1.5 本文主要工作及安排

本课题中，要求设计一款满足中心频率为4GHz，带宽大于1GHz，阵元间距大于 ，阵元数目4~8的UWB雷达天线阵列。因此，首先阅读了UWB雷达、UWB天线及其阵列和电磁仿真的一些理论知识，学习了电磁仿真软件HFSS，着手设计了Vivaldi鱼鳍天线，结合仿真结果与理论分析，对该天线的原理有了较深的理解。

本文对Vivaldi天线及其阵列进行了理论分析和优化仿真。查看了天线的辐射特性参数，重点分析了馈电部分参数对其性能的影响，在尺寸不变的基础上对天线单元做出了改进，并将该天线单元组成阵列研究其阵列性能。

本文结构安排如下：

第一章介绍了UWB雷达、课题的研究背景和意义、UWB技术发展历史和国内外研究现状，并简要介绍了本文使用的用于超宽带天线数值分析的仿真软件HFSS13.0。

第二章首先介绍了超宽带雷达天线的一些基础知识，它的时域和频域特性，描述天线辐射性能的参数如增益、带宽、方向图等，还介绍了几种典型的超宽带雷达天线并对它们进行了比较，总结超宽带雷达天线设计思路和要点。

第三章针对Vivaldi天线进行了理论分析，然后建立模型进行优化设计，确定尺寸参数，最终设计了一款加载栅栏的Vivaldi天线阵元。

第四章主要工作是对Vivaldi天线组阵，首先介绍了阵列天线及其互耦原理的基础知识，然后进行建模仿真。

最后进行了总结概括，指出本文工作中需要进一步改进的问题。文献综述

2 超宽带天线理论基础

本章主要介绍了超宽带天线的基本概念，它的时域及频域特性，天线的一些基本性能指标的定义与含义，比较了几种典型的超宽带天线。

2.1 UWB天线的基本特性

2.1.1 UWB天线时域特性

传统的窄带天线是发射调制后的正弦波，而超宽带无线通信是一种无载波通信或者说脉冲通信，天线发射极窄的脉冲信号，信号宽度只有几百皮秒或几纳秒，因此天线时容易产生振铃现象，为使脉冲信号无失真的辐射到自由空间，要求天线时域上必须具有恒定的群延迟、非频变性能和线性相位。

2.2.2 UWB天线频域特性

超宽带天线技术研究中常用的是美国DARPA给出的一种带宽定义：

                          （2.1.1）

当 时，称为窄带天线； 时，称为宽带天线； 时，称为超宽带天线。或者，根据FCC规定，民用 的频段为 ，最初，FCC规定相对带宽大于 或者绝对带宽大于 ，2002年，FCC重新规定UWB技术相对带宽大于 或者绝对带宽大于 ，满足这一带宽要求的天线就是超宽带天线。来.自/751论|文-网www.751com.cn/

超宽带信号传输到自由空间会失真，从频域角度定义超宽带天线的传输函数为：

                 （2.1.2）

其中， 为发射天线辐射电场， 为发射天线激励电压， 为幅频响应， 为相频响应。目前，可通过理论推导或实验测量来确定天线传输函数。

2.2 UWB天线主要性能参数

2.3.1 输入阻抗

天线的输入端通过馈线与发射机相连，它可以看作一个能量转换器，将从发射机中接收到的功率辐射到自由空间去，因此天线设计是根据传输线的特点设计与之匹配的天线形式。天线可以看作发射机的负载，天线的输入阻抗记作：