超宽带天线设计与研究详解.doc

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1、超宽带天线的研究与设计中文摘要近几年来，超宽带天线的研究已经成为热潮。本文的思想也是研究小型化超宽带平板天线，让其在生活中的硬件设计产品中满足超宽带天线的技术需要。因为超宽带天线在WiMAX和WLAN的窄带系统和装载切口天线设计结构上产生的影响。实现WiMAX和WLAN频带的双凹槽在超宽带天线结构设计。在设计过程中主要是使用HFSS软件进行天线结构的仿真优化。主要利用了HFSS软件仿真和天线结构的优化设计过程。我们针对其超宽带天线的性能参数，相应的提升平面单极子天线的基础研究。传统平面单极子天线与狭槽，狭槽装载方法的横截面，提出了几种平面单极子天线从频域和时域研究，从而从单极子天线的相关性能参

2、数出发，研究平面单极子天线在频率范围为3.1GHZ-11GHZ，使超宽带天线能够达到市场对硬件方面的应用需求。关键词：平面单极子天线；超宽带；HFSS仿真Research and design of ultra-wideband antennaAbstractIn recent years, the research of ultra-wideband antenna has become a boom. Thought of this paper is to study ultra-wideband planar antenna miniaturization, let the life i

3、n the hardware design of the product satisfy the need of ultra-wideband antenna. Because of ultra-wideband antenna in WLAN and WiMAX narrowband systems and the impact loading of incision on the antenna design. Both WiMAX and WLAN band grooves in the ultra-wideband antenna structure design. In the de

4、sign process is mainly using HFSS software for simulation of antenna structure optimization. Mainly using HFSS software simulation and optimization of the antenna structure design process. We according to the performance of ultra-wideband antenna parameters, the corresponding increase of planar mono

5、pole antenna of basic research. Traditional planar monopole antenna and the slot, slot loading method of cross section, and puts forward several planar monopole antenna from frequency domain and time domain research, thus starting from the related performance parameters of monopole antenna, the plan

6、ar monopole antenna in the frequency range of 3.1 GHZ - 11 GHZ, the ultra-wideband antenna can meet the market demand for hardware applications.注意:此处文字的格式为正文首行缩进,(字体：times new roman,字号：小4号)；不能用金山快译等全文翻译软件翻译，一律采用手工翻译。此处文字不必删除,打印不显示Key words: Planar monopole antenna; Ultra-Wideband; HFSS simulation不要删

7、除行尾的分节符，此行不会被打印目 录中文摘要IAbstractI第1章 绪论 1 1.1 研究背景1 1.2 超宽带天线的研究现状2 1.3 研究趋势4第2章 超宽带天线的理论基础5 2.1 超宽带天线的基本理论5 2.1.1 超宽带天线的结构原理5 2.1.2 超宽带信号的时域辐射5 2.2 超宽带天线的性能参数7 第3章 超宽带天线结构设计与仿真9 3.1 超宽带天线结构与尺寸参数93.2 超宽带天线性能仿真12 第4章 超宽带天线测试与分析15 4.1 S11参数及带宽154.2 驻波比VSWR16 4.3 增益方向图18 4.4 弯曲特性20 第5章 总结与展望255.1 总结25 5

8、.2 下一步工作计划与展望25 参考文献27千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 研究背景UWB天线技术，对无线通信的更进一步发展具有变革性的作用。在20世纪60年代，超宽带无线技术在原先是应用在国家保密军事方面上的技术，近几年来天线在民用的方面得到了快速的发展，在天线的应用原理中，天线将电磁能辐射到系统的其他硬件工作当中。在超宽带天线的传输过程中当超宽带天线所接收的传输信号作为接收天线进行传输时，来完成超宽带天线的电磁能量接收的辐射射入，将他提供给RF接收器部分进

