超宽带折合环天线的设计与研究

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。

在接地板上开缝是实现超宽带天线的方法之一，常见的缝隙形状如倒锥形[1]、矩形、半圆形、梯形[2]等。文献[2]中仿真优化并制作了一个小型化超宽带微带天线，在整个工作频段2.15-13.47 GHz内，该天线的回波损耗均在-10dB以下，增益基本稳定在3~6 dB之间，并具有比较稳定的辐射特性。在超宽带天线的基础上通过在辐射贴片上开槽实现带阻特性，槽的形状有L形[3]、矩形[4]、E形[5]等，文献[5]提出了一种新型的具有双阻带特性的超宽带天线，制作出实物并验证了天线的超宽带和陷波特性，即在中心频率3.75 GHz和5.5 GHz附近的频带范围内具有良好的陷波特性。
图3给出了不同p2l值时天线S11的仿真结果，可以看出改变p2l的值对7 GHz处的S11值有明显改善作用。当p2l=5.0 mm时，7 GHz处的S11值变化明显由原先的-11.334 dB下降到-37.6264 dB。
图4给出了不同p1x值时天线S11的仿真结果，可以看出改变p1x对7 GHz处的S11值有明显改善，且当p1x=0.20 mm时，7 GHz附近的S11在-10 dB以下，并且带宽最大，达到2.68~12.63 GHz。
图11开槽的正面结构模型
图12不同fl3时S11与频率的关系图图13增益图
5 结论
本文所设计的差分超宽带天线，实现了2.5~13 GHz的工作带宽，辐射特性良好。天线尺寸为：p2l=5.0 mm、p2x=2.7 mm、p1l=5.4 mm、p1x=0.20 mm、cr=13.4 mm。利用折合形开槽技术在两贴片上分别对称开槽，在5GHz处实现了阻带特性。
Research and Design of Ultra-wideband Microstrip Antenna
Li Qing-Ya, Li Xi, Tang Hong-Shen

