微带天线中的单极天线课件

潜在应用方向－极宽带通信根据美国联邦通信委员会FCC（FederalCommunicationcommittee)2002年公布的标准：绝对带宽大于500MHz,或相对带宽大于20%,工作频带在3.1－10.6GHzUWB通信的特点是传输速率＞100Mb/s,传输距离较小,功率也极小。在无线通信与雷达成像方面有潜在的应用前景。目前主要是室内通信应用潜在应用方向－极宽带通信根据美国联邦通信委员会FCC（Fed1超宽带无线通信概念超宽带通信技术，在历史上又称为’脉冲无线电’,‘非正弦系统’，’时域通信’.其信号的产生有多种方式，传统的方法是用纳秒级窄脉冲的宽频谱来实现，直接发射经调制的窄脉冲无需正弦载波，所以又常称为冲激无线电（ImpulseRadio）.信号调制主要是对脉冲的幅度，极性和时序位置进行调制。适用于跳时（Time-hopping）技术。另一类超宽带通信技术仍然基于正弦载波的概念发射连续波。其超宽带的实现可借助扩展频谱技术或提高数据率来实现。例如基于IEEE

803.15.3a(WPAN:WirelessPersonalAreaNetwork)超宽带无线通信概念超宽带通信技术，在历史上又称为’脉冲无线电2无线应用频谱无线应用频谱3名词解释"WRANs:associationwithIEEE802.22,theWorkingGrouponWirelessRegionalAreaNetworksWPAN:WirelessPersonalAreaNetworksIEEE802.15.1WBAN:WirelessBodyAreaNetworksWLAN:WirelessLocalAreaNetwork,WMAN:WirelessmetropolitanareanetworkIEEE802.16WiMAX:WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccessZigBee:IEEE802.15.4andZigBeeisanalogoustothatexistingbetweenIEEE802.11andtheWi-FiAllianceWiFi:WIrelessFIdelity名词解释"WRANs:associationwithI4微带天线中的单极天线课件5FCC批准的UWB通信能量谱

EIRP-EquivalentIsotropicRadiatedPower

FCC批准的UWB通信能量谱

EIRP-Equivalen6UWB通信家庭应用UWB通信家庭应用7办公室应用

Intra-CampusConnectivity校园内连接办公室应用

Intra-CampusConnectivit8超宽带无线通信特点1。隐蔽性。超宽带脉冲信号的脉冲宽度常小于1ns对应的频谱宽度在1GHz以上，通信所需的平均功率很小，信号被隐蔽在环境噪声和其他信号之中，截获率很低。2。高处理增益。处理增益定义为信号的射频带宽与信息带宽之比，可以获得比目前扩频系统高得多的处理增益。例如信号带宽为8kHz,信道带宽为1.25MHz的码分多址（CDMA）直接序列扩频系统，处理增益为22dB,采用窄脉冲系统同样的基带信号可以变换为2GHz带宽的射频信号，处理增益达到54dB3。抗多径干扰能力。超宽带通信系统的多径能力远高于常规通信系统。这是因为超宽带通信系统的通信是利用极窄的脉冲串来携带信息，其重复周期远小于多径时延，因此在接收端利用Rake接收技术可以有效地区别多径干扰信号．

超宽带无线通信特点1。隐蔽性。超宽带脉冲信号的脉冲宽度常小于9超宽带无线通信特点2空间容量大。当前无线通信发展的趋势是由提供远距离通信服务向近距离通信方向转移。通过频率的空间复用，在有限的频率资源下满足通信业务发展需求。点对点的传输速率仅仅是评估系统的一方面，系统的’空间容量’（b/s.m2）也是一项重要的指标。它是单位面积数据传输速率。兰牙技术中（IEEE

