新型超寬帶天線研究.pdf

1、超寬帶技術廣泛應用在雷達、定位、電子對抗以及保密通信等領域,長期以來被各國視為尖端軍事技術而嚴加保護,近年來才逐漸對商業(yè)應用開放,隨即成為了研究熱點并獲得了快速的發(fā)展,涌現(xiàn)出一些具有良好應用前景的新系統(tǒng):1)超寬帶無線通信系統(tǒng)可以靈活地使用一個寬頻帶并以極低的發(fā)射功率收發(fā)信號,具有傳輸速率高、空間容量大、硬件成本低的優(yōu)勢,有望解決現(xiàn)有頻譜資源緊張的突出問題,極具商業(yè)價值；2)低剖面定向超寬帶天線安裝方便,電磁兼容性好,具有良好的應用前景

2、。同時在軍事領域可以同時實現(xiàn)通信、雷達、導航和電了戰(zhàn)的功能,大幅降低天線系統(tǒng)的體積和載荷,實現(xiàn)天線系統(tǒng)在載體上的最優(yōu)布局,有效減小天線系統(tǒng)的雷達散射截面,是必須搶占的國防技術高點:3)無線互連技術利用片載電路進行高速電路的互連通信,特別是超寬帶無線瓦連方式具有傳輸時延小、數據傳輸率高、功耗低、與CMOS工藝兼容性好以及對片載電路干擾小等突出優(yōu)勢,有望從根本上解決當前嚴重阻礙高速電路發(fā)展的“互連線危機”,意義重大。
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3、,上述超寬帶系統(tǒng)對與其配套的超寬帶天線的性能、尺寸、載荷、成本以及可靠性等諸多方面提出了相當苛刻的要求,是傳統(tǒng)超寬帶天線技術遠遠無法滿足的?，F(xiàn)有的超寬帶天線在理論、技術甚至理念上都明顯滯后于超寬帶系統(tǒng)的發(fā)展,成為了限制超寬帶系統(tǒng)成熟應用的主要瓶頸,集中體現(xiàn)在:1)對超寬帶天線的應用帶寬理解有局限性,片面追求天線阻抗帶寬的最大化；2)對新興的超寬帶振子天線的時域、頻域輻射模型缺乏系統(tǒng)認識,天線優(yōu)化過程效率低下；3)現(xiàn)有移動終端超寬帶天線在

4、尺寸、應用帶寬等方面仍存在較大不足；4)缺少低剖面定向超寬帶天線的有效解決方案；5)缺乏完善的片上天線評價標準、測試方案和高性能片上天線。
　　 本文面向上述超寬帶系統(tǒng)應用的實際需求,針對現(xiàn)有超寬帶天線在理論、技術和理念上存在的諸多不足,開展了大量細致的研究和實驗工作,取得了許多原創(chuàng)性的成果。本文總結了超寬帶天線的評價標準,完善了超寬帶振子天線的時域、頻域輻射理論,給出了兩種實現(xiàn)低剖面定向超寬帶天線的技術路線,在片上天線性能的評

5、估、設計和實驗等方面也做了許多有益的探索。本文提出了多種在軍民諸多領域有很高實用價值或應用前景的新型超寬帶天線,為超寬帶系統(tǒng)應用提供了有力的支持。本文的具體研究成果歸納如下:
　　 1.完善了超寬帶印刷單極子天線的頻域輻射模型,指出移動終端小型化單極子天線應等效為單端饋電的不對稱偶極子天線,因此應同時考慮單極子和接地板的輻射貢獻。在此基礎上發(fā)展了類圓單極子、疊圓單極子和接地板刻槽技術,證明了輻射模型的正確性和可操作性。
　

6、　 2.對單極子和接地板的輻射貞獻進行了整體分析,指出接地結構和方式在改善超寬帶單極子天線方向圖帶寬的重要作用。提出等寬地和梯形地的設計思想,為改善單極子天線的方向圖帶寬提供了新思路；基于等寬地技術的樣品天線尺寸儀30×8mm2,實測阻抗帶寬為2.75-16.2 GHz,在阻抗帶寬內天線H而方向圖全向性優(yōu)于4 dB。提出改善印刷單極子天線傳輸特性穩(wěn)定性的鏡像地設計方法。
　　 3.完善了超寬帶印刷單極子天線的時域輻射模型,即單

7、極子輻射、接地板輻射和微波介質基片寄生輻射。提出曲線地和六邊形地,可從結構上對天線時域特性進行優(yōu)化并保持天線結構緊湊,仿真和測試結果表明天線的視距脈沖收發(fā)保真性比矩形地天線可改善14％以上。
　　 4.提出一種采用無耗終端補償結構和較大比例因子的新型超寬帶對數周期微帶天線,有效地解決了匹配負載對天線效率的不利影響,整個頻帶內天線平均效率比采用終端匹配負載的天線提高了6％,同時天線尺寸較采用小比例因子的天線縮減了40％以上。

8、>　　 5.研究了采用H型和E型周期結構反射器的超寬帶偶極子天線的工作特性,提出一種新型柵狀周期結構反射器并給出完整的設計實例。結果表明該天線在主要性能與現(xiàn)有天線可比擬的條件下,剖而比Vivaldi天線或波紋喇叭天線降低70％以上,增益比采用吸收腔的天線高2 dB以上。
　　 6.提出使用多層金屬互連結構實現(xiàn)片上天線小型化及寬帶化的思想,并采用HJTC0.18μm工藝完成六層金屬互連層組合偶極子天線的設計、流片和實驗。初步探討