短距离无线通信系统中超宽带天线研究

作     者：鲁国林 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：邱景辉

授予年度：2008年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 

主      题：超宽带天线 宽缝隙天线 带阻 波形保真度 传输函数 

摘      要：超宽带是一种新颖的无线通信技术,它具有超强的小范围无线设备连接能力,拥有高性能、低功耗及低成本的特点。UWB(超宽带)要求超宽带天线具有辐射和接收时域脉冲信号的能力,脉冲信号无失真传输是超宽带天线研究的一个重要方面。 本论文研究了超宽带天线的实现方法,对传统宽带天线及新型超宽带天线进行分析,在此基础上设计了一种矩形宽缝隙结构的超宽带天线,采用扇形枝节共面波导馈电,同时,设计了一种圆形枝节共面波导馈电的圆形宽缝隙超结构的超宽带天线,通过带状加载改善其辐射方向图。 首先,文中研究了赫兹偶极子的时域辐射接收特性,根据互易定理推导出任意天线的辐射与接收传输函数的频域关系,并采用等效网络的方法推导出天线的辐射与接收传输函数的S参量表示式。论文分析了宽缝隙天线辐射基本理论,采用仿真与实验的方法分析了矩形及圆形宽缝隙结构的超宽带天线的阻抗特性、辐射特性,分析了天线的时域脉冲波形特性,计算了脉冲波形保真系数,并根据实验测量结果,分析超宽带天线的辐射与接收传输特性。仿真与实验结果表明:矩形宽缝隙天线具有4:1的阻抗带宽,圆形宽缝隙天线具有接近7:1的阻抗带宽,它们均具有相对平坦的增益及近似全向辐射特性,较高的波形保真度及良好的传输特性——幅度平坦且相位线性,同时,文中设计的天线具有小尺寸、低成本及易于集成的特点,可以作为短距离无线通信系统的收发天线。 其次,UWB频段存在多个不同标准的通信系统,为避免与现存系统可能存在的干扰,文中研究了超宽带天线带阻的实现方法,通过加载四分之一开路枝节及开口圆环缝隙的方法,超宽带天线实现了5GHz频段的带阻特性,其良好的阻抗特性及辐射特性满足UWB应用的需求。 最后,简单介绍了测试环境及增益、方向图及传输函数的测量。