9、行有效的利用。自从国家把军用天线的一部分频段应用于民用，天线的研究就成为广大研究者的热潮，分别应用于雷达，电台，探测器，对讲机，无绳电话，无线局域网，移动电话，遥控装置等，带动超宽带天线技术在近几年来迅速的发展。国家军用通过限制有限的频谱资源，使无线通信系统之间的干扰问题日益明显，因此，兼容系统逐步出现，兼容系统的优点之一是能够覆盖多个通信频带在相同的时间应用一个频道，从而大大降低天线系统的数量，有利于天线的有限台的合理分布，有利于整合通信和小型化系统，兼容系统并减少系统等待从而浪费制造的成本。超宽带天线硬件系统对全向辐射、阻抗带宽、磁场辐射程度和天线的大小尺寸部分都是非常严格的。单极子天线可

10、以通过变换不同种结构实现天线的信号传输。在本文所研究的单极子天线因为结构相对其他的天线简单，对我们的研究来说，天线的研究生产成本也相对不是很高、天线带宽和其它方面的优势，使国内外对单极子天线的研究已成为首选。在本文中我们主要来研究单极子天线，在查看了国内外众多文献中，我们研究和设计了一个非常实用的单极子天线，通过VSWR和模式模拟比较测量和仿真结果也很一致。1.2 超宽带天线的研究现状我们国家是近几年来才对超宽带天线进行深入的研究，但是我们也没有落后很多，我们国家对超宽带天线的申请要比国外容易。自2000年以来，我们国内研究机构就开始对超宽带天线的技术做深入研究。一年后，超宽带天线技术被列入了

11、我们国家863计划。2004年，超宽带技术被中国国家自然科学基金开始关注和支持。到目前为止，对于超宽带天线来说，国内外有大量的超宽带天线的论文，国内外还有很多关于超宽带的技术研讨会。我们的研究中可以和国内外许多研究超宽带天线的杰出研究学者们学习，来更好的研究超宽带天线。我们国内的研究人员对研究超宽带天线还有很大的研究空间，在现代科技发达的时代，对研究超宽带天线我们拥有丰富的资源，因为这个优势，我们需要更好的学习开发和使用超宽带天线的技术。超宽带天线的发展，分别经历了以下几个阶段：发展的第一个阶段：在以前我们的超宽带天线是双锥天线和火山烟雾天线，如图1-1所示。因为以前我们对天线的研究还不是太深

12、入，当时的科技还不是很发达，天线的三维结构、体积相对较大，天线的相对占用空间较大，所以早起的天线不能在现代通信系统中应用。发展的第二个阶段：研究者们经历了多年的研究，终于在二十世纪，Ramsay（拉姆齐），他提出了缺陷型周期天线、螺旋天线和非高频天线，该天线的尺寸较大的到来，可以大于10：1的阻抗带宽。但是，对超宽带天线的研究也存在一些难点。对于非高频天线，因为非常有效实现高频信号从该区域发出的辐射，非高频天线对超宽带脉冲波形产生的干扰，进而使高频天线用于传输接收和发射的超宽带天线信号引起的偏差。第三阶段：由于国家对民用超宽带天线研究的许可。到进期天线的研究才得到更好的研究，连续出现了许多新的

13、平面天线的研究。根据研究者们的研究天线主要可以分为以下三个方面：第一个方面是天线的平面单极子，第二个方面是天线印制单极子，第三个方面是天线的印刷缝隙。其中在研究者们在研究中平板单极子天线受到研究者的好评，主要原因是平板单极子天线可以产生极大的阻抗带宽和高辐射。 （a）双椎天线 （b）火山口烟雾行天线图1-1 早期的UWB天线除了上述的几种人们熟知的天线，还有如图1-2所示的其他类型的超宽带天线，平面维瓦尔第天线(vivaldi antenna)、各种缝隙天线、平面振子天线等其他类型的天线，超宽带的研究已经成为天线研究者们的热潮，随着科技水平的进一步发展，超宽带天线也在不断的发展中。我们在天线研

