便携设备中带陷蝶形uwb天线的分析与设计

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1、西南科技大学硕士研究生学位论文第1V页4．1人体头部对UWB天线性能影响的定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6l4．2本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．66结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．67致谢⋯．．：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．69参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一70攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．76西南科技大学硕士研究生学位论文第l页1绪论1．1研究

2、背景及意义超宽带(UWB)技术首先是在美国军方得到关注和应用的，它始于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术，主要应用在军用雷达等通信和定位系统中。2002年4月，美国FCC通过了超宽带技术在限制功率辐射条件下的民用许可，正式将3．1GHz～10．6GHz频段作为超宽带通信的用途对民众开放，而在美国FCC发布的02．48号报告及规则中规定了超宽带信号的发射规则，即在此频段内发射功率不得超过．41．3dBm／MHz，这是超宽带技术发展史上的一个里程碑⋯。从此，UWB技术打破了几十年来仅在雷达和军用通信系统中应用的局限，开始成为学术界

3、、产业界和相关标准化组织所关心的一个新的热点。FCC对超宽带的定义为：信号的相对带宽大于等于20％，或绝对带宽大于等于500MHzl2j。而且UWB技术具有高传输率、高定位精度、低功耗、低成本、低截获率、抗多径干扰能力等优点，使得它成为像WPAN等短距离高速率无线接入的首选方案。世界许多知名的广商比如Intel、Freescale等都在致力于UWB设备的研制与推广。．而作为超宽带通信系统的重要组成部分，超宽带天线的研究与设计自然也就成为了人们研究的重点。相对于传统的窄带天线，适合超宽带通信系统的超宽带天线需要几个倍频程的带宽，

4、而且要求天线在整个工作频带内具有稳定相位中心和平坦的群延时，所以，超宽带天线的设计对超宽带技术的发展也是一个巨大的挑战。早期的超宽带天线一般体积比较庞大，结构复杂而且不易与前端电路集成，但随着近年来短距离高速无线通信的发展，尤其是通信设备逐渐的便携化，人们也就要求未来超宽带无线通信设备中的超宽带天线具有小型化、宽带化、效率高、易与前端电路集成等特点，以满足短距离内便携式超宽带无线通信系统应用的需要。而且在3．1GHz～l0．6GHz这个极宽的频带内，也存在着其他无线通信系统，比如5．15GHz～5．35GHz的IEEE802．

5、1la、5．725GHz-5．825GHz的HiperLAN／2和3．4GHz-3．6GHz的WiMAX等，尤以WLAN应用最为广泛，如何避免超宽带通信系统与其他通信系统之间的干扰是一个亟待解决的问题，这就要求所设计的超宽带天线在其他无线通信系统频段具有带陷的特性。西南科技大学硕士研究生学位论文第2页1．2国内外发展现状第一代超宽带天线的出现可以追溯到一百多年前的“火花隙”发射机时代。1898年，OliverLodge提出了调谐的概念13J，即为了得到最大的接收信号，发射机和接收机应当调整在相同频率上，在这个专利技术中，他也讨

6、论了一类“电容面’’，也就是超宽带天线。Lodge的这项研究诞生了最早的超宽带天线理论，但在此之后人们并没有关注这种宽带天线，过多的注意力都放在窄带天线的研究上，直到20世纪80年代超宽带电磁学在理论和关键技术上有所突破后，超宽带天线才重新被人们所关注。而当时已有的超宽带天线主要是应用在美国的短脉冲雷达上14J，而且在1990年以前，超宽带天线基本都是立体状结构，体积庞大，制作复杂，比如，美国陆军研究实验室研制的一种加载TEM喇叭天线【5】，为圆锥形三维结构，喇叭张角末端为螺旋弯曲并加载工作于L波段，可以在两维空间内控制方向图

7、，但尺寸很大。而超宽带天线具有真J下意义上的发展史在FCC在2002年允许超宽带技术商业化以后，各国的重要研究机构和高校都青睐于超宽带诱人的技术优势。Ohio大学电子科学实验室研制的瞬态场测试用双菱形平板加反射板的TEM天线，工作于O．1GHz～2GHz，带宽较大，但是平衡馈电解决的不好，方向图明显的不对称【6】o九十年代以后，在大多数实际应用中，天线采用平面结构在尺寸及系统整合上都比三维结构更具有优势，所以，应用在lGHz～10GHz频段内的超宽带天线其结构更具有平面化的趋势17J。平面化的超宽带天线可由性能良好的三维超宽带

8、天线演变而来。Polytechnic大学WEBER研究所研制的微带超宽带天线阵，没有采用加载技术，可以在两维空问内控制方向图，但相对带宽不大IsJ。NASA和瑞典技术发展委员会资助Massachusetts大学研究的终端馈电渐变缝天线有多种形式，如指数渐变缝隙天线(Vival