基于分形结构的UWB天线的研究与仿真

论文摘要

具有广阔应用前景的UWB（Ultra-Wideband）无线通信系统是利用时域极短脉冲信号进行无线通信的，该脉冲信号在频域内可以覆盖极大的带宽。为了不失真的传输该脉冲信号，系统要求UWB系统的天线要拥有几个甚至十几个倍频程的阻抗带宽，同时还要具有稳定的相位中心。为此，本文对基于分形理论的微带UWB天线进行了设计和仿真研究。首先，介绍了UWB天线的发展近况，给出了天线性能参数的时域表达形式，并针对UWB信号的特性，对UWB天线辐射特性和接收特性进行了较深入的理论分析。其次，介绍了天线的常用分析方法：矩量法、有限元法和有限积分法。对上述数值方法的特点进行了比较分析，着重介绍了有限积分法的分析过程，并简要介绍了基于有限积分法开发的CST仿真软件系统。再次，通过分析分形天线的特点，研究了微带分形天线应用于超宽带天线的具体设计方法，并对其应用于UWB天线设计中的可能性进行了分析和论证。最后，针对UWB系统对天线的要求，在传统微带天线结构的基础上，运用分形的理论思想，对两种UWB微带天线进行了改进设计，并进行了仿真分析研究。仿真结果表明，改进后的天线具有超宽频带和稳定的相位中心，基本满足UWB无线通信系统的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 UWB技术
• 1.2.1 简介
• 1.2.2 UWB天线
• 1.3 微带天线概述
• 1.4 分形天线概述
• 1.4.1 分形理论简介
• 1.4.2 分形天线发展现状
• 1.5 本文的主要工作及内容安排
• 第2章 UWB天线的基础理论
• 2.1 UWB天线能量参数
• 2.2 UWB天线的阻抗特性
• 2.3 UWB天线的品质因数
• 2.3.1 Chu-Harrington条件
• 2.3.2 Mclean条件
• 2.3.3 品质因数和UWB天线
• 2.4 UWB天线的相位中心与群延时
• 2.5 UWB天线的辐射特性和接收特性分析
• 2.6 天线效率与Friis传输公式
• 2.6.1 天线效率
• 2.6.2 Friis传输公式
• 2.7 本章小结
• 第3章 天线的分析方法
• 3.1 天线分析方法比较
• 3.2 有限积分法
• 3.2.1 场的离散化
• 3.2.2 数学表达式的离散化
• 3.2.3 CST微波工作室
• 3.3 本章小结
• 第4章 分形结构应用于UWB天线设计分析
• 4.1 利用多谐振点实现宽频带
• 4.2 UWB天线的电小分形结构
• 4.3 分形与UWB天线
• 4.4 本章小结
• 第5章 分形UWB天线的仿真分析
• 5.1 方形分形UWB天线的设计与仿真分析
• 5.1.1 天线结构
• 5.1.2 仿真结果分析
• 5.2 圆形分形结构的UWB天线仿真分析
• 5.2.1 天线结构分析
• 5.2.2 天线仿真结果分析
• 5.2.3 尺寸参数对天线性能的影响研究
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