802.11a）的空间容量是83kb/s.m2,而超宽带通信技术中的空间容量可达1Mb/s.m2超宽带无线通信特点2空间容量大。当前无线通信发展的趋势是由提10超宽带无线通信特点3穿透能力强.由于超宽带通信的极宽频谱特性，使超宽带信号具有极强的障碍物穿透能力。可用于丛林成像和穿墙成像系统。便于多功能一体化技术的实现。超宽带技术在一定的条件下可以与窄带通信共存于一个系统中。超宽带系统也可以设计成兼通信，定位，成像和测距等功能为一体的综合电子系统。超宽带无线通信特点3穿透能力强.11超宽带无线通信关键技术关键技术:超宽带信号的产生，即纳秒脉冲源的产生。纳秒脉冲的处理：编码，调制，放大等发射技术；超宽带天线技术。接收，解码等技术。超宽带无线通信关键技术关键技术:12UWB通信所需主要RF无源器件UWB通信所需主要RF无源器件13超宽带无线技术的市场预测超宽带通信有着巨大的民用市场。美国联邦通信委员会（FCC）预言超宽带通信会带来一个新兴的产业。为满足造价低廉宽带Inteenet无线接入和宽带多媒体信息的传输，民用超宽带无线通信的主要研究方向是短距离高速率连接和高速率无线个人局域网（WPAN：WirelessPersonalAreaNetwork）以及一些探测系统如：透地雷达，墙内成像系统，穿墙成像系统监视系统，汽车防撞系统等。超宽带无线技术的市场预测超宽带通信有着巨大的民用市场。美国联14现代移动通信频道：GSM（GlobalSystemforMobile)~900MHzDCS(DigitalCommunicationSystem)~1800MHzUMTS(UniversalMobileTelecommunicationSystem)1920-2170MHz无线局域网（WLAN)：2.4－2.485GHzforIEEE802.11b/g；5.15–5.35and5.725–5.825GHzforIEEE

802.11a随着以多媒体业务为特征的第三代移动通信的发展，对总的通信频道的要求是能够满足愈来愈高的工作频带，而移动通信特别是对宽带小尺寸天线提出了更高的要求。标准化小天线已提到议事日程上，还有很多工作要做。还有许多未开拓的领域和技术等待着人们去探索。由上面的分析可以看出除了UWB以外，多频道工作天线是目前人们正面临的天线设计任务。现代移动通信频道：GSM（GlobalSystemfor15天线输入阻抗天线输入阻抗16天线的增益效率和方向性天线的增益效率和方向性17PIFA天线特性PIFA天线特性18典型的偶极天线典型的偶极天线19天线带宽，增益和效率天线带宽，增益和效率20自我补偿天线自我补偿天线21常见宽带天线：Log-Periodicanteena常见宽带天线：Log-Periodicanteena22对数周期偶极天线对数周期偶极天线23盘锥天线(DisconeAntenna)盘锥天线(DisconeAntenna)24螺旋天线螺旋天线25双脊喇叭天线双脊喇叭天线26其他宽带天线其他宽带天线27VivaldiAntennaVivaldiAntenna28不同应用下的天线增益要求不同应用下的天线增益要求29UWB天线设计要求UWB天线设计要求30设计方法MP:MarketProducts设计方法MP:MarketProducts31主要设计（电磁仿真）软件HFSS：频域，有限元法IE3D：频域，矩量法CST：时域，有限积分法XFDTD：时域，时域有限差分法主要设计（电磁仿真）软件HFSS：频域，有限元法32当前天线设计与应用当前天线设计与应用33微带单极天线发展过程IEEE中最早关于UWB天线的文献报道是1996年Anairbornegroundpenetratingradarsystem

(机载探地雷达系统)

