch and design of ultra-wideband antennaAbstractIn recent years, the research of ultra-wideband antenna has become a boom. Thought of this paper is to study ultra-wideband planar antenna miniaturization, let the life in the hardware design of the product satisfy the need of ultra-wideband antenna. Because of ultra-wideband antenna in WLAN and WiMAX narrowband systems and the impact loading of incision on the antenna design. Both WiMAX and WLAN band grooves in the ultra-wideband antenna structure design. In the design process is mainly using HFSS software for simulation of antenna structure optimization. Mainly using HFSS software simulation and optimization of the antenna structure design process. We according to the performance of ultra-wideband antenna parameters, the corresponding increase of planar monopole antenna of basic research. Traditional planar monopole antenna and the slot, slot loading method of cross section, and puts forward several planar monopole antenna from frequency domain and time domain research, thus starting from the related performance parameters of monopole antenna, the planar monopole antenna in the frequency range of 3.1 GHZ - 11 GHZ, the ultra-wideband antenna can meet the market demand for hardware applications.Key words: Planar monopole antenna; Ultra-Wideband; HFSS simulation目录I中文摘要 (I)Abstract (I)第1章绪论........................................................................................................... - 3 -1.1 研究背景...................................................................................................... - 3 -1.2 超宽带天线的研究现状.............................................................................. - 4 -1.3 研究趋势...................................................................................................... - 6 -第2章超宽带天线的理论基础........................................................................... - 7 -2.1 超宽带天线的基本理论.............................................................................. - 7 -2.1.1 超宽带天线的结构原理....................................................................... - 7 -2.1.2 超宽带信号的时域辐射....................................................................... - 7 -2.2 超宽带天线的性能参数.............................................................................. - 9 -第3章超宽带天线结构设计与仿真.................................................................. - 11 -3.1 超宽带天线结构与尺寸参数..................................................................... - 11 -3.2 超宽带天线性能仿真................................................................................ - 14 -第4章超宽带天线测试与分析......................................................................... - 17 -4.1 S11参数及带宽.......................................................................................... - 17 -4.2 驻波比VSWR ........................................................................................... - 18 -4.3 增益方向图................................................................................................ - 20 -4.4 弯曲特性.................................................................................................... - 22 -第5章总结与展望............................................................................................. - 27 -5.1 总结............................................................................................................ - 27 -5.2 下一步工作计划与展望............................................................................ - 27 -参考文献............................................................................................................... - 29 -II第1章绪论1.1研究背景UWB天线技术，对无线通信的更进一步发展具有变革性的作用。

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。

超宽带天线的研究与设计
近年来随着军用和民用通信技术的发展,超宽带天线不断的向小型化和宽频化方向发展。

由于超宽带系统频带与其他系统频带重叠而相互干扰,设计具有带阻特性的超宽带天线成为目前研究的热点。

印刷单极子天线由于其结构简单,易于加工,带宽较宽等特点受到人们的广泛关注。

本文的主要内容主要包括以下几个方面:1.首先介绍了超宽带平面单极子天线的基本结构,并对其基本工作原理进行了讨论,然后针对上述基本结构的不足,提出了在辐射贴片上采用圆角和阶梯化处理,形成了两款改进型的微带馈电的平面单极子天线,仿真结果表明两款微带馈电的单极子天线达到了接近19:1的阻抗带宽。

开槽式天线则利用上述两种改进措施,获得了超过了20:1阻抗带宽。

然后提出了一种开孔式的平面单极子天线,在整个频段内可实现近似的全向辐射。

最后以第一款改进型平面单极子天线的辐射贴片为原型,形成了CPW馈电的超宽带共形天线,仿真结果表明其阻抗带宽接近20:1。

2.针对天线小型化设计提出了半CPW馈电的单极子天线,并对结构进行改进,使天线最低工作频率进一步降低,尺寸减少了将近40%,仿真的阻抗带宽范围达到1.99～40GHz。

