基于宽缝结构的超宽带天线的研究

论文摘要

超宽带通信技术是利用纳秒级的时域短脉冲信号进行无线通信的,这种脉冲信号在频域可以覆盖非常宽的带宽。这就要求超宽带天线具有辐射和接收时域短脉冲信号的能力,即拥有几个甚至十几个倍频程的阻抗带宽,同时天线应具有稳定的相位中心以保证不失真地收发短脉冲信号。本课题所研究的宽缝结构超宽带天线是一种小型化、馈电简单的超宽带天线。这种天线不仅具有极宽的阻抗带宽,还拥有稳定的相位中心。这使得宽缝结构超宽带天线可以不失真地收发时域短脉冲信号。所以该天线适用于超宽带通信中。首先,介绍了超宽带天线的一些基本概念,包括一些性能参数。并概括的阐述了超宽带天线的基本结构类型。给出了天线的电磁理论分析。最后介绍了有限元法的理论基础。其次,本课题分析了宽缝结构超宽带天线的阻抗带宽以及方向图特性。给出了天线的反射系数S11曲线和具有代表性的两个频率点的E面和H面方向图。并讨论了天线尺寸对于阻抗带宽特性的影响。着重的介绍了一种改进天线性能的方法,并将这种方法应用到其他几款天线结构中,验证了这种方法的实用性。最后,设计了两款超宽带天线,通过使用HFSS进行仿真计算,得出了这两款天线的各项性能参数。并通过改变尺寸得出的S11示意图分析了尺寸的改变对天线性能的影响。给出了电流分布示意图,分析后解释了尺寸影响天线性能的原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外的研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 超宽带天线分析
• 2.1 超宽带天线的性能参数
• 2.2 超宽带天线的结构类型
• 2.2.1 角形结构天线
• 2.2.2 自相似性结构天线
• 2.2.3 传播TEM波的天线
• 2.2.4 其他类型
• 2.3 天线的电磁理论基础
• 2.4 天线的数值分析方法——有限元法
• 2.4.1 电磁场边值问题及其变分原理
• 2.4.2 有限元的建模过程
• 2.5 本章小结
• 第3章 一种缝隙天线的改进方法
• 3.1 宽缝结构天线的研究
• 3.1.1 宽缝结构天线的特性分析
• 3.1.2 尺寸参数对于天线性能的影响
• 3.2 宽缝微带天线的改进方法
• 3.3 本章小结
• 第4章 超宽带天线的设计与仿真
• 4.1 方形贴片的缝隙天线
• 4.1.1 天线的结构
• 4.1.2 天线的仿真与分析
• 4.2 弧形贴片的缝隙天线
• 4.2.1 天线的结构
• 4.2.2 天线的仿真与分析
• 4.3 超宽带天线的设计思想
• 4.3.1 基板材料的选择
• 4.3.2 缝隙底部边缘与馈电贴片底部边缘的水平距离
• 4.3.3 缝隙结构与馈电贴片结构的吻合程度
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