14、究部分虽然没有国外的成熟，但是我们会继续努力，会陆续出现我们的自主知识产权和相对成熟的产品。（a）维瓦尔第天线 （b）缝隙天线 （c）缝隙偶极子图1-2其他类型UWB天线1.3 研究趋势对超宽带天线技术的研究，从2002年开始得到了民用的开放，在全国范围内已经出现了许多关于超宽带天线的应用产品。从前面的描述中可以知道，虽然各国的研究者们研究什么天线的都有，但是平面单极子天线具有许多优点。目前我们推出的超宽带产品主要是基于单极子天线的产品，所以目前单极子天线是非常适合民用用在产品中的天线技术。在我们的研究中，本文也是在平面单极子天线的基础上的超宽带天线。天线发展的第一个趋势是：是对天线的电阻方面

15、的研究。在硬件系统设计中由于天线系统和系统中的其他硬件系统共用一个频率。对于我们的研究来说，在我们的研究中为了减少天线局域网络的干扰，我们的研究者们使用单极子天线设计的带阻滤波器，对天线研究中带阻滤波器可以有效的减少对我们系统产生的不良影响。因此，研究者们对阻带超宽带的天线特性的研究更多，成为研究者们研究的话题。天线发展的第二个趋势是：研究者们按照带脉冲对波形形成和频域响应的时域响应一起的天线。由于脉冲天线在系统中的传输作用不同。对研究者们来说，我们研究的天线是一个脉冲整形的带通滤波器。但是对研究者们来说对天线的参数关注是远远不够的，随着研究的深入，研究者们还需要从系统整体来测量天线的特性。这

16、说明研究者们将对天线进一步研究。天线发展的第三个趋势是：随着科技水平的提高，和各国研究者们研究的热潮，近几年来超宽带天线趋于小型化和平面化。之所以我们研究的单极子超宽带天线适合当今的生活当中，是因为天线结构可以多变，从而降低了天线的研究难度和研究成本。在当今社会中，虽然集成模块变得容易很多，但是小型集成的单极子天线是非常难的，因此研究者们以扩大所述超宽带天线的应用，使得超宽带天线易于集成，天线的研究对超宽带天线的大小结构的要求是很严格的。第2章 超宽带天线的理论基础2.1 超宽带天线的基本理论2.1.1 超宽带天线的结构原理由于近几年来，各国研究者们对超宽带天线的热潮，研究者们逐渐意识到超宽带

17、微带天线和传统的窄带微带天线没有本质的区别。研究者们通过超宽带天线接地板和天线间隙将激发的电磁场辐射出来。然后再对天线使用了一些新的技术来加强超宽带天线的传输频带，关键所在是超宽带天线在空间如何建立电磁场。对于国内外研究者们的研究，我们知道超宽带天线的辐射范围与天线长度和结构形式是紧密相关的。对与我们研究的天线，天线的结构差异、阻抗带宽、辐射和极化等方面都会影响天线的传输频率。通过各国研究者们的研究，超宽带天线通信系统要求的非常严格，由于以前对天线的研究不是很深入，研究人员研究的超宽带天线的尺寸都相对较大，于是集成就相对不是很容易。现在研究者们的研究方面已经集中在天线的结构小型化当中，以至于更

18、方便人们应用于更小的硬件设备当中，许多新的小型天线的出现，随着人们的深入研究，天线已经很好的应用在人们的生活中，为人们的生活提供着方便。2.1.2 超宽带信号的时域辐射由于实际的天线的尺寸总是有所不同，经过磁场的环境下，电流-i(t)馈入后，由于尺寸的关系超宽带天线的电流分布总会有一些延迟，我们可以将电流在天线上的分布看成是天线的结构函数，在本文的研究中，我们把偶极天线的长度设为L，而且偶极天线的辐射可以被认为是沿z方向的长度布置的多个叠加的赫兹偶极，如1-2图所示。如果我们假设在天线的中心处馈电，电流将流至所述天线结构的末端，设当前所有被吸收在天线终端，都没有发生反射，因此，在天线的这段时间