3.为了避免与无线局域网系统频带重叠而相互干扰,在设计的单极子天线中加入了C形缝隙,并对C形缝隙的尺寸及位置都作了相应的研究,并在特定的频段达到了陷波的特性。

【关键词相关文档搜索】：电路与系统; 超宽带天线; 印刷天线; 小型化; 阻带抑制
【作者相关信息搜索】：南京理工大学;电路与系统;沙侃;王华;。

超宽带天线与相控阵天线系统研究一、本文概述随着无线通信技术的飞速发展，超宽带天线与相控阵天线系统在现代通信、雷达、电子战等领域的应用日益广泛。

超宽带天线以其宽频带、高数据传输速率和低功耗等特性，在无线通信系统中发挥着重要作用。

而相控阵天线系统则通过电子扫描方式实现波束的快速切换和灵活控制，具有高度的空间分辨率和抗干扰能力。

本文旨在深入探讨超宽带天线与相控阵天线系统的基本原理、设计方法、性能优化以及在实际应用中的挑战和解决方案。

本文将首先介绍超宽带天线和相控阵天线系统的基本理论和关键技术，包括天线辐射原理、阵列天线理论、波束形成与控制技术等。

随后，将重点分析超宽带天线的设计要点和性能优化方法，包括天线结构、材料选择、阻抗匹配等方面。

还将探讨相控阵天线系统的阵列配置、波束赋形算法以及信号处理技术等关键问题。

在此基础上，本文将进一步分析超宽带天线与相控阵天线系统在无线通信、雷达探测、电子战等领域的应用案例，以及在实际应用中可能遇到的挑战和解决方案。

将总结当前研究的不足之处，并展望未来的发展趋势和研究方向，为相关领域的研究人员提供有益的参考和启示。

二、超宽带天线的基本理论超宽带（Ultra-Wideband，UWB）天线是一种能够在极宽的频率范围内有效辐射和接收电磁波的天线。

其基础理论涉及电磁场理论、天线辐射原理以及超宽带信号的特性等多个方面。

从电磁场理论的角度来看，超宽带天线的设计必须考虑到天线在不同频率下的电磁特性，包括其辐射电阻、方向性、增益、带宽等参数。

这些参数不仅影响着天线的辐射效率，也直接关系到超宽带系统的整体性能。

天线辐射原理是超宽带天线设计的核心。

超宽带天线需要能够在很宽的频带内实现高效的能量辐射和接收，这就要求天线的设计必须充分考虑到电磁波的发射和接收特性，如天线的极化、波束宽度、波束指向等。

超宽带信号的特性也对天线设计提出了特殊的要求。

超宽带信号通常具有极短的脉冲宽度和极高的带宽，这使得超宽带天线需要具备良好的时域响应特性，以便在极短的时间内准确地捕获和处理信号。

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。

超宽带天线一、研究背景在当今世界，无线通信技术不断的改变着我们的生活，它把我们从有线的束缚中解放出来。

2002，美国联邦委员会（FCC）通过了超宽带技术规范且允许其商用，超宽带技术被视为一个拥有无线前景的无线通信技术。

超宽带天线（UWB）是一种为了与超宽带系统集成并且满足超宽带信号的收发，将电信号和空间电磁波相互转化的装置。

超宽带技术的发展有着悠久的历史，最早可以追溯到1886年赫兹的第一个无线通信系统，同时他也是提出超宽带的第一人。

而赫兹所提的产生超宽带信号的方式使用了20多年，而后马可尼将调谐电路引入到赫兹的无线系统中，之后就产生了无线通信服务。

但由于当时硬件条件困难。

超宽带理论也建立不成熟等造成了超宽带技术研究停滞不前。

而随着相关理论的成熟和硬件设施的各种发明应用，20世纪50年代到20世纪末超宽带技术发展趋势稳定。

由于超宽带天线有着独一无二的优势，UWB的应用领域十分广阔，其中包括通信、传感器、定位、雷达等等。

二、超宽带天线的设计2.1、用HFSS对天线的设计与仿真结果下图为天线设计的正反两个面：材料的厚度为1.6mm，介电常数为4.4的FR4,30mm*35mm经过优化得微带线的宽度为3.1mm天线设计中各个参数分别为：W1=30mm,L1=12mm,r=5mm，L=16mm,a=2mm背面H=15mm,b=4mm,圆的高度为22.5mm。

仿真后的结果为：图2-1 微带线的特性阻抗图2-2 电压驻波比图2-3 s（1，1）参数图2-4 史密斯圆图图2-5 中心频率为6GHz时的天线方向图2.2、仿真过程与分析2.2.1、天线锯齿线的有无对带宽的影响若不存在锯齿结构天线呈下图所示图2-6S（1，1）参数仿真结果图2-7天线渐变存在边长为2mm的正方形图2-8S(1,1)参数仿真结果图2-9改变渐变结构大小如图图2-10S(1,1)参数仿真结果：图2-11经过仿真结果对比可以看出，有锯齿结构比没有锯齿结构效果更好，表现在高频区域很好的实现了阻抗匹配。