AerospaceApplicationsConference,1996.Proceedings.,1996IEEE

Gregorwich,W.;Volume1,

3-10Feb.1996Page(s):157-161vol.1(IEEE文献检索。关键词：UWBAntennas,得到165篇文献)微带单极天线发展过程，可以看成是2002年以后才开始的。即美国联邦通信委员会FCC公布的UWB标准以后的事。微带单极天线发展过程34单极微带天线属于2维天线单极微带天线属于2维天线35微带天线中的单极天线课件362.5D平面单极天线2.5D平面单极天线37微带单极天线的特点低剖面尺寸。厚度一般小于PIFA天线；宽带特性：阻抗带宽高于PIFA结构简单造价低。可以用微带电路加工工艺可以满足双面辐射的要求，结构设计灵活。除了天线本身，有限大小接地板也是设计的目标之一设计要求高MICROWAVEANDOPTICALTECHNOLOGYLETTERS/Vol.40,No.5,March52004p.399-400微带单极天线的特点低剖面尺寸。厚度一般小于PIFA天线；MI38各种微带单极天线各种微带单极天线39对缝隙的敏感性对缝隙的敏感性40天线平面刻蚀缝可以产生阻带天线平面刻蚀缝可以产生阻带41阻带频率与缝长度的关系阻带频率与缝长度的关系42FilmTypeWide-BandAntennaforNext-GenerationCommunicationSystems

atFrequencyRangefrom2.3to6GHz

40mm(W)x33mm(H).HITACHICABLEREVIEWNo.24(AUGUST2005)p6-10FilmTypeWide-BandAntennafo43CPW共平面波导输入CPW共平面波导输入44Double-SidedPrintedBow-TieAntennaforUWBCommunicationsp.152IEEEANTENNASANDWIRELESSPROPAGATIONLETTERS,VOL.3,2004Double-SidedPrintedBow-TieA45CrossCPWantennaUsingtheGAandFDTDAlgorithmIEEEMICROWAVEANDWIRELESSCOMPONENTSLETTERS,VOL.15,NO.6,JUNE2005p.395CrossCPWantennaUsingtheGA46LowCostUWBantennaIEEEANTENNASANDWIRELESSPROPAGATIONLETTERS,VOL.4,2005p.237LowCostUWBantennaIEEEANTEN47printedmonopoleantennas0-7803-8883-6/05/$20.00©2005IEEEprintedmonopoleantennas0-78048ALow-CostSuspendedPatchAntennaforWLAN

AccessPointsandPoint-to-PointLinksp.90IEEEANTENNASANDWIRELESSPROPAGATIONLETTERS,VOL.3,2004ALow-CostSuspendedPatchAnt49Frequencynotchedultra-wideband

microstripslotantennawithfractal

tuningstubELECTRONICSLETTERS17thMarch2005Vol.1No.6Frequencynotchedultra-wideba50SingleLayerPrintedMonopoleAntennaforDualISM-BandOperation1270IEEETRANSACTIONSONANTENNASANDPROPAGATION,VOL.53,NO.4,APRIL2005SingleLayerPrintedMonopole51V-型单极天线ELECTRONICSLETTERS1stSeptember2005Vol.41No.18V-型单极天线ELECTRONICSLETTERS1st52ASmallWidebandMicrostrip-fedMonopoleAntennaIEEEMICROWAVEANDWIRELESSCOMPONENTSLETTERS,VOL.15,NO.10,OCTOBER2005p.703ASmallWidebandMicrostrip-fe53潜在应用方向－极宽带通信根据美国联邦通信委员会FCC（FederalCommunicationcommittee)2002年公布的标准：绝对带宽大于500MHz,或相对带宽大于20%,工作频带在3.1－10.6GHzUWB通信的特点是传输速率＞100Mb/s,传输距离较小,功率也极小。在无线通信与雷达成像方面有潜在的应用前景。目前主要是室内通信应用潜在应用方向－极宽带通信根据美国联邦通信委员会FCC（Fed54超宽带无线通信概念超宽带通信技术，在历史上又称为’脉冲无线电’,‘非正弦系统’，’时域通信’.其信号的产生有多种方式，传统的方法是用纳秒级窄脉冲的宽频谱来实现，直接发射经调制的窄脉冲无需正弦载波，所以又常称为冲激无线电（ImpulseRadio）.信号调制主要是对脉冲的幅度，极性和时序位置进行调制。适用于跳时（Time-hopping）技术。另一类超宽带通信技术仍然基于正弦载波的概念发射连续波。其超宽带的实现可借助扩展频谱技术或提高数据率来实现。例如基于IEEE

