超寬帶天線、太赫茲天線的設(shè)計與研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，人類社會已經(jīng)全面進入信息化時代。2002年美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)將3.1-10.6 GHz頻段劃歸超寬帶(UWB)的民用領(lǐng)域，這給UWB高速率無線通信技術(shù)帶來了無窮的發(fā)展機會。UWB技術(shù)在短距離高速無線通信、車載雷達、測距制導(dǎo)以及成像系統(tǒng)等領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力，在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界得到了廣泛的關(guān)注，引起了極大研究熱情。
　　另一方面，太赫茲(THz)波在電磁波譜中所處的獨特位置使其具有許多的優(yōu)良特性，隨著微

2、電子技術(shù)和激光技術(shù)的深入發(fā)展，近年來學(xué)術(shù)界在THz輻射機理、檢測和應(yīng)用技術(shù)等方面不斷取得突破，曾經(jīng)的THz空白已經(jīng)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€極具吸引力和創(chuàng)造性的研究領(lǐng)域，成為國際上優(yōu)先發(fā)展的研究領(lǐng)域和爭相搶占的科學(xué)技術(shù)制高點。THz技術(shù)的迅速發(fā)展正好適應(yīng)了目前無線通信系統(tǒng)對于拓展頻譜的迫切要求，使得THz通信系統(tǒng)的研究日益受到重視。
　　作為無線通信系統(tǒng)的一個重要組成部分，UWB天線和THz天線自然也就成為目前天線技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點和難點。日

3、新月異的現(xiàn)代通信技術(shù)，往往要求天線具有工作頻帶寬，結(jié)構(gòu)尺寸小，可集成性好以及便于和射頻電路放在一起做整體優(yōu)化設(shè)計等性能，如何同時實現(xiàn)這些目標，對天線工程師來說是一個需要深入研究的課題，對天線領(lǐng)域的發(fā)展既是機遇也是挑戰(zhàn)。
　　本論文以超寬帶天線、太赫茲天線的設(shè)計以及天線等效電路模型為研究對象，以實際工程應(yīng)用為目標，設(shè)計并實現(xiàn)小型化、寬頻帶的UWB天線和THz天線，并研究其等效電路模型。本文從電磁場和電路的基本理論出發(fā)，根據(jù)目前已有的

4、天線設(shè)計及建模的理論和實踐基礎(chǔ)，結(jié)合電磁場仿真軟件和電路仿真軟件等工具，設(shè)計并實現(xiàn)了多種UWB天線和THz天線，并對UWB天線和THz天線的等效電路模型進行了研究。本文的主要工作和創(chuàng)造性成果可以概括為:
　　1.對不同結(jié)構(gòu)的天線等效電路模型進行了比較分析，提出了一種適用于寬帶天線的等效電路模型結(jié)構(gòu)，研究了寬帶天線等效電路模型拓撲結(jié)構(gòu)和元件參數(shù)提取方法，建立本文中UWB天線和THz天線的等效電路模型并進行了參數(shù)提取，模型的模擬結(jié)果與

5、實驗結(jié)果實現(xiàn)了較好吻合。本文提出的參數(shù)提取方法具有較強的寬帶適用性、較高的精度、較好的收斂性以及簡捷的參數(shù)提取流程，與傳統(tǒng)模型相比，所提取的天線等效電路模型參數(shù)具有較強的物理意義，便于嵌入ADS等EDA仿真軟件，并與天線后端的射頻電路一起做仿真分析，有利于射頻電路的整體優(yōu)化。
　　2.對THz片上螺旋天線及THz平面印刷螺旋天線進行了設(shè)計和研究，給出了利用聚焦離子束(FIB)技術(shù)實現(xiàn)THz片上螺旋天線的設(shè)計思想和饋電方案，論述了采

6、用微帶和共面波導(dǎo)等平面?zhèn)鬏斁€結(jié)構(gòu)實現(xiàn)片上螺旋天線饋電的技術(shù)可行性，利用三維電磁場仿真軟件進行天線設(shè)計，并基于FIB技術(shù)進行了樣品流片，實現(xiàn)了片上三維太赫茲螺旋天線結(jié)構(gòu)。
　　3.對THz片上喇叭天線、THz機械喇叭天線及THz平面印刷喇叭天線進行了設(shè)計和研究，研究了一種基于微電子機械系統(tǒng)(MEMS)的單片集成THz喇叭天線的設(shè)計思想和實現(xiàn)方法，并通過仿真驗證了這種喇叭天線所具有的優(yōu)良性能。
　　4.對多種結(jié)構(gòu)的平面印刷UWB