可反射可调的折叠式超宽带智能天线设计与分析超宽带智能天线是一种应用于通信系统的重要天线技术。

本文将探讨可反射可调的折叠式超宽带智能天线的设计与分析。

首先介绍超宽带智能天线的基本原理和优势，然后详细讨论可反射可调的折叠式天线的设计，并通过仿真分析验证其性能。

超宽带智能天线技术是近年来在通信领域中蓬勃发展的技术之一。

它具有频带宽阔、传输速率高、抗干扰能力强等优势，被广泛应用于无线通信、雷达系统等领域。

超宽带智能天线的设计与分析是确保其性能优越的关键。

在设计过程中，我们考虑到天线需要可反射可调的特性。

可反射特性意味着天线能够反射信号，增强信号的传输范围和覆盖面积。

可调特性意味着天线能够调节其天线参数，如频率和增益等。

这使得天线能够适应不同的通信需求和环境变化。

首先，我们需要选择合适的折叠式结构作为天线的物理基础。

折叠式结构通常由多个折叠片组成，可以调整其位置和角度以改变天线的性能。

这种结构具有优良的频率调谐性能和波束调节性能。

通过调整折叠片之间的距离和角度，我们可以在不同的频段中获得最佳性能。

其次，我们需要设计反射器以增强天线的性能。

反射器可以增加信号的传输距离和覆盖范围。

在设计过程中，我们可以使用多种材料和形状来实现优化效果。

通过精确控制反射器的形状和尺寸，我们可以最大限度地提高天线的增益和方向性。

然后，我们需要针对设计的天线进行电磁仿真和分析。

通过使用专业的仿真软件，如CST Microwave Studio或ANSYS HFSS，我们可以评估天线在不同频段下的性能。

仿真分析可以提供有关天线的增益、方向性和波束宽度等关键参数的重要信息。

最后，我们可以通过实际的原型制造和测试来验证设计。

在测试过程中，我们可以使用天线分析仪等设备来评估天线的性能。

通过与仿真结果进行比较，我们可以验证天线的设计和仿真分析的准确性。

如果需要，我们可以对设计进行进一步的优化和改进。

总结起来，可反射可调的折叠式超宽带智能天线的设计与分析是一个复杂而重要的任务。

一种超宽带蝴蝶结槽天线的设计研究摘要本文设计了一种以共面波导馈电的超宽带平面蝴蝶结槽天线。

天线采用半圆与三角形组合形状构成蝴蝶结槽,并增加扇形寄生贴片以拓宽频带。

通过采用导带线性渐变的方式进行阻抗变换,在很宽的频带内实现了阻抗的良好匹配,其带宽达到134%,具有较好的应用前景。

关键词超宽带天线;共面波导;蝴蝶结槽天线0 引言超宽带技术是无线通信领域中最具竞争力和发展前景的技术之一。

超宽带天线作为超宽带通信系统的重要组成部分已引起了越来越多的关注,而超宽带平面天线具有小型化、设计方便、结构简单,便于集成等优势逐渐成为UWB天线发展的趋势和要求。

近年来出现了许多新型的超宽带平面天线,如平板印刷天线,印刷单极天线,槽天线等,可以很好的实现其宽带化。

印刷槽天线独具特点,与微带贴片天线相比,槽天线具有更大带宽,易于阻抗匹配,能获得双向辐射等优点。

文献[1-2]给出了共面波导馈电的印刷宽槽天线,最大得到40%的阻抗带宽。

文献[3]设计了一种新型宽带蝶形印刷槽天线,通过使用线性渐变过渡,改变了输入阻抗,从而显著提高天线的阻抗带宽,并且这种渐变的馈电结构对天线方向图影响极小。

文献[4]中共面波导馈电的蝴蝶结形槽天线附加一个相似的小蝴蝶结形槽,通过磁耦合得到10dB反射损耗百分比带宽为123%,这对于蝴蝶结形槽天线的性能是一个很大的提高。

本文提出一种超宽带平面蝴蝶结槽天线,天线通过特征阻抗为50Ω的共面波导馈电,采用半圆与三角形组合形状构成蝴蝶结槽,并增加扇形寄生贴片以拓宽频带。

采用导带渐变的方式进行阻抗变换,其10dB反射损耗相对带宽为134%(4.3~21.7GHz),在超宽带领域具有较好的应用前景。

1 天线的仿真设计天线采用共面波导(CPW)馈电,即在介质基片的一个面上制作出中心导体带,并在紧邻中心导体带的两侧制作出导体平面,共面波导具有低色散,相互之间的串扰小、加工方便、不需要过孔、辐射损耗小,并且共面波导的特性阻抗是由中间导带宽度和缝隙之比决定,可以自由设计其尺寸。

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。

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。

基于超宽带天线的仿真，设计和试验研究的开题报告背景和意义：随着现代通信和雷达技术的发展，超宽带 (UWB) 技术逐渐被广泛应用于雷达、无线通信、无线电视和医疗领域等多个领域。

在 UWB 通信系统中，天线是重要的组成部分。

因此，研究 UWB 天线是现代无线通信和雷达技术的关键问题之一。

UWB 天线的设计和仿真技术为实现高性能、低成本和小体积的 UWB 通信系统提供了技术支持和保障，具有重要意义。

本文将从超宽带天线的仿真、设计和试验三个方面展开探讨，旨在探究如何利用 UWB 天线促进现代通信和雷达技术的发展，为实现高性能、低成本和小体积的 UWB 通信系统提供技术支持和保障。

研究内容和方法：本研究将从以下三个方面探讨 UWB 天线的设计、仿真和试验：1.超宽带天线的仿真：选取合适的仿真工具和模型，建立 UWB 天线模型，并通过仿真测试天线性能，例如天线的反射系数、辐射磁场和总增益等。

