試析超寬帶脈沖輻射天線的饋源設(shè)計與優(yōu)化策略

高雪紅

【摘要】 超寬帶脈沖輻射天線的饋源能夠進(jìn)行優(yōu)化，是獲得良好的超寬帶性和高增益性的重要手段之一。目前，學(xué)術(shù)界上對于饋源設(shè)計的研究主要集中在梭形饋電臂結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過電磁仿真來探究饋電臂邊界形狀與饋電臂間夾角對天線性能的影響，以此分析出天線性能的影響因素，獲取天線結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值。而研究表明，優(yōu)化了的脈沖輻射天線具有較寬的阻抗帶寬，能夠有效降低其反射損耗，同時提高天線的增益，因此，優(yōu)化后的天線能夠廣泛應(yīng)用于超寬帶通信、脈沖雷達(dá)等領(lǐng)域，在未來的發(fā)展應(yīng)用前景較為廣闊。

【關(guān)鍵詞】 超寬帶 脈沖輻射天線 饋源設(shè)計與優(yōu)化

超寬帶脈沖輻射是實現(xiàn)UWB無線通信以及定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)，同時，也是目前超寬帶技術(shù)的重要組成部分，對超寬帶技術(shù)的影響非常大，因此，目前學(xué)術(shù)界上對超寬帶技術(shù)的研究主要集中在超寬帶脈沖輻射上。隨著社會的發(fā)展，信息技術(shù)水平不斷提高，目前，社會中大的無線多媒體業(yè)務(wù)需求以飛速的形式增長，人們對于超寬帶技術(shù)的要求也不斷提高，而市場上出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)需求與擁擠的頻譜資源分配之間的矛盾，這就需要一種高速的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來解決。而超寬帶（ultrawide band，UWB）的出現(xiàn)，以其容量大、成本低、功耗小等特點成為了目前用于解決網(wǎng)絡(luò)需求與擁擠的頻譜資源分配之間的矛盾的重要解決方案。

一、天線結(jié)構(gòu)與原理

為了能夠有效利用拋物面的口徑，脈沖輻射天線饋電臂的饋電點一般位于拋物面的焦點處。同時，為了使得饋電臂與反射面匹配良好，一般會采用梭形的饋電臂設(shè)計，令其末端與拋物面的邊緣銜接，以減少二者銜接處的不連續(xù)性；此外，在設(shè)計過程中，為了減少饋電臂對輻射的遮擋，還需將饋電臂所在平面與拋物面口徑垂直放置。整體而言，由于時域的復(fù)雜性，在脈沖輻射天線的設(shè)計過程中， 為了保證結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，應(yīng)該根據(jù)脈沖輻射天線的頻域性能進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)需求增加阻抗帶寬，最終通過超寬帶特性計算得出輻射脈沖的波形系數(shù)。這種方式的分析，能有效減小天線的失真幅度，加強(qiáng)天線的輻射脈沖信號。具體的天線基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

二、饋電臂邊界切削長度的影響

為了靈活調(diào)節(jié)饋電臂與饋電點的距離，脈沖輻射天線一般會設(shè)計三角形的饋電臂，但這種饋電臂卻存在一定的影響。饋電臂和饋電點的距離與饋電臂上的電流密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，一般情況下，饋電臂與饋電點的距離不斷增大，那么饋電臂上的電流密度就會不斷減小，饋電臂末端除外。因為饋電臂與拋物線之間直接相連，連接處的電流相對密集，主要是由于饋電臂邊界形狀的差異所引起的，與拋物線相連接直接影響天線，也會對天線造成一定的阻抗，對天線設(shè)備的輻射特性也會造成一定的干擾，因此，為了降低這種干擾因素，應(yīng)該對饋電臂的邊界形狀進(jìn)行設(shè)計，將一般的梭型改為三角形饋線，這樣能讓電流分流，避免能力的聚集，減少干擾和影響。

三、饋電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

一般饋線培植4個脈沖輻射天線的饋電臂，構(gòu)成一個平衡的結(jié)構(gòu)，其輸入阻抗一般200？左右，當(dāng)采用50？的不對稱線時，饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計將對阻抗有著非常大的影響， 所以，只有保證饋電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，同時保證轉(zhuǎn)換的平衡和阻抗的變換，才能達(dá)到預(yù)期的饋電網(wǎng)工作戰(zhàn)略目標(biāo)，脈沖輻射的正常工作主要是依靠超寬頻帶，所以，保證整個安全運行的前提是確保饋電網(wǎng)的超寬帶運行。例如一種雙面指數(shù)漸變的微帶線的巴倫，此巴倫屬于雙線形式，其指數(shù)漸變的上帶條和指數(shù)漸變的地板便于采用同軸線饋電，并且能夠達(dá)到阻抗變換的目的。在地板與上帶條的末端為相同寬度，但二者始終處于平衡的平行雙線結(jié)構(gòu)。而二者的末端均可以與電纜和天線相接，因此，可以在同一時間實現(xiàn)阻抗匹配以及平衡與不平衡之間的變換。而研究表明，當(dāng)相對介電常數(shù)εr=2.32、厚度為2mm 時，仿真優(yōu)化得到的最終參數(shù)為：L=200m，W1=6mm，W2=30mm，W=0.8mm時，性能良好。

四、結(jié)語

在本研究中，針對于超寬帶脈沖輻射天線的饋源設(shè)計進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)，以梭形的饋電臂為基礎(chǔ)不僅能有效減少能量的聚集，擴(kuò)展天線的帶寬，還能有效減小天線的失真幅度，加強(qiáng)天線的輻射脈沖信號。以這種當(dāng)時設(shè)計的饋電臂，能有效優(yōu)化超寬帶脈沖輻射天線的饋源功能。同時，研究表明，當(dāng)切削長度為L=F時，天線的性能等達(dá)到最佳的狀態(tài)，而當(dāng)φ0=20°時，同樣能有效改善天線的性能，并且達(dá)到擴(kuò)寬天線阻抗帶、提高天線增益的目的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 呂中華.超寬帶無線通信技術(shù)的探索[J]合肥師范學(xué)院學(xué)報.2011（03）

[2] 孫博，邱景輝，林澍，鄧維波.超寬帶脈沖輻射天線的饋源設(shè)計與優(yōu)化[J]天津大學(xué)學(xué)報.2010（12）