微带天线中的单极天线幻灯片.ppt

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1、微带天线中的单极天线微带天线中的单极天线第1页，共54页，编辑于2022年，星期六潜在应用方向极宽带通信潜在应用方向极宽带通信根据美国联邦通信委员会FCC（FederalCommunicationcommittee)2002年公布的标准：绝对带宽大于500MHz,或相对带宽大于20%,工作频带在3.110.6GHzUWB通信的特点是传输速率100Mb/s,传输距离较小,功率也极小。在无线通信与雷达成像方面有潜在的应用前景。目前主要是室内通信应用第2页，共54页，编辑于2022年，星期六超宽带无线通信概念超宽带无线通信概念 超宽带通信技术，在历史上又称为超宽带通信技术，在历史上又称为 脉冲无线电

2、脉冲无线电,非正弦系统非正弦系统，时域通信时域通信.其信号的产生有多其信号的产生有多种方式，传统的方法是用纳秒级窄脉冲的宽频谱来种方式，传统的方法是用纳秒级窄脉冲的宽频谱来实现，直接发射经调制的窄脉冲无需正弦载波，所实现，直接发射经调制的窄脉冲无需正弦载波，所以又常称为冲激无线电（以又常称为冲激无线电（ImpulseRadioImpulseRadio）.信号调信号调制主要是对脉冲的幅度，极性和时序位置进行调制。制主要是对脉冲的幅度，极性和时序位置进行调制。适用于跳时（适用于跳时（Time-hoppingTime-hopping）技术。另一类超宽带）技术。另一类超宽带通信技术仍然基于正弦载波的概

3、念发射连续波。其通信技术仍然基于正弦载波的概念发射连续波。其超宽带的实现可借助扩展频谱技术或提高数据率来超宽带的实现可借助扩展频谱技术或提高数据率来实现。例如基于实现。例如基于IEEEIEEE803.15.3a(WPAN:803.15.3a(WPAN:WirelessPersonalAreaNetwork)WirelessPersonalAreaNetwork)第3页，共54页，编辑于2022年，星期六无线应用频谱无线应用频谱第4页，共54页，编辑于2022年，星期六名词解释名词解释WRANs:associationwithIEEE802.22,theWorkingGrouponWireles

4、sRegionalAreaNetworksWPAN:WirelessPersonalAreaNetworksIEEE802.15.1WBAN:WirelessBodyAreaNetworksWLAN:WirelessLocalAreaNetwork,WMAN:WirelessmetropolitanareanetworkIEEE802.16WiMAX:WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccessZigBee:IEEE802.15.4andZigBeeisanalogoustothatexistingbetweenIEEE802.11andtheWi-F

5、iAllianceWiFi:WIrelessFIdelity第5页，共54页，编辑于2022年，星期六第6页，共54页，编辑于2022年，星期六FCC批准的批准的UWB通信能量谱通信能量谱EIRP-Equivalent Isotropic Radiated Power 第7页，共54页，编辑于2022年，星期六UWB通信家庭应用通信家庭应用第8页，共54页，编辑于2022年，星期六办公室应用办公室应用Intra-Campus Connectivity Intra-Campus Connectivity 校园内连接校园内连接校园内连接校园内连接第9页，共54页，编辑于2022年，星期六超宽带无线

6、通信特点超宽带无线通信特点 1 1。隐蔽性。超宽带脉冲信号的脉冲宽度常小于。隐蔽性。超宽带脉冲信号的脉冲宽度常小于1ns1ns对应对应的频谱宽度在的频谱宽度在1GHz1GHz以上，通信所需的平均功率很小，信以上，通信所需的平均功率很小，信号被隐蔽在环境噪声和其他信号之中，截获率很低。号被隐蔽在环境噪声和其他信号之中，截获率很低。2 2。高处理增益。处理增益定义为信号的射频带宽与信息带宽之。高处理增益。处理增益定义为信号的射频带宽与信息带宽之比，可以获得比目前扩频系统高得多的处理增益。例如信号带宽比，可以获得比目前扩频系统高得多的处理增益。例如信号带宽为为8kHz,8kHz,信道带宽为信道带宽为

