1、12 起源于1887年Hertz電磁波輻射實驗，他用的UWB信號源是 “火花隙”發射機。 18871983年，由于理論分析和技術上的困難，超寬帶電磁學基本上停滯不前。 1898年Oliver Lodge提出了“調諧”的概念，在同一個專利技術中，Lodge討論了 “作為充電表面或者電容面，可以用錐面或者三角形平板，從頂點連接”。 Lodge的這番論述就是最早的超寬帶天線理論，涉及到V-錐天線、三角板天線、雙錐天線、單極子天線等寬帶天線，這些都是現在常用的天線。3 UWB系統理論與實驗研究 關鍵技術突破 UWB天線 UWB信號源 UWB調制解調技術 UWB系統應用 UWB通信、 UWB雷達、 UW

2、B成像、 UWB電子戰等 UWB管理標準的制定4 20世紀80年代UWB/SP電磁學理論有了長足進展; 20世紀90年代以來，UWB通信、UWB雷達、UWB成像、UWB電子戰、等UWB電子系統得到越開越廣泛的應用； UWB天線則是UWB電子系統必不可少的部件； 迄今為止，各種研究忽略了UWBUWB天線之間的內在聯天線之間的內在聯系，不利系，不利于深刻理解和設計性能良好的UWB天線。5 根據天線的傳輸線模型給出一種根據天線的傳輸線模型給出一種UWBUWB天線天線的新分類方法，的新分類方法， 從結構上給出雙線傳輸線型從結構上給出雙線傳輸線型UWBUWB天線的演天線的演變關系，變關系， 使使UWBU

3、WB天線理論更系統化，有助于深刻理天線理論更系統化，有助于深刻理解和設計性能優良的解和設計性能優良的UWBUWB天線。天線。6/20(b)開路傳輸線對稱振子天線7 開路雙線傳輸線上的電荷、電流、電場和磁場分布。傳輸線上只有駐波，傳輸線終端以及離開終端 (n是整數) 之處電流為零。相鄰/2傳輸線上電流方向相反。 注意到，兩導線之間的場得到加強，其他地方的場都被削弱，不產生輻射。 末端彎曲成圖1（b）的形狀，這時上下導體垂直段上的電流方向相同，遠區的場不是互相抵消而是互相疊加，從而產生輻射。2n8 本質上都是傳輸電磁能量傳輸線兩端都是閉合電路；天線的一端是閉合電路（發射源），一端是自由空間（負載）

4、。 天線是傳輸線的特殊形式，它起著被導波與空間波之間能量轉換的作用。 這種傳輸電磁能量的作用決定了大多數天線都是由傳輸線或者波導演變而來。9 開口矩形波導末端逐漸張開形成角錐喇叭天線； 開口圓波導末端逐漸張開形成圓錐喇叭天線； 拉開短路傳輸線末端導線之間的距離形成磁偶極子天線； 開路圓錐傳輸線就是雙圓錐天線， 圓v-錐傳輸線變為圓v-錐天線等等。10天線波導型天線：波紋喇叭線微帶線型：微帶貼片天螺旋天線對數周期天線喇叭天線槽天線錐天線圓錐天線電小天線雙線傳輸線型傳輸線型天線天線TEMVUWB11 雙線傳輸線型UWB天線，包括圓錐天線、V-錐天線、電小天線、槽天線、TEM喇叭天線、對數周期天線和

5、螺旋天線等。 雙線傳輸線型UWB天線的共同特點是，天線具有角形結構、可以設計成自補結構、大輻射面積或者較長的電流路徑； 結構上有內在的演變關系結構上有內在的演變關系。12 根據Sandler 和King 有限長圓錐天線的研究成果，導出了電偶極子型電小天線的傳輸線模型； 進而利用電小天線的相似性相似性，可以研究各種類型的電偶極子天線。 電偶極子型電小天線的傳輸線模型: 用一段無損耗開路傳輸線和輻射電阻串聯來表示， 開路線描述了電偶極子型電小天線的輸入電抗。 比集總參數等效電路更準確地描述電偶極子型電小天線， 利用這一等效電路可以實現輸入電抗的完全補償。 13-jZ0ctgklRrZinYin等效