19、可以看出作为一种理想的行波天线。(a)赫兹偶极子天线结构 (b) 长度为L 的偶极天线结构图2-1偶极子天线结构模型在本文中我们已知长度为L的赫兹偶极子，将超宽带天线上的均匀电流分布记作：如下式表示电流的角频率，由电磁辐射理论，我们可得该赫兹偶极子的方向上电场分布可表示成：式中略掉了时谐因子，其中是自由空间波阻抗，是光速，是波数。对赫兹偶极子中的电场分布我们可以做傅里叶变换的类型，所以相应的在方向上的赫兹偶极辐射场就可以简化为： 当时，意味着天线此时的场效应具有远距离特性，上式可以简化为：在位置z处的电流相对与中心馈电电流相比较出现相对的延时，在位置z处的电流记为：。我们相对可知，由此可得波形

20、天线的赫兹偶极子上的辐射场简化为：我们在上式中，对于行波天线在区间上对z进行积分计算，我们可以非常精确的得出行波天线，并且误差相对较小，行波天线在远距离空间的时域辐射电场可以表示为：从上式中我们可以得出，对于行波天线来说，超宽带天线在远距离辐射电场中分为几个重要成分，超宽带天线的中心区域馈电处和边缘馈电，但是超宽带天线在天线上的其他区域不产生辐射，因此，行波天线在空间的辐射场强度与辐射距离r，辐射角度 ，天线本身的尺寸l 有关。2.2 超宽带天线的性能参数对于国内外的研究者们来说，什么才是分辨超宽带天线的最重要因素，可以从天线的容量转换电磁能和辐射性能的好坏来区别，超宽带天线的区分从应用环境和

21、系统要求确定。例如：对于天线阻抗、辐射增益和辐射波长，在辐射模式中，是天线的特性在时域进行相应的改进实现的。(1)在天线的辐射方向图：我们是以天线为中心的辐射功率密度变化的方面。因为天线辐射方向图有定向的和全向的之分，定向的单波束或多波束实现天线通信，研究得出全向波束是适合于无线电、电视等场合的辐射方向的波束。(2)在天线的能量方向性系数：在离天线同样距离处测得的方向图上，用数学公式表示如下：(3)能量辐射效率：天线辐射功率与输入功率之比：式中天线的辐射电场（V/m）； 脉冲波前馈入天线的时刻（s）； 自由空间波阻抗（）； 辐射天线输入电流（A）； 辐射天线出入电压（V）；(4)增益：定向因子

22、相乘天线效率。考虑了天线损耗、介电损耗和负载损耗，考虑了馈线损耗，天线增益为实际增益，采用以下的公式进行表示：第3章 超宽带天线结构设计与仿真3.1 超宽带天线结构与尺寸参数超宽带天线在应用于社我们的生活中大多数都是单极子天线，在本文的研究中我们在传统的单极子天线，研究者们通常应用斜接角和挖槽技术来对天线进行研究，我们应用这种技术同时提高了超宽带天线的性能，也降低了单极子天线的尺寸结构，在我们的制作中，我们所研究的单极子天线的结构分别给出了微带馈电单极子天线的结构图及实物加工图，如图3-1和图3-2：(a) ant#a 初始模型 (b) ant#b 加载单元结构 (c) ant#c 开槽结构图

23、3-1微带馈电超宽带天线结构优化图图3-2 c 的实物加工图在本文的研究中对于单极子天线而言，研究中得出单极子天线的大小主要由低频决定。并为辐射贴片的平面形状的单极子天线，我们研究的单极子天线的驻波对应于低频少于两个点，我们的研究可以通过简单的圆筒估计近似。下图显示了单极子天线圆柱体的基本模型，你可以得到一个矩形。(a)圆柱体模型 (b)矩形辐射贴片平面单极天线图3-3矩形单极子天线结构图及其圆柱等效模型图由此得出圆柱体估算矩形贴片的公式为：上式中GHZ，L、r的单位为mm。在圆柱体估算矩形贴片中是单极子天线的低频处，因为上式中忽略了馈入间隙g对天线频率的干扰，在研究分析中将馈入间隙g也考虑在