7、1.25MHz1.25MHz的码分多址（的码分多址（CDMACDMA）直接序列扩）直接序列扩频系统，处理增益为频系统，处理增益为22dB,22dB,采用窄脉冲系统同样的基带信号可以采用窄脉冲系统同样的基带信号可以变换为变换为2GHz2GHz带宽的射频信号，处理增益达到带宽的射频信号，处理增益达到54dB54dB 3 3。抗多径干扰能力。超宽带通信系统的多径能力远高于常规。抗多径干扰能力。超宽带通信系统的多径能力远高于常规通信系统。这是因为超宽带通信系统的通信是利用极窄的脉通信系统。这是因为超宽带通信系统的通信是利用极窄的脉冲串来携带信息，其重复周期远小于多径时延，因此在接收冲串来携带信息，其重

8、复周期远小于多径时延，因此在接收端利用端利用RakeRake接收技术可以有效地区别多径干扰信号接收技术可以有效地区别多径干扰信号 第10页，共54页，编辑于2022年，星期六超宽带无线通信特点超宽带无线通信特点2 空间容量大。当前无线通信发空间容量大。当前无线通信发展的趋势是由提供远距离通信展的趋势是由提供远距离通信服务向近距离通信方向转移。服务向近距离通信方向转移。通过频率的空间复用，在有限通过频率的空间复用，在有限的频率资源下满足通信业务发的频率资源下满足通信业务发展需求。点对点的传输速率仅展需求。点对点的传输速率仅仅是评估系统的一方面，系统仅是评估系统的一方面，系统的的 空间容量空间容量

9、（b/s.m2b/s.m2）也也是一项重要的指标。它是单位是一项重要的指标。它是单位面积数据传输速率。兰牙技术面积数据传输速率。兰牙技术中（中（IEEEIEEE802.11a802.11a）的空间）的空间容量是容量是83kb/s.m2,83kb/s.m2,而超宽带通而超宽带通信技术中的空间容量可达信技术中的空间容量可达1Mb/s.m21Mb/s.m2第11页，共54页，编辑于2022年，星期六超宽带无线通信特点超宽带无线通信特点3 穿透能力强穿透能力强.由于超宽带通信的极宽频谱特性，使超宽带信号具有由于超宽带通信的极宽频谱特性，使超宽带信号具有极强的障碍物穿透能力。可用于丛林成像和穿墙成像极强

10、的障碍物穿透能力。可用于丛林成像和穿墙成像系统。系统。便于多功能一体化技术的实现。便于多功能一体化技术的实现。超宽带技术在一定的条件下可以与窄带通信共存于一超宽带技术在一定的条件下可以与窄带通信共存于一个系统中。个系统中。超宽带系统也可以设计成兼通信，定位，成像和超宽带系统也可以设计成兼通信，定位，成像和测距等功能为一体的综合电子系统。测距等功能为一体的综合电子系统。第12页，共54页，编辑于2022年，星期六超宽带无线通信超宽带无线通信关键技术关键技术关键技术:超宽带信号的产生，即纳秒脉冲源的产生。纳秒脉冲的处理：编码，调制，放大等发射技术；超宽带天线技术。接收，解码等技术。第13页，共54

11、页，编辑于2022年，星期六UWB通信所需主要通信所需主要RF无源器件无源器件第14页，共54页，编辑于2022年，星期六超宽带无线技术的市场预测超宽带无线技术的市场预测 超宽带通信有着巨大的民用市场。美国联邦通信委超宽带通信有着巨大的民用市场。美国联邦通信委员会（员会（FCCFCC）预言超宽带通信会带来一个新兴的产）预言超宽带通信会带来一个新兴的产业。为满足造价低廉宽带业。为满足造价低廉宽带InteenetInteenet无线接入和宽带多无线接入和宽带多媒体信息的传输，民用超宽带无线通信的主要研究媒体信息的传输，民用超宽带无线通信的主要研究方向是短距离高速率连接和高速率无线个人局域网方向是短

12、距离高速率连接和高速率无线个人局域网（WPANWPAN：WirelessPersonalAreaNetworkWirelessPersonalAreaNetwork）以及）以及一些探测系统如：透地雷达，墙内成像系统，穿墙一些探测系统如：透地雷达，墙内成像系统，穿墙成像系统监视系统，汽车防撞系统等。成像系统监视系统，汽车防撞系统等。第15页，共54页，编辑于2022年，星期六现代移动通信频道：现代移动通信频道：GSMGSM（GlobalSystemforMobile)GlobalSystemforMobile)900MHz900MHz DCS(DigitalCommunicationSystem

