论文总字数：18486字
目 录
第一章 引言 1
1.1 研究背景与意义 1
1.1.1国外研究现状 1
1.1.2国内研究现状 1
1.1.3 研究意义 2
1.2 Vivaldi天线目前研究实际情况 2
1.3本文的主要工作与设计要求 2
第二章 HFSS仿真软件、超宽带天线理论及天线馈线 3
2.1 HFSS仿真软件 3
2.1.1 HFSS仿真软件介绍 3
2.1.2 HFSS设计天线步骤 4
2.2 天线馈线 4
2.2.1 天线馈线的基本原理 4
2.3 超宽带天线理论 5
2.3.1 天线的基本参数 5
2.3.2超宽带天线的定义 7
第三章 Vivaldi天线 8
3.1 Vivaldi天线 8
3.2 Vivaldi天线的发展历史 8
3.2.1 传统Vivaldi天线 8
3.2.2对跖Vivaldi天线 9
3.2.3 平衡Vivaldi天线 10
3.3本文选用天线 10
第四章 新型Vivaldi天线的设计与分析 11
4.1新型对跖Vivaldi天线 11
4.1.1未加载梯形基板天线 11
4.2 天线的仿真与比较 16
4.2.1 W值对天线驻波比的影响 17
4.2.2 T2值对驻波比的影响 17
4.2.3 未加载和加载梯形基板天线的电场分布图对比 19
4.2.4 未加载和加载梯形基板的两种天线的驻波比和增益仿真结果对比 19
4.2.5 加载梯形基板天线的s11扫频分析 21
4.2.6 加载梯形基板天线的三维方向增益图和截面增益图 21
第五章 实物测试调试分析 25
5.1实物的制作 25
5.1.1材料的选择 25
5.1.2 制作步骤 25
5.2实物天线的测试结果及与仿真结果的比较 27
第六章 分析与总结 30
参考文献 30
致谢 31
高增益对跖Vivaldi天线的设计
顾超
,China
Abstract:The main task of this paper is to design a high gain on the planar Vivaldi antenna, which can work normally at 1.8-9.0GHz. The design of this antenna is based on the traditional structure of the planar Vivaldi antenna. By loading semi-elliptical patch structure on the left and right sides of the planar Vivaldi antenna, it can effectively improve the low-frequency standing wave ratio characteristics, which improves the impedance bandwidth of the antenna. At the same time, the trapezoidal dielectric substrate is loaded in the axial direction of the antenna, which will constrain the antenna surface electric field to the main axis x axis of the antenna. By loading the trapezoidal dielectric substrate, the offset problem of the existing antenna gain peak can be eliminated, and the gain value of the antenna can also be improved. After the simulation software of HFSS was used to simulate the antenna model, the simulation results showed that the voltage standing wave ratio was less than 2 and the maximum gain was 6.75db in the frequency range of 1.8-9.0GHz. Using vector network analyzer to the antenna model AV3672B - S physical measurement of standing wave ratio, the resulting physical test result is not very ideal, and HFSS simulation results is large, various reasons caused the larger error.
