超宽带脉冲天线研究综述

论文

１００４电

波科学学报

第２３卷

ＵＷＢ通信技术近几年也是国内外的研究热点口］。在短距离高速率通信中有很好应用前景，如在个人无线局域网（ＷＰＡＮ）、家庭数字媒体流传输中的应用。ＵＷＢ通信技术有基于冲激脉冲（ＩＲ）和多波段（Ｍｕｌｔｉ—ｂａｎｄ）两种实现方式，ＦＣＣ在２００２年发布的报告中指定其工作频段在３．１～１０．６ＧＨｚ，且辐射功率谱密度不大于一４１ｄＢｍ／ＭＨｚ［４。。近几年来基于这种应用的超宽带天线的研究报道很多，可以说成为超宽带天线研究的另一主线。研究的目标是使天线辐射信号的带宽在这一频带内，且多为小型、低成本、可集成的印刷平面天线结构。

下文就脉冲天线的时域特性、天线的加载技术、高功率脉冲天线技术、平面天线技术几个方面进行了讨论，回顾总结了相应的研究状况。

函数等。在时域，采用ＦＤ７ＦＤ可以对天线辐射脉冲波形进行模拟，大多文献给出了激励脉冲与响应波形的比较图，以考查波形保真度。也有时域近场方向图测试系统研制出来用于脉冲天线的测量［７］。３

天线加载技术展宽频带以提高脉冲辐射特性

线天线的带宽与其长粗之比有关，长粗之比越

小，带宽越宽。天线加载提高带宽的原理是从天线的馈电端到天线末端的电阻以线性或指数关系增大变化，使得激励电流在天线上从馈电处到天线末端逐惭减小到零，消除天线馈电端与末端的多次反射（振铃），使天线上的电流为行波分布。天线的激励脉冲多为高斯脉冲或微分高斯脉冲形式，这种脉冲有很强的低频成分，提高天线的辐射带宽，特别是低频端的带宽可以减小辐射脉冲的失真，有利于接收机的接收。无反射式连续电阻加载天线的理论在１９６５年就由Ｔ．Ｔ．ｗｕ等人提出嘲，文献［９］比较全面地分析了五种加载模型技术对脉冲辐射单极子天线的时域波形、保真系数、反射系数、增益的影响，分析结果可知，基于“ｗｕ—Ｋｉｎｇ”分布的电阻加载和阻容加载方式天线的反射最小且波形保真度最高。近几年国内也有不少这样的分析研究报道［１０岫１３］证实了加载展宽频带和减小波形失真，并对线单极子改进为球形、锥形或泪滴形天线结构。这些研究还多是停留在基于ＦＤＴＤ或ＭＯＭ数值分析方法的理论分析上，实验研究或应用的文献还很少有见到。

双锥天线是能够用分离变量法求解波动方程的一种天线形式，无限长的锥形天线具有很好的宽带特性，很多实验中用此天线作发射参考天线。但实际应用中长度有限，引起终端的不连续而降低了阻抗带宽，也可采用加载方法，为减轻锥体重量，可采用金属网状结构，双锥天线在小型便携式移动设备中应用不方便。

偶极天线的传递函数相位特性具有近似线性，通过加载技术可以提高幅频特性带宽［１４，１５］．文献［－１６－］报道了用于冲激脉冲探地雷达的“背载”式电阻加载天线的实验研究，证明了加载天线提高了系统性能。由于天线加载增加了能量的损耗，降低了天线的效率，为提高天线加载效率，有学者将“Ｗｕ－Ｋｉｎｇ”的线性电流分布扩展为双指数电流分布［１理论分析表明有利提高天线效率。

不仅线天线可以进行加载，具有平面金属板结７。，

２脉冲天线多从时域特性进行研究

传统的窄带天线多从频域进行参数定义，如方向性、增益、辐射效率、输入阻抗、有效辐射口径等都是在一定频率下的数值，这些参数可描述天线性能。超宽带脉冲天线又称为瞬态天线或时域天线，占有相当宽的频带，无法从某一频率下的参数描述天线特性，可以用天线传递函数来描述天线性能，如在整个宽频带内平坦的幅度响应和线性相位响应就认为好的性能；也可用类似窄带天线的参数来描述，但有所不同，多从能量不从功率角度来定义参数［５］，如把天线天线方向图定义为辐射信号的能量空间分布，成为发射能量图，而不是一般意义的场强（或功率）空间分布变图，这就考虑了信号的频谱特性和天线

的发射传递函数。天线波瓣图上某点的值由峰值接

收幅值与上升时间之比来计算，再归一化到最大波瓣值；波形保真系数作为脉冲天线性能的一个重要衡量参数，对发射天线保真系数定义为输入电压的时间导数与辐射场的互相关系数，对接收天线定义为人射场与接收电压的互相关系数，其值介于０到１之间。Ａｌｌｅｎ等人［６１给出了时域天线参数的计算式，并以高斯脉冲作天线激励源，圆锥天线作发射天线，两种ＴＥＭ喇叭作接收天线，测试比较了ＴＥＭ喇叭天线的方向性、天线有效面积和波形保真性。喇叭天线在喇叭轴向有最大的辐射，波形保真性也最好，保真系数最大约为０．８５。

尽管时域天线参数有了计算式，但实验研究中

不方便使用，基于现有的失量网络分析仪和高速采样示波器等仪器，对这种天线的实验研究还是要从

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