《超宽带天线》PPT课件

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1、超宽带电子学及应用授课教师：杨宏春第5章超宽带天线设计5.1描述天线的参数5.1.1描述频域天线的参数(1)方向图f(θ,φ)特定频率点上，天线的远区辐射场可以表示为令f(θ,φ)的最大值为1，画出的天线归一化方向图。(2)方向性系数D相同条件下，天线方向图上最大功率密度与点源天线之比(3)增益G相同输入功率条件下，天线方向图上最大功率密度与理想全向天线功率密度之比(4)输入阻抗：天线馈电端口电压和电流之比(5)天线效率其中Pr，PL，Pin分别是天线的辐射、损耗和输入功率(6)极化方向天线最大辐射

2、方向上电场矢量随时间变化在空间描出的轨迹；天线的极化形式分为线极化，圆极化和椭圆极化三种。(7)带宽：天线工作的频率范围天线有多种形式的带宽，方向图带宽﹑增益带宽﹑输入阻抗带宽等，用得较多的是天线输入阻抗带宽。5.1.2描述时域天线的参数(1)波形保真系数两个信号f1(t)和f2(t)的自相关和它们之间的互相关定义为两个时域信号的波形保真系数为最大归一化互相关系数(2)能量方向图(3)能量方向系数(4)能量辐射效率(5)天线传输因子(6)天线输入反射系数(7)辐射阻抗(8)增益(9)极化特性(9)天

3、线波束角(10)能量因子(11)有效能量高度(13)天线能量传输因子(12)有效高度(14)天线因子(15)有效面积Vre(t)为接收信号电压，Ire(t)为接收电流，Ein(t)为入射电场5.2高功率一体化Vivaldi天线设计(1)设计要求单元辐射系统能够承受馈电脉冲的高峰值电压；馈电网络的输出阻抗与天线输入阻抗匹配；辐射天线为定向天线且具有较高的辐射效率；阵列辐射天线布阵时应使各单元天线间的耦合尽可能小。(2)设计思路定向天线选择；一体化设计思路；5.2.1Blumlein线设计Blumlei

4、n形成线机械结构设计储能电容参数光导开关输出电脉冲波形满足设PCSS电压转换效率为U，天线阻抗RA，输出电脉冲能量out平行板电容器电容设计应满足Blumlein线长度参数实现Blumlein线对lock-on锁定脉冲截波，则Blumlein线宽度参数微带线阻抗经验公式依据天线输入阻抗、储能电容、脉宽要求，可以确定Blumlein线长、宽、高参数5.2.2一体化天线参数计算(1)高斯脉冲的频谱分析高斯函数其中以幅值半峰值为标准，馈电脉冲带宽[0,fh]其中(2)Blumlein线S参数频率为f的

5、电磁脉冲在介电常数为r的介质中的速度考虑驻波条件各驻波点频率(3)槽天线仿真计算Vivaldi天线指数曲线指数曲线化简I馈电点缝宽对槽天线参数的影响缝宽为0mm时，低频点最低；缝宽为0mm时，辐射带宽内阻抗约40；结论：缝宽取为0mmII天线长度对槽天线参数的影响天线长度增大，低频点下移，但移动幅度不大；天线长度增大，阻抗变化率加大；结论：长度取260mm有助于天线小型化；且阻抗变化率相对较小III天线宽度对槽天线参数的影响天线宽度增大，低频点下移，但移动幅度不大；天线宽度增大，阻抗变化率减小，

6、但变化幅度很小；结论：宽度取260mm有助于天线小型化；且阻抗变化率变化幅度不大(4)一体化天线仿真与优化IS参数仿真与优化II时域波形与方向图III非对称一体化天线5.3全向偶极子天线设计5.3.1设计要求偶极子天线辐射的电磁脉冲波形为类二阶高斯脉冲波形其底宽T=5ns1ns；拖尾脉冲幅值A1/A0.15.3.2设计思路依输出脉冲波形频谱确定输入脉冲波形及天线尺寸采用加载等方法优化天线参数，实现设计指标5.3.3频谱分析(1)输出脉冲信号频谱典型输出脉冲信号波形函数可近似为以此对输出脉冲信号作

7、频谱分析比较不同输出脉冲信号波形，可确定输入信号脉冲波形，天线中心频率及带宽等参数范围(2)输入脉冲信号频谱各阶高斯函数的频谱计算各阶高斯函数频谱图依据输出脉冲信号频谱及输入脉冲信号波形，确定输入脉冲脉宽参数输入脉冲信号采用一阶高斯函数输入脉冲信号脉宽选择标准5.3.4天线参数(1)天线长度谐振点频率天线谐振点频率应该与输出信号的中心频率相等，由此决定天线的长度(2)天线其它参数的优化计算金属导体半径圆锥尺寸优化缝隙宽度优化时域波形优化时域方向图优化(3)天线加载