超寬帶天線、太赫茲天線的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，人類社會(huì)已經(jīng)全面進(jìn)入信息化時(shí)代。2002年美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)將3.1-10.6 GHz頻段劃歸超寬帶(UWB)的民用領(lǐng)域，這給UWB高速率無(wú)線通信技術(shù)帶來(lái)了無(wú)窮的發(fā)展機(jī)會(huì)。UWB技術(shù)在短距離高速無(wú)線通信、車載雷達(dá)、測(cè)距制導(dǎo)以及成像系統(tǒng)等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力，在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界得到了廣泛的關(guān)注，引起了極大研究熱情。
　　另一方面，太赫茲(THz)波在電磁波譜中所處的獨(dú)特位置使其具有許多的優(yōu)良特性，隨著微

2、電子技術(shù)和激光技術(shù)的深入發(fā)展，近年來(lái)學(xué)術(shù)界在THz輻射機(jī)理、檢測(cè)和應(yīng)用技術(shù)等方面不斷取得突破，曾經(jīng)的THz空白已經(jīng)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)極具吸引力和創(chuàng)造性的研究領(lǐng)域，成為國(guó)際上優(yōu)先發(fā)展的研究領(lǐng)域和爭(zhēng)相搶占的科學(xué)技術(shù)制高點(diǎn)。THz技術(shù)的迅速發(fā)展正好適應(yīng)了目前無(wú)線通信系統(tǒng)對(duì)于拓展頻譜的迫切要求，使得THz通信系統(tǒng)的研究日益受到重視。
　　作為無(wú)線通信系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，UWB天線和THz天線自然也就成為目前天線技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。日

3、新月異的現(xiàn)代通信技術(shù)，往往要求天線具有工作頻帶寬，結(jié)構(gòu)尺寸小，可集成性好以及便于和射頻電路放在一起做整體優(yōu)化設(shè)計(jì)等性能，如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，對(duì)天線工程師來(lái)說(shuō)是一個(gè)需要深入研究的課題，對(duì)天線領(lǐng)域的發(fā)展既是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)。
　　本論文以超寬帶天線、太赫茲天線的設(shè)計(jì)以及天線等效電路模型為研究對(duì)象，以實(shí)際工程應(yīng)用為目標(biāo)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)小型化、寬頻帶的UWB天線和THz天線，并研究其等效電路模型。本文從電磁場(chǎng)和電路的基本理論出發(fā)，根據(jù)目前已有的

4、天線設(shè)計(jì)及建模的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，結(jié)合電磁場(chǎng)仿真軟件和電路仿真軟件等工具，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了多種UWB天線和THz天線，并對(duì)UWB天線和THz天線的等效電路模型進(jìn)行了研究。本文的主要工作和創(chuàng)造性成果可以概括為:
　　1.對(duì)不同結(jié)構(gòu)的天線等效電路模型進(jìn)行了比較分析，提出了一種適用于寬帶天線的等效電路模型結(jié)構(gòu)，研究了寬帶天線等效電路模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和元件參數(shù)提取方法，建立本文中UWB天線和THz天線的等效電路模型并進(jìn)行了參數(shù)提取，模型的模擬結(jié)果與

5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)現(xiàn)了較好吻合。本文提出的參數(shù)提取方法具有較強(qiáng)的寬帶適用性、較高的精度、較好的收斂性以及簡(jiǎn)捷的參數(shù)提取流程，與傳統(tǒng)模型相比，所提取的天線等效電路模型參數(shù)具有較強(qiáng)的物理意義，便于嵌入ADS等EDA仿真軟件，并與天線后端的射頻電路一起做仿真分析，有利于射頻電路的整體優(yōu)化。
　　2.對(duì)THz片上螺旋天線及THz平面印刷螺旋天線進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，給出了利用聚焦離子束(FIB)技術(shù)實(shí)現(xiàn)THz片上螺旋天線的設(shè)計(jì)思想和饋電方案，論述了采

6、用微帶和共面波導(dǎo)等平面?zhèn)鬏斁€結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)片上螺旋天線饋電的技術(shù)可行性，利用三維電磁場(chǎng)仿真軟件進(jìn)行天線設(shè)計(jì)，并基于FIB技術(shù)進(jìn)行了樣品流片，實(shí)現(xiàn)了片上三維太赫茲螺旋天線結(jié)構(gòu)。
　　3.對(duì)THz片上喇叭天線、THz機(jī)械喇叭天線及THz平面印刷喇叭天線進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，研究了一種基于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的單片集成THz喇叭天線的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了這種喇叭天線所具有的優(yōu)良性能。
　　4.對(duì)多種結(jié)構(gòu)的平面印刷UWB