UWB天线理论.ppt

* UWB天线原理 天线结构主要依赖于角度的变化，而不是长度的变化； 天线结构具有自补特性； 天线具有自相似结构； 天线有很大的电流辐射面积和适当的路径长度。 * 角形结构天线 圆锥天线，椭圆锥天线 V－锥天线，椭圆V－锥天线 Bowtie 天线，TEM喇叭 对数周期天线 螺旋天线 * 自补结构天线 平面对数周期天线 螺旋天线 V－锥天线， Bowtie 天线， 平面Bowtie 阵列天线 * 自相似结构 分形天线 对数周期天线 螺旋天线 K4 K3 K2 K1 K0 * 对数周期天线 * 螺旋天线 * 习 题 本节讲的主要是UWB天线的结构演变关系，也就是它们的共同性，试讨论结构参数改变对天线性能的影响。 人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。 * * UWB天线理论 阮成礼 电子科技大学 * 超宽带电磁学 起源于1887年Hertz电磁波辐射实验，他用的UWB信号源是 “火花隙”发射机。 1887～1983年，由于理论分析和技术上的困难，超宽带电磁学基本上停滞不前。 1898年Oliver Lodge提出了“调谐”的概念，在同一个专利技术中，Lodge讨论了 “作为充电表面或者电容面，可以用…锥面或者三角形平板，从顶点连接”。 Lodge的这番论述就是最早的超宽带天线理论，涉及到V-锥天线、三角板天线、双锥天线、单极子天线等宽带天线，这些都是现在常用的天线。 * 超宽带电磁学的长足进展 UWB系统理论与实验研究 关键技术突破 UWB天线 UWB信号源 UWB调制解调技术 UWB系统应用 UWB通信、 UWB雷达、 UWB成像、 UWB电子战等 UWB管理标准的制定 * UWB天线是UWB电子系统不可少的部件 20世纪80年代UWB/SP电磁学理论有了长足进展; 20世纪90年代以来，UWB通信、UWB雷达、UWB成像、UWB电子战、等UWB电子系统得到越开越广泛的应用； UWB天线则是UWB电子系统必不可少的部件； 迄今为止，各种研究忽略了UWB天线之间的内在联系，不利于深刻理解和设计性能良好的UWB天线。 * UWB天线新分类方法 根据天线的传输线模型给出一种UWB天线的新分类方法， 从结构上给出双线传输线型UWB天线的演变关系， 使UWB天线理论更系统化，有助于深刻理解和设计性能优良的UWB天线。 * 天线的传输线模型 λ λ/2 0 (b) 开路传输线 对称振子天线 * 辐 射 开路双线传输线上的电荷、电流、电场和磁场分布。传输线上只有驻波，传输线终端以及离开终端 (n是整数) 之处电流为零。相邻λ/2传输线上电流方向相反。 注意到，两导线之间的场得到加强，其他地方的场都被削弱，不产生辐射。 末端弯曲成图1（b）的形状，这时上下导体垂直段上的电流方向相同，远区的场不是互相抵消而是互相叠加，从而产生辐射。 * 天线的传输线模型 本质上都是传输电磁能量 传输线两端都是闭合电路； 天线的一端是闭合电路（发射源），一端是自由空间（负载）。 天线是传输线的特殊形式，它起着被导波与空间波之间能量转换的作用。 这种传输电磁能量的作用决定了大多数天线都是由传输线或者波导演变而来。 * 波导演变为天线 开口矩形波导末端逐渐张开形成角锥喇叭天线； 开口圆波导末端逐渐张开形成圆锥喇叭天线； 拉开短路传输线末端导线之间的距离形成磁偶极子天线； 开路圆锥传输线就是双圆锥天线， 圆v-锥传输线变为圆v-锥天线等等。 * UWB天线分类 * 角形结构UWB天线 双线传输线型UWB天线，包括圆锥天线、V-锥天线、电小天线、槽天线、TEM喇叭天线、对数周期天线和螺旋天线等。 双线传输线型UWB天线的共同特点是， 天线具有角形结构、 可以设计成自补结构、 大辐射面积或者较长的电流路径； 结构上有内在的演变关系。 * 圆锥天线与电小天线 根据Sandler 和King 有限长圆锥天线的研究成果，导出了电偶极子型电小天线的传输线模型； 进而利用电小天线的相似性，可以研究各种类型的电偶极子天线。 电偶极子型电小天线的传输线模型: 用一段无损耗开路传输线和辐射电阻串联来表示， 开路线描述了电偶极子型电小天线的输入电抗。 比集总参数等效电路更准确地描述电偶极子型电小天线， 利用这一等效电路可以实现输入电抗的完全补偿。 * 电小天线的传输线模型与补偿 -jZ0ctgkl Rr Zin Yin 等效输入电容 无耗短路 传输