电子科技大学：《超宽带电磁学及应用》课程教学资源（课件讲稿）第5章 超宽带天线

电子件越女学 Batversity af Electreale Sclec ad Tochaology afChina 966 第5章超宽带天线 5.1超宽带天线概述 5.1.1超宽带天线的主要特征 ()宽带特征 方向图 辐射效率 天线参数 有效长度 参数折中优化 输入阻抗 宽带频率响应 极化特性 宽带电路：馈电与接收均为宽带电路

5.1 超宽带天线概述 5.1.1 超宽带天线的主要特征 宽带频率响应 天线参数 方向图 辐射效率 有效长度 输入阻抗 极化特性 宽带电路：馈电与接收均为宽带电路 参数折中优化 (1) 宽带特征

电子件越女学 ftyf日ectreale8 clec and Tecology af C国 /966 第5章超宽带天线 aA5CHz,E直 b.UG五，而 “古古山山古山山 eme AR with different angle (0) AR with different frenquncy(0,-0) 一4秋 e=2.0GH业，E df=3.0GH业，E面 3w4 ef-0.5GHz,H面 L.0GH五，H 不同长度槽天线5参数 不同长度精天线阻抗 g=2.0GHz,H自 B户3.0GH,Ha 围2.3.8不同长度对异自槽天线参数的形响

不同长度槽天线S参数 不同长度槽天线阻抗 AR with different angle (=0) AR with different frenquncy(=0，=0)

电子种越女学 Bversity af Eleetreale Sclenc and Techaology ef Chisa /956 第5章超宽带天线 (2)波形保真技术 相关接收 高保真度 成像要求 → 拖尾信号幅度与时间限制 施尾信号 口带腔超宽带情天线 b希腔超宽希情天线行射电迷脉中时减波形 Q加载超宽带槽天线 方如陵超宽带槽天线辐射电磁账中时域波形 图3带腔超宽希情天线及行射的电进酥冲波形 图4加截超宽带情天线及皙谢的电碰脉冲波形

(2) 波形保真技术 相关接收 高保真度 成像要求 拖尾信号幅度与时间限制

电士件越女学 vrsityaf Electreale Scle and Tocoloy f China /95 第5章 超宽带天线 (3)收发天线与馈电、接收电路一体化设计 宽带传输 宽带匹配 一体化设计一 隔离与干扰 0 07 0 匹配前天线接收波形 匹配后天线接收波形

(3) 收发天线与馈电、接收电路一体化设计 宽带传输 宽带匹配 一体化设计 隔离与干扰

电士件越女学 sity of Eectreale8 clenc and Tecoloy af Ch袖国 966 第5章超宽带天线 5.1.2常见的宽带与窄带天线 ·半波偶极子天线是典型的窄带天线，辐射UWB信号色散严重 •对数周期天线为常见的宽带天线，但拖尾振荡严重 常见平面渐变天线是较为理想的UWB天线 如载电阻 15. 不加载电阻 PoeE脑nVm 1.3855 08 05 05 日动0网公.o50园0■ 10447 Time(ns) 60091 1282514 196网 窄带偶极子天线 对数周期天线 平面渐变天线

5.1.2 常见的宽带与窄带天线 • 半波偶极子天线是典型的窄带天线，辐射UWB信号色散严重 • 对数周期天线为常见的宽带天线，但拖尾振荡严重 • 常见平面渐变天线是较为理想的UWB天线 0 20 40 60 80 100 -3.0 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 E(V/m) Time(ns) 加载电阻 不加载电阻 窄带偶极子天线 对数周期天线 平面渐变天线

电↓件越女学 Bversity af Electreale Scloc and Techology af Chia /966 第5章超宽带天线 参数 双锥天线 TEM喇叭 Vivaldi 螺旋天线 对数周期 f(GHz） 60 60 40 40 15 f(MHz) 200 80 100 100 50 Bamx(VSWR) 5:1 12:1 10:1 40:1 6:1 Bmx(方向图) 5:1 12:1 3:1 40:1 6:1 Gain (dB) 15 15 10 2 15 极化特性 线极化 线极化 线极化 圆极化 线极化 固定相位中心 有 没有 没有 有 没有 色散效应 没有 没有 有 有 有

电士件越女学 Batversity af Electreale Sclec ad Tochaology afChina /95 第5章超宽带天线 frtting curve 5.1.3描述超宽带天线的主要参数 Oliver E.Allen,David A.Hill,Arthur R.Ondrejka,Time-Domain Antenna Characterizations[J],IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility,vol.35,pp.339-345,August 1993. 波形保真系数 p.()=∫ft-t)f(cdx °E(0,p,t)dt 能量方向图 f(0,p)= max 0,p E(0,,t)dt jE.(o.oo r'sin Oded odt 能量辐射效率 p=08=0t=- ((dt

5.1.3 描述超宽带天线的主要参数 波形保真系数     ( )  (  ) ( )d 12 1 2 t f t f 能量方向图        E t t E t t f e max ( , , )d ( , , )d ( , ) 2 , 2         -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 normalrized amplitude (V) angle (degree) antenna array fitting curve antenna element fitting curve 能量辐射效率            V t I t t r t E r t e input input t trans ( ) ( )d sin d d d ( , , , ) 2 0 0 2 0 2           Oliver E.Allen,David A.Hill,Arthur R.Ondrejka,Time-Domain Antenna Characterizations[J],IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility,vol.35,pp.339-345,August 1993

电子件越女学 Bversity af Eleetreale Sclenc and Techaology af China /966 第5章超宽带天线 (inair 辐射阻抗 p=00=0t=-o R rad jμo(0'dt j5-A.o0dl 增益 G(0,p)=4πr ∫V()l(t)di jE。(a,o)'av 极化特性 r(0,0)=tan JE.0..fa

辐射阻抗            I t t r t E r t R input t trans rad ( ) d sin d d d ( , , , ) 2 2π 0 π 0 2 0 2 max         增益        V t I t t t E t G r in in trans ( ) ( )d d ( , , ) ( , ) 4π 0 2 2      极化特性               E t t E t t trans ( , , ) d ( , , ) d ( , ) tan 2 2 1 max         

电子件越女学 ftyf日ectreale8 clec and Tecology af C国 /966 第5章超宽带天线 j)sin 天线波束角 2= p=08=0t=-o JEo.a j.(01.(0a 有效面积 A(0,p)= 有效高度 h.(0,p)= '(0,p)

天线波束角             E t t E t t trans t trans a ( , , ) d ( , , ) sin d d d 2max 2 0 0 2           有效面积      t E t V t I t t A in re re e d ( ) ( ) ( )d ( , ) 0 2    有效高度 max max ( , ) ( , ) inc open e E V h     

电子件越女学 versity af Eleetreale Sclenc and Tochology ef Chia /956 第5章超宽带天线 5.1.4超宽带天线几个热点研究问题 ()时域方向图控制 A吸波材料或特殊介电材料方法 吸波材料 Fesistive PVC pipe Ferite ba Metal cavity Feed coaxial 10 左手材料 -30 -Measured ---Computed 12.3 eeyG隔 12.5 12.9 13.1

(1) 时域方向图控制 5.1.4 超宽带天线几个热点研究问题 A 吸波材料或特殊介电材料方法 左 手 材 料 吸 波 材 料