超宽带天线设计综述研究.pdfVIP

2005’全国微波毫米波会议论文集 超宽带天线设计综述 金博识边莉吴昱明吴群 哈尔滨工业大学 电子与信息技术研究院 电磁场与微波技术专业 150001 Emaih jinboshi@hit．edu．cn 摘要 本文从超宽带天线(uwB)技术的背景出发，对当前无线通信领域应用研究最热 门课题之一进行探索，综述了有关UWB天线所涉及的技术研究历史和现状，并讨论了 常用的设计和分析方法。 1．UWB技术背景 自从2002年美国FCC(FederalCommunications Wideband)标准以来，UWB技术已成为发展最迅速的通信技术之一。根据FCC的规定， 的器件可以称为UWB器件。这里相对带宽可以定义为一10dB带宽： D 6f_10招 耳2子 其中6f_，。招是以一10dB为截止频率的上边频和下边频之差，疋是UWB器件工作的 中心频率。 2．UWB典型天线形式和结构特点 UWB天线与传统的窄带天线有很大的不同，我们不能仅仅从带宽来衡量其是否适 合于UWB信号的传输，要更多的对其时域特性进行考察，通常我们要求UWB天线具 有以下的工作特性： a．在工作带宽内具有恒定的方向性：因为如果方向性有发生变化，就会导致天线在某 一个方向的频率转移函数的也随之变化。 b．低驻波比(VSWR)：如果驻波比很高，就会导致由于反馈电缆的多径传输而使得天 线不匹配并且时域波形会产生色散现象。 c．增益和群延迟的函数与频率无关：如果做不到这点就会造成脉冲发生畸变的时域波 形发生严重的色散。 在传统的天线中，在频域上满足超宽带特性的天线有很多种，它们的工作原理各不 相同，为了便于对天线的超宽带特性进行比较，将它们的特性总结于表1中。 表1各种UWB天线特性比较 工作 天线名称 天线结构 时域接收波形 工作类型 原理 卜 挣…b”k*o— TEM喇叭 行波 f。t{； 《 醚 ； ； 基站天线 天线 天线 ： ： 1305 2005’全国微波毫米波会议论文集 从上述的比较分析结果，我们可以看出在各种UWB天线中，Vivaldi天线对脉冲激 励的色散效应最小，与TEM喇叭天线相似。对数周期天线和阿基米德螺旋天线由于它 们时域响应的波形具有强烈的色散效应，因此并不适合用于UWB天线。 3．UWB天线的设计和分析方法 UWB天线的设计有很多种方法，有的从传统的频域角度进行设计，但是从目前的 发展趋势来看，更合理的设计方法应该是从时域的角度进行设计，在这里将目前几种比 较流行的设计分析方法总结归纳如下： (1)缺口天线设计方法 它的设计思想来源于天线集成技术，如图3所示，有三个窄带天线A，B和C，它 们分别是低频、中频和高频窄带天线，每个天线下方对应的是各自的工作频段，通过天 线集成技术可以使得它们在同一天线系统中工作，也就是将各个频段的窄带天线集成在 一起组成一个多频宽带天线系统。 孓 丫