根据仿真结果对天线结构进行优化和改进，以提高天线性能。

2. UWB 天线的设计：根据仿真结果和 UWB 通信系统的需求，设计符合要求的 UWB 天线。

包括选取适合的天线结构、优化天线性能和实现天线的性能和参数等。

3. UWB 天线的试验：采用实验方法测试 UWB 天线的性能和参数，例如反射系数、阻抗匹配、增益和辐射磁场等，并进行数据分析和比较。

通过实验结果对天线的性能和参数进行评估和验证，以验证设计和仿真的准确性和可行性。

预期研究成果：本研究预计将达到以下成果：1.设计并制造出可用于 UWB 通信系统的高性能 UWB 天线，并对天线的性能和参数进行测试和分析。

2.通过仿真和实验对 UWB 天线的性能进行评估和验证，包括反射系数、阻抗匹配、增益和辐射磁场等。

3.探究 UWB 天线在 UWB 通信系统中的应用，并提出实现高性能、低成本和小体积的 UWB 通信系统的建议和方案。

结论：本研究的重点是从超宽带天线的仿真、设计和试验三个方面出发，深入研究 UWB 天线的性能、参数和应用，为实现高性能、低成本和小体积的 UWB 通信系统提供技术支持和保障。

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。

平面结构超宽带天线的设计与研究的开题报告
一、研究背景
超宽带技术是一种具有广泛应用前景的新型通信技术，其传输速率高，抗干扰能力强，能够在密集信道中实现高效的通信，因此在无线通信、雷达、天线等领域得到了广泛的应用。

超宽带天线作为超宽带技术的重要组成部分，在超宽带通信和雷达等领域有着重要的应用价值。

当前的超宽带天线大多采用三维体型结构，但是其制造成本高，不便于集成和制造。

因此，设计平面结构的超宽带天线具有重要的研究意义和实用价值。

二、研究目的
本文旨在设计一种基于平面结构的超宽带天线，利用宽带特性实现高速数据传输和精确目标检测，并分析其性能特点。

三、研究内容
1.调研目前超宽带天线的研究现状和应用领域。

2.了解平面结构的超宽带天线设计原理和方法。

3.基于平面结构设计一种超宽带天线，并在仿真软件中进行模拟和优化。

4.制作超宽带天线样品，并进行实验测试和性能分析。

5.总结和分析超宽带天线的设计和测试结果，并对其性能特点进行评价。

四、预期成果和意义
本文的预期成果是设计并制作出一种基于平面结构的超宽带天线，并对其进行性能测试，分析其特点和应用体系，为超宽带技术在通信和雷达领域的应用提供新的解决方案。

同时，该研究还可为平面天线的设计、优化和性能评估提供参考和借鉴。

I
摘要
第五章总结了本文的主要工作和创新点，对未来的研究工作给予了展望。 关键词 ：微带天线，超宽带天线，单极天线，双阻带天线
II
ABSTRACT
ABSTRACT
Within Ultra-wideband (UWB) technology is used for civil purpose in recent years, UWB technology has became one of the most competitive and promising technology in the future for its merits of high data rate, low system cost and multipath immunity. As an important part of the UWB system, design of UWB antenna has sparked much attention. Comparing with the traditional wideband antenna, design of UWB antenna encounters more challenges. Because it asks the antennas not only have wider bandwidth, but also to be compact, low-profile, and easy to integrate with printed circuit board. Meanwhile, within the UWB band, there exist some narrow communication bands, so it is necessary to avoid electromagnetic interference. The ability to integrate with filter in the antenna can significantly relax the requirements imposed upon the filtering electronics within the wireless device. The aim of the thesis is to design different kinds of antennas that meet the requirements of ultra-wideband systems and discuss varied approaches to improve the performance, broaden the bandwidth, decrease the size, and generate stopbands of the antennas. Chapter I briefly introduces the research background and application of the UWB communication technology and the UWB antenna, reviewed the developing history of UWB antenna. This chapter also illustrates the main job of this paper. Chapter II is attached more importance on several parameters to describe the performance of antennas, which include radiation principle, bandwidth, feed style and principle of generating stop-band. In addition, this chapter also introduced the numerical analysis methods of the UWB antenna. Chapter III is the most important part of the paper. First of all, this chapter introduces the planar monopole antenna. Base on studying large numbers of references, developments of the UWB planar slot antennas have been summarized, then, two planar UWB antennas with dual stopbands have been designed. At the peach-like monopole UWB antenna fed by microstrip, elliptical ground plane has been adopted to broaden the bandwidth of the antenna. Also the tapered feed line was used to match the