13、)DCS(DigitalCommunicationSystem)1800MHz1800MHz UMTS(UniversalMobileTelecommunicationSystem)1920-UMTS(UniversalMobileTelecommunicationSystem)1920-2170MHz2170MHz 无线局域网（无线局域网（WLAN)WLAN)：2.42.42.485GHzforIEEE802.11b/g2.485GHzforIEEE802.11b/g；5.155.155.35and5.7255.825GHzforIEEE5.35and5.7255.825GHzforIEEE

14、802.11a802.11a 随着以多媒体业务为特征的第三代移动通信的发展，对总的通信频随着以多媒体业务为特征的第三代移动通信的发展，对总的通信频道的要求是能够满足愈来愈高的工作频带，而移动通信特别是对宽道的要求是能够满足愈来愈高的工作频带，而移动通信特别是对宽带小尺寸天线提出了更高的要求。带小尺寸天线提出了更高的要求。标准化小天线已提到议事日程上，还有很多工作要做。还有许多未标准化小天线已提到议事日程上，还有很多工作要做。还有许多未开拓的领域和技术等待着人们去探索。开拓的领域和技术等待着人们去探索。由上面的分析可以看出除了由上面的分析可以看出除了UWBUWB以外，多频道工作天线是目前以外，多

15、频道工作天线是目前人们正面临的天线设计任务。人们正面临的天线设计任务。第16页，共54页，编辑于2022年，星期六天线输入阻抗天线输入阻抗第17页，共54页，编辑于2022年，星期六天线的增益效率和方向性天线的增益效率和方向性第18页，共54页，编辑于2022年，星期六PIFA天线特性天线特性第19页，共54页，编辑于2022年，星期六典型的偶极天线典型的偶极天线第20页，共54页，编辑于2022年，星期六天线带宽，增益和效率天线带宽，增益和效率第21页，共54页，编辑于2022年，星期六自我补偿天线自我补偿天线第22页，共54页，编辑于2022年，星期六常见宽带天线：常见宽带天线：Log-P

16、eriodic anteena第23页，共54页，编辑于2022年，星期六对数周期偶极天线对数周期偶极天线第24页，共54页，编辑于2022年，星期六盘锥天线盘锥天线(Discone Antenna)第25页，共54页，编辑于2022年，星期六螺旋天线螺旋天线第26页，共54页，编辑于2022年，星期六双脊喇叭天线双脊喇叭天线第27页，共54页，编辑于2022年，星期六其他宽带天线其他宽带天线第28页，共54页，编辑于2022年，星期六Vivaldi Antenna第29页，共54页，编辑于2022年，星期六不同应用下的天线增益要求不同应用下的天线增益要求第30页，共54页，编辑于2022年，

17、星期六UWB天线设计要求天线设计要求第31页，共54页，编辑于2022年，星期六设计方法设计方法 MP:Market ProductsMP:Market ProductsMP:Market ProductsMP:Market Products第32页，共54页，编辑于2022年，星期六主要设计（电磁仿真）软件主要设计（电磁仿真）软件HFSS：频域，有限元法IE3D：频域，矩量法CST：时域，有限积分法XFDTD：时域，时域有限差分法第33页，共54页，编辑于2022年，星期六当前天线设计与应用当前天线设计与应用第34页，共54页，编辑于2022年，星期六微带单极天线发展过程微带单极天线发展过程

18、 IEEEIEEE中最早关于中最早关于UWBUWB天线的文献报道是天线的文献报道是 19961996年年An airborne ground penetrating radar systemAn airborne ground penetrating radar system(机载探地雷达系统机载探地雷达系统)AerospaceApplicationsConference,1996.Proceedings.,1996IEEEAerospaceApplicationsConference,1996.Proceedings.,1996IEEEGregorwich,W.;Volume1,3-10Fe

19、b.1996Page(s):157-161vol.1Gregorwich,W.;Volume1,3-10Feb.1996Page(s):157-161vol.1(IEEE(IEEE文献检索。关键词：文献检索。关键词：UWBAntennas,UWBAntennas,得到得到165165篇文献篇文献)微带单极天线发展过程，可以看成是微带单极天线发展过程，可以看成是20022002年以后才开始的。年以后才开始的。即美国联邦通信委员会即美国联邦通信委员会FCCFCC公布的公布的UWBUWB标准以后的事。标准以后的事。第35页，共54页，编辑于2022年，星期六单极微带天线属于单极微带天线属于2维天线维