24、圆柱体的高度中，那么上式如下：上式中，L、r、g的单位均为mm。在上述式给出估计方法可以由矩形单极子天线的初始尺寸来获得。在实践中，我们可以在所计算的，在此基础上的初始大小进行优化，得到参数的最佳组合。在实际的应用中对天线性能馈送间隙g的干扰更大。馈送间隙g减小增加容性的辐射贴片在介质表面和地板之间的微带线的下表面，从而导致阻抗失配。此外，长度L矩形贴片天线的干扰相比，低频宽带W时点。在我们实际在生活中的应用设计中，我们要注意这些关键参数。图3-1微带馈电超宽带天线结构优化图是以改善微带天线的工艺设计，图3-1（a）的未装载的细胞和没有槽的状态，图3-1（b）的加入装载单元后，我们就可以从实验

25、结果可以看出，天线的带宽可以装载单元可以根据图进行扩展其他的类型，图3-1（c）是在图3-1（b）的开缝与图。根据一方面，单极子天线为了进一步减小单极子天线的尺寸，从另一方面也削弱了的微带天线的特性阻抗的背底板对天线的干扰。 是介质基板是3.38 RO4003，厚度为1.52毫米，如表3.1所示。表3.1微带馈电平面单极子天线最佳结构参数WLW1L1l1l2W3L3W4L4g19133103262111213.2 超宽带天线性能仿真经过近几年来的研究，我们知道超宽带无线通信系统通常用于在便携式设备中。为了使超宽带天线可以很容易地集成到其他RF电路，但也容易被嵌入到移动设备的UWB 天线的设计应

26、该是小的，平坦印刷天线。软件工具天线设计，优化和模拟使用Ansoft公司高频结构仿真（HFSS），该软件工具是根据电磁有限元数值方法。对于我们研究制作的单极子天线的各种性能通过HFSS仿真软件进行加工，实现最优结果。HFSS仿真软件会对我们研究制作的实物天线进行对比，软件进行最佳仿真结果和研究实物测量，其中包括回波损耗，再将其结果在接下来进行详细的讲解。 在现在的研究中随着研究者们的电磁计算方法的发展，相继出现了相应的模拟软件。而且天线技术还在继续发展它，为设计人员提供一个方便的工具，我们可以轻松地将电脑设置上实现并验证自己设计。这些软件的出现大大缩短了设计周期包括天线，包括微波器件。对于我们

27、研究制作的超宽带天线，由于我们应用的仿真软件在不同的电磁场仿真软件中是基于不同的电磁场进行的仿真，仿真结果各有所不同。这些软件各有利弊，在实践中，我们可以设计根据天线的具体特点，选择适当的软件，同时我们可以大大减少了设计时间，可以提高模拟的准确性。在本文对超宽带天线的研究中，在对实物的研究中我们为了达到更好的效果，我们就需要多方面的软件。以达到更好的仿真结果，提高了工作效率的理解。下表列出了在几个电磁场仿真软件的功能和最常用的应用软件。表3.2常用电磁仿真软件比较软件名称开发商数值算法功能特点应用领域AdvancedDesignSystern(ADS)AgilentMOM其中包括多种实现仿真的

28、时域和频域特性，数字和模拟信号，线性和非线性，干扰解决方法通信系统、射频及微波系统的设计，数字信号处理的设计和向量仿真结果AnsoftDesignerAnsoftMOM使用“按需求解器”技术，高频电路系统，布局和电磁仿真工具无缝集成到相同的环境射频、微波电路、通信系统、电路板和模块及部件设计Ansoft HFSSAnsoftFEM电磁场仿真软件的三维结构，以前所未有的电气性能分析能力和强大的处理器后天线分析和设计MicrowaveOfficeAWRMOM采用“场”和“路”两种分析方法来模拟不同的电路结构，加快运行速度RFIC，MMIC，微带贴片天线和高速印刷电路设计XFDTDRemcomFDT

