平面印刷超寬帶天線技術(shù)研究.pdf

1、超寬帶通信技術(shù)作為窄帶通信技術(shù)的補充，廣泛應用于移動通信、雷達、遙感等領(lǐng)域，已經(jīng)成為非常具有競爭力的熱門技術(shù)。天線種類眾多，結(jié)構(gòu)各有不同，性能不一，但是它們的功能是一樣的，都是用于接收和輻射電磁波。人們對通信業(yè)務的要求越來越高，對天線提出了許多新的要求，而現(xiàn)階段的超寬帶天線仍然存在著物理尺寸較大，寬帶特性不夠好等不足，因此本文針對小型平面印刷Vivaldi天線展開了研究，深入地研究展寬天線工作頻帶，改善定向輻射性能和獲得陷波特性等方向。

2、在前人研究基礎(chǔ)上，提出了改善天線性能和獲得陷波特性的新方法，達到了設(shè)計目的，獲得了較好的成果。論文的主要研究工作如下：
　　1、基于加載眼形槽結(jié)構(gòu)改善Vivaldi天線性能技術(shù)研究
　　提出了一個小型平面印刷超寬帶Vivaldi天線，天線具有很好的定向輻射性能，而且天線尺寸很小，只有36 mm。通過對Vivaldi天線表面電流分布仿真結(jié)果的分析得知，Vivaldi天線的旁瓣和后瓣主要由天線兩輻射臂邊緣的表面電流的輻射導致的。

3、如果能夠有效地減小該部分的表面電流，就可以抑制旁瓣和后瓣，改善天線的輻射特性，提高天線的定向性和增益。基于這個方法，創(chuàng)新地在兩輻射臂中加載兩對眼形槽，以期達到減小輻射臂表面電流的效果。采用PCB印刷工藝，加工了Type-B天線，并在 SATIMO測試系統(tǒng)中測量，Type-B天線輻射方向圖的前后比值（F/B）在整個UWB頻段內(nèi)都大于10 dB，并且實測的輻射效率在80％左右。由測試結(jié)果可得，Type-B天線能夠工作在3－12.8 GHz頻

4、率范圍內(nèi)，相對帶寬達到了124%，其工作頻率能夠覆蓋整個UWB頻率范圍，而且Type-B天線獲得了很好的增益，在3－12.8 GHz的工作頻率范圍增益取值范圍是3.7－8.3 dBi。天線的群時延非常平穩(wěn)，在整個工作頻段內(nèi)的維持在1.2 ns左右，而且波動范圍小于0.5 ns，這證明該天線具有良好的時域特性。
　　2、帶陷波特性的超寬帶Vivaldi天線技術(shù)研究
　　提出了兩個帶陷波功能的平面印刷超寬帶Vivaldi天線，所

5、提出的Vivaldi天線都獲得了能夠覆蓋整個UWB頻段的阻抗帶寬，而且能夠成功地濾除WLAN頻段，克服了超寬帶頻段與WLAN頻段通信系統(tǒng)間的相互干擾。
　　首先設(shè)計了一個物理尺寸為27.5 mm?13 mm的陷波平面印刷Vivaldi天線。然后通過在平面印刷Vivaldi天線的兩個輻射臂上加載一對E形槽結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)功能上相當于是一個諧振器，使表面電流主要聚焦在 E形槽結(jié)構(gòu)周圍。為了驗證設(shè)計的有效性，采用PCB印刷工藝，加工和測試了

6、所設(shè)計的天線，根據(jù)測試數(shù)據(jù)可知，天線在VSWR小于等于2所定義的阻抗帶寬為2.8－12 GHz，陷波帶阻頻段為4.8－5.9 GHz，增益在整個工作頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，然而在陷波帶阻頻率范圍內(nèi)，增益出現(xiàn)迅速減小。
　　然后設(shè)計了一個物理尺寸為40 mm?40 mm的小型平面印刷Vivaldi天線，該Vivaldi天線具有很好的寬帶特性和陷波特性。通過在共面波導中加載一個L形槽，其總長度大概是WLAN頻段中心頻率（5.5

7、GHz）所對應波長的1/4，它可以有效地抑制電磁能量的輻射，從而獲得陷波帶阻。為了驗證設(shè)計的有效性，采用PCB印刷工藝，加工和測試了所設(shè)計的天線，根據(jù)測試數(shù)據(jù)可知，天線在VSWR小于等于2所定義的阻抗帶寬為3.1－11.8 GHz，陷波帶阻頻段為5－5.9 GHz，增益在3.1－11.8 GHz工作頻率范圍內(nèi)呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢，然而在陷波帶阻頻率范圍內(nèi)，增益出現(xiàn)迅速減小。天線在工作頻段內(nèi)具有平穩(wěn)變化的群時延，大概在1.5 ns左右，上下