超宽带天线主要参数及天线模型仿真
随着超宽带通信系统受到人们越来越多的关注，超宽带天线作为超宽带通信系统的关键组成部分成为了热点研究课题之一。对超宽带天线的研究主要集中在尺寸小型化，改善天线避免超宽带通信系统与窄带通信系统之间的干扰等问题。
本文针对“超宽带天线的主要参数及其仿真”课题，对超宽带天线的发展历史，超宽带天线的原理，超宽带天线的分类，超宽带天线的设计，超宽带天线做了较为细致的研究。HM000100
本文设计研究了一种对称的矩形平面单极子天线。所研究的天线实现了在工作频率范围内回波损耗都在-10dB以下，基本满足了超宽带通信的要求，天线的工作频带是5.4-8.4GHz。文中主要讨论了端口大小对仿真准确度的影响，研究还包括了增益和方向图等，从而对天线性能进行了全面分析。
关键词：超宽带天线 ； 单极子天线 ； 阻抗匹配 ； 全向辐射
2.1超宽带天线的历史发展
2.1.1 火花隙时期
1898年，Oliver Lodge介绍了谐振的概念，即发射机和接收机应调整到相同频率以此使得接收信号达到最大值[8],并讨论了一系列天线，其中由三角形，"capacity areas"组成的天线，就是现代的Sowtie天线的原形。Lodge介绍了球形偶极子，方盘偶极子，双锥偶极子和三角或者Bowtie偶极子的天线，并介绍了接地面的单极子天线。
2.1.2 短波天线
随着频率提高，波长变短，具有“短线”的四分之一波长的天线所具有的经济优势逐渐明显。随着对电视技术的研究和视频信号的增加，人们对天线的宽带要求逐渐提高。1939年，Carter改进了双锥偶极子和圆锥偶极子天线[9]。Carter将Lodge的天线和渐变的反馈装置结合到一起，改进了天线的阻抗匹配，提高了天线带宽。Carter也是第一批将反馈线和天线辐射元结合来提高天线带宽的人。当时最显著的宽带天线可能就是Lindenblad的同轴喇叭天线[10], 194I年，Lindenblad采用了袖子形偶极子元，增加了渐变的阻抗变换器，使得天线具有更高的带宽。其他研究者通过同轴转换装置和天线结合的思路，设计了不同的宽带天线，比如Briliouin分别介绍全向和定向的同轴喇叭天线[11],King设计了圆锥喇叭天线[12]，Katzin设计了方形喇叭天线[13]等
2.1.3 近代的改进
尽管己有设计的天线都具有较好的性能，随着宽带接收机越来越多的使
用，天线其他的因素就变得重要，对低价的，容易制造的天线也有了更高的
要求。由最初Lodge提出又由Brown和Woodward改进的Bowtie天线就有
上述特点[14];同样的，Master提出了倒三角偶极子天线[15];后来的工程师们把它进一步改进为钻石形天线[16]; Stohr提出了椭圆形单极子和偶极子天线[17]。Lalezari等人发明了圆形宽带加槽天线[18]; Thanxos等人对这种天线改进并制造出了结构紧凑，容易生产，易于阵列化的平面圆形偶极子天线。如果用椭圆形来代替这种圆形偶极子天线，也能获得很好的性能。
另外，在磁流天线上也取得了很大进展，Schantz对磁流天线做了进一步 查看完整请+Q:351916072获取
分析。Marie利用缝隙天线的概念通过改变缝隙线的形状来提高天线的带宽。Harmuth提出大面积电流辐射的概念，改进了另外一种磁流天线。Barnes发明了一种新形的 UWB缝隙天线，通过正确设计缝隙的渐变曲线，可以极大程度上达到阻抗匹配，并有很良好的性能。
近阶段，随着微带天线技术的不断改进，诞生了许多低轮廓，重量轻，
造价相对便宜的基于微带天线形式的小形超宽带天线。
2.2 超宽带天线的基本概念
顾名思义，超宽带天线拥有很高的带宽。目前，有两种较为流行的超宽带天线的定义。第一种由DARPA在1990年定义的，其相对带宽为25%，第二种是最近由FCC定义的，其相对带宽是20%。
Bw=2
其中是天线操作频带的上端，是对应的下端。另外，FCC又把操作带宽大于等于50OMHz的天线定义为超宽带天线。按照FCC的标准，天线的操作频带的上端和下端分别定义为天线的辐射功率从峰值下降一10dB对应的点。严格的讲，FCC的定义没有规定天线的带宽，因为天线的辐射功率也依赖于发射功率的频谱响应。
摘要 I 查看完整请+Q:351916072获取
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 天线的地位 1
1.2 无线通信与天线的关系 2
1.3 研究现状 3
1.4 天线设计要求 4
第2章 超宽带天线的理论基础 6
2.1 超宽带天线的历史发展 6
2.1.1 火花隙时期 6
2.1.2 短波天线 6
2.1.3 近代改进 6
2.2 超宽带天线的基本概念 7
2.3超宽带天线的分类 7
2.4 超宽带天线的主要参数 9
2.5 超宽带天线的电磁优点 12
2.6 超宽带天线的电磁基础 13
第3章 天线的数值分析方法 18
3.1 有限元法 18
3.2 矩量法 20
3.3 时域有限差分法 22
第4章 一种超宽带单极子天线的设计与研究 25
4.1 天线的设计 25
4.2 天线的形状 25
4.3 天线模型仿真 26
4.3.1 仿真模型的构建 26
4.3.2 模型仿真过程 28
4.3.3 运行结果 29
4.4仿真结果的分析 33
第5章 总结与展望 34
致谢 35
参考文献 36
附录 38
