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时域天线及其阵列研究

时域天线及其阵列研究

作者：吴晓华电子科技大学

学位级别：硕士

超宽带技术在民用、军用和微波武器等方面有广泛的应用前景。天线是这些系统的一个重要组成部分,它的功能是接收和辐射无线电波。用于脉冲信号辐射的天线在信号传输中有别于传统的宽带天线和窄带天线。天线辐射脉冲信号的保真度和效率... 详细信息

超宽带技术在民用、军用和微波武器等方面有广泛的应用前景。天线是这些系统的一个重要组成部分,它的功能是接收和辐射无线电波。用于脉冲信号辐射的天线在信号传输中有别于传统的宽带天线和窄带天线。天线辐射脉冲信号的保真度和效率直接影响着系统的性能。本文主要围绕时域天线单元和阵列天线设计,对设计天线的频域和时域特性进行讨论。在阵列天线设计中,改变阵列天线之间的距离,得出阵列天线设计中的结论。本论文包括如下内容：第一章介绍了超宽技术的研究背景、意义和国内外研究进展;归纳了超宽带天线的类型,并分析了这些天线的时域特性,从时域特性中得出适合脉冲辐射的天线;对本文所涉及的蝴蝶结天线和Vivaldi天线进行了重点介绍。最后对超宽带的关键技术和时域天线的发展趋势进行了展望。第二章介绍了时域天线重要参数,从瞬态脉冲信号的时域和频域特性分析得出,用于脉冲辐射的天线必须具有超宽带特性;本章对时域天线辐射和传输原理进行分析,并对时域天线辐射波形的畸变和振铃现象原因进行了解释;最后对超宽带雷达方程和窄带雷达方程进行了比较。第三章根据“XXX”项目需要设计了椭圆蝴蝶结天线;从辐射脉冲信号出发,说明降低天线的低端工作频率的重要性,并在文章中比较了两种脉宽相同信号的辐射特性,将两个不同信号的保真度进行了比较;根据要求天线尺寸小于70mm,通过加金属环降低天线的低端工作频率,设计出的天线能够工作在1.3GHz-7.8GHz,;由于设计天线馈电的SMA的阻抗为50Ω,天线辐射部分输入阻抗为100Ω,设计了馈电巴伦达到阻抗匹配,巴伦的尺寸为8mm×17mm;最后对天线的频域和时域特性进行了分析,通过峰值方向图说明天线具有良好的辐射特性;设计的天线经过实物加工,并通过矢网E507IC测试,仿真结果和测量结果相同。第四章设计了用于大功率辐射的Vivaldi天线;Vivaldi天线的时域和频域特性都满足设计的需要,天线在低端工作频率为0.32GHz,通过峰值方向图说明天线具有很好的定向辐射特性;在单元天线设计的基础上,对天线进行阵列设计;阵列天线在远场都得到很好的合成,合成波形的脉冲宽度和单元天线的脉冲宽度均为1.7ns。通过改变天线之间的距离,得出改变阵列天线不同方向的距离对阵列天线的影响不同,并给出相应的结论;最后对设计的阵列天线进行了波束扫描仿真,仿真结果和理论计算一致。第五章对文章的工作和创新点进行了总结,对超宽带技术以后的发展提出了自己的看法。

关键词：超宽带天线蝴蝶结天线 Vivaldi天线时域天线

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基于UWB室内定位系统的时域天线研究

基于UWB室内定位系统的时域天线研究

作者：崔元善电子科技大学

学位级别：硕士

基于冲击脉冲体制的超宽带(UWB)定位技术在短距离精确定位方面具有独特的优势,近年来,在室内定位应用和室内到室外连续定位覆盖等领域,受到了越来越多的关注。时域天线作为室内定位系统中的核心部件,承载着系统内的无线通信任务,对时域... 详细信息

