超宽带UWB天线设计

　　超宽带UWB(Ultra-Wide Band)定义为相对其中心频率有高比例的带宽,即任何波形,只要带宽大于中心频率的25%,就可认为是“超宽带”。超宽带使用脉宽很窄的基带脉冲,典型为纳秒量级,从频域上看,其能量稀薄地扩散在整个使用的带宽里。超宽带技术在许多军事领域有着广泛的应用,如超宽带隐蔽通信、超宽带传感器、穿墙监控、非金属地雷探测、穿透植物寻的制导等等领域。由偶极子超宽带天线发射出去;接收部分是用相关取样的办法,提取从目标反射回来的超宽带信号。为了研制这种基于超宽带MIR运动传感器,实现其电路,我们为此设计了专门的应用接收和发射天线。

　　1　天线的基本情况

　　平面等角螺旋天线:该天线的好处在于频带极宽,在整个频带范围内方向图、阻抗和极化方向基本不变,但是旁瓣比较大。

　　波导天线:是一个带四分之一波长矩形反射腔的1/4波长天线,该天线的中心频率f为

　　式中L为天线的长度。采用该种天线的好处在于天线易与信号匹配,易满足频带要求,旁瓣小,成本低。带四分之一波长矩形反射腔的目的在于增加天线的方向性和减小旁瓣。

　　在HP频谱仪测量了带四分之一波长矩形反射腔的1/4波长天线的S参数,由于条件所限,只测量了S11,从图形(略)可知:该天线在我们要求的频带范围并不很平坦。

　　2　UWB对称振子天线

　　2·1　天线结构和原理

　　2·1·1天线结构

　　有关文献所给超宽带印制偶极子天线的两臂分别位于介质基片的两面,每个臂附近都有一对寄生振子,偶极子由位于介质基片两面的微带线馈电,所作的改进是50Ω同轴电缆通过一个微带巴伦给对称振子馈电。图1天线外观图像。

　　2·1·2设计原理

　　该天线用如图所示馈电法,平行双线和与同轴电缆相连的三角形补片构成的巴伦,既使振子的73Ω输入阻抗与同轴电缆的50Ω电阻相匹配,同时也使振子两臂上的电流达到相等,保证了振子的辐射图形旁瓣电平小。通过改变振子的长度,可以改变谐振频率,改变振子的宽度,可以改变频带宽度,偶极子做成锥形,以减小振子和馈线连接处端面间的电容c。同时,由于寄生振子和对称振子之间的相互耦合,使得偶极子的互阻抗和自阻抗相互补偿,频带宽度也因此大幅度提高。

　　如果用同轴线直接给对称振子馈电,由于两者阻抗不匹配,需要外加巴伦以使振子两臂上的电流平衡,但馈电焊接点会影响振子的辐射,如果用微带线馈电,则需要布置长的微带线,这样使天线的结构显得松散,体积也大。

　　如果平行双线宽度均匀,则可由阻抗匹配来计算其宽度: