微帶天線中的單極天線課件

1、微帶天線中的單極天線The monopole antennas in Microstrip Antennas潛在應(yīng)用方向極寬帶通信根據(jù)美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)FCC（Federal Communication committee) 2002年公布的標(biāo)準(zhǔn)：絕對(duì)帶寬大于500MHz,或相對(duì)帶寬大于20%,工作頻帶在3.110.6GHzUWB通信的特點(diǎn)是傳輸速率100Mb/s,傳輸距離較小,功率也極小。在無(wú)線通信與雷達(dá)成像方面有潛在的應(yīng)用前景。目前主要是室內(nèi)通信應(yīng)用超寬帶無(wú)線通信概念超寬帶通信技術(shù)，在歷史上又稱為脈沖無(wú)線電, 非正弦系統(tǒng)，時(shí)域通信.其信號(hào)的產(chǎn)生有多種方式，傳統(tǒng)的方法是用納秒級(jí)窄脈沖的寬頻譜

2、來(lái)實(shí)現(xiàn)，直接發(fā)射經(jīng)調(diào)制的窄脈沖無(wú)需正弦載波，所以又常稱為沖激無(wú)線電（Impulse Radio）.信號(hào)調(diào)制主要是對(duì)脈沖的幅度，極性和時(shí)序位置進(jìn)行調(diào)制。適用于跳時(shí)（Time-hopping）技術(shù)。另一類超寬帶通信技術(shù)仍然基于正弦載波的概念發(fā)射連續(xù)波。其超寬帶的實(shí)現(xiàn)可借助擴(kuò)展頻譜技術(shù)或提高數(shù)據(jù)率來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如基于IEEE803.15.3a (WPAN: Wireless Personal Area Network)無(wú)線應(yīng)用頻譜名詞解釋W(xué)RANs: association with IEEE 802.22, the Working Group on Wireless Regional Area Net

3、worksWPAN: Wireless Personal Area Networks IEEE 802.15.1WBAN: Wireless Body Area NetworksWLAN: Wireless Local Area Network, WMAN: Wireless metropolitan area network IEEE 802.16WiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access ZigBee: IEEE 802.15.4 and ZigBee is analogous to that existing betwee

4、n IEEE 802.11 and the Wi-Fi Alliance WiFi: WIreless FIdelity FCC批準(zhǔn)的UWB通信能量譜EIRP- Equivalent Isotropic Radiated Power UWB通信家庭應(yīng)用辦公室應(yīng)用Intra-Campus Connectivity 校園內(nèi)連接超寬帶無(wú)線通信特點(diǎn)1。隱蔽性。超寬帶脈沖信號(hào)的脈沖寬度常小于1ns對(duì)應(yīng)的頻譜寬度在1GHz以上，通信所需的平均功率很小，信號(hào)被隱蔽在環(huán)境噪聲和其他信號(hào)之中，截獲率很低。2。高處理增益。處理增益定義為信號(hào)的射頻帶寬與信息帶寬之比，可以獲得比目前擴(kuò)頻系統(tǒng)高得多的處理增益。例如信號(hào)

5、帶寬為8kHz, 信道帶寬為1.25MHz的碼分多址（CDMA）直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)，處理增益為22dB,采用窄脈沖系統(tǒng)同樣的基帶信號(hào)可以變換為2GHz帶寬的射頻信號(hào)，處理增益達(dá)到54dB3?？苟鄰礁蓴_能力。超寬帶通信系統(tǒng)的多徑能力遠(yuǎn)高于常規(guī)通信系統(tǒng)。這是因?yàn)槌瑢拵ㄐ畔到y(tǒng)的通信是利用極窄的脈沖串來(lái)攜帶信息，其重復(fù)周期遠(yuǎn)小于多徑時(shí)延，因此在接收端利用Rake接收技術(shù)可以有效地區(qū)別多徑干擾信號(hào) 超寬帶無(wú)線通信特點(diǎn)2空間容量大。當(dāng)前無(wú)線通信發(fā)展的趨勢(shì)是由提供遠(yuǎn)距離通信服務(wù)向近距離通信方向轉(zhuǎn)移。通過(guò)頻率的空間復(fù)用，在有限的頻率資源下滿足通信業(yè)務(wù)發(fā)展需求。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸速率僅僅是評(píng)估系統(tǒng)的一方面，系統(tǒng)的空間

6、容量（b/s.m2） 也是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。它是單位面積數(shù)據(jù)傳輸速率。蘭牙技術(shù)中（IEEE802.11a）的空間容量是83kb/s.m2,而超寬帶通信技術(shù)中的空間容量可達(dá)1Mb/s.m2超寬帶無(wú)線通信特點(diǎn)3穿透能力強(qiáng).由于超寬帶通信的極寬頻譜特性，使超寬帶信號(hào)具有極強(qiáng)的障礙物穿透能力?？捎糜趨擦殖上窈痛Τ上裣到y(tǒng)。便于多功能一體化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。超寬帶技術(shù)在一定的條件下可以與窄帶通信共存于一個(gè)系統(tǒng)中。超寬帶系統(tǒng)也可以設(shè)計(jì)成兼通信，定位，成像和測(cè)距等功能為一體的綜合電子系統(tǒng)。超寬帶無(wú)線通信關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù):超寬帶信號(hào)的產(chǎn)生，即納秒脈沖源的產(chǎn)生。納秒脈沖的處理：編碼，調(diào)制，放大等發(fā)射技術(shù)；超寬帶天線技術(shù)