基于冲击脉冲体制的超宽带(UWB)定位技术在短距离精确定位方面具有独特的优势,近年来,在室内定位应用和室内到室外连续定位覆盖等领域,受到了越来越多的关注。时域天线作为室内定位系统中的核心部件,承载着系统内的无线通信任务,对时域信号的良好传输起着至关重要的作用。因此,本文对适用于UWB室内定位系统的时域天线进行了研究,研究角度包括了时域天线的设计和时域性能分析,主要内容如下:1.线极化时域天线设计:根据智能交通应用中对车辆定位的需求,针对密集基站架设系统,设计了单极子天线用作基站天线,针对大间距基站架设系统,设计了领结天线阵用作基站天线;针对定位目标的安装需求,设计了盘锥天线作为标签天线。基站天线和标签天线分别作为收发天线,均为线极化天线。通过频域仿真和实物加工测试,表明天线的设计符合应用需求。2.圆极化时域天线设计:根据对旋转体定位的应用需求,以阿基米德螺旋天线为模型,设计了1款圆极化的时域天线,避免了因为旋转体旋转引起的收发天线间的极化失配问题。频域仿真和实物加工测试结果表明圆极化天线的设计符合系统要求。3.天线的时域性能分析:根据天线的评价需求,从仿真方法和测试方法两方面对天线的时域性能分析方法进行了研究,给出了可操作的仿真和测试方法。并对所设计的4款天线的时域性能进行了分析。时域性能的分析结果与频域仿真和实际测试结果较为一致,一方面表明时域性能分析方法的准确性,另一方面表明天线设计符合了系统的设计要求。

关键词： UWB定位时域天线智能交通圆极化

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基于双锥结构的小型时域脉冲天线设计

天线学报 2023年第4期12卷 73-80页

作者：汪家兴贵州航天计量测试技术研究所贵州贵阳

超宽带时域天线作为实现超宽带无线电系统和高功率微波系统脉冲辐射的终端器件,直接影响了整个系统性能的好坏。不同于常规的载波信号通信天线,时域脉冲天线必须具备短脉冲波辐射能力和良好的波形保真性。为此,本文设计了一种小型化、... 详细信息

超宽带时域天线作为实现超宽带无线电系统和高功率微波系统脉冲辐射的终端器件,直接影响了整个系统性能的好坏。不同于常规的载波信号通信天线,时域脉冲天线必须具备短脉冲波辐射能力和良好的波形保真性。为此,本文设计了一种小型化、加载介质套筒的双锥时域脉冲辐射天线,其工作带宽覆盖1.7~40 GHz。相对于传统的双锥天线,扩展了工作带宽并增强了结构稳固性。介绍了双锥天线的基本原理,采用电磁分析软件CST Microwave Studio对天线结构进行了建模分析并加工了实物进行测试。仿真结果和测试结果表明,天线在频带范围内驻波比小于2.5,H面频域方向图和时域方向图均有良好全向性,短脉冲信号波形保真度在E面20˚~160˚范围内大于90%。

关键词：时域天线双锥天线全向天线脉冲辐射超宽带

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钻孔测井雷达时域收发天线的研究

钻孔测井雷达时域收发天线的研究

作者：侯静电子科技大学

学位级别：硕士

采用全向天线发射、定向天线阵列接收的钻孔测井雷达收发天线系统设计方案,论证、设计、研制并实验测试了该天线系统的关键参数。较为系统介绍了描述时域天线的特征参数,依据项目研究技术指标,采用时域电磁学理论,系统论证并给出了... 详细信息

