电-磁振子组合型UWB天线的设计与测量
发布时间:2008/5/29 0:00:00 访问次数:574
关键词 ：小型化 uwb（超宽带）天线 频域分析法 电-磁振子
由于工程实际的需要，高效率的小型化超宽带高功率微波天线成为研究的热点。对于高功率的小型化天线而言，其技术难点主要体现在两个方面：一是天线辐射效率低。二是天线馈电反射大、绝缘难。
有关超宽带辐射天线小型化研究的文献报道不多见。俄罗斯在小型化"多通道天线"[1]方面有一些实验研究结果。但这种天线及其阵列[2]的理论研究有一定难度，目前主要以实验研究为主，应用也十分有限。由于瞬态激励脉冲具有宽频带特征，鉴于此，本文从电-磁组合型天线的物理结构分析入手，结合实验和数值模拟，采用频域和时域测量相结合的方法，对电-磁组合型天线的特性进行了研究。
1 理论分析
1.1 天线结构
图1为电-磁振子组合型超宽带天线结构示意图[2]。图中所示：①为天线同轴馈电区；②为外导体板；③为电流环调节器；④为tem喇叭上极板；⑤为tem喇叭下极板。
图1 电-磁振子组合型uwb天线结构示意图
1.2 天线物理结构及其特性分析
天线的物理结构与天线性能有比较密切的关系。辐射天线的输入阻抗与超宽谱脉冲源的特性阻抗的失配，造成天线馈源处不同程度地反射。从图1所示的天线结构形式来看，激励脉冲（如图2）进入同轴馈电区后，具有宽频带特征（如图3）的脉冲电流馈入天线。一部分电流通过①、③、②构成的电流环（或磁振子）向自由空间辐射,同时产生反射波和热耗（由于激励脉冲的上限频率较低，天线的热损耗一般可不予考虑）；另一部分电流通过①、④、⑤构成的阻抗渐变型tem喇叭（主要表现为电振子辐射器）向自由空间辐射，同时也产生反射波。
图2 激励脉冲波形 图3 激励脉冲频谱
根据以上分析，可以得到该天线等效电路，如图4所示。其中rring、rtrumpet分别为天线的磁振子（电流环）与电振子（tem喇叭）的辐射电阻，二者与激励信号的频率f成非线性关系。
图4 电-磁振子天线等效电路图
天线中的电流环为并联谐振回路，随着频率的提高，电流环由低频短路负载逐渐转变成为以磁振子为主的辐射器，磁振子的辐射电阻rring也相应增加。对低频而言，电流环为小环辐射器，相当于磁基本振子，其辐射特性等同于磁基本振子；而对高频而言，它又相当于大电流环辐射器，可以应用大电流环辐射理论来分析其输入特性和辐射特性。
在电-磁振子组合型超宽带天线中，tem喇叭相当于串联谐振回路。随着频率的提
关键词 ：小型化 uwb（超宽带）天线 频域分析法 电-磁振子
由于工程实际的需要，高效率的小型化超宽带高功率微波天线成为研究的热点。对于高功率的小型化天线而言，其技术难点主要体现在两个方面：一是天线辐射效率低。二是天线馈电反射大、绝缘难。
有关超宽带辐射天线小型化研究的文献报道不多见。俄罗斯在小型化"多通道天线"[1]方面有一些实验研究结果。但这种天线及其阵列[2]的理论研究有一定难度，目前主要以实验研究为主，应用也十分有限。由于瞬态激励脉冲具有宽频带特征，鉴于此，本文从电-磁组合型天线的物理结构分析入手，结合实验和数值模拟，采用频域和时域测量相结合的方法，对电-磁组合型天线的特性进行了研究。
1 理论分析
1.1 天线结构
图1为电-磁振子组合型超宽带天线结构示意图[2]。图中所示：①为天线同轴馈电区；②为外导体板；③为电流环调节器；④为tem喇叭上极板；⑤为tem喇叭下极板。
图1 电-磁振子组合型uwb天线结构示意图
1.2 天线物理结构及其特性分析
天线的物理结构与天线性能有比较密切的关系。辐射天线的输入阻抗与超宽谱脉冲源的特性阻抗的失配，造成天线馈源处不同程度地反射。从图1所示的天线结构形式来看，激励脉冲（如图2）进入同轴馈电区后，具有宽频带特征（如图3）的脉冲电流馈入天线。一部分电流通过①、③、②构成的电流环（或磁振子）向自由空间辐射,同时产生反射波和热耗（由于激励脉冲的上限频率较低，天线的热损耗一般可不予考虑）；另一部分电流通过①、④、⑤构成的阻抗渐变型tem喇叭（主要表现为电振子辐射器）向自由空间辐射，同时也产生反射波。
图2 激励脉冲波形 图3 激励脉冲频谱
根据以上分析，可以得到该天线等效电路，如图4所示。其中rring、rtrumpet分别为天线的磁振子（电流环）与电振子（tem喇叭）的辐射电阻，二者与激励信号的频率f成非线性关系。
图4 电-磁振子天线等效电路图
天线中的电流环为并联谐振回路，随着频率的提高，电流环由低频短路负载逐渐转变成为以磁振子为主的辐射器，磁振子的辐射电阻rring也相应增加。对低频而言，电流环为小环辐射器，相当于磁基本振子，其辐射特性等同于磁基本振子；而对高频而言，它又相当于大电流环辐射器，可以应用大电流环辐射理论来分析其输入特性和辐射特性。
在电-磁振子组合型超宽带天线中，tem喇叭相当于串联谐振回路。随着频率的提
上一篇：毫米波多通道扫频天线测量系统
上一篇：网络分析仪测天线S参数应用实例
相关技术资料- 5-14高精度智能磁性传感器芯片KTM5900
- 5-14新一代全光纤工业光总线技术应用前景
- 5-14通感控一体全光网芯片TS-PON Gen2
- 5-14Sub-GHz/Wi-SUN 收发器技术参数设计
- 5-14低功耗 8 位和 16 位微控制器（MCU）
- 5-14双 LVDS （OpenLDI） LCD 视频处理器
- 5-13业界新型“Dauerpower”逆变器SiC MOS
- 5-13电源管理芯片 (PMIC)应用详解
- 5-13 Power Management Buck/降压转换器̴
- 5-13AI GPU 和 TPU的超高功率密度电源模块
- 5-13高性能CMOS图像传感器芯片参数设计
- 5-13四丛集架构10核心方案SS1101处理器
- 相关IC型号
公网安备44030402000607
