基于分形结构的UWB天线的研究与仿真

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。

目录

文摘

英文文摘

声明

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