采用全向天线发射、定向天线阵列接收的钻孔测井雷达收发天线系统设计方案,论证、设计、研制并实验测试了该天线系统的关键参数。较为系统介绍了描述时域天线的特征参数,依据项目研究技术指标,采用时域电磁学理论,系统论证并给出了收发天线的关键参数;依据等间距加载电阻的方法,采用CST电磁仿真软件,优化设计并研制了可辐射峰-峰值脉宽3ns、峰值电压1kV的准一阶高斯脉冲波形的全向辐射天线,辐射电磁脉冲波形为准二阶高斯脉冲波形,其峰值与拖尾信号幅值之比＞10：1,拖尾信号持续时间＜10ns,辐射电磁脉冲波束H面为全向辐射。考虑到铁氧体材料的吸波特性及其与钻孔石灰岩环境介质的匹配,选用基于RH2100铁氧体衬底材料的等间距电阻加载偶极子天线方案,采用CST电磁仿真软件优化设计并研制了1×3的定向接收天线单元及阵列。在全向天线辐射、定向单元天线接收条件下,接收电磁脉冲信号为准二阶高斯脉冲波形,接收信号峰值与拖尾信号峰值比＞10：1,拖尾信号持续时间＜10ns,定向接收天线幅值前后比为2.9：1,H面半功率时域方向图±60°。采用接收单元天线间中心间距120cm的等间距直线布阵方法,仿真计算结果表明在接收天线工作频带内天线间耦合＜40dB。测试了全向发射与定向接收天线关键参数,在实验误差范围内,仿真计算结果与实验测试结果符合。考虑石油钻孔中HE11波沿钻孔附近介质及雷达系统内金属线周围空间传输会严重影响雷达系统成像质量,采用CST电磁仿真软件,对HE11波的传输条件、衰减特性作了较为系统的仿真计算,为雷达系统整体结构设计提供了参考数据。针对天线优化设计及HE11波传输特性的优化计算结果,在模拟单井及双井条件下,测试了全向接收天线、单元定向接收天线以及1×3定向接收天线阵列的时域电磁脉冲波形参数,实验结果表明：测试结果与仿真结果符合,但是由于在钻孔中周围的石灰石有断层,测试波形有些杂乱。

关键词：测井雷达时域天线铁氧体偶极子

时域槽天线及几种超宽带带阻天线的研究与设计

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时域槽天线及几种超宽带带阻天线的研究与设计

作者：蔡凌云电子科技大学

学位级别：硕士

超宽带无线电技术是近年来研究的一个热点,时域天线在超宽带雷达、冲激雷达、电磁兼容等瞬态电磁场领域中有其特殊的优势。为了有效的辐射或接收瞬态脉冲信号,这就对天线提出了更高的要求。随着现代无线通信技术的迅速发展,出现了多个... 详细信息

超宽带无线电技术是近年来研究的一个热点,时域天线在超宽带雷达、冲激雷达、电磁兼容等瞬态电磁场领域中有其特殊的优势。为了有效的辐射或接收瞬态脉冲信号,这就对天线提出了更高的要求。随着现代无线通信技术的迅速发展,出现了多个窄带通信系统,为了滤除对UWB的干扰,就有必要对超宽带带阻天线进行研究与设计。另外,由于应用场合的限制,对时域天线和UWB天线的小型化、集成化也提出了更高的要求。首先阐述了超宽带无线电技术及冲激雷达项目的研究背景及意义;介绍了超宽带技术在雷达、通信中的应用状况,以及几种典型的时域天线及超宽带天线,对时域天线技术研究的情况作了综述。高功率、小型化的时域天线和超宽带带阻平面天线是研究的热点。其次指出了时域天线与超宽带天线间的联系与区别,列举了时域天线的要求及时域参数性能,对几种瞬态脉冲信号进行了频域和时域的详细分析;针对冲激雷达系统对天线的辐射功率和小型化的要求,分析了脉冲形成线Blumlein线的工作过程,研究了输出高斯脉冲的Blumlein线,并在已经设计好的Blumlein线输出端接短路同轴线产生一阶高斯脉冲,实验测试基本满足设计的要求。接着根据冲激雷达系统对其天线的特殊要求,设计了采用电阻-贴片加载的对踵Vivaldi槽天线,可以提高天线辐射性能,使得辐射的波形保真性更高,拖尾更小,并进行了实验测试。通过对天线组阵,多个阵元在轴向方向上的辐射脉冲信号进行同相合成,波束聚焦,半功率波瓣宽变窄了,实现了高增益辐射。最后,针对超宽带无线电技术在通信系统中的应用,设计了几种小型化的超宽带天线,并提出了几种产生阻带的方法,根据设计的结果进行加工实验,在3.1 GHz-10.6 GHz频段内得到比较满意的辐射性能,实现了超宽带技术要求,并且在不需要的频带如3.4-3.69 GHz的WiMAX,5.15-5.825 GHz的WLAN等出现了带阻现象。