7、。接收，解碼等技術(shù)。UWB通信所需主要RF無(wú)源器件超寬帶無(wú)線技術(shù)的市場(chǎng)預(yù)測(cè)超寬帶通信有著巨大的民用市場(chǎng)。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）預(yù)言超寬帶通信會(huì)帶來(lái)一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)。為滿足造價(jià)低廉寬帶Inteenet無(wú)線接入和寬帶多媒體信息的傳輸，民用超寬帶無(wú)線通信的主要研究方向是短距離高速率連接和高速率無(wú)線個(gè)人局域網(wǎng)（WPAN：Wireless Personal Area Network）以及一些探測(cè)系統(tǒng)如：透地雷達(dá)，墻內(nèi)成像系統(tǒng)，穿墻成像系統(tǒng)監(jiān)視系統(tǒng)，汽車防撞系統(tǒng)等。現(xiàn)代移動(dòng)通信頻道：GSM（Global System for Mobile) 900MHzDCS (Digital Communicati

8、on System) 1800MHzUMTS(Universal Mobile Telecommunication System) 1920-2170MHz無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN)：2.42.485GHz for IEEE 802.11b/g；5.155.35 and 5.7255.825 GHz for IEEE802.11a隨著以多媒體業(yè)務(wù)為特征的第三代移動(dòng)通信的發(fā)展，對(duì)總的通信頻道的要求是能夠滿足愈來(lái)愈高的工作頻帶，而移動(dòng)通信特別是對(duì)寬帶小尺寸天線提出了更高的要求。標(biāo)準(zhǔn)化小天線已提到議事日程上，還有很多工作要做。還有許多未開(kāi)拓的領(lǐng)域和技術(shù)等待著人們?nèi)ヌ剿?。由上面的分析可以看出除了UWB以外

9、，多頻道工作天線是目前人們正面臨的天線設(shè)計(jì)任務(wù)。天線輸入阻抗天線的增益效率和方向性PIFA天線特性典型的偶極天線天線帶寬，增益和效率自我補(bǔ)償天線常見(jiàn)寬帶天線：Log-Periodic anteena對(duì)數(shù)周期偶極天線盤錐天線(Discone Antenna)螺旋天線雙脊喇叭天線其他寬帶天線Vivaldi Antenna不同應(yīng)用下的天線增益要求UWB天線設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)方法 MP: Market Products主要設(shè)計(jì)（電磁仿真）軟件HFSS：頻域，有限元法IE3D：頻域，矩量法CST：時(shí)域，有限積分法XFDTD：時(shí)域，時(shí)域有限差分法當(dāng)前天線設(shè)計(jì)與應(yīng)用微帶單極天線發(fā)展過(guò)程IEEE中最早關(guān)于UWB天線

10、的文獻(xiàn)報(bào)道是1996年An airborne ground penetrating radar system(機(jī)載探地雷達(dá)系統(tǒng))Aerospace Applications Conference, 1996. Proceedings., 1996 IEEE Gregorwich, W.; Volume 1, 3-10 Feb. 1996 Page(s):157 - 161 vol.1( IEEE 文獻(xiàn)檢索。關(guān)鍵詞：UWB Antennas, 得到165 篇文獻(xiàn))微帶單極天線發(fā)展過(guò)程，可以看成是2002年以后才開(kāi)始的。即美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)FCC公布的UWB標(biāo)準(zhǔn)以后的事。單極微帶天線屬于2維天線2

11、.5D平面單極天線微帶單極天線的特點(diǎn)低剖面尺寸。厚度一般小于PIFA天線；寬帶特性：阻抗帶寬高于PIFA結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單造價(jià)低?？梢杂梦щ娐芳庸すに嚳梢詽M足雙面輻射的要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活。除了天線本身，有限大小接地板也是設(shè)計(jì)的目標(biāo)之一設(shè)計(jì)要求高M(jìn)ICROWAVE AND OPTICAL TECHNOLOGY LETTERS / Vol. 40, No. 5, March 5 2004 p.399-400各種微帶單極天線對(duì)縫隙的敏感性天線平面刻蝕縫可以產(chǎn)生阻帶阻帶頻率與縫長(zhǎng)度的關(guān)系Film Type Wide-Band Antenna for Next-Generation Communication

12、Systems at Frequency Range from 2.3 to 6 GHz40 mm (W) x 33 mm (H).HITACHI CABLE REVIEW No.24 (AUGUST 2005) p6-10CPW共平面波導(dǎo)輸入Double-Sided Printed Bow-Tie Antenna for UWB Communicationsp.152 IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, VOL. 3, 2004Cross CPW antennaUsing the GA and FDTD AlgorithmIEEE

13、MICROWAVE AND WIRELESS COMPONENTS LETTERS, VOL. 15, NO. 6, JUNE 2005 p.395Low Cost UWB antennaIEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, VOL. 4, 2005 p.237printed monopole antennas0-7803-8883-6/05/$20.00 2005 IEEEA Low-Cost Suspended Patch Antenna for WLANAccess Points and Point-to-Point Linksp

14、.90 IEEE ANTENNAS AND WIRELESS PROPAGATION LETTERS, VOL. 3, 2004Frequency notched ultra-widebandmicrostrip slot antenna with fractaltuning stubELECTRONICS LETTERS 17th March 2005 Vol. 1 No. 6Single Layer Printed Monopole Antenna for Dual ISM-Band Operation1270 IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATIO