高性能超寬帶(UWB)天線的研究與應用.pdf

1、超寬帶（UWB）技術具有高數(shù)據(jù)傳輸速率、低能耗、低成本和高保密性等特點，得到了迅速的發(fā)展，并應用于通信，醫(yī)療等領域。特別是自2002年美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)把3.1GHz-10.6GHz作為商業(yè)頻段應用以來，超寬帶通信技術得到了工業(yè)界和學術界的廣泛研究。超寬帶天線作為超寬帶通信系統(tǒng)中關鍵部件之一，其性能好壞直接影響系統(tǒng)的通信質(zhì)量。首先，超寬帶通信系統(tǒng)的頻段非常寬，與現(xiàn)有已經(jīng)使用的許多窄帶通信系統(tǒng)存在頻率上的重疊。為了避免超寬帶系統(tǒng)

2、和窄帶系統(tǒng)之間的潛在干擾，設計具有陷波特性的小型化超寬帶天線具有重要的價值。其次，在不同的環(huán)境下需要使用不同的天線工作模式時，即需要超寬帶天線覆蓋整個超寬帶通信帶寬時，需要重新設計超寬帶天線，增加了天線的設計成本。設計可重構(gòu)超寬帶天線，不僅能滿足超寬帶通信的需求，同時還可以為陷波超寬帶通信系統(tǒng)提供服務。再次，隨著無線技術的發(fā)展，頻譜資源緊缺，認知無線電技術能有效的解決頻譜資源緊缺的問題。設計超寬帶認知無線電天線可以解決頻譜資源緊缺，實現(xiàn)

3、頻率重構(gòu)。最后，多輸入多數(shù)出通信系統(tǒng)擁有高容量，高效率，抗多徑傳播等特性，可以提高無線通信的質(zhì)量。因此，結(jié)合多輸入多輸出系統(tǒng)的優(yōu)點，研究多輸入多輸出超寬帶天線具有現(xiàn)實意義。
　　本文主要研究內(nèi)容為高性能超寬帶天線的設計與應用，通過理論分析，電磁仿真和實驗測試相結(jié)合的方法探索濾波器技術、開關技術和多輸入多輸出技術在高性能超寬帶天線設計中的應用，進而設計性能優(yōu)越的超寬帶天線。本課題圍繞超寬帶天線的陷波特性和重構(gòu)特性展開研究，涉及濾波器

4、技術，重構(gòu)技術，認知無線電技術和多輸入多輸出技術等多個領域。本文主要采用理論分析，建模仿真和實驗測試等手段對提出的高性能超寬帶天線進行研究，主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新成果如下：
　　首先，針對超寬帶通信系統(tǒng)和授權(quán)使用的無線局域網(wǎng)以及 X波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)之間存在的潛在干擾，提出了集成 T形調(diào)諧棒和階狀阻抗諧振腔結(jié)構(gòu)的單陷波超寬帶天線和雙陷波超寬帶天線，避免了因刻槽引起的輻射，有效地抑制了無線局域網(wǎng)頻帶和 X頻帶內(nèi)的窄帶信號對超寬帶系統(tǒng)造成的

5、干擾。建模仿真了所設計的陷波超寬帶天線，該天線不僅能覆蓋超寬帶通信帶寬，同時能在無線局域網(wǎng)頻帶和 X頻帶內(nèi)產(chǎn)生有效的陷波特性。這些超寬帶陷波天線不僅實現(xiàn)了調(diào)諧棒和階狀阻抗諧振腔濾波器與超寬帶天線的集成，實現(xiàn)了超寬帶陷波功能，達到了超寬帶通信系統(tǒng)抗干擾的目的。
　　其次，針對超寬帶天線和陷波超寬帶天線的重復設計問題，提出了四?？芍貥?gòu)超寬帶天線結(jié)構(gòu)，即利用開關技術控制陷波超寬帶天線的陷波特性，調(diào)整陷波超寬帶天線的工作模式，實現(xiàn)四?？芍?/p>

6、構(gòu)超寬帶天線的設計，即超寬帶天線，陷波超寬帶天線，雙頻帶天線和三頻帶天線；克服了超寬帶天線和超寬帶天線的不兼容設計問題，實現(xiàn)了多功能超寬帶天線的一體化設計；分析了四模可重構(gòu)超寬帶天線的設計方法，研究了該天線的陷波特性和重構(gòu)特性，發(fā)現(xiàn)階狀阻抗諧振腔的諧振特性可以由開關通斷進行控制；實驗結(jié)果驗證了設計的可行性、有效性和仿真的正確性。
　　再次，針對頻譜資源緊缺的問題，采用缺陷微帶線技術和開關技術控制陷波超寬帶天線的陷波頻帶和工作狀態(tài)，

7、設計了單端口饋電和雙端口饋電的超寬帶認知無線電天線，使所設計的單端口饋電的超寬帶認知無線電天線工作在重疊式傳輸模式和隱藏式傳輸模式，解決也了頻譜重疊造成的頻譜緊張問題。單端口饋電的超寬帶認知無線電天線通過陷波的方法，實現(xiàn)了重疊式傳輸，避免了超寬帶通信系統(tǒng)與主要授權(quán)窄帶系統(tǒng)之間的干擾，使窄帶通信系統(tǒng)穩(wěn)定工作；利用超寬帶天線的低功率特性，實現(xiàn)單端口超寬帶認知無線電天線的隱藏式傳輸。針對雙端口饋電的超寬帶認知無線電天線，研究了寬槽超寬帶天線和

8、寬槽窄帶天線的獨立設計和集成方法，分析了天線的阻抗特性和輻射特性，實現(xiàn)了超寬帶感知和窄帶重構(gòu)通信同時工作，提高了頻譜利用效率。
　　最后，針對MIMO-UWB天線在手持移動終端中的互耦大的問題，本文提出了采用徑向加載結(jié)構(gòu)的調(diào)諧棒降低互耦的方法，研究了二元超寬帶天線陣列的公共接地面上插入徑向加載結(jié)構(gòu)的調(diào)諧棒的性能，有效引導陣元間電流流向徑向加載結(jié)構(gòu)的調(diào)諧棒，降低了天線陣元之間的耦合，提高了二元多輸入多輸出超寬帶天線的隔離度。仿真和測