一种微型化超宽频微带天线的设计

1.引言

    1940年代到1960年代，为了满足通信系统的传输要求，人们开始研究天线宽带匹配网络来实现宽带要求。期间，Linden blad提出了共轴喇叭天线，Schelkunoff提出了球形偶极子天线，P.S.Carter提出了双圆锥天线。而自从1980年代以来，在超宽频电磁学在理论上和关键技术上有了关键突破以后，超宽频天线研究开始兴起，2002年，美国联邦通信委员会将超高频段对民用开放，更是让超宽频天线迅速发展。

    现在，由于超宽频天线的越来越广泛的应用，超宽频逐渐成为天线方面研究重点。而国内目前也有几所大学和研究所在研究超宽频天线，但总体来说还是落后于国外的研究。

    近些年，UWB技术的实际应用由军用转为民用，极大促进了UWB技术的发展，国外通信公司如英特尔、摩托罗拉、飞利浦等著名设备制造商开始了对UWB技术的开发，并且实现了许多具有实际应用的通讯收发设备。

    超宽频天线的总体目标是超宽带，高性能，小型化，集成化，易于大量生产，成本低，然而实现这些目前仍然是个艰巨的挑战，大量国内外学者正在为之努力。

2.天线的基本理论及特性分析

    2.1 天线的基本理论

    研究天线时可以将其简化为一个简单、明了的模型一电、磁基本振子。下面首先介绍这种基本模型。

    电基本振子最简化模型是电流元。可以看做是一段理想的高频电流直导线，同时振子沿线的电流l处处等幅相同。要求是其长度l远小于波长λ，其半径a远小于1，实际生活中的各种复杂的天线都是用这样的电流元可以构成的。通过电基本振子的数值场强表达式可以得知各分量都与距离r有关，所以我们研究电基本振子时可以分为近区场和远区场来加以区别。

    分析得知，近区场的能量在电场和磁场间交换而没有辐射，而远区场有能量沿r方向向外辐射，所以近区场也称为准静态场，远区场称为辐射场。

    其次关于磁基本振子的辐射，可以类比电基本振子的推导。通过与电基本振子的辐射场相比较，可以得出它们除了辐射场的极化方式相互正交以外，其他特性完全相同。而在实际学习磁基本振子时，我们可以将其比作为一个电流环模型。如下图1所示。

图1 电流环模型图

    2.2 天线的性能参数

    在实际工程应用中，设计天线要综合考虑天线的各项指标，要符合设计要求。天线电参数是说明天线工作性能的指标，用天线电参数可以清晰的衡量一个天线性能的好坏优劣。