803.15.3a(WPAN:WirelessPersonalAreaNetwork)超宽带无线通信概念超宽带通信技术，在历史上又称为’脉冲无线电55无线应用频谱无线应用频谱56名词解释"WRANs:associationwithIEEE802.22,theWorkingGrouponWirelessRegionalAreaNetworksWPAN:WirelessPersonalAreaNetworksIEEE802.15.1WBAN:WirelessBodyAreaNetworksWLAN:WirelessLocalAreaNetwork,WMAN:WirelessmetropolitanareanetworkIEEE802.16WiMAX:WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccessZigBee:IEEE802.15.4andZigBeeisanalogoustothatexistingbetweenIEEE802.11andtheWi-FiAllianceWiFi:WIrelessFIdelity名词解释"WRANs:associationwithI57微带天线中的单极天线课件58FCC批准的UWB通信能量谱

EIRP-EquivalentIsotropicRadiatedPower

FCC批准的UWB通信能量谱

EIRP-Equivalen59UWB通信家庭应用UWB通信家庭应用60办公室应用

Intra-CampusConnectivity校园内连接办公室应用

Intra-CampusConnectivit61超宽带无线通信特点1。隐蔽性。超宽带脉冲信号的脉冲宽度常小于1ns对应的频谱宽度在1GHz以上，通信所需的平均功率很小，信号被隐蔽在环境噪声和其他信号之中，截获率很低。2。高处理增益。处理增益定义为信号的射频带宽与信息带宽之比，可以获得比目前扩频系统高得多的处理增益。例如信号带宽为8kHz,信道带宽为1.25MHz的码分多址（CDMA）直接序列扩频系统，处理增益为22dB,采用窄脉冲系统同样的基带信号可以变换为2GHz带宽的射频信号，处理增益达到54dB3。抗多径干扰能力。超宽带通信系统的多径能力远高于常规通信系统。这是因为超宽带通信系统的通信是利用极窄的脉冲串来携带信息，其重复周期远小于多径时延，因此在接收端利用Rake接收技术可以有效地区别多径干扰信号．

超宽带无线通信特点1。隐蔽性。超宽带脉冲信号的脉冲宽度常小于62超宽带无线通信特点2空间容量大。当前无线通信发展的趋势是由提供远距离通信服务向近距离通信方向转移。通过频率的空间复用，在有限的频率资源下满足通信业务发展需求。点对点的传输速率仅仅是评估系统的一方面，系统的’空间容量’（b/s.m2）也是一项重要的指标。它是单位面积数据传输速率。兰牙技术中（IEEE

802.11a）的空间容量是83kb/s.m2,而超宽带通信技术中的空间容量可达1Mb/s.m2超宽带无线通信特点2空间容量大。当前无线通信发展的趋势是由提63超宽带无线通信特点3穿透能力强.由于超宽带通信的极宽频谱特性，使超宽带信号具有极强的障碍物穿透能力。可用于丛林成像和穿墙成像系统。便于多功能一体化技术的实现。超宽带技术在一定的条件下可以与窄带通信共存于一个系统中。超宽带系统也可以设计成兼通信，定位，成像和测距等功能为一体的综合电子系统。超宽带无线通信特点3穿透能力强.64超宽带无线通信关键技术关键技术:超宽带信号的产生，即纳秒脉冲源的产生。纳秒脉冲的处理：编码，调制，放大等发射技术；超宽带天线技术。接收，解码等技术。超宽带无线通信关键技术关键技术:65UWB通信所需主要RF无源器件UWB通信所需主要RF无源器件66超宽带无线技术的市场预测超宽带通信有着巨大的民用市场。美国联邦通信委员会（FCC）预言超宽带通信会带来一个新兴的产业。为满足造价低廉宽带Inteenet无线接入和宽带多媒体信息的传输，民用超宽带无线通信的主要研究方向是短距离高速率连接和高速率无线个人局域网（WPAN：WirelessPersonalAreaNetwork）以及一些探测系统如：透地雷达，墙内成像系统，穿墙成像系统监视系统，汽车防撞系统等。超宽带无线技术的市场预测超宽带通信有着巨大的民用市场。美国联67现代移动通信频道：GSM（GlobalSystemforMobile)~900MHzDCS(DigitalCommunicationSystem)~1800MHzUMTS(UniversalMobileTelecommunicationSystem)1920-2170MHz无线局域网（WLAN)：2.4－2.485GHzforIEEE802.11b/g；5.15–5.35and5.725–5.825GHzforIEEE