29、D三维全波电磁场仿真天线，微波电路，雷达计算机，化学，光学，陆基监视雷达和模拟生物组织Zeland IE3DZelandMOM电流分布的问题可以金属结构的三维多层电介质环境下得到解决分析与微波射频电路，多层印刷电路板中，平面微带天线设计CSTMicrowaveStudioCSTFIT三维高频电磁场仿真软件中，除了主要的时域模块还提供了本征模式和频域模块对某些特殊的应用移动通信，无线通信，信号完整性和电磁兼容性SonnetSonnetMOM以提供3D平面高频电路设计的系统，并且与微波，毫米波和电磁场/ EMI设计兼容微带匹配网络，微带电路，微带滤波器，HDI和LTCC转换本文研究所采用的工具是基

30、于有限元法的Ansof HFSS 和基于有限积分法的CST Microwave Studio。第4章 超宽带天线测试与分析4.1 S11参数及带宽图4-1 S参数初始模型S参数作为仅在3.1GHZ-8GHz的范围内，S参量-10dB或以下所示曲线.装载单元。曲线b表示加载单元模型的S参数结构，带宽值小于-10dB时的S参数显著扩大，不足之处是，在5GHZ左右波动；经过进一步的开槽优化，在2.8GHZ-11GHz的所述曲线c的S参数的S参数值小于-10dB所示，不仅要扩大的频率，更低的频率也稍微扩大。我们的研究为了获得的参数的最佳组合，下述对开槽结构。给出了优化过程的参数。当W1=2毫米，W1=

31、2.5毫米，频率6.6GHZ-8.6GHZ回波损耗，如图4-1所示，在S参数的宽度W1的影响，它可以从图4-1可见回拨损耗较大的。W1=3.5毫米，超宽带天线在整个频带中的回波损耗，我们应该保证在-10dB或更小，超宽带频带在8.5GHZ有一个比较明显的抖动的出现。在S参数的宽度W1=4毫米时，超宽带天线频带的两端开始恶化，而在超宽带整个频带中，超宽带的回波损耗都不是很理想。当S参数的宽度W1=3mm时，保持较低的值，并且整个曲线出现上下起伏，更柔和，并且满足超宽带天线通信需要。图4-2 W1对S参数的影响4.2 驻波比VSWR根据给出的参数组合，经过优化，上述结构有画图的驻波比如图4-3所示

32、：图4-3微带馈电单极子天线的驻波比由图4-3 可以看出，在初始模型结构，满足VSWR2是仅在带宽3.1GHZ-8.0GHZ范围，载单元加入到装载单元之后的结构的右侧，使天线的工作带宽可扩展到3.1GHZ-11GHz的，但不足之处是，小抖动了4.5GHz的出现左右，所以驻波比2稍大为了进一步优化的仿真结果，开槽结构中，开槽过程中，在同一时间后减小天线尺寸，即真正优化内2.85GHZ-11GHz的模拟结果的事实整个频段，驻波比小于1.8。馈送微带的宽度，对天线性能的影响更明显的模拟，这一部分也将进一步探讨在其它参数保持不变，随着变化天线阻抗特性的馈电微带宽度W1。开槽结构在W1=2毫米W1=2.

33、5毫米，W1=3mm时，W1=3.5毫米，W1为4毫米五个案件，其中模拟、比较和分析，如图4-3仿真实例。当W1=2毫米W1=2.5毫米，在相对高的地位的7GHz，9GHz的。W1=3.5毫米，全频带站在比浮子稍大，曲线不光滑。W1=4毫米，乐队端部开始恶化。当W1=3mm时，驻波比UWB通信能满足要求。图4-4W1对VSWR的影响4.3 增益方向图b yz 平面（phi=90） c yz 平面（phi=90）b xz 平面（phi=0） c xz 平面（phi=0）b xy 平面（theta=90） c xy 平面（theta=90）图4-5 b、c 分别在 y-z 平面、x-z 平面、x-

