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: