《超寬帶天線》PPT課件

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1、超寬帶電子學及應(yīng)用授課教師：楊宏春第5章超寬帶天線設(shè)計5.1描述天線的參數(shù)5.1.1描述頻域天線的參數(shù)(1)方向圖f(θ,φ)特定頻率點上，天線的遠區(qū)輻射場可以表示為令f(θ,φ)的最大值為1，畫出的天線歸一化方向圖。(2)方向性系數(shù)D相同條件下，天線方向圖上最大功率密度與點源天線之比(3)增益G相同輸入功率條件下，天線方向圖上最大功率密度與理想全向天線功率密度之比(4)輸入阻抗：天線饋電端口電壓和電流之比(5)天線效率其中Pr，PL，Pin分別是天線的輻射、損耗和輸入功率(6)極化方向天線最大輻射

2、方向上電場矢量隨時間變化在空間描出的軌跡；天線的極化形式分為線極化，圓極化和橢圓極化三種。(7)帶寬：天線工作的頻率范圍天線有多種形式的帶寬，方向圖帶寬﹑增益帶寬﹑輸入阻抗帶寬等，用得較多的是天線輸入阻抗帶寬。5.1.2描述時域天線的參數(shù)(1)波形保真系數(shù)兩個信號f1(t)和f2(t)的自相關(guān)和它們之間的互相關(guān)定義為兩個時域信號的波形保真系數(shù)為最大歸一化互相關(guān)系數(shù)(2)能量方向圖(3)能量方向系數(shù)(4)能量輻射效率(5)天線傳輸因子(6)天線輸入反射系數(shù)(7)輻射阻抗(8)增益(9)極化特性(9)天

3、線波束角(10)能量因子(11)有效能量高度(13)天線能量傳輸因子(12)有效高度(14)天線因子(15)有效面積Vre(t)為接收信號電壓，Ire(t)為接收電流，Ein(t)為入射電場5.2高功率一體化Vivaldi天線設(shè)計(1)設(shè)計要求單元輻射系統(tǒng)能夠承受饋電脈沖的高峰值電壓；饋電網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗與天線輸入阻抗匹配；輻射天線為定向天線且具有較高的輻射效率；陣列輻射天線布陣時應(yīng)使各單元天線間的耦合盡可能小。(2)設(shè)計思路定向天線選擇；一體化設(shè)計思路；5.2.1Blumlein線設(shè)計Blumlei

4、n形成線機械結(jié)構(gòu)設(shè)計儲能電容參數(shù)光導(dǎo)開關(guān)輸出電脈沖波形滿足設(shè)PCSS電壓轉(zhuǎn)換效率為?U，天線阻抗RA，輸出電脈沖能量?out平行板電容器電容設(shè)計應(yīng)滿足Blumlein線長度參數(shù)實現(xiàn)Blumlein線對lock-on鎖定脈沖截波，則Blumlein線寬度參數(shù)微帶線阻抗經(jīng)驗公式依據(jù)天線輸入阻抗、儲能電容、脈寬要求，可以確定Blumlein線長、寬、高參數(shù)5.2.2一體化天線參數(shù)計算(1)高斯脈沖的頻譜分析高斯函數(shù)其中以幅值半峰值為標準，饋電脈沖帶寬[0,fh]其中(2)Blumlein線S參數(shù)頻率為f的

5、電磁脈沖在介電常數(shù)為?r的介質(zhì)中的速度考慮駐波條件各駐波點頻率(3)槽天線仿真計算Vivaldi天線指數(shù)曲線指數(shù)曲線化簡I饋電點縫寬對槽天線參數(shù)的影響縫寬為0mm時，低頻點最低；縫寬為0mm時，輻射帶寬內(nèi)阻抗約40?；結(jié)論：縫寬取為0mmII天線長度對槽天線參數(shù)的影響天線長度增大，低頻點下移，但移動幅度不大；天線長度增大，阻抗變化率加大；結(jié)論：長度取260mm有助于天線小型化；且阻抗變化率相對較小III天線寬度對槽天線參數(shù)的影響天線寬度增大，低頻點下移，但移動幅度不大；天線寬度增大，阻抗變化率減小，

6、但變化幅度很?。唤Y(jié)論：寬度取260mm有助于天線小型化；且阻抗變化率變化幅度不大(4)一體化天線仿真與優(yōu)化IS參數(shù)仿真與優(yōu)化II時域波形與方向圖III非對稱一體化天線5.3全向偶極子天線設(shè)計5.3.1設(shè)計要求偶極子天線輻射的電磁脈沖波形為類二階高斯脈沖波形其底寬T=5ns?1ns；拖尾脈沖幅值A(chǔ)1/A?0.15.3.2設(shè)計思路依輸出脈沖波形頻譜確定輸入脈沖波形及天線尺寸采用加載等方法優(yōu)化天線參數(shù)，實現(xiàn)設(shè)計指標5.3.3頻譜分析(1)輸出脈沖信號頻譜典型輸出脈沖信號波形函數(shù)可近似為以此對輸出脈沖信號作

7、頻譜分析比較不同輸出脈沖信號波形，可確定輸入信號脈沖波形，天線中心頻率及帶寬等參數(shù)范圍(2)輸入脈沖信號頻譜各階高斯函數(shù)的頻譜計算各階高斯函數(shù)頻譜圖依據(jù)輸出脈沖信號頻譜及輸入脈沖信號波形，確定輸入脈沖脈寬參數(shù)輸入脈沖信號采用一階高斯函數(shù)輸入脈沖信號脈寬選擇標準5.3.4天線參數(shù)(1)天線長度諧振點頻率天線諧振點頻率應(yīng)該與輸出信號的中心頻率相等，由此決定天線的長度(2)天線其它參數(shù)的優(yōu)化計算金屬導(dǎo)體半徑圓錐尺寸優(yōu)化縫隙寬度優(yōu)化時域波形優(yōu)化時域方向圖優(yōu)化(3)天線加載