试析超宽带脉冲辐射天线的馈源设计与优化策略

【摘要】 超宽带脉冲辐射天线的馈源能够进行优化，是获得良好的超宽带性和高增益性的重要手段之一。目前，学术界上对于馈源设计的研究主要集中在梭形馈电臂结构的基础上，通过电磁仿真来探究馈电臂边界形状与馈电臂间夹角对天线性能的影响，以此分析出天线性能的影响因素，获取天线结构参数的最优值。而研究表明，优化了的脉冲辐射天线具有较宽的阻抗带宽，能够有效降低其反射损耗，同时提高天线的增益，因此，优化后的天线能够广泛应用于超宽带通信、脉冲雷达等领域，在未来的发展应用前景较为广阔。

【关键词】 超宽带 脉冲辐射天线 馈源设计与优化

超宽带脉冲辐射是实现UWB无线通信以及定位系统的基础，同时，也是目前超宽带技术的重要组成部分，对超宽带技术的影响非常大，因此，目前学术界上对超宽带技术的研究主要集中在超宽带脉冲辐射上。随着社会的发展，信息技术水平不断提高，目前，社会中大的无线多媒体业务需求以飞速的形式增长，人们对于超宽带技术的要求也不断提高，而市场上出现了网络需求与拥挤的频谱资源分配之间的矛盾，这就需要一种高速的网络技术来解决。而超宽带（ultrawide band，UWB）的出现，以其容量大、成本低、功耗小等特点成为了目前用于解决网络需求与拥挤的频谱资源分配之间的矛盾的重要解决方案。

一、天线结构与原理

为了能够有效利用抛物面的口径，脉冲辐射天线馈电臂的馈电点一般位于抛物面的焦点处。同时，为了使得馈电臂与反射面匹配良好，一般会采用梭形的馈电臂设计，令其末端与抛物面的边缘衔接，以减少二者衔接处的不连续性；此外，在设计过程中，为了减少馈电臂对辐射的遮挡，还需将馈电臂所在平面与抛物面口径垂直放置。整体而言，由于时域的复杂性，在脉冲辐射天线的设计过程中， 为了保证结构设计的合理性，应该根据脉冲辐射天线的频域性能进行设计，根据需求增加阻抗带宽，最终通过超宽带特性计算得出辐射脉冲的波形系数。这种方式的分析，能有效减小天线的失真幅度，加强天线的辐射脉冲信号。具体的天线基础结构图如图1所示。

二、馈电臂边界切削长度的影响

为了灵活调节馈电臂与馈电点的距离，脉冲辐射天线一般会设计三角形的馈电臂，但这种馈电臂却存在一定的影响。馈电臂和馈电点的距离与馈电臂上的电流密度呈负相关关系，一般情况下，馈电臂与馈电点的距离不断增大，那么馈电臂上的电流密度就会不断减小，馈电臂末端除外。因为馈电臂与抛物线之间直接相连，连接处的电流相对密集，主要是由于馈电臂边界形状的差异所引起的，与抛物线相连接直接影响天线，也会对天线造成一定的阻抗，对天线设备的辐射特性也会造成一定的干扰，因此，为了降低这种干扰因素，应该对馈电臂的边界形状进行设计，将一般的梭型改为三角形馈线，这样能让电流分流，避免能力的聚集，减少干扰和影响。

三、馈电网络设计

一般馈线培植4个脉冲辐射天线的馈电臂，构成一个平衡的结构，其输入阻抗一般200？左右，当采用50？的不对称线时，馈电网络的设计将对阻抗有着非常大的影响， 所以，只有保证馈电网络的稳定性，同时保证转换的平衡和阻抗的变换，才能达到预期的馈电网工作战略目标，脉冲辐射的正常工作主要是依靠超宽频带，所以，保证整个安全运行的前提是确保馈电网的超宽带运行。例如一种双面指数渐变的微带线的巴伦，此巴伦属于双线形式，其指数渐变的上带条和指数渐变的地板便于采用同轴线馈电，并且能够达到阻抗变换的目的。在地板与上带条的末端为相同宽度，但二者始终处于平衡的平行双线结构。而二者的末端均可以与电缆和天线相接，因此，可以在同一时间实现阻抗匹配以及平衡与不平衡之间的变换。而研究表明，当相对介电常数εr=2.32、厚度为2mm 时，仿真优化得到的最终参数为：L=200m，W1=6mm，W2=30mm，W=0.8mm时，性能良好。

四、结语

在本研究中，针对于超宽带脉冲辐射天线的馈源设计进行了研究，研究发现，以梭形的馈电臂为基础不仅能有效减少能量的聚集，扩展天线的带宽，还能有效减小天线的失真幅度，加强天线的辐射脉冲信号。以这种当时设计的馈电臂，能有效优化超宽带脉冲辐射天线的馈源功能。同时，研究表明，当切削长度为L=F时，天线的性能等达到最佳的状态，而当φ0=20°时，同样能有效改善天线的性能，并且达到扩宽天线阻抗带、提高天线增益的目的。

参 考 文 献

[1] 吕中华.超宽带无线通信技术的探索[J]合肥师范学院学报.2011（03）

[2] 孙博，邱景辉，林澍，邓维波.超宽带脉冲辐射天线的馈源设计与优化[J]天津大学学报.2010（12）