电-磁振子组合型超宽带UWB天线的特性研究

电-磁振子组合型超宽带UWB天线的特性研究

本文从电-磁组合型天线的物理结构分析入手，结合实验和数值模拟，采用频域和时域测量相结合的方法，对电-磁组合型天线的特性进行了研究。

　　1 理论分析

　　1.1 天线结构

　　图1为电-磁振子组合型超宽带天线结构示意图[2]。图中所示：①为天线同轴馈电区;②为外导体板;③为电流环调节器;④为TEM喇叭上极板;⑤为TEM喇叭下极板。

　　图1 电-磁振子组合型UWB天线结构示意图

　　1.2 天线物理结构及其特性分析

　　天线的物理结构与天线性能有比较密切的关系。辐射天线的输入阻抗与超宽谱脉冲源的特性阻抗的失配，造成天线馈源处不同程度地反射。从图1所示的天线结构形式来看，激励脉冲(如图2)进入同轴馈电区后，具有宽频带特征(如图3)的脉冲电流馈入天线。一部分电流通过①、③、②构成的电流环(或磁振子)向自由空间辐射,同时产生反射波和热耗(由于激励脉冲的上限频率较低，天线的热损耗一般可不予考虑);另一部分电流通过①、④、⑤构成的阻抗渐变型TEM喇叭(主要表现为电振子辐射器)向自由空间辐射，同时也产生反射波。

　　图2 激励脉冲波形　　　　　　　　　　　　 图3 激励脉冲频谱

　　根据以上分析，可以得到该天线等效电路，如图4所示。其中Rring、Rtrumpet分别为天线的磁振子(电流环)与电振子(TEM喇叭)的辐射电阻，二者与激励信号的频率f成非线性关系。

　　图4 电-磁振子天线等效电路图