超宽带平面单极子天线的分析和设计说明

使用DMS与斜角处理技术实现新型平面UWB单极子天线的设计与应用竖直的具有四分之一波长的天线称为单极天线。

该天线安装在一个接地平面上，它可以是实际地面，也可以是诸如搭载工具车体等人造接地面上。

单极天线的馈电是在下端点使用同轴电缆进行的，馈线的接地导体与平台相连接。

在自由空间中，四分之一波长单极天线在垂直平面上的辐射方向图于半波偶极天线在垂直平面中的方向图形状相似，但没有地下辐射。

在水平面上，垂直单极天线是全向性的。

四分之一波长单极天线根部的输入阻抗为偶极天线阻抗的一半。

辐射功率也为偶极天线的一半。

在某些移动和便携设备上，四分之一的波长还是太大了，在这种情况下可以用增加天线的电感来增加天线的电气长度，这种做法在天线的根部和中部都可以进行，或者也可以将整个天线做成线圈状。

印刷单极子天线已经无数次被验证其超宽带的良好特性。

为了进一步减小天线尺寸和改善频带带宽，不少学者已经做了许多的研究工作，比如采用不同形状的辐射贴片单元和馈电技术，包括微带和共面波导馈电，这些改进的主要目的是为了进一步展宽可用频带。

文中通过采用有损微带结构（DMS）和斜角处理两种技术，来展宽平面单极子天线的频带带宽，主要的做法是通过拉低低频端的频率和增加高频端的频率来实现天线频带的展宽。

以此设计的新型超宽带平面单极天线，该天线在2~12 GHz内反射系数均tenna）是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。

在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。

无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。

此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。

一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。

同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。

这就是天线的互易定理。

天线的介质基板选取RT Duroid 5880,介电常数为2.17,厚度为1.27 mm.天线如图1所示。

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;。

一种具有双陷波特性单极子超宽带天线的设计张勇【摘要】提出了一种基于C/U形槽、具有双陷波特性的平面超宽带单极子印制天线.其天线的组成部分包括椭圆球拍形辐射贴片、微带馈电线和矩形地板.通过在球拍形辐射贴片蚀刻C形槽、馈电线蚀刻U形槽的方法,使天线在WiMAX (3.3～3.7 GHz)和WLAN (5.15～5.825 GHz)频段内具有双陷波性能.仿真和测量结果表明,这种新型天线在通频带(2.5～10.6 GHz)内电压驻波比小于2,在2.9～3.9 GHz和4.9～6.0 GHz两个频段内电压驻波比大于5,阻带的频率可通过蚀刻槽的长、宽来调节.该天线的测试结果与仿真结果吻合良好,且尺寸小巧、结构简单、成本低,可应用于超宽带通信系统.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2016(035)002【总页数】5页(P28-31,38)【关键词】超宽带天线;双陷波;单板子天线;阻带【作者】张勇【作者单位】广东工业大学物理与光电工程学院,广东广州 510006【正文语种】中文【中图分类】TN86随着高速无线传输技术的发展，特别是美国联邦通信委员会(Federal Communications Committee)在2002年宣布将3.1～10.6 GHz的通信频段划归为超宽带(Ultra-Wideband)商业频段[1]，超宽带天线作为UWB系统的重要组成部分，因其具有极宽的频带、良好的全辐射特性、成本低等优点逐渐成为近年来研究的热点[2]。

但是,随着智能手机和平板电脑等一系列智能移动终端的不断研究和普及，无线局域网(Wireless-Local-Area-Network, WLAN)的应用也越来越广泛[3]，其频段(5.15～5.825 GHz)正被超宽带天线的工作频段所覆盖；同时全球微波互联接入(Worldwide Interoperability for Microwave Access，WiMAX,频段为3.4～3.6 GHz)[4]也在UWB天线的频带范围内。

