超宽带天线设计及其阵列研究
超宽带(UWB)技术是目前短距离高速无线通信系统实现的有力竞争方案,
天线作为超宽带系统的关键部件,其性能好坏会直接影响通信质量。本文研究的
内容主要是设计出可用于3.1～10.6GHz超宽带无线通信的超宽带天线,同时对
超宽带天线阵的时域特性进行基本的研究。本文首先提炼出了衡量超宽带天线
性能的参数,总结了超宽带天线时域特性研究的两种方法:频域传输函数法和时
域直接测量法。在此基础上,设计和研究满足通信要求的超宽带天线。本文的主
要贡献如下:在天线设计方面,将传统火山烟雾形天线的立体结构转化为平面结
构,设计和研究了印刷火山烟雾形(volcano smoke)平面单极子超宽带天线;采用
开槽、地板上加“L形”枝节以及加寄生单元三种方法,对微带馈电圆缝隙超宽
带天线进行阻带特性的设计;改进了微带馈电圆缝隙超宽带天线的阻抗带宽,扩
展了天线的应用范围;针对U形臂双面印刷偶极子超宽带天线的结构,在天线上
加入“L形”枝节设计阻带特性取得较好效果。本文中采用电磁仿真软件CST
仿真和实验相结合的方法对天线进行设计和研究,除了研究天线的阻抗带宽、方
向图和增益等基本参数外,还对天线的传输函数和时域特性进行研究,以探讨天
线在超宽带系统中应用的特殊要求。在超宽带天线阵列的研究方面,从理论上建
立了超宽带天线阵时域基本模型,提出了天线阵要实现指定波束指向设计时的一
个重要参数,即总时延。研究了均匀直线阵和均匀圆形阵在等幅同相馈电时的时
域特性,为实际中超宽带天线阵的设计提供理论指导。本文设计的超宽带天线均
采用平面印刷结构,天线的体积小、易于和系统集成。本文所做工作,对丰富超
宽带天线理论和技术有重要的意义。
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天线; 圆缝隙天线; 阻带特性; 时域特性; 偶极子; 天线阵
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