超宽带天线研究报告

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1、超宽带天线研究报告一、背景1.1超宽带(UWB——UltraWideBand)介绍超宽带技术［1・3］的最初形式为脉冲无线通信，起源于20世纪40年代，从其出现到20世纪90年代之前，UWB技术主要作为军事技术在雷达和低截获率、低侦侧率等通信设备中使用。近年来，随着微电子器件的技术和工艺的提高，UWB技术开始应用于民用领域。超宽带通信是一种不用载波，而通过对具有很陡上升和下降时间的脉冲进行调制(通常，脉冲宽度在0.20-1.5nsZ间)的一种通信，也称为脉冲无线电(ImpulseRadio).时域(TimeDomain)或无载波(CarrierFree)通信。它具有GHz

2、量级的带宽，并因其发射能量相当小，因此可能在不占用现在已经拥挤不堪频率资源的情况下带来一种全新的语音及数据通信方式。超宽带要求相对带宽［4］比高出20%或者绝对带宽大于0.5GHz,其传输速率可超过100Mbps,具冇这样特性的系统称为UWB系统。图1.1超宽带频谱图UWB由于占有带宽达到数GHz,即使传送路径特性良好也会产生失真，但其具有以下的优点，使得UWB仍然倍受重视［2］。1、抗干扰性能强：UWB采用跳时扩频信号，系统具冇较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量述原出来，在解扩过程中产生

3、扩频增益，因此，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。2、传输速率高：UWB的数据速率可以达到几十Mbps到几百Mbps.3、带宽极宽：UWB使用的带宽在1GHz以上。超宽带系统容量大，并廿可以和目前的窄带通信系统同时工作而互不干扰。4、消耗电能小：通常情况下，尤线通信系统在通信时需要联系发剔载波，因此，要消耗一定电能。而UWB不使用载波，只是发出瞬时脉冲电波，则只在需要时才发送脉冲电波，所以消耗电能小。5、保密性好：UWB保密性能表现在两方面:一方面是采用跳时扩频，接收机只有己知发送端扩频码时才能解出发射数据:另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法

4、接收。6、发送功率非常小：UWB系统发射功率非常小，通信设备可以用小于Imw的发射功率就能实现通信。低发射功率大大延长系统电源的工作时间。况11,发射功率小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小。这样，UWB的应用面就广。7、定位精度高：信号的定位精度与英带宽直接相关，UWB信号的带宽一般在500MHz以上，远远高出一般的无线通信信号，因此，其所能实现的定位精度也很高。基带窄脉冲形式的信号，因为其带宽通常在数GHz,所以其定位精度更是可以高达厘米量级。而11,它把多路径的时延分解到Ins以下，这样就能充分抑制多路径衰落的影响：利用高的路径分解能力,可用UWB实现室内的高速高质

5、量近距离无线通信:发送功率极低，不对英它宽带传输带来影响口。1.2超宽带信号UWB的主要信号形式可分为传统的基带窄脉冲形式（如图1.2所示:不用余弦载波）和调制载波形式［4,5］o前者多用于探测、透视、成像、以及低速、低功耗、低成本通信等领域;而后者是2002年FCC规定了UWB通信的频谱使用范围和功率限制后产生的，是日前UWB高速通信较多采用的一种。通常脉冲时宽从微微秒到纳秒;典型的脉冲为高斯型及升余弦波形式等;脉冲重复周期为O.lnso在系统设计过程中UWB信号的波形和脉冲宽度对信号的频谱分布及减1141其它RF系统的影响起决定性作用。通常，UWB信号的脉冲宽度在0.

6、2-l.SnsZ

7、Hjo单个脉冲信号的两个突出的特点:一是激励信号的波形为具冇陡悄前沿的单个短脉冲，二是激励信号包括很宽的频谱，从直流（DC倒微波波段。目前产牛脉冲源主要有两类方法：一是光电方法，二是电子方法，后者是口前应用最广泛的方案。而调制载波形式为：通过调制载波，可将UWB信号搬移到合适的频段进行传输，从而可更加灵活、有效地利用频谱资源。同时，调制载波系统地信号处理方法与一般通信系统采用的方法类似，在目前的条件下，更容易实现高速系统。1.3超宽带天线简介1.3.1概念：超宽带天线［1］顾名思义就是带宽非常宽的天线，这种说法其实是在频域的对犬线带宽的定义是就某个参数而

8、言，天线的性能符合规定标准的频率范围。在此范围内天线的特性如输入阻抗、效率、波瓣指向、波瓣宽度、副瓣电平、方向系数、增益、极化等在允许的范围内。也就是，某项给定的技术指标不超岀给定的范围所对应的频率范围。其实这正是传统的窄带天线性能分析方法。因为以前窄带天线要发送的信号基木都是己经调制过的正弦波信号，所以在设计天线吋对带宽并没冇要求非常苛刻（极宽的带宽）。只要针对某个载波频率设计就可以了，在这个载波频率附近天线的性能满足耍求，变化不大。但是，当要发送的信号不是正弦波调制信号天线就不能满足要求了，而是儿百皮秒或者纳秒级的窄脉冲信