超宽带半圆片全向天线的设计

论文摘要

随着超宽带技术的飞速发展,超宽带天线的研究受到人们越来越多的关注。在点对多点的超宽带通信系统中,水平方向上信号的全向覆盖被要求,进而要求辐射或接收天线拥有超宽频带内稳定的水平方向全向辐射方向图。常用的超宽带全向天线包括拥有渐变结构辐射器的单极子天线等。本文以超宽带圆片单极子天线为基础,在保持超宽带特性的同时,努力改善其H面方向图的全向辐射特性。通过理论分析、计算机仿真和实物加工测试等手段,对天线的设计进行了系统的分析。通过对圆片单极子天线的仿真分析可知,该天线具有超宽的阻抗带宽,随着频率的升高H面辐射方向图由全向变为双向,对圆片的切削和翻折是两种有效的小型化手段。水平方向上几何结构的对称性是全向辐射的必要条件,因而提出了多圆片等角交叉的天线结构,并分析了圆片数目对各方向增益的最大差异的影响。仿真数据表明,随着圆片数目的增多,天线H面方向图的全向性变优,当片数不小于4时即可满足全向辐射条件；但随着圆片数目的增多,输入阻抗的实部逐渐变小、虚部逐渐变大,天线无法在超宽频带内实现阻抗匹配。通过仿真分析提出了一种双圆片嵌套结构,用以消除多圆片交叉结构对天线输入阻抗的影响,效果良好。用一个空心圆锥体代替单极子天线中的大尺寸地板,以实现天线水平方向上的尺寸小型化。根据以上分析,提出了超宽带半圆片交叉结构全向天线模型,并对其进行频域和时域的仿真分析,结果表明该天线具有极好的超宽带特性和全向辐射特性,时域特性亦能满足超宽带要求。以该天线模型为基础,加工了三个不同尺寸的天线实物并进行测量,测量结果与仿真结果基本一致,且证明了该天线极佳的超宽带潜能,可实现接近100:1的阻抗带宽。针对改进的超宽带半圆片天线,提出了若干种频带扩展和天线小型化的方法,具体包括多圆片嵌套结构、拉杆结构、电阻加载和顶部加金属圆片,仿真结果表明均为有效的改善天线阻抗特性的方法,有较高的实用价值。本文设计的天线在超宽带通信、电磁侦察等领域会有广泛的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 超宽带技术
• 1.1.2 天线
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 UWB天线
• 1.2.2 全向天线
• 1.2.3 单极子天线
• 1.3 本文主要的研究内容及结构
• 第2章 超宽带天线的基本理论
• 2.1 UWB的定义
• 2.2 UWB天线的分类
• 2.2.1 基本分类
• 2.2.2 UWB天线在系统中的作用
• 2.2.3 常见的UWB天线
• 2.3 UWB天线的性能参数
• 2.3.1 天线的基本参数
• 2.3.2 UWB天线的特性参数
• 2.4 本章小结
• 第3章 超宽带圆片天线的特性分析
• 3.1 超宽带圆片天线的研究背景
• 3.2 天线仿真环境
• 3.3 圆片单极子天线的特性分析
• 3.4 圆片偶极子天线和圆片单极子天线的比较
• 3.5 圆片单极子天线的小型化研究
• 3.5.1 切削
• 3.5.2 翻折
• 3.6 本章小结
• 第4章 超宽带半圆片全向天线的特性研究
• 4.1 改进全向辐射特性的方法
• 4.2 改善多圆片天线阻抗特性的方法
• 4.3 单极天线水平方向上的小型化研究
• 4.4 新型半圆片全向天线的仿真、加工与测量
• 4.5 本章小结
• 第5章 超宽带半圆片全向天线的频带扩展及小型化研究
• 5.1 半圆片全向天线高频端扩展方法的研究
• 5.2 半圆片全向天线低频端扩展方法的研究
• 5.3 电阻加载的半圆片全向天线
• 5.4 半圆片全向天线顶部加金属圆片
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢
• 个人简历