1 英文原文 38
2 中文翻译 45 查看完整请+Q:351916072获取
本文针对“超宽带天线的主要参数及其仿真”课题，对超宽带天线的发展历史，超宽带天线的原理，超宽带天线的分类，超宽带天线的设计，超宽带天线做了较为细致的研究。HM000100
本文设计研究了一种对称的矩形平面单极子天线。所研究的天线实现了在工作频率范围内回波损耗都在-10dB以下，基本满足了超宽带通信的要求，天线的工作频带是5.4-8.4GHz。文中主要讨论了端口大小对仿真准确度的影响，研究还包括了增益和方向图等，从而对天线性能进行了全面分析。
关键词：超宽带天线 ； 单极子天线 ； 阻抗匹配 ； 全向辐射
2.1超宽带天线的历史发展
2.1.1 火花隙时期
1898年，Oliver Lodge介绍了谐振的概念，即发射机和接收机应调整到相同频率以此使得接收信号达到最大值[8],并讨论了一系列天线，其中由三角形，"capacity areas"组成的天线，就是现代的Sowtie天线的原形。Lodge介绍了球形偶极子，方盘偶极子，双锥偶极子和三角或者Bowtie偶极子的天线，并介绍了接地面的单极子天线。
2.1.2 短波天线
随着频率提高，波长变短，具有“短线”的四分之一波长的天线所具有的经济优势逐渐明显。随着对电视技术的研究和视频信号的增加，人们对天线的宽带要求逐渐提高。1939年，Carter改进了双锥偶极子和圆锥偶极子天线[9]。Carter将Lodge的天线和渐变的反馈装置结合到一起，改进了天线的阻抗匹配，提高了天线带宽。Carter也是第一批将反馈线和天线辐射元结合来提高天线带宽的人。当时最显著的宽带天线可能就是Lindenblad的同轴喇叭天线[10], 194I年，Lindenblad采用了袖子形偶极子元，增加了渐变的阻抗变换器，使得天线具有更高的带宽。其他研究者通过同轴转换装置和天线结合的思路，设计了不同的宽带天线，比如Briliouin分别介绍全向和定向的同轴喇叭天线[11],King设计了圆锥喇叭天线[12]，Katzin设计了方形喇叭天线[13]等
2.1.3 近代的改进
尽管己有设计的天线都具有较好的性能，随着宽带接收机越来越多的使
用，天线其他的因素就变得重要，对低价的，容易制造的天线也有了更高的
要求。由最初Lodge提出又由Brown和Woodward改进的Bowtie天线就有
上述特点[14];同样的，Master提出了倒三角偶极子天线[15];后来的工程师们把它进一步改进为钻石形天线[16]; Stohr提出了椭圆形单极子和偶极子天线[17]。Lalezari等人发明了圆形宽带加槽天线[18]; Thanxos等人对这种天线改进并制造出了结构紧凑，容易生产，易于阵列化的平面圆形偶极子天线。如果用椭圆形来代替这种圆形偶极子天线，也能获得很好的性能。
另外，在磁流天线上也取得了很大进展，Schantz对磁流天线做了进一步 查看完整请+Q:351916072获取
分析。Marie利用缝隙天线的概念通过改变缝隙线的形状来提高天线的带宽。Harmuth提出大面积电流辐射的概念，改进了另外一种磁流天线。Barnes发明了一种新形的 UWB缝隙天线，通过正确设计缝隙的渐变曲线，可以极大程度上达到阻抗匹配，并有很良好的性能。
近阶段，随着微带天线技术的不断改进，诞生了许多低轮廓，重量轻，
造价相对便宜的基于微带天线形式的小形超宽带天线。
2.2 超宽带天线的基本概念
顾名思义，超宽带天线拥有很高的带宽。目前，有两种较为流行的超宽带天线的定义。第一种由DARPA在1990年定义的，其相对带宽为25%，第二种是最近由FCC定义的，其相对带宽是20%。
Bw=2
其中是天线操作频带的上端，是对应的下端。另外，FCC又把操作带宽大于等于50OMHz的天线定义为超宽带天线。按照FCC的标准，天线的操作频带的上端和下端分别定义为天线的辐射功率从峰值下降一10dB对应的点。严格的讲，FCC的定义没有规定天线的带宽，因为天线的辐射功率也依赖于发射功率的频谱响应。
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ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 天线的地位 1
1.2 无线通信与天线的关系 2
1.3 研究现状 3
1.4 天线设计要求 4
第2章 超宽带天线的理论基础 6
2.1 超宽带天线的历史发展 6
2.1.1 火花隙时期 6
2.1.2 短波天线 6
2.1.3 近代改进 6
2.2 超宽带天线的基本概念 7
2.3超宽带天线的分类 7
2.4 超宽带天线的主要参数 9
2.5 超宽带天线的电磁优点 12
2.6 超宽带天线的电磁基础 13
第3章 天线的数值分析方法 18
3.1 有限元法 18
3.2 矩量法 20
3.3 时域有限差分法 22
第4章 一种超宽带单极子天线的设计与研究 25
4.1 天线的设计 25
4.2 天线的形状 25
4.3 天线模型仿真 26
4.3.1 仿真模型的构建 26
4.3.2 模型仿真过程 28
4.3.3 运行结果 29
4.4仿真结果的分析 33
第5章 总结与展望 34
致谢 35
参考文献 36
附录 38
1 英文原文 38
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