单极子天线原理单极子天线是一种简单但功能强大的无线电设备，可以用来接收和发射无线电信号。

它由一个金属支架和一个无线电波向发射或接收导线组成，这种导线在金属支架的上方或下方形成一个单极子。

因此，单极子天线也被称为“极天线”。

它具有简单耐用、易于操作、易于安装、成本低廉等优势，广泛用于无线电系统中。

单极子天线的运作原理是：单极子在金属支架的上方或下方形成一个无线电波向发射或接收导线，导线穿过金属支架，金属支架可以增加导线的发射或接收能力，金属支架可以聚焦波形，使波形更加集中，发射或接收的能力也会增加，从而提高无线电设备的整体性能。

单极子天线由金属支架、导线、戒指等几个部分组成。

它的优势在于：1.结构简单，易于安装和操作，安装维护方便，对环境适应性好；2.发射或接收的性能好，尤其是低频信号的发射或接收；3.体积小、重量轻，成本低廉，可以用于各种环境或极端条件下的无线电系统；4.具有良好的穿透性，可以抵消大物体或大建筑物；5.能够从多种方向接收或发射信号，使用范围广。

单极子天线由于具有上述优点，在大多数无线电系统中应用很广泛，尤其是在距离短的环境下，它的使用非常普遍。

它的应用领域涉及到军用、民用、航空、舰船、汽车等各个领域，为各类无线电系统的发展提供了重要的技术支持。

单极子的发射和接收原理也有一定的局限性，它只能接收和发射一定方向上的无线电波，发射和接收的角度有限，使得它不能用于某些高精度的应用场合。

此外，单极子天线的发射功率较低，发射距离也不能太远。

以上就是单极子天线原理的大致介绍，它是一种简单而实用的无线电设备，不仅安装简单，而且功能强大，具有良好的性能。

在各种无线电系统中，它都受到广泛的应用，为无线电系统发展做出了重要贡献。

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。

同主题文章【关键词相关文档搜索】：电磁场与微波技术; UWB; 微带天线; 短距离无线通信; 平面天线; 单极子天线【作者相关信息搜索】：南京航空航天大学;电磁场与微波技术;刘少斌;邓宏伟;。

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。

具有加载零谐振单元结构的平面单极子天线的设计引言随着现代无线通信的发展，移动设备对天线的要求越来越高，具有覆盖多频段、成本低廉的小型化天线是现今研究的主要方向。

人工异向介质(Metamaterial)的实现尤其是复合左右手传输线(CRLH-TL)的提出为微波器件的小型化提供了新的方法，运用CRLH-TL特有的零谐振(ZOR)现象，可以突破传统谐振器尺寸受谐振波长的限制，实现天线的小型化。

多种运用零谐振的小型化天线已经被提出，但多数天线带宽较窄，加载结构复杂，限制了应用范围。

本文提出了一种加载零谐振单元的平面单极子天线，在共面波导馈电的平面单极子的基础上通过加载电容电感实现单个零谐振单元，在原单极子的高频谐振之外引入新的较低频率谐振频率，进而实现了多频特性。

所设计天线工作频带可以覆盖无线局域网(WLAN)的两种主流协议WiFi(2.40 GHz-2.48 GHz，5.15 GHz-5.80 GHz)与WiMAX(3.3 GHz-3.8 GHz)的通信频带。

该天线结构均设计在单层板上，结构简单有效的减少了制作成本。

天线设计天线的主体结构示意图如图1所示。

该天线主体由矩形单极子贴片和交指电容与接地细线电感组成的零谐振单元组成。

天线制作在相对介电常数εr=4.4，厚度h=1.6 mm的FR-4基板上，基板尺寸a×b=40mm ×30mm。

天线采用阻抗为50 Ω的共面波导馈电，天线所有结构与地板都刻蚀在介质板同侧。

天线主体为单极子，其总长度L2对应为高谐振频率的四分之一波长，单极子左端通过加载串联的交指电容与接地细线电感构成一个零谐振单元，交织数量N与长度lc、细线电感的长度W2+L2与宽度wl控制电容与电感值确定零谐振频率，这样便可实现高低频段的独立控制。

在天线设计过程中，首先设计单极子工作在5.2Ghz左右，确定单极子长度L1，然后在单极子的左边加载交指电容与细线电感引入较低的谐振频率，交织的数量N与长度lc和细线总长W2+L2与宽度wl均可通过近似公式获得。