6、輸入電容無耗短路傳輸線ReRmmm14Yin-jZ0ctgklRr無耗短路傳輸線Rc-jZ0ctgklZinRr15電小天線/電偶極子圓錐天線有限長圓錐天線King給出的阻抗公式天線的傳輸線模型電小天線的相似性16 圓錐天線和V-錐天線都是常用的超寬帶天線，都具有角形結構角形結構。 理想化模型分別是圓錐傳輸線和V-錐傳輸線傳輸線， 都可以嚴格求解嚴格求解。 更具有普遍性的物理模型分別是橢圓錐橢圓錐天線和橢圓V-錐天線。 改變橢圓錐天線（圖4a）的參數( )和V-錐天線（圖4b）的參數( )，可以得到同一種同一種天線，那就是蝴蝶結天線。天線，那就是蝴蝶結天線。0 x201718圓錐天線橢圓錐天線

7、圓V-錐天線都得到,2, 00ECAEVAx蝴蝶結天線19 圓V-錐天線的更為普遍模型是橢圓V-錐天線。橢圓V-錐天線中， 是模數。 當時 ，橢圓V-錐天線退化為三角板天線，根據輻射臂所處位置可以分為三類，第一類TVA1即TEM喇叭天線；第三類TVA3即槽天線；第二類TVA2是上下輻射臂幾何位置相互錯開的TEM喇叭天線。 除了饋電點處的幾何結構不同外，蝴蝶結天線和TEM喇叭天線實際上是一樣的。xykcos/cos0k20 xykcos/cos21zyx非共面扇形天線0k22 通過結構上的演變關系，可以更深入理解超寬帶天線的寬帶機理，進而改進UWB天線的設計。 從V-錐天線演變過來的TEM喇叭天

8、線，其輻射臂末端一般是圓弧邊緣圓弧邊緣，末端反射不會展寬脈沖波形； 常規的TEM喇叭天線，其輻射臂末端一般是直線直線邊緣邊緣，在輻射脈沖波形時會寬脈沖波形。23由于V-錐天線和TEM喇叭在結構上的內在聯系，它們可以設計成自補結構形式，使輸入阻抗與頻率無關，約等于188.5。24圓V-錐天線有限長V-錐天線 ，蝴蝶結天線TVA2/TVA1/TEM喇叭Laba TVA3/槽天線橢圓V-錐天線三角板天線0k225無限長圓V-錐天線有限長Bowtie天線加長電流路徑對數周期天線螺旋天線劈形對數周期天線/定向輻射梯形對數周期天線Zig-zag對數周期天線LPDA進一步折疊26 在文獻上，通常把對數周期天

9、線和螺旋天線歸入與頻率無關天線一類。 事實上，上述幾種角形結構天線都是與頻率無關天線； 對數周期天線可以看成是有限長蝴蝶結天線加上圓弧形的“齒”形成的，而加“齒”的規律則按螺旋天線的方式。27 從1898年Lodge在一個專利技術中討論UWB天線，用錐面或者三角形平板，從頂點連接”。 雙線傳輸線型天線（圓錐天線、V-錐天線、電小天線、槽天線、TEM喇叭天線、對數周期天線和螺旋天線），至今已經有了108年的歷史。 在這108年中成千上萬的研究成果基本上都是分別研究上述幾類天線，未見導研究它們之間結構結構演變關系演變關系。28 概括起來，可以得到各類角形結構UWB天線之間的結構演變關系。 這種結構

10、演變關系使UWB天線理論系統化，有助于理解和設計性能優良的UWB天線。 可以看到，外形上千差萬別的天線居然有著內在外形上千差萬別的天線居然有著內在的必然聯系的必然聯系。 “外形上千差萬別的天線”是為了滿足工程上千差萬別的要求而研究出來的； “內在的必然聯系”則表明萬變不離其宗的理論內涵。從另一方面來說，這也是一種普遍的天線研究方法。29蝴蝶結天線圓V-錐天線橢圓V-錐天線螺旋天線對數周期天線LPDATEM喇叭槽天線三角板天線有限長圓錐天線電小天線/電偶極子電小天線的傳輸線模型圓錐天線橢圓錐天線30 天線結構主要依賴于角度的變化，而不天線結構主要依賴于角度的變化，而不是長度的變化；是長度的變化； 天線結構具有自補特性；天線結構具有自補特性； 天線具有自相似結構；天線具有自相似結構； 天線有很大的電流輻射面積和適當的路天線有很大的電流輻射面積和適當的路徑長度。徑長度。 31 圓錐天線，橢圓錐天線 V錐天線，橢圓V錐天線 Bowtie 天線，TEM喇叭 對數周期天線 螺旋天線32 平面對數周期天線 螺旋天線 V錐天線， Bowt