Key words:Antipodal Vivaldi Antenna,Ultra Wideband,high gain,Semi elliptical patch,Trapezoid medium substrate
第一章 引言
1.1 研究背景与意义
1.1.1国外研究现状
军用方面：19世纪60年代，美国在研究军用雷达技术领域时将超宽带技术开发了出来，之后超宽带技术被美国军方广泛运用于雷达及遥感领域，主要是军用方面。美国通过这一次的研究拥有的超宽带技术的相关理论基础[1]。在超宽带这项技术被开发出来后的将近20年的时间，其他地区使用几乎没有，而在美国超宽带这项技术主要被用于军事应用方面，这一措施使得超宽带技术的相关研究机构被限制在了美国国内一些与军事关联的企业、研究机关、团体等。在军事应用领域，美国国防部下令开发多达几十上百的各种各样的超宽带技术，这些技术中包括战场防窃等。
民用方面：显而易见的是超宽带技术有非常非常多的优点，这些优点这使它在无线通信应用方面的发展具有非常巨大的潜力。为了激发这些潜力，近几年来国外于通信系统行业相关的研究人员与机构对超宽带信号应用的研究非常热衷。这些技术将主要用于通信(如无线音频视频文件的发送与接收、家用或个人使用的无线网络等)、雷达(如飞机之间互相防止碰撞、对预定目标进行探测等)以及精确定位(如地图导航、找寻带定位设备的丢失物品等)。各大国际企业如索尼、英特尔、戴姆勒-克莱斯勒等高技术公司都已经参与到超宽带技术的开发与研究之中，这些企业的研究成果将被运用于各种各样的电子设备中去，超宽带技术能够支持各式各样的消费类电子设备以非常高的数据传输率相连接，这项技术毫无疑问能够满足消费者的需求，能够实现短距离无线通信设备的小型化，同时也将降低消费类电子设备的成本与功率，并且可以使电子设备能够以高速进行数据的传输。与此同时，国际学术界也在进行超宽带无线通信技术方面深入的研究。在2002年2月14日这一天，美国联邦通信委员会FCC(Federal Communication Commission )通过了一项议案批准将超宽带技术运用于民用通信领域，这项议案将3.1-10.6GHZ这一频段划分给超宽带技术以供使用[2][3]。FCC在他们所通过的关于超宽带技术的这项议案之中对成像系统、通信与测量系统和车载雷达系统这几种不同的超宽带系统进行了相关的定义。在通过的同时分别对三种系统的全向有效辐射功率做了规范。然而这个时期世界范围内的超宽带技术的协议与标准并未确定，只有美国允许民间使用民用超宽带器件，当时欧洲正在对超宽带技术进一步使用进行讨论，并参考研究了美国的超宽带标准。在2002年5月20-23日这几天，IEEE特地专门举办了一期会议，这个会议的目的就是为了讨论超宽带技术及它的应用。
1.1.2国内研究现状
20世纪初，中国政府开始重视超宽带技术的开发与应用，并在2001年9月发布的一份863计划研究项目中重点提及，这一措施的目的是为了鼓励并支持国内相关研究人员多进行超宽带天线技术方面的研究。然而令人可惜国内在此之前关于超宽带技术相关的深入研究只关于雷达方面，而对于超宽带通信系统的研究并没有形成一定的规模。最近这些年来关于超宽带天线技术的相关研究迅速，速度喜人，发表了非常多的相关文章期刊，从这些文献中我们可以发现许多性能优异的新型天线，这些文献都是国内对于超宽带天线的最新研究，将引领未来国内在超宽带天线技术领域主要的发展方向[4]。
将超宽带技术与其它的无线通信技术进行我们比较可以发现超宽带技术有下列特点[5]：
- 发射功率低
- 传输速率高
- 系统容量大
- 穿透能力强
- 便于多功能一体化
1.1.3 研究意义
随着世界上无线电通信技术的迅速发展,信息数字化技术也日新月异，无线通信网络已经成为人们平时生活的一部分，现代信息网络也发展成为人们现代生活中密不可分的重要组成部分[6]。人们已经习惯于享受各种现代通信技术带来的便利，而与此同时频谱资源也日益紧张。现代生活中的电子设备越来越多，如计算机、MP3、打印机等，人们殷切地希望这些生活中的电子设备能够与因特网进行无线通信，同时这个通信在短距离上是高速率高质量的。所以这项技术将是未来通信技术的一个重点发展方向。近年来，随着无线通信系统的传输速度不断提升，超宽带技术 的优点日趋明显，同时也要求天线能够在较宽频带内具有良好的辐射特性。因此，近年来超宽带高增益天线的设计已经成为众多国内相关研究人员的开发与研究热点[7]。
1.2 Vivaldi天线目前研究实际情况
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