20、天线第36页，共54页，编辑于2022年，星期六第37页，共54页，编辑于2022年，星期六2.5D平面单极天线平面单极天线第38页，共54页，编辑于2022年，星期六微带单极天线的特点微带单极天线的特点 低剖面尺寸。厚度一般小于低剖面尺寸。厚度一般小于PIFAPIFA天线；天线；宽带特性：阻抗带宽高于宽带特性：阻抗带宽高于PIFAPIFA 结构简单结构简单 造价低。可以用微带电路造价低。可以用微带电路加工工艺加工工艺 可以满足双面辐射的要求，可以满足双面辐射的要求，结构设计灵活。除了天线结构设计灵活。除了天线本身，有限大小接地板也本身，有限大小接地板也是设计的目标之一是设计的目标之一 设计要

21、求高设计要求高MICROWAVEANDOPTICALTECHNOLOGYLETTERS/Vol.40,No.5,March52004p.399-400第39页，共54页，编辑于2022年，星期六各种微带单极天线各种微带单极天线第40页，共54页，编辑于2022年，星期六对缝隙的敏感性对缝隙的敏感性第41页，共54页，编辑于2022年，星期六天线平面刻蚀缝可以产生阻带天线平面刻蚀缝可以产生阻带第42页，共54页，编辑于2022年，星期六阻带频率与缝长度的关系阻带频率与缝长度的关系第43页，共54页，编辑于2022年，星期六Film Type Wide-Band Antenna for Next-

22、Generation Film Type Wide-Band Antenna for Next-Generation Film Type Wide-Band Antenna for Next-Generation Film Type Wide-Band Antenna for Next-Generation Communication Systems Communication Systems Communication Systems Communication Systems at Frequency Range from 2.3 to 6 GHz at Frequency Range f

23、rom 2.3 to 6 GHz at Frequency Range from 2.3 to 6 GHz at Frequency Range from 2.3 to 6 GHz40mm(W)x33mm(H).HITACHI CABLE REVIEW No.24(AUGUST 2005)p6-10第44页，共54页，编辑于2022年，星期六CPW共平面波导输入共平面波导输入第45页，共54页，编辑于2022年，星期六Double-Sided Printed Bow-Tie Antenna for UWB Communicationsp.152IEEEANTENNASANDWIRELESSPR

24、OPAGATIONLETTERS,VOL.3,2004第46页，共54页，编辑于2022年，星期六Cross CPW antennaUsingtheGAandFDTDAlgorithmIEEEMICROWAVEANDWIRELESSCOMPONENTSLETTERS,VOL.15,NO.6,JUNE2005p.395第47页，共54页，编辑于2022年，星期六Low Cost UWB antennaIEEEANTENNASANDWIRELESSPROPAGATIONLETTERS,VOL.4,2005p.237第48页，共54页，编辑于2022年，星期六printed monopole ant

25、ennas0-7803-8883-6/05/$20.002005IEEE第49页，共54页，编辑于2022年，星期六A Low-Cost Suspended Patch Antenna for WLANA Low-Cost Suspended Patch Antenna for WLANAccess Points and Point-to-Point LinksAccess Points and Point-to-Point Linksp.90IEEEANTENNASANDWIRELESSPROPAGATIONLETTERS,VOL.3,2004第50页，共54页，编辑于2022年，星期六Fr

26、equency notched ultra-widebandFrequency notched ultra-widebandmicrostrip slot antenna with fractalmicrostrip slot antenna with fractaltuning stubtuning stubELECTRONICSLETTERS17thMarch2005Vol.1No.6第51页，共54页，编辑于2022年，星期六Single Layer Printed Monopole Antenna for Dual ISM-Band Operation1270IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION,VOL.53,NO.4,APRIL2005第52页，共54页，编辑于2022年，星期六V-型单极天线型单极天线ELECTRONICSLETTERS1stSeptember2005Vol.41No.18第53页，共54页，编辑于2022年，星期六A Small Wideband Microstrip-fed Monopole AntennaIEEEMICROWAVEANDWIRELESSCOMPONENTSLETTERS,VOL.15,NO.10,OCTOBER2005p.703第54页，共54页，编辑于2022年，星期六