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。

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。

超宽带天线的研究报告3080103977 樊瑾箴【摘要】超宽带天线是超宽带通信技术的关键环节。

本文介绍了超宽带天线的定义，超宽带天线的特殊性以及超宽带天线的几种类型。

重点介绍了时域有限差分法求解超宽带天线的步骤及其推广。

最后以超宽带喇叭为例，进行了数值模拟和仿真。

【关键词】超宽带天线时域有限差分法 TEM喇叭A Research Report of Ultra-wideband Antenna [abstract] UWB antenna is pibotal to UWB communication. This article introduces the defination of UWB antenna,the unique characteristics of UWB antenna and some typical types of it in history. And then emphasize how to use the method of Finite Difference in Time Domain to solve the problems of UWB antenna and its generalization. Finally, this article introduces the simulation of numerical values and a collection of illustrative plates.[keyword]Ultra-wideband Antenna Finite difference in time domain Triangular horn in TEM近年来，基于无载波的超宽带(Ultra．Wideband，简称超宽带)系统成为无线通信系统的研究热点和难点之一。

该系统工作于无载波的脉冲状态，利用纳秒至皮秒级的窄脉冲传输数据，相应的频谱较宽，一般在1GHz以上。

超宽带天线技术的研究与实现刘晓萌北京邮电大学，北京（100876）Email：anmianle@摘 要：超宽带通信具有传输速率高、通信距离短、平均发射功率低等特点，非常适合于短距离高速无线通信。

市场潜力空间巨大，作为关键的超宽带天线自然成为关注的对象。

世界各国都已投入巨资开始了超宽带天线技术的研究，不久前德国西门子公司和日本索尼公司都已推出了样品。

本文首先对超宽带天线的发送接收技术和信道建模方式进行了讨论，并采用CST MWS天线仿真软件对超宽带天线的可行性进行了仿真验证。

最后指出超宽带天线将定位于各种消费类电子设备和终端间的高速无线连接。

关键词：超宽带，脉冲无线电，无线个域网，天线仿真软件1.引言无线技术在通信发展进程中一直扮演着重要角色。

伴随着移动通信十几年来的蓬勃发展以及3G、B3G等概念的日益普及，无线家族中的另一成员——短距离宽带无线接入技术近年来异军突起。

从蓝牙、HomeRF到IEEE 802.11(即Wi-Fi)系列，越来越多的人开始感受到了短距离无线通信技术所带来的诸多便捷，甚至有人认为短距离无线通信技术具有与3G抗衡之势。

超宽带天线技术是目前备受关注的一种新型短距离高速无线通信技术。

多年来，这项技术一直在军事领域中使用。

UWB在民用领域开放后，有望凭借其超高的传输速度和低功率、低成本等优势给短距离无线接入市场注入新的活力。

2.超宽带通信的特点应用于无线通信领域的UWB是一种低功率的无线电技术。

按照2002年美国联邦通信委员会(FCC)在向民用领域开放UWB时的定义，超宽带技术指的是信号相对带宽(即信号带宽与中心频率之比)不小于0.2或绝对带宽不小于500 MHz，并使用指定的3.1 GHz～10.6 GHz频段的通信方式。

与其他传统的无线通信技术相比较，超宽带通信的技术特点主要有：(1)传输速率高超宽带通信系统使用上千兆赫兹的超宽频带，所以即使把发送信号功率谱密度控制得很低，也可以实现高达100 Mb/s～500 Mb/s的信息速率。

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。

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