新型超寬帶天線研究.pdf

1、超寬帶技術(shù)廣泛應(yīng)用在雷達、定位、電子對抗以及保密通信等領(lǐng)域,長期以來被各國視為尖端軍事技術(shù)而嚴加保護,近年來才逐漸對商業(yè)應(yīng)用開放,隨即成為了研究熱點并獲得了快速的發(fā)展,涌現(xiàn)出一些具有良好應(yīng)用前景的新系統(tǒng):1)超寬帶無線通信系統(tǒng)可以靈活地使用一個寬頻帶并以極低的發(fā)射功率收發(fā)信號,具有傳輸速率高、空間容量大、硬件成本低的優(yōu)勢,有望解決現(xiàn)有頻譜資源緊張的突出問題,極具商業(yè)價值；2)低剖面定向超寬帶天線安裝方便,電磁兼容性好,具有良好的應(yīng)用前景

2、。同時在軍事領(lǐng)域可以同時實現(xiàn)通信、雷達、導(dǎo)航和電了戰(zhàn)的功能,大幅降低天線系統(tǒng)的體積和載荷,實現(xiàn)天線系統(tǒng)在載體上的最優(yōu)布局,有效減小天線系統(tǒng)的雷達散射截面,是必須搶占的國防技術(shù)高點:3)無線互連技術(shù)利用片載電路進行高速電路的互連通信,特別是超寬帶無線瓦連方式具有傳輸時延小、數(shù)據(jù)傳輸率高、功耗低、與CMOS工藝兼容性好以及對片載電路干擾小等突出優(yōu)勢,有望從根本上解決當(dāng)前嚴重阻礙高速電路發(fā)展的“互連線危機”,意義重大。
　　 應(yīng)該看到

3、,上述超寬帶系統(tǒng)對與其配套的超寬帶天線的性能、尺寸、載荷、成本以及可靠性等諸多方面提出了相當(dāng)苛刻的要求,是傳統(tǒng)超寬帶天線技術(shù)遠遠無法滿足的。現(xiàn)有的超寬帶天線在理論、技術(shù)甚至理念上都明顯滯后于超寬帶系統(tǒng)的發(fā)展,成為了限制超寬帶系統(tǒng)成熟應(yīng)用的主要瓶頸,集中體現(xiàn)在:1)對超寬帶天線的應(yīng)用帶寬理解有局限性,片面追求天線阻抗帶寬的最大化；2)對新興的超寬帶振子天線的時域、頻域輻射模型缺乏系統(tǒng)認識,天線優(yōu)化過程效率低下；3)現(xiàn)有移動終端超寬帶天線在

4、尺寸、應(yīng)用帶寬等方面仍存在較大不足；4)缺少低剖面定向超寬帶天線的有效解決方案；5)缺乏完善的片上天線評價標準、測試方案和高性能片上天線。
　　 本文面向上述超寬帶系統(tǒng)應(yīng)用的實際需求,針對現(xiàn)有超寬帶天線在理論、技術(shù)和理念上存在的諸多不足,開展了大量細致的研究和實驗工作,取得了許多原創(chuàng)性的成果。本文總結(jié)了超寬帶天線的評價標準,完善了超寬帶振子天線的時域、頻域輻射理論,給出了兩種實現(xiàn)低剖面定向超寬帶天線的技術(shù)路線,在片上天線性能的評

5、估、設(shè)計和實驗等方面也做了許多有益的探索。本文提出了多種在軍民諸多領(lǐng)域有很高實用價值或應(yīng)用前景的新型超寬帶天線,為超寬帶系統(tǒng)應(yīng)用提供了有力的支持。本文的具體研究成果歸納如下:
　　 1.完善了超寬帶印刷單極子天線的頻域輻射模型,指出移動終端小型化單極子天線應(yīng)等效為單端饋電的不對稱偶極子天線,因此應(yīng)同時考慮單極子和接地板的輻射貢獻。在此基礎(chǔ)上發(fā)展了類圓單極子、疊圓單極子和接地板刻槽技術(shù),證明了輻射模型的正確性和可操作性。
　

6、　 2.對單極子和接地板的輻射貞獻進行了整體分析,指出接地結(jié)構(gòu)和方式在改善超寬帶單極子天線方向圖帶寬的重要作用。提出等寬地和梯形地的設(shè)計思想,為改善單極子天線的方向圖帶寬提供了新思路；基于等寬地技術(shù)的樣品天線尺寸儀30×8mm2,實測阻抗帶寬為2.75-16.2 GHz,在阻抗帶寬內(nèi)天線H而方向圖全向性優(yōu)于4 dB。提出改善印刷單極子天線傳輸特性穩(wěn)定性的鏡像地設(shè)計方法。
　　 3.完善了超寬帶印刷單極子天線的時域輻射模型,即單

7、極子輻射、接地板輻射和微波介質(zhì)基片寄生輻射。提出曲線地和六邊形地,可從結(jié)構(gòu)上對天線時域特性進行優(yōu)化并保持天線結(jié)構(gòu)緊湊,仿真和測試結(jié)果表明天線的視距脈沖收發(fā)保真性比矩形地天線可改善14％以上。
　　 4.提出一種采用無耗終端補償結(jié)構(gòu)和較大比例因子的新型超寬帶對數(shù)周期微帶天線,有效地解決了匹配負載對天線效率的不利影響,整個頻帶內(nèi)天線平均效率比采用終端匹配負載的天線提高了6％,同時天線尺寸較采用小比例因子的天線縮減了40％以上。

8、>　　 5.研究了采用H型和E型周期結(jié)構(gòu)反射器的超寬帶偶極子天線的工作特性,提出一種新型柵狀周期結(jié)構(gòu)反射器并給出完整的設(shè)計實例。結(jié)果表明該天線在主要性能與現(xiàn)有天線可比擬的條件下,剖而比Vivaldi天線或波紋喇叭天線降低70％以上,增益比采用吸收腔的天線高2 dB以上。
　　 6.提出使用多層金屬互連結(jié)構(gòu)實現(xiàn)片上天線小型化及寬帶化的思想,并采用HJTC0.18μm工藝完成六層金屬互連層組合偶極子天線的設(shè)計、流片和實驗。初步探討