802.11a随着以多媒体业务为特征的第三代移动通信的发展，对总的通信频道的要求是能够满足愈来愈高的工作频带，而移动通信特别是对宽带小尺寸天线提出了更高的要求。标准化小天线已提到议事日程上，还有很多工作要做。还有许多未开拓的领域和技术等待着人们去探索。由上面的分析可以看出除了UWB以外，多频道工作天线是目前人们正面临的天线设计任务。现代移动通信频道：GSM（GlobalSystemfor68天线输入阻抗天线输入阻抗69天线的增益效率和方向性天线的增益效率和方向性70PIFA天线特性PIFA天线特性71典型的偶极天线典型的偶极天线72天线带宽，增益和效率天线带宽，增益和效率73自我补偿天线自我补偿天线74常见宽带天线：Log-Periodicanteena常见宽带天线：Log-Periodicanteena75对数周期偶极天线对数周期偶极天线76盘锥天线(DisconeAntenna)盘锥天线(DisconeAntenna)77螺旋天线螺旋天线78双脊喇叭天线双脊喇叭天线79其他宽带天线其他宽带天线80VivaldiAntennaVivaldiAntenna81不同应用下的天线增益要求不同应用下的天线增益要求82UWB天线设计要求UWB天线设计要求83设计方法MP:MarketProducts设计方法MP:MarketProducts84主要设计（电磁仿真）软件HFSS：频域，有限元法IE3D：频域，矩量法CST：时域，有限积分法XFDTD：时域，时域有限差分法主要设计（电磁仿真）软件HFSS：频域，有限元法85当前天线设计与应用当前天线设计与应用86微带单极天线发展过程IEEE中最早关于UWB天线的文献报道是1996年Anairbornegroundpenetratingradarsystem

(机载探地雷达系统)

AerospaceApplicationsConference,1996.Proceedings.,1996IEEE

Gregorwich,W.;Volume1,

3-10Feb.1996Page(s):157-161vol.1(IEEE文献检索。关键词：UWBAntennas,得到165篇文献)微带单极天线发展过程，可以看成是2002年以后才开始的。即美国联邦通信委员会FCC公布的UWB标准以后的事。微带单极天线发展过程87单极微带天线属于2维天线单极微带天线属于2维天线88微带天线中的单极天线课件892.5D平面单极天线2.5D平面单极天线90微带单极天线的特点低剖面尺寸。厚度一般小于PIFA天线；宽带特性：阻抗带宽高于PIFA结构简单造价低。可以用微带电路加工工艺可以满足双面辐射的要求，结构设计灵活。除了天线本身，有限大小接地板也是设计的目标之一设计要求高MICROWAVEANDOPTICALTECHNOLOGYLETTERS/Vol.40,No.5,March52004p.399-400微带单极天线的特点低剖面尺寸。厚度一般小于PIFA天线；MI91各种微带单极天线各种微带单极天线92对缝隙的敏感性对缝隙的敏感性93天线平面刻蚀缝可以产生阻带天线平面刻蚀缝可以产生阻带94阻带频率与缝长度的关系阻带频率与缝长度的关系95FilmTypeWide-BandAntennaforNext-GenerationCommunicationSystems

atFrequencyRangefrom2.3to6GHz

40mm(W)x33mm(H).HITACHICABLEREVIEWNo.24(AUGUST2005)p6-10FilmTypeWide-BandAntennafo96CPW共平面波导输入CPW共平面波导输入97Double-SidedPrintedBow-TieAntennaforUWBCommunicationsp.152IEEEANTENNASANDWIRELESSPROPAGATIONLETTERS,VOL.3,2004Double-SidedPrintedBow-TieA98Cr