电-磁振子组合型超宽带UWB天线的特性研究
来源：电子工程世界 作者：—— 时间：2010-08-26 13:28
天线中的电流环为并联谐振回路，随着频率的提高，电流环由低频短路负载逐渐转变成为以磁振子为主的辐射器，磁振子的辐射电阻Rring也相应增加。对低频而言，电流环为小环辐射器，相当于磁基本振子，其辐射特性等同于磁基本振子;而对高频而言，它又相当于大电流环辐射器，可以应用大电流环辐射理论来分析其输入特性和辐射特性。
在电-磁振子组合型超宽带天线中，TEM喇叭相当于串联谐振回路。随着频率的提高，TEM喇叭由低频开路负载逐渐转变成以电振子为主的辐射器，电振子的辐射电阻Rtrumpet也随之变化。对低频而言，TEM喇叭最基本的物理模型为偶极子天线，它的辐射场是若干偶极子场的矢量叠加。其时域辐射场表达式[4]为：
其中：f(g)为TEM喇叭特性阻抗与自由空间阻抗的比值，δ(a)(t)为冲击函数，h为喇叭口面高度，l为喇叭长度，V0 为馈入天线的阶跃电压的幅值。
随着频率的进一步提高，TEM喇叭再转变成为高频短路负载。当频率f很高时，TEM喇叭电振子和电流环磁振子均严重失谐，分别处于短路和开路状态。造成馈源处较大反射。
电-磁振子组合型超宽带天线中电振子与磁振子的远区辐射场同为垂直极化波。通过调整磁振子与电振子的参数Lring、Ctrumpet以及相位中心距，使两个天线振子形成电-磁振子互补辐射[3]，从而降低天线的辐射电阻对信号频率的依赖，扩展了天线的工作频带，降低了天线负载的不匹配所造成的反射，而且还能使两个辐射器的空间瞬态辐射场相互叠加，最大限度地提高天线的辐射效率。
2 模拟计算
在以上分析的基础上，利用数值模拟软件对50x50x50cm3的电-磁振子组合型超宽带天线进行了模拟，图5、图6为数值模拟结果。
(a) 天线驻波曲线 (b) 天线输入阻抗圆图
图5 50cm电-磁振子组合型天线模拟结果
图 6 不同频率下50cm电-磁振子组合型UWB天线在θ=900和φ=900平面的方向图
