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超宽带脉冲天线研究综述
发布时间:2013-03-27 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]-
双锥天线是能够用分离变量法求解波动方程的 一种天线形式，无限长的锥形天线具有很好的宽带 特性，很多实验中用此天线作发射参考天线。但实 际应用中长度有限，引起终端的不连续而降低了阻 抗带宽，也可采用加载方法，为减轻锥体重量，可采 用金属网状结构，双锥天线在小型便携式移动设备 中应用不方便。
偶极天线的传递函数相位特性具有近似线性， 通过加载技术可以提高幅频特性带宽．文献 报道了用于冲激脉冲探地雷达的“背载”式电阻 加载天线的实验研究，证明了加载天线提高了系统 性能。由于天线加载增加了能量的损耗，降低了天 线的效率，为提高天线加载效率，有学者将“Wu- King”的线性电流分布扩展为双指数电流分布， 理论分析表明有利提高天线效率。
不仅线天线可以进行加载，具有平面金属板结 构的天线如TEM喇叭天线或领结(bow—tie)天线也可进行加载。TEM喇叭天线的加载方式可以是沿 平板向外整个平板电阻值呈指数规律增大分布， 或在金属平板外扩展一段有分布电阻加载的平板一 起构成喇叭两臂。加载电阻可以是连续分布或 集总电阻的离散分布。文献也研究了在 TEM两臂间填充介电材料方法提高了天线增益和 VSWR带宽，文献设计了一种TEM喇叭天线， 把喇叭臂延长并弯折回馈电处，再放置反射背板以 提高辐射效率。领结天线在探地雷达中应用最为广 泛，可看成是双锥天线的平面形式，其两平面三角臂 也可采用相同的方式进行加载，也有在领结天线的 金属表面刻划出一条条的缝隙形成电容加载效 果，或再在缝隙上跨接集总贴片电阻形成阻容加 载效果，周游等人设计了这种领结天线并进行探 地雷达应用测试，100～1300 MHz的测试范围内 VSWR<2．5，脉冲最大拖尾为主峰值的20％，证实 了天线的良好时域性能。为提高效率，有研究者设 计出用13条线元代替三角形金属臂的线型领结天 线。
4高效率、小型化是超宽带高功率脉 冲天线研究热点
在高功率超宽带脉冲辐射中，TEM喇叭天线 应用最广泛，也出现了以TEM喇叭为馈源的介质 凸镜天线以及TEM喇叭为馈源的抛物反射面天线 等高功率超宽带电磁脉冲辐射装置，这种天线几何 尺寸较大。
TEM喇叭天线是由平行平板传输线张开成喇 叭面形成，具有沿轴向外的辐射方向性。在军事上 有重要应用价值，如高功率微波武器、脉冲雷达、电 子对抗等。人们从阻抗匹配的观点、口径辐射的观 点、低频补偿的观点等不同设计思想提出了不同的 TEM喇叭天线结构形式：‘柳叶’型TEM喇叭天 线、恒阻抗TEM喇叭天线及加脊TEM喇叭天线。 ‘柳叶’TEM喇叭天线其喇叭面呈柳叶形以得到从 馈电处的5012到自由空间的377f1指数型阻抗过 渡，实现馈电脉冲无反射地辐射；恒阻抗TEM喇叭 逐渐变宽的喇叭面的宽度与张开的距离之比保持恒 定；加脊喇叭是在喇叭内的金属臂上加上金属脊线。 这类天线的效率不高，刘小龙研制了一套高功率 超宽带辐射系统并进行了全面的测试，一12 dB频 谱宽度为151～1200 MHz，分析计算天线的辐射效 率约为37％。孟凡宝研究了高功率同轴双锥天 线的脉冲辐射特性，天线的VSWR小于4时低频端可达到150 MHz。辐射功率大于100 Mw，天线 的功率效率约为65％。喇叭圆锥长70多厘米。
提高天线的辐射效率和减小天线馈电处的反射 是这种高功率天线研究的目标。从频域的观点看， 对于低频分量，同样条件下辐射能力较差。为减小 辐射波形失真和防止反射脉冲可能造成脉冲产生装 置的损坏，增加脉冲信号的低频辐射能力是一种提 高效率减少反射的有效方法。喇叭内加脊可增加低 频辐射能力；采用电一磁振子组合型也可提高 低频段的辐射能力。电一磁振子组合型设计思 想是将TEM喇叭视为电偶极子，用良导体或者用 适当加载的导体从侧后方将喇叭连接成为一磁偶极 子以增强低频辐射；还有一种办法是在TEM喇叭 末端附加一段弧面，依靠电子运动轨迹改变，使低频 电流进一步产生辐射。在喇叭两臂间放置介质 材料也能降低截止频率。一种平面结构的TEM 喇叭天线被设计并作为天线阵单元使用，这有利 于减小天线重量和体积，工作频带在0．15～1．75 GHz内。
5基于短程通信应用超带宽天线成为 另一研究热点
2002年2月14日美国联邦通信委员会(FCC) 批准在3．1～10．6 GHz频段作为短距离高速率超 宽带通信商业应用，这使超宽带平面天线成为一个 研究热点，近几年，国内外有大量这方面的天线设计 研究报道。这类天线一般由覆在介质基片同侧 或两侧的金属贴片和导体地板(电路印制板)构成， 可以是单极天线结构或双极天线结构，多是采用微 带线馈电或共面波导馈电，这类天线低成 本、小尺寸(几个厘米长或宽)、小功率应用，以便与 系统的其他电路集成，这种结构天线在微机电系统 (MEMS)上也可应用。为了展宽频带，可以选择不 同介电常数的介质基片或改变金属贴片的形状，如 方形、圆形、椭圆形。Edward Lule“2]设计的平面菱 形天线在VSWR<2时的带宽可在2．57～13．72 GHz，具有全向辐射特性，天线输入阻抗与方向性随 频率的变化很小。一种方形平面双极天线可在 0．5～2．7 GHz频带上有低反射系数。J．Liang 等设计的圆形贴片印刷单极天线阻抗带宽超过 5．3：1，S1l≤一10 dB的频率范围从2．27 GHz到 12 GHz以上。J．Jung等设计的超宽带印刷单极 天线在其单极贴片上有梯形过渡，地板上也开了矩 形槽，这相当于在贴片单元与地板之间增加一个匹配网络，从而展宽了天线的带宽。该天线的尺寸只 有16×18 1Tim2，覆盖频率范围3．1～1l GHz。
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