关键词：时域天线加载槽天线高峰值功率小型化带阻天线

有源高功率时域蝶形天线及时域阵列研究与设计

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有源高功率时域蝶形天线及时域阵列研究与设计

作者：王毅电子科技大学

学位级别：硕士

对短脉冲时域天线的相关理论和关键技术作了介绍,指出了时域天线在设计思路和分析方法上与传统宽带天线的区别,利用了波形保真度和时域方向图等参数描述时域天线的性能。综合比较国内外现有时域天线的基础上,针对某冲激雷达项目对高峰... 详细信息

对短脉冲时域天线的相关理论和关键技术作了介绍,指出了时域天线在设计思路和分析方法上与传统宽带天线的区别,利用了波形保真度和时域方向图等参数描述时域天线的性能。综合比较国内外现有时域天线的基础上,针对某冲激雷达项目对高峰值功率时域天线的应用需求,成功研制了一种新型有源高功率背腔式阻抗加载时域蝶形天线。本文的研究围绕时域蝶形天线单元及其阵列设计展开,研究内容集中于时域短脉冲时频域分析,时域天线设计的基本理论,新型天线结构及时域天线阵列设计四个方面,主要工作如下: 一、时域短脉冲时频域分析及时域天线性能参数引入。通过深入分析高斯和高斯类脉冲信号辐射的基本理论,提炼出时域天线的设计要求,并给出消除辐射信号失真、实现较好阻抗匹配的天线设计思路。通过对超宽带和窄带信号辐射特性的对比分析,掌握辐射或接收过程中脉冲波形产生畸变和振铃的机理以及制约高性能时域天线实现的各种因素,引入相关参数描述时域天线的性能。综合考虑超宽带通信系统对时域天线的性能要求,指出时域天线应当着重研究其在极大阻抗带宽、线性相频响应、高效率辐射以及低剖面小型化等方面的实现问题。二、脉冲源及高功率时域蝶形天线单元研究与设计。一是一体化蝶形天线设计,为了辐射脉宽为1 ns的高斯脉冲信号,提出了馈源和时域天线一体化设计思路,采用CST2010优化天线结构,有效解决蝶形天线降低频和降输入阻抗的困难。二是背腔式阻抗加载蝶形天线设计,为了得到定向的、高保真高功率的辐射信号,除了对天线结构的简单优化外,还进一步探讨了对蝶形天线阻抗加载和加背腔的设计方法,采用CST对天线进行了优化仿真并通过收发天线系统仿真计算出天线的前后比。最后选择性能最优的天线进行实物加工和实验测试,仿真结果与实验结果,如S11,辐射波形等吻合良好,证实了背腔式阻抗加载时域蝶形天线具有辐射波形好、辐射效率高、背向和侧向辐射信号微弱等特点,且结构简单易组阵,满足了项目的指标要求。三、冲激雷达项目中高功率时域蝶形天线阵列研究。为了进一步提高天线的辐射功率和使辐射波形接近零拖尾,采用了最优单元天线组阵的方法。利用CST将单元天线组成m×n的阵列,结合时域天线阵列基本辐射理论,仿真研究其轴向能量高效传输特性、“电场合成”的波束聚焦特性和馈电延迟的波束动态扫描特性。根据项目中天线尺寸的要求,选择最佳单元天线个数及组阵方式,通过对阵元间距的优化,使得辐射波形为准二阶高斯脉冲,电场幅值与拖尾信号幅值比达到10:1,拖尾信号持续时间小于2 ns,前后比远大于10:1,辐射电磁波束时域方向图±25°,并对此阵列天线探测典型目标进行了模拟仿真。

关键词：时域天线冲激信号(时域短脉冲) 蝶形天线时域天线阵列

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超宽带时域阵列天线的空间扫描分析

超宽带时域阵列天线的空间扫描分析

基于光导开关的时域天线空间功率合成技术研究

2015年全国天线年会

作者：陈海燕熊祥正陈凯亚廖成西南交通大学电磁场与微波技术研究所

在超宽带冲击雷达的应用中,通常采用时域阵列天线实现波束扫描,以达到对移动目标跟踪和探测的目的。论文在推导了时域天线平面阵列波束扫描理论的基础上,采用2×4的平面阵列,分别研究了该阵列在二维平面和三维空间的波束扫描。通过控制... 详细信息

