改陆亚楠论文 - 图文

第一章 绪论

1.1 天线的概述

天线（antenna)是一种变换器，它把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介（通常是自由空间）中传播的电磁波，或者进行相反的变换。在无线电设备中用来发射或接收电磁波的部件。无线电通信、广播、电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，凡是利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进行工作。此外，在用电磁波传送能量方面，非信号的能量辐射也需要天线。一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。 1.1.2 天线的分类

从电磁学角度来分，天线大致可以分为一下几个类型：

（1）电小天线：天线尺寸远小于波长的天线。有电偶极子天线，磁偶极子天线，单极子天线以及其他形式的偶极子天线[4]。

（2）谐振天线：在一个点频或者比较窄的频带范围内有谐振特性，天线的典型尺寸接近半波长。木天线等。

（3）孔径天线：它的辐射源是一个二维分布的电磁场。这类天线有喇叭天线、反射天线等等。喇叭天线的形状就像漏斗状，它直接与波导连接。 （4）宽带天线：是我们目前主要研究的内容。宽带天线是现在无线电系统需求的一个明显趋势。好多的无线电通信系统都要求天线需要具备宽带的功能 [18]。

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（5）阵列天线：许多单元天线按一定布阵方法在空间中排列并按一定方式互相连接起来构成的天线。

还有许多类型的天线难以列出，即便是同一类型的天线，当用于不同频率、不同环境、不同电子系统时，会有千差万别的表现，也要仔细研究设计。 1.1.3 天线的应用

天线是无线通信技术中一个重要组成部分，无线信号的接受与发射都是要通过天下来实现，所以天线是电磁波传播的重要媒介。天线主要负责信号接受与发射系统中电磁波的转换，以完成无线电信号的在空间的自由传递

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。但是，随着天线应用技术的日益成熟及普及，如何合理的开发与利用频

谱资源又成了困扰人们的重要问题。不管无线电系统如何发展，始终都要涉及信号的接收和发射问题，所以天线的在无线信号传递过程中的作用无可替代。因此，如何更好地更合理的开发利用频谱资源是天线设计所要考虑解决的重要问题。

1.2 如何产生阻带

实现阻带功能的一种方法是将UWB天线和一个带阻滤波器相连接，但这会使系统的复杂性增强。所以更经济的方法是直接采用具有带阻功能的UWB天线。近年来，提出了多种实现带阻的结构：文献[1-2]提出通过对主贴片加载寄生贴片来实现带阻功能；文献[3]提出在环形天线内加载C型寄生单元实现带阻技术；文献[4]提出通过加载电感电容实现带阻；最常用的实现带阻的方法是在圆形贴片上开三角形槽、椭圆形槽或弧形槽，在矩形贴片上开U型槽，在多边形贴上开V型槽等。文献[5]在单极子天线的贴片上开

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槽引入半波长谐振结构，以获得带阻功能。文献[6]在天线的接地板上开槽获得带阻功能。因此，研究具有阻带功能的超宽带天线对整个通信系统将有非常重要的意义。

1.3 天线的研究

1.3.1 天线的研究现状

1873年麦克斯韦(Maxwell)从理论上预言电磁波存在，并于1879年由马可尼(Marconi)首次获得一个完整的天线电报系统专利。随着科学技术的不断进步，人们对电磁波在自然界中客观存在这一事实广泛达成共识。经过人们不断努力，电磁波被广泛应用到人类的生活之中。目前的3.1-10.6GHz 频段划归超宽带（UWB）的民用频段，但是在这个范围内存在其他好几个窄带通信系统，比如WiMax(3.3～3.7G)和Wlan(5.15～5.825GHz)。为防止或者减轻这些窄带系统对超宽带系统的干扰，超宽带天线需要有频带抑制功能，也就是我们说的阻带功能。为了让超宽带天线具有阻带功能，世界各国的学着科学家们都在努力的研究，也做了大量实验。有想通过在介质板上加载的寄生贴片形状的不同来增加阻带特性的，也有想通过在辐射的贴片上嵌入不同形状的缝隙的，以便实现在不同频段实现阻带功能 [6]。

实现阻带功能的一种方法是将UWB天线和一个带阻滤波器相连接，但这会使系统的复杂性增强。所以更经济的方法是直接采用具有带阻功能的UWB天线。

目前的研究主要是考虑天线应该具有的和必须具有的以便适应现在通信系统的一些要求，比如天线的尺寸尽量小，天线的辐射效率尽量高，天线

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的方向性，天线的驻波系数等等，尽量凭当前的技术把天线各项指标做到最优。我国对超宽带天线的研究比国外的发达国家晚了很多，各向专利成果月不如他们。2000年，超宽带技术才引起国内的科研机构重视，才着手研究，由此拉开了我国在超宽带天线领域研究的帷幕；2001年，超宽带天线的研究被列入了我国的863计划之中，这样超宽带天线的研究就得到了国家的大力支持。2004年，超宽带技术的研究得到了国家自然科学基金会的关注和大力支持，补充了超宽带研究的经费。截止到2007年1月，国际上总共有63项关于超宽带天线的发明专利，但是可惜的是在这63项专利中，只有9项是来我们中国，剩下54项发明专利主要来至美国、韩国、日本等国家。从这里我们也可以看到，目前我国对超宽带的研究确实很落后[9]。 1.3.2、天线研究的意义

随着科学的发展社会的进步，高新科技产品的更新换代，社会对天线的需求量增大，质量要求增高，功能种类也增多。天线是一个很重要的高科技产品，只要人类社会不倒退，天线有必要也必须用当前最新的技术手段将对其的研究持续下去[5]。

随着美国联邦通信委员会对超宽带技术应用限制的逐步放宽，超宽带天线技术的应用空间将越来月广阔[5]。

同时,超宽带通信系统的工作频率段内存在诸如无线局域网（WLAN）等其他窄带通信系统。为了防止超宽带通信系统和其他通信系统潜在的相互干扰，需使超宽带天线在一些频段上产生阻带，即具有带阻功能。文献[22]在单极子天线的贴片上开槽引入半波长谐振结构，以获得带阻功能。文献[23]在天

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