新型平面蝴蝶结槽天线的分析

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1、第一章绪论1．1研究背景1898年OliverLodge提出了“调谐"的概念，即发射机和接收机应当调整在相同频率上，以得到最大接收信号。在同一个专利技术中，Lodge讨论了一类“电容面"，也就是天线。“作为充电表面或者电容面，可以用球形板，矩形板，或者其他金属表面制作。为了满足低电阻和大静电电容要求，我倾向于采用锥面，三角形平板，或者其他张开的表面，从顶点连接，并且在空间延伸较大的面积。也可采用一个孤立的金属面立于地球表面，而地面或嵌于地面的金属板则构成相反的充电表面，，【¨。Lodge的这番论述就是最早的超宽带天线理论，涉及到V-锥天线，三角板天线，双锥天线，单极子天线

2、等宽带天线。20世纪实际以来，随着现代军事应用和无线通信业务的发展，对通信系统带宽的要求越来越宽，使得对宽频带天线的研究也日益活跃，超宽带天线也逐步成为天线学科研究领域中的一个重要分支【2J。宽带天线基本上包括以下几种形式；频率无关天线(螺旋天线，对数周期天线)、双锥天线、V一锥天线、TEM喇叭天线、波纹喇叭天线以及加载天线等。随着超宽带通信方式的提出，工作于3．1~10．6GHz的宽频带天线的报道较多，主要以双锥天线的各种演变形式为主【31，包括蝶形天线、泪滴天线、渐变槽缝天线等及其变形形式【4】[51。目前应用比较广泛的超宽带天线包括TEM-Horn天线、反射面天线、

3、透镜反射面天线以及超宽带天线阵列【6】【。丌。虽然这些天线在实际工程中广泛使用，由于他们自身结构的限制，如尺寸过大、结构复杂、安装不便等，人们还是倾向于尺寸更小、加工和安装更方便的新型超宽带天线。近年来，科学工作者的努力提供了多种新型的超宽带天线以及增加天线带宽的设计，计算方法。新型的超宽带天线主要包括由V一锥天线发展而来的蝴蝶结天线及其多种变形、用于不同目的的各种槽天线(taperedslotantenna)、近年来发展起来的宽槽天线(wideslotantenna)等等，这些天线比早期的宽带天线不但在阻抗带宽上大大提高，而且天线方向图的稳定性也有不同程度的改善。在超宽

4、带技术方面，除原有的加载方法、加袖技术和折合方法等单纯的方法外，目前还电子科技人学硕+学位论文发展了多种技术结合的增加天线带宽的方法以及基于计算机技术的优化方法，取得了非常好的性能。1．2传统的超宽带天线类型1．偶极子天线及其加载偶极子天线是最基本的天线，本质上是窄带天线，半波振子当VSWR小于2时的匹配带宽小于30％。从小振子到半波振子，偶极子天线的E面辐射方向图基本不变，当振子长度超过0．6波长时，方向图逐渐过渡到多波瓣形状，H面是全向辐射的。偶极子天线的最大增益6dBi，无穷小振子最大增益1．5dBi。虽然偶极子天线是窄带天线，通过加载等技术措施可以显著展宽它的工作

5、频带，偶极子加载可以是阻抗加载，也可以是电抗加载，可以连续加载，也可以离散加载，加载的目的是使天线单位长度阻抗沿天线臂按指定规律变化，在天线上形成行波电流分布。2．锥形天线普通振子天线作为谐振天线，其电流呈驻波分布，输入电阻及输入电抗是其长度的敏感函数，理论和实验结果都表明，振子天线的输入阻抗随点长度而变化的剧烈程度主要取决于天线的特性阻抗，特性阻抗越大，输入阻抗随电长度的变化越剧烈，天线的带宽越窄；反之，特性阻抗越小，天线的带宽就越宽。振子天线的特性阻抗主要取决于长细比厂，即y=2*h(2*l／a)，其中Z是天线振子臂的长度，a为天线臂的半径。因此加粗振子直径的方法可以

6、增加天线的带宽。锥形天线及它的变形形式是基于展宽振子直径的原理来实现宽带的。3．等角螺旋天线谢昆诺夫在五十年前提出了一个著名的超宽带天线原理：如果天线的形状完全由角度决定，天线的性能将与频率无关。这一原理称为角条件，这是著名的电学比例原理的一个推论。严格意义上的角条件要求天线尺寸是无限长的，例如无限长双锥天线就是明显的例子，但这没有实际意义。实际应用的超宽带要求天线尺寸是有限长度的，对某一频率，在定长度之后的辐射已衰减到可忽略的值，而这一长度是与波长成正比的。这就是符合角条件的超宽带天线的特征。这一类天线就是等角螺旋天线。天线由中心处馈电，平面等角螺旋是双向辐射，锥面等角

7、螺2第一章绪论旋是单向辐射，这种天线的最高与最低频率之比了做到10：1，带宽决定于天线的尺寸和馈电端的精细程度。4．对数周期天线对数周期天线相当于对锥面等角螺旋天线沿锥面作一切片，并把切割到的螺旋臂向锥轴延伸成梯形带称为齿。进一步还可演化为偶极子阵，因此也可以说它的工作原理符合角条件，虽然不是完全符合。对数周期天线和锥面等角螺旋天线一样，也是从顶端馈电，电流流向两侧的齿或偶极子，随着距离的增加，依次为传输区，辐射区和衰减区，传输区可视为不辐射，辐射区是在振子长为半波长(齿长旯／4)谐振的区域，其后电流迅速衰减完了。随着波长增加