时域槽天线及几种超宽带带阻天线的研究与设计

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 学科发展背景
• 1.1.2 项目背景
• 1.2 国内外发展态势和典型天线的研究现状
• 1.2.1 国内外发展态势
• 1.2.2 几种典型的时域天线及超宽带天线
• 1.3 论文任务及章节安排
• 第二章 时域天线设计的基础理论及瞬态脉冲信号的产生
• 2.1 时域天线与超宽带天线的联系与区别
• 2.2 时域天线的基本要求及性能参数
• 2.2.1 时域天线的性能要求
• 2.2.2 时域天线的时域参数
• 2.3 瞬态脉冲信号的基本特征
• 2.3.1 瞬态脉冲信号的定义
• 2.3.2 瞬态脉冲信号的形式
• 2.4 一阶高斯脉冲的产生
• 2.4.1 光导开关的概述
• 2.4.2 Blumlein 形成线的设计
• 2.4.3 一阶高斯脉冲的产生
• 2.5 本章小结
• 第三章 加载的槽天线设计
• 3.1 Vivaldi 天线的分类及基本馈电结构
• 3.2 Vivaldi 天线结构尺寸的设计
• 3.2.1 介质基板的选择
• 3.2.2 Vivaldi 天线结构尺寸的设计
• 3.2.3 对踵Vivaldi 天线的优化设计
• 3.3 对踵Vivaldi 天线的加载方法的研究
• 3.3.1 对踵Vivaldi 天线的Wu-King 电阻加载方式
• 3.3.2 对踵Vivaldi 天线的电阻-贴片加载方式
• 3.4 加载的对踵Vivaldi 天线实验测试及结果
• 3.4.1 回波损耗测试
• 3.4.2 实验原理
• 3.4.3 电阻-贴片加载的对踵Vivaldi 天线测试
• 3.5 阵列槽天线的研究
• 3.5.1 时域阵列天线的研究意义及理论
• 3.5.2 对踵Vivaldi 天线阵列的研究
• 3.6 本章小结
• 第四章 超宽带带阻天线的研究
• 4.1 单阻带的单极子超宽带天线
• 4.1.1 单极子超宽带天线
• 4.1.2 单阻带的超宽带天线
• 4.1.3 结果分析
• 4.1.4 结论
• 4.2 双阻带的两个馈电点的超宽带天线
• 4.2.1 两个馈电点的超宽带天线
• 4.2.2 双阻带的两个馈电点的超宽带天线
• 4.2.3 结果分析
• 4.2.4 结论
• 4.3 三阻带的超宽带天线
• 4.3.1 两个单极子的UWB 天线
• 4.3.2 三阻带的两个单极子的超宽带天线
• 4.3.3 结果分析
• 4.3.4 结论
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要工作与创新点
• 5.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果