开题报告-超宽带脉冲天线仿真设计.doc

课题名称超宽带脉冲雷达天线仿真设计与测量课题来源学生姓名一、课题意义： 随着科技的发展，超宽带天线越来越受到人们广泛的关注，究其原因在于超宽带天线所具有的带宽极宽、发射功率低、保密性好等特点能够解决当前电子领域的许多问题，无论是在民用的超宽带通信系统还是在军用探地雷达、反隐身雷达、冲激雷达等方面超宽带天线发挥着越来越重要的作用。而在所有超宽带天线当中，Vivaldi天线结构简单，不仅能够提供超宽带特性，而且在整个频带内都能够提供良好的定向特性。Vivaldi天线是Gibson于1979年提出的一种非周期、渐变、行波天线，它由较窄的槽线过渡到较宽的槽线构成，槽线呈指数规律变化，其辐射机理与标准的TEM模喇叭天线的辐射机理类似，介质板上的槽线宽度逐渐加大，从而形成了喇叭口向外辐射或向内接收的电磁波，是一种端射式的行波天线。吻合说明了HFSS软件的计算精准性。二、国内外发展情况： 超宽带的概念最早出现在19691984年间Harmuth发表的文章中：Robbins于19721987年取得了超宽带技术方面的专利；1990年，美国国防部高级研究计划署对超宽带信号进行了定义：超宽带信号是指在-20dB功率处的绝对带宽（）大于1.5GHz的信号，或者是百分比带宽大于25%的信号，其中百分比带宽定义为：。其中，分别为信号在-20dB功率点处对应的上、下限频率。规定当1%时，称为窄带信号;当1% 25%时，便可称为超宽带信号。 超宽带（UWB）雷达的历史，最早可以追溯到上世纪六十年代由J.C.Cook提出的应用基带雷达对冰层的探测方案：向地下发射无载波的窄脉冲，由于脉冲宽度仅为几纳秒，所以脉冲具有很宽的频带，这样，既可以获得探测分辨率，又可以达到减小地下有耗介质吸收的效果，从而保证了对穿透深度的要求。超宽带雷达与常规的窄带雷达相比，具有一下特点：(l) 具有较强的穿透能力。宽频带是超宽带雷达的主要特征，其低频信号对墙壁等障碍物具有较强的穿透能力，可以穿透墙壁等障碍物实现对隐藏目标的探测。(2)较低的截获概率。由于超宽带雷达的工作频率范围很大，小于普通雷达信号的截获接收机覆盖范围，因此普通雷达接收机只能接收到雷达信号的一部分，而雷达的完整参数是无法获取得到的。所以普通的雷达接收机是不能有效的检测到超宽带雷达信号的，这一特征使得超宽带雷达更适用于军事应用。(3)抗干扰能力强。超宽带信号具有较大的带宽，这使得在对超宽带雷达进行干扰时，就必须将干扰信号的频带宽度加大。加大了频带宽度就会使该干扰信号的功率谱密度降低，因此就会减弱其干扰的性能，从而使得超宽带雷达的抗干扰能力增强。(4)良好的目标识别能力。短时性是雷达发射脉冲的主要特征，正因为具有的短时性便可以分离目标在不同区域的响应，从而突出目标特征，并借此识别出目标。(5)较高的距离分辨率。超宽带雷达的分辨率可以达到厘米量级，这是由于超宽带雷达具有较大的相对带宽，使得目标的主要散色点可以分辨出来，再对多个强散射点的目标回波信号进行积累，可以此改善超宽带雷达的信噪比。(6)超近程探测能力。超宽带雷达与常规的窄带雷达相比，可以进行超近程的目标探测，而常规的窄带雷达在探测超近程目标时则会存在盲区，这是因为超宽带雷达的脉冲宽度是极窄的，所以使得其最小探测距离和距离分辨率基本上是相等的。当然，在UWB雷达的数字信号处理方面，其采样率将随着带宽的增大而提高，因而对信号处理的能力要求更高;对UWB雷达天线和波形的产生也有特殊的要求。随着压缩传感等理论在超宽带雷达的信号处理方面的应用，降低了采样率，并能很好地重构图像，这使采样率的瓶颈的消除成为可能。这些优点使得超宽带雷达已在商用和军用雷达探测中得到广泛应用。雷达成像如逆合成孔径雷达( Inverse Synthetic Aperture Radar ,ISAR) 和 穿 墙 雷 达 ( Through the Wall Radar ,TWR)等需要有足够高的分辨率 ,采用超宽带技术如无载波窄脉冲雷达、 超宽带步进频率雷达或超宽带线性调频雷达等是较好的解决办法。三、研究内容： 本次课题是基于Vivaldi天线的辐射规律，利用HFSS软件进行建模仿真，根据仿真优化结果进行天线制作，完成利用HFSS仿真软件辅助设计天线实物的整个过程，仿真结果和实测结果的良好实施过程：1、理论参数计算(1)微带槽线转换部分(2)无线槽线渐变部分2、(1)建模仿真(2)仿真结果3、天线制作和测试(1)天线实铡驻波比结果分析(2)天线实测方向图结果分析五、实施手段：在原有Vivaldi 天线研究的基础上，结合遗传算法对耦合型微带线馈入型Vivaldi宽带天线进行了优化设计，通过对其进行离散电阻加载，使带宽增大，更好地抑制了脉冲拖尾，有力地保证了冲击脉冲雷达系统对隐藏目标的探测成像六、任务完成的阶段安排及时间安排：1、实验资料查找，实验背景了解： 3月13日3月27日 2周；2、编程环境搭建及软件学习： 3月28日4月3日 1周；3、算法分析： 4月04日4月10日 1周；4、实现仿真设计： 4月11日4月26日 2周；5、完成毕业设计报告： 4月27日5月23日 3周；七、完成任务所具备的条件因素：计算机一台；实验用雷达一台；雷达天线仿真设计与测量相关文献掌握天线仿真与测量相关方法；掌握VC+或matlab的应用方法；掌握雷达天线仿真相关算法；指导教