在超宽带冲击雷达的应用中,通常采用时域阵列天线实现波束扫描,以达到对移动目标跟踪和探测的目的。论文在推导了时域天线平面阵列波束扫描理论的基础上,采用2×4的平面阵列,分别研究了该阵列在二维平面和三维空间的波束扫描。通过控制馈电时延,实现了时域天线阵列按指定方向辐射。仿真结果表明,该阵列天线的扫描方向与预期目标基本吻合,并且在三维空间内,其扫描区域可覆盖（±23°,±26°）范围。验证了时域天线阵列空间扫描的可行性。

关键词：时域天线平面阵列空间扫描峰峰值方向图

来源： cnki会议评论

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基于光导开关的时域天线空间功率合成技术研究

作者：郑伟电子科技大学

学位级别：硕士

本文结合了光导开关、时域超宽带天线和空间功率合成技术,对高功率电磁脉冲辐射进行了较为深入系统的研究。光导开关与其它电脉冲产生方式相比具有开关速度快、截止电压高、触发稳定、尺寸小等优点,在超宽带电磁信号的产生和高功率电磁... 详细信息

本文结合了光导开关、时域超宽带天线和空间功率合成技术,对高功率电磁脉冲辐射进行了较为深入系统的研究。光导开关与其它电脉冲产生方式相比具有开关速度快、截止电压高、触发稳定、尺寸小等优点,在超宽带电磁信号的产生和高功率电磁脉冲领域具有重要应用。时域天线可辐射具有超宽带特性的窄脉冲,并且时域脉冲波形较容易在空间中叠加,在精确定位,隐身目标探测,尤其在空间功率合成领域具有重要作用。空间功率合成是产生高功率微波的最有效方法之一。天线阵列中各天线单元的波束在自由空间中实现功率合成,在目标处能够大幅度的提高辐射功率密度。时域天线阵列的空间功率合成是采用时域脉冲的形式在目标处实现瞬时的高能脉冲功率。本文首先介绍光导开关的电流输出波形,讨论光导开关的两种工作模式,给出光导开关的工作机理,阐述了产生光导开关两种模式的原因,对光导开关非线性模式工作的原理给出了解释。然后,对时域超宽带天线的参数进行了介绍,总结了时域超宽带天线的设计要求,确定时域超宽带天线的评价标准。本文对常见的几类超宽带天线形式进行了分析,设计了一种新型的高性能时域超宽带天线,称之为双极变张角天线。本文最后利用光导开关的电流响应作为天线的激励,采用双极变张角天线作为阵列单元,从仿真上模拟准确的光时延技术使天线阵列辐射的短脉冲在目标处实现同步,并考察了天线阵列的空间功率合成效果。

关键词：光导开关超宽带天线时域天线双极变张角天线空间功率合成

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超宽带时域天线阵列延时控制扫描实验

强激光与粒子束 2010年第2期22卷 289-293页

作者：袁雪林张洪德徐哲峰张光甫袁乃昌西北核技术研究所西安710024 国防科学技术大学电子科学与工程学院长沙410073 重庆通信学院三系重庆400035 国防科学技术大学图书馆长沙410073

超宽带(UWB)冲激雷达目标探测中时域天线阵列波束延时控制扫描是通过天线阵列单元间精确的延时控制实现的。在介绍UWB时域波束延时控制扫描原理的基础上,研制了用于UWB天线时域波束扫描的延时控制器,其延时步进为50 ps,延时精度可达10 p... 详细信息

超宽带(UWB)冲激雷达目标探测中时域天线阵列波束延时控制扫描是通过天线阵列单元间精确的延时控制实现的。在介绍UWB时域波束延时控制扫描原理的基础上,研制了用于UWB天线时域波束扫描的延时控制器,其延时步进为50 ps,延时精度可达10 ps。利用该延时控制器对单元间距42 cm的4单元UWB天线阵列H面方向进行了单元间延时控制波束扫描测量,扫描步进角度小于2°。结果显示,在0°,10°,20°和30°扫描时,实际扫描角度分别为-0.5°,10.5°,20°和29.5°,与理论计算值之间误差小于1°。

关键词：延时控制器超宽带冲激雷达时域天线波束扫描