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(duì)于饋源設(shè)計(jì)的研究主要集中在梭形饋電臂結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)電磁仿真來(lái)探究饋電臂邊界形狀與饋電臂間夾角對(duì)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(shí)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(lái)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(jì)與優(yōu)化

超寬帶脈沖輻射是實(shí)現(xiàn)UWB無(wú)線通信以及定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)，同時(shí)，也是目前超寬帶技術(shù)的重要組成部分，對(duì)超寬帶技術(shù)的影響非常大，因此，目前學(xué)術(shù)界上對(duì)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(huì)的發(fā)展，信息技術(shù)水平不斷提高，目前，社會(huì)中大的無(wú)線多媒體業(yè)務(wù)需求以飛速的形式增長(zhǎng)，人們對(duì)于超寬帶技術(shù)的要求也不斷提高，而市場(chǎng)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(lái)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(diǎn)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(diǎn)一般位于拋物面的焦點(diǎn)處。同時(shí)，為了使得饋電臂與反射面匹配良好，一般會(huì)采用梭形的饋電臂設(shè)計(jì)，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(jì)過(guò)程中，為了減少饋電臂對(duì)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(shí)域的復(fù)雜性，在脈沖輻射天線的設(shè)計(jì)過(guò)程中， 為了保證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)，根據(jù)需求增加阻抗帶寬，最終通過(guò)超寬帶特性計(jì)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(hào)。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(zhǎng)度的影響

為了靈活調(diào)節(jié)饋電臂與饋電點(diǎn)的距離，脈沖輻射天線一般會(huì)設(shè)計(jì)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(diǎn)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(diǎn)的距離不斷增大，那么饋電臂上的電流密度就會(huì)不斷減小，饋電臂末端除外。因?yàn)轲侂姳叟c拋物線之間直接相連，連接處的電流相對(duì)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(huì)對(duì)天線造成一定的阻抗，對(duì)天線設(shè)備的輻射特性也會(huì)造成一定的干擾，因此，為了降低這種干擾因素，應(yīng)該對(duì)饋電臂的邊界形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jì)

一般饋線培植4個(gè)脈沖輻射天線的饋電臂，構(gòu)成一個(gè)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(duì)稱線時(shí)，饋電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)將對(duì)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(shí)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(gè)安全運(yùn)行的前提是確保饋電網(wǎng)的超寬帶運(yùn)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(shí)間實(shí)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(duì)介電常數(shù)εr=2.32、厚度為2mm 時(shí)，仿真優(yōu)化得到的最終參數(shù)為：L=200m，W1=6mm，W2=30mm，W=0.8mm時(shí)，性能良好。

四、結(jié)語(yǔ)

在本研究中，針對(duì)于超寬帶脈沖輻射天線的饋源設(shè)計(jì)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(hào)。以這種當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)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(shí)，研究表明，當(dāng)切削長(zhǎng)度為L(zhǎng)=F時(shí)，天線的性能等達(dá)到最佳的狀態(tài)，而當(dāng)φ0=20°時(shí)，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(wú)線通信技術(shù)的探索[J]合肥師范學(xué)院學(xué)報(bào).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(jì)與優(yōu)化[J]天津大學(xué)學(xué)報(bào).2010（12）