34、y平面内 f=3GHZ、6GHZ、10GHZ归一化辐射方向图b、c 在y-z、x-z、x-y 平面内的归一化辐射方向图如图4-5所示，测得的三个频率：F =3GHZ，F =6HZ，F =10GHZ。如从图中可以看出：在3.0GHZ的频率点，在三个平面上的图案具有大致全向辐射特性。6.0GHZ的频率点中，图案出现劣化的特定方向，但整体上仍然保持良好的辐射特性。在我们的研究中，当超宽带天线的频率点在10GHZ的时候，由于天线方向图出现的不规则，辐射强度也出现了相应的干扰，在一般情况下，在各个方向上，我们所制作的天线工作频带上能够实现的超宽带天线传输的性能。在图c 相对于图b 来说，三个方向上增益程

35、度都有所削减。但是超宽带天线都能实现的通信的传输。此外，通过b、c两个天线在不同平面内各个频率点上的方向图模型。可以通过槽看出，收缩天线的大小，但也削弱了微带的地板天线的阻抗特性，如增加天线的平均增益。4.4 弯曲特性由于UWB是一种基于无载波的通信传输，或称为脉冲通信传输5，对与只有几纳秒或几百皮秒的脉冲信号，对于这样的脉冲非常窄的时间宽度的脉冲信号的传输，天线具有非频变的特点，无论是线性相位和恒定的群延迟方面。在我们的研究中对单极子天线相位频率和单极子频域的方面，也很难在视觉上表现，在从时域观察，我们开始进行对c 的时域特性进行研究。我们假定c天线的应用频段为3.1GHZ10.6GHZ，即

36、：， ，那么中心频率为：对于我们研究中的单极子天线的高斯脉冲是常用的脉搏波形的时域分析，因为出现高斯脉冲波形的形状和实际脉冲形状很相近。除了时域波形高斯脉冲具有明确解析表达式，易于被用于定量分析和简化分析过程。表达的高斯家族如下：在上式中n（整数）代表高斯脉冲的阶数， 表示脉冲宽度的时间常数。对上式我们进行傅里叶变换，我们便可得到高斯脉冲所对应的频谱函数：对上式求极值，即得到高斯脉冲频谱信号最大值处对应的频率表达式：经过上面的公式推导，我们如果选用高斯一阶脉冲作为激励信号，代入上式中，可得脉冲宽度的时间常数：图4-6输入激励信号图4-7天线端口处的电流波形图在图4-6给出单极子天线的输入激励，

37、图4-7是天线电流信号波形图在单极子天线端口。而图4-6波形电流的尾部的确不会立即变为零，这种现象是由于天线终端反射而引起的拖尾。由于天线设计和加工，在未来，并不能做到精确匹配，该终端还存在一些反思，从而产生电流的时候有辐射一定时间，弱者将进一步空间辐射波形的影响。（a）距离30mm 处的时域响应（b）距离200mm处的时域响应（c） 距离800mm 处的时域响应图4-8在不同距离处天线的时域响应在图4-8我们可以看出，单极子线天线c的时域响应曲线图，由此图我们总结为以下两点：（1）对于我们在单极子天线适用于短距离无线通信传输的研究中，单极子天线具有一个很短的距离内的强辐射场强特性，随着单极子

38、天线距离的增加，单极子天线中辐射场的强度会随之变小。（2）在输入激励信号波形在波形的结束相一致的时域响应的天线波形不同程度的振荡。图4-9 单极子天线c 的远区辐射电场波形保真度对于我们研究的单极子天线的时域分析，对于单极子天线的波形保真度是很重要的因素，如图4-9给出了单极子天线c远距离的辐射电场波形在传输过程中的保真度，从图中我们可以清晰的了解，单极子天线在传输过程中的保真度要求很高，在我们的应用中，在单极子天线的时域特性中一般天线在传输中的保真度被维持在0.9左右。第5章 总结与展望5.1 总结本文对于超宽带天线的研究，对于当今的社会发展来说，小型化硬件制备和宽带电子产品是当前社会发展主

