超宽带天线及其加载技术研究

作     者：郦小艳 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐军

授予年度：2019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(UWB)天线 加载技术 Vivaldi天线 平面偶极子 时域特性 

摘      要：随着信息时代的飞速发展,无线通信设备数量和用户量的激增给通信系统提出了新的要求。为了有效提高通信速率增大通信容量,超宽带(UWB)通信越来越突显其优势并逐渐成为研究的热点。天线作为通信系统的基本部件起着至关重要的作用,所以对超宽带天线的研究是很有必要的。对于单带窄脉冲通信系统来说,天线的时域特性直接关系到脉冲信号的收发。对于多带超宽带系统,为了提高频谱的灵活性,从而增加通信容量,性能优良的超宽带天线成为其需求。此外,在实际的工程应用和生产等领域中,传统设计方法下的天线参数指标很可能无法达到系统应用要求的水准。目前,天线设计者和研究人员开始利用在天线上或者天线周围加载某些特定的结构来有效改善天线的辐射性能,从而得到一些想要的效果,这被称为天线加载技术。本文从超宽带天线理论出发,在分析超宽带天线的特点以及加载技术在天线设计中应用的基础上,针对超宽带系统不同的应用场景所提出的需求,包括超宽带天线的选型及天线色散分析,最终设计了三款超宽带加载天线:(1)基于分布参数加载的新型对跖Vivaldi天线,其工作频率为0.8GHz-20GHz。通过在Vivaldi天线辐射贴片边缘加载正弦形和椭圆形结构,有效地改善了天线的阻抗匹配,展宽了其带宽。本天线设计中还提出了一种对数渐变线结构的微带到平行带线的宽带馈电巴伦,使得天线部分和馈电部分实现良好的宽带匹配。(2)鉴于平面偶极子良好的宽带特性,本文设计了一款低剖面的超宽带偶极子天线,其工作频率为3GHz-10GHz,几乎覆盖了整个民用超宽带频段。因为加载了金属反射板,该天线在实现定向辐射的同时增益也提高了3dB。(3)领结天线作为平面偶极子天线的一种类型,因为其良好的时域特性一直被广泛地应用在时域探地雷达系统中。本文选取领结天线进行阻容加载,即RC加载,使得天线在特定的工作频段内具有良好的时域特性,特别是良好地实现了辐射信号的保真度以及较小的信号拖尾。