论文总字数：18452字

目 录

一、引言 1

1．1课题的研究背景及意义 1

1．2超宽带天线发展的现状和趋势 1

1．2．1国内外研究发展情况 1

1．2．2存在的问题 2

1．2．3未来发展的趋势 2

1．3课题研究的主要内容 2

二、UWB实现陷波 3

2．1开槽 4

2．2寄生耦合 4

2．3分形技术 5

三、天线的设计与分析 6

3．1小型共面波导结构的UWB天线 6

3．2 SRR(开环谐振器)实现陷波 8

3．3短截线 9

3．3．1在地面开槽 9

3．3．2 加载去耦合枝节 10

3．3．3引入缺陷地结构 10

3．3．4利用去耦网络 10

3．3．5加载电磁带隙结构 10

3．3．6使用超材料 10

四、仿真电路与调试 12

4．1调整端口之间的隔离度 13

4．1．1改变四分之一圆的大小r 13

4．1．2改变短截线的宽度 G₁ 13

4．1．3改变短截线的长度l₃ 14

4．2调整陷波的中心频率 15

五、结论 16

六、实物制作 17

七、总结与展望 18

参考文献 20

致谢 21

陷波UWB天线的设计与研究

黄杰

，China

Abstract：

This design is to reduce or avoid UWB frequency band 3．1－10．6GHz．There are other narrow　band communication systems，such as the 5．5GHz frequency band centered on IEEE　802．11 wireless local area network (WLAN)，which may produce UWB applications．

Electromagnetic interference．Thus，a notched UWB pattern diversity antenna design is provided，which can effectively realize notches to drive out interference．

The antenna can obtain more resonant frequency and ultra－wideband characteristics through two stepped radiating elements fed by a modified coplanar waveguide (CPW)．And a decoupled rectangular stub is placed between the two radiators to improve reflection of the scattering parameters and to reduce the mutual coupling of the broadband．And the two SRR slots are etched on the corresponding radiators so that the current is concentrated around the SRR slots resulting in a notched feature．The antenna has a simple structure and can be widely used due to its small size．

Keywords： UWB； notch； stub； SRR slot

一、引言

1．1课题的研究背景及意义

超宽带（UWB）技术具有低成本，高数据速率等诸多潜在优势，对于现代无线通信具有重要的潜力。超宽带在人们日常生活中使用的频段为3．1－10．6GHz，此频段还有其他频段的窄带通信系统。其中，包括以5．5GHz为中心的频带的IEEE 802．11无线局域网（WLAN）因此可能对超宽带系统具有电磁影响^【1】。所以这个陷波UWB的设计将会使可能出现干扰的频段出现缺口，从而减少或者消除干扰减少一些不必要的损失。除此之外本天线的设计不仅仅是结构简单、体积小巧，而且能完好的实现预期的功能，这也良好地契合了市场的需求。

1．2超宽带天线发展的现状和趋势

1．2．1国内外研究发展情况

宽带技术是无线通信行业的一个重要的发展方向，也是国内外通信行业近年来的热点问题和研究方向之一。宽带技术在当代有以下的技术优势：

1. 传输速率高。宽带信号的带宽在实际传输中通常约为亚毫微秒。如此宽的频带允许UWB系统在信号传输期间具有较大的系统容量。超宽带传输可以有效地衰减多径传输的影响。而且超宽带十分有利于高速率无线传输应用，在此基础上传输速率可达到数十Mbit/s、数百Mbit/s甚至上Gbit/s^【2】。
2. 处理增益高。在实际传输中，超宽带系统在执行高速传输时也具有与其高传输速率

相匹配的高增益。在UWB系统中，UWB无线增益是脉冲的占空比和每位占用的脉冲数。它可以比当前的实际扩频系统有更高的处理增益。由此使用跳时或扩频信号是UWB系统常用抗干扰的一种方法。

1. 强大的多径分辨和时间分辨能力^【3】。在多径的环境下进行无线通信和精确的定位，一般为连续的信号或在连续时间内拥有极短的脉冲占空比来作为通信的射频信号。然而，除了其空间特性之外，多径分量还可以通过及时分离多路径来改善UWB无线电剥离输出的信噪比。并且通过这样的形式还有个优势即可以降低在多径干扰的问题上造成的性能损失。
2. 提高现有频谱利用率。与其他窄带系统相比，超宽带的发射功率非常低，相当于一些背景噪声，并且干扰非常低。这样，超宽带通信系统可以与现有的窄带通信系统同时运行，并且具有更好的共存性，可以与其他系统共享频谱资源并提高利用率。
3. 低功耗。使用超宽带无线电的手持式通信设备的功耗将降低至当前功耗的1％^【4】。这样不仅可以在大大降低电磁辐射对人体的伤害的同时也极大地提升了电源的续航能力。
4. 隐蔽性好。超宽带通信因为其极低的发射功率在被侦测到、截获的可能性也远远低于常规天线，这也使得超宽带系统变成安全保密通信，相比于其他的常规通信来说的一大重要优势。
5. 简单的系统结构，低成本，易数字化。超宽带系统系统的结构基于超宽带本身的特性相对来说比较简单而且造价较低。在实际操作过程中复杂的调制方法和接受方法也是可以避免的。
6. 系统容量大。与类似的现有系统相比，UWB无线电架构在空间容量上的卓越性能显而易见。
7. 穿透能力强。在丛林常规超短波信号传输无法有效地进行这一问题，在超宽带实验中证明是有希望得以解决的。例如像隔墙成像等基于超宽带极其强大的穿透能力得以实现的功能，这一切都进一步表明了超宽带高超的穿透能力^【5】。

MIMO无线通信技术是分集天线与空时处理技术的集合，并具有两者的优越性能。其在工作时采用多天线的形式进行发送和传输，这样可以在基于有限的带宽及发射功率的情况下大幅提升通信质量及传输速率。

1．2．2存在的问题

作为 UWB系统的关键组成部分，UWB分集天线近年来得到了广泛的研究。特别是在接地平面上刻蚀一个环形槽来扩展频带并扩展成树状结构，或在两个辐射元件之间插入短截线以减弱相互耦合等。同时，虽然联邦通信委员会（FCC）允许商业使用对于3．1－10．6 GHz的超宽带通信频段和其他的窄带通信系统^【6】。例如以5．5 GHz为中心的那些通信系统如IEEE 802．11无线局域网（WLAN），覆盖的工作频段可能会引起电磁干扰影响UWB应用。

1．2．3未来发展的趋势

⑴天线体积小型化

天线的小型化意味着天线的物理尺寸尽可能地减小，同时保持天线的正常操作。虽然在产品设计中小型化其中的天线在技术需求上仅处于一个基础层面，但这也是时代致力于天线研究发展一个重要方向。

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