39、要发展方向。电子设备的小型化意味着通信系统，移动较方便，保密性能高，并且降低研究成本。就是对于天线通信传输方面和传输功能的提高。超宽带天线的这些特点具有良好的研究意义。在这种研究方向下，天线的小型化、宽带天线和微带天线已经成为一个非常有意义的话题。而在超宽带无线传输系统的发展也使得WLAN，UWB和UWB带缺口成为研究的主要方面。在研究中我们使用天线的电磁模拟和优化软件，在现代的这个对电子类产品发展快速的时代，分别从单极子天线的性能中的频域部分和时域部分分别了解的单极子天线的使用情况。我们研究的超宽带天线，应用的斜接角和挖槽技术，这种技术同时提高了天线的性能，也降低了天线的尺寸，超宽带平面单极

40、子天线，并实现了增加天线带宽的目的。最后，我们从开始UWB天线设计超宽带系统的角度出发实现用户的更多的需求。所以本文对超宽带天线的研究具有非常实际的意义。5.2 下一步工作计划与展望在本文研究结果的基础上，可以进一步开展以下工作：1、当我们用超宽带全向天线来满足要求的时候，由于天线尺寸的大小有限，从而降低了设计要求的增益。我们为了能够更好的设计出一个天线具有高增益的性质，我们在今后的研究中有必要来研究超宽带天线阵列。2、我们研究的超宽带天线除了满足频域以外的天线的设计要求，研究对时域的相位线性也有了更高的要求。但是对于我们当前的的实验条件下，到目前为止还没有时域的性能进行更多的研究和测试。3、

41、天线结构之间关系的天线的传输特性。的目的是为了传输特性，通过调整天线的天线结构，以控制。4、我们目前研究的天线和系统集成后的特性。当该天线系统集成商将不可避免地会受到其他硬件的干扰。作为一个超宽带技术UWB天线UWB系统发展的一个组成部分，将受到越来越多的关注。从而推动各国对超宽带技术更快更好的发展。参考文献1 阮成礼 超宽带理论与技术M，哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.2 余飞. 新型平面超宽带天线设计D. 长沙: 湖南大学，2010.3 钟顺时，梁仙灵，延晓荣. 超宽带平面天线技术J. 电波科学学报. 2007, 22(2):308-315.4 A.A.Eldek，Ultra Wi

42、deband Double Rhombus Antenna with Stable RadiationPattern for Phased Array Application.IEEE Trans.Antennas Propagat.，vol.55，no.1，pp.84-91，Jal.2007. 5 Kiminami，K，Hirata，A，Shiozawa，T，Double-sided printed bowtiantennafor UWB communications，Antennas and Wireless Propagation Letters Vol.3，Issue1，2004 pp

43、，152-153.6 白学伟 分型天线的优化研究与设计D哈尔滨:哈尔滨工程大学，2011.7 罗文凌，姜兴，李思敏. 24 GHz 边馈式微带天线阵的设计J.电子元件与材料，2012，31(3): 67-70.8 赵志 微带天线的微型化和宽频化设计研究D北京:北京邮电大学，2011.9 杨虹，刘哲. 一种新型介质谐振天线设计 J. 电子元件与材料，2012，31(5): 53-55.10 李伟，耿友林.新型无线局域网双频段微带贴片天线与设计J.强激光与粒子束，2011，23(3):717-720.11 陈曦，梁昌洪，刘松华等.级联电磁带隙结构对双频天线互耦的影响J.强激光与粒子束，2010，2

44、2(10):2383-2387.12 Pandian S,Suriyakala C D.A Novel Mutiband Sierpinski Triangular Fractal Antenna for Cognitive Radio C/Proceedings of 2013 International Conference on Circuits,Power and Computing Technologies.Nagercoil,India:IEEE,2013:803-807.13 Azari A,Ismail A,Sali A,et al.A New Super Wideband Fractal Monopole-Dielectric Resonator Antenna J.IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters，2012，12(5):1014-1016.以上的内容为参考文献，其格式请参考文件：参考文献著录格式.pdf.参考文献数量不少于10个，其中至少有2篇英文文献。 论文若无致谢，请将此页删除！.