試析超寬帶脈沖輻射天線的饋源設計與優化策略

高雪紅

【摘要】 超寬帶脈沖輻射天線的饋源能夠進行優化，是獲得良好的超寬帶性和高增益性的重要手段之一。目前，學術界上對于饋源設計的研究主要集中在梭形饋電臂結構的基礎上，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，獲取天線結構參數的最優值。而研究表明，優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，優化后的天線能夠廣泛應用于超寬帶通信、脈沖雷達等領域，在未來的發展應用前景較為廣闊。

【關鍵詞】 超寬帶 脈沖輻射天線 饋源設計與優化

超寬帶脈沖輻射是實現UWB無線通信以及定位系統的基礎，同時，也是目前超寬帶技術的重要組成部分，對超寬帶技術的影響非常大，因此，目前學術界上對超寬帶技術的研究主要集中在超寬帶脈沖輻射上。隨著社會的發展，信息技術水平不斷提高，目前，社會中大的無線多媒體業務需求以飛速的形式增長，人們對于超寬帶技術的要求也不斷提高，而市場上出現了網絡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絡技術來解決。而超寬帶（ultrawide band，UWB）的出現，以其容量大、成本低、功耗小等特點成為了目前用于解決網絡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、天線結構與原理

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性；此外，在設計過程中，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，由于時域的復雜性，在脈沖輻射天線的設計過程中， 為了保證結構設計的合理性，應該根據脈沖輻射天線的頻域性能進行設計，根據需求增加阻抗帶寬，最終通過超寬帶特性計算得出輻射脈沖的波形系數。這種方式的分析，能有效減小天線的失真幅度，加強天線的輻射脈沖信號。具體的天線基礎結構圖如圖1所示。

二、饋電臂邊界切削長度的影響

為了靈活調節饋電臂與饋電點的距離，脈沖輻射天線一般會設計三角形的饋電臂，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相關關系，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，應該對饋電臂的邊界形狀進行設計，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、饋電網絡設計

一般饋線培植4個脈沖輻射天線的饋電臂，構成一個平衡的結構，其輸入阻抗一般200？左右，當采用50？的不對稱線時，饋電網絡的設計將對阻抗有著非常大的影響， 所以，只有保證饋電網絡的穩定性，同時保證轉換的平衡和阻抗的變換，才能達到預期的饋電網工作戰略目標，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的超寬帶運行。例如一種雙面指數漸變的微帶線的巴倫，此巴倫屬于雙線形式，其指數漸變的上帶條和指數漸變的地板便于采用同軸線饋電，并且能夠達到阻抗變換的目的。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構。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阻抗匹配以及平衡與不平衡之間的變換。而研究表明，當相對介電常數εr=2.32、厚度為2mm 時，仿真優化得到的最終參數為：L=200m，W1=6mm，W2=30mm，W=0.8mm時，性能良好。

四、結語

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

參 考 文 獻

[1] 呂中華.超寬帶無線通信技術的探索[J]合肥師范學院學報.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計與優化[J]天津大學學報.2010（12）