一种分齿蝶形超宽带天线的设计与研究超宽带Ultrawide-band信号是指-10 dB相对带宽大于20％或者绝对带宽大于500 MHz的超宽带天线作为信号的收发装置，直接影响系统的性能。

目前常用的超宽带天线形式主要包括TEM喇叭天线、双锥天线、对数周期天线、螺旋天线、Vivaldi 天线和蝶形天线等。

其中平面结构的蝶形天线(也称领结形天线)，由立体的双锥形天线演化而来，具有结构简单、便于设计安装、利于低频辐射等优点，已应用在超宽带通信与探测领域。

为改善天线宽带性能，目前基于基本蝶形发展出了多种衍生结构。

如双蝶形结构、1 天线结构图1为分齿蝶形天线的实验原型结构图。

结构参数中A，B为蝶形天线的宽与长；C为两页分齿位置间的距离；D为馈电端的宽度；分齿槽设计为从馈电端至末端的辐射形状，各分齿等宽等距分布，齿宽齿距均为E，有E=A／(2n-1)，分齿数目，n=9。

定义分齿比例参数为p，有p=B／C，即天线长与分齿位置间的距离的比。

2 参数对天线性能的影响对于本天线，影响其性能的参数主要包括蝶形张角大小、长宽大小、分齿位置等。

可由文献知，蝶形天线张角为90°时相对其他角度，输入阻抗随频率变化更为平坦，具有更好的宽带特性，因此设计天线长宽尺寸相等(A=B)，张角为直角。

通过仿真发现，天线在尺寸的等比例放大的情况下，输入端驻波比波形基本保持不变，曲线整体向低频段移动。

因此可以在确定天线结构后针对所需频段进行尺寸的等比例调整。

同时，针对1 GHz以下的频段范围，分齿位置的变化时，天线输入端驻波比波形变化明显，而其他参数变化的影响有限。

据此，确定分齿比例p为关键仿真参数。

以下通过分齿天线与普通蝶形天线的对比，及不同分齿比例下天线性能的变化进行分析。

2．1 分齿蝶形天线与普通蝶形天线的性能对比对两类天线进行建模仿真，其尺寸数据如下：普通蝶形天线A=B=200 mm，D=10 mm；分齿蝶形天线p=2，其他参数与普通蝶形天线相同。

保真度论文：超宽带高保真天线的研究与设计【中文摘要】在超宽带通信系统设计中,需要综合考虑脉冲波形的产生和发射/接收天线对脉冲波形传输质量的影响。

在非超宽带天线的设计中,一般采用驻波比、增益、方向图等参数来衡量天线性能的好坏。

这些参数都是频率的函数,它们在一定的带宽范围内变化不大。

但是,当天线的带宽是几倍的频程甚至十几倍频程,即对于超宽带天线,上述电参数已不足以反映超宽带天线的性能。

因此,超宽带天线时域脉冲波形的保真度逐渐成为超宽带天线性能的研究热点。

本文在研究保真度与天线参数关系的基础上,设计了一款保真度较高的超宽带天线。

论文分为四个部分。

首先介绍了发展超宽带天线的意义,然后讨论了脉冲信号经过超宽带天线及自由空间时产生失真的过程及原因,给出了本文的研究方法。

其次,介绍了超宽带天线的性能参数,并给出了超宽带天线系统框图及其传输信号的计算与测量方法。

然后基于Half-PTMA超宽带天线的时频域特性分析,研究了超宽带天线的相位-频率特性、增益-频率特性与脉冲信号保真度之间的关系。

然后,在分析Vivaldi天线结构参数与性能关系的基础上,设计并制作了一款阻抗带宽为3GHz-11GHz的超宽带反对称Vivaldi天线,研究了该超宽带天线相频特性、增益-频率特性与脉冲信号保真度之间的联系。

综合上述两种天线,得到了超宽带天线的保真度与增益-频率特性、相频特性的联系,为高保真超宽带天线的设计提供了理论依据。

最后,设计了一款保真度较高的超宽带半平面单极天线。

论文首先分析了单极子天线的参考模型——梯形平面单极子天线的各个结构参数的作用,然后应用加载及阻抗匹配技术设计出一款阻抗带宽为650MHz-11.5GHz的超宽带平面单极天线,仿真得到该天线的发射或接收的保真度为0.86,测量得到该天线的发射和接收的保真度为0.78。

将上述超宽带平面单极天线对半切,得到了一款超宽带半平面单极天线,仿真得到该天线发射或接收脉冲信号的保真度为0.98,测量得到该天线发射和接收脉冲信号的保真度为0.85。