天线增益和方向图有密切关系,方向图主瓣越窄,副瓣越小,增益就越高。增益是用来衡量天线向一个特定方向收发信号的能力。
(7)极化
天线的极化特性反应了天线在最大辐射方向上的电场的空间取向,是在最大辐射方向上电场矢量的运动轨迹。根据电场矢量极化形式,可以划分为三种极化方式:线极化、圆极化和椭圆极化;圆极化和线极化是椭圆极化的特殊情况;线极化又可分为水平极化和垂直极化;圆极化可分为左旋圆极化和右旋圆极化。天线不能接收与其正交方向上的极化分量,线极化天线不能够接收与极化方向垂直的线极化波;圆极化不能够接收与其旋转方向相反的圆极化分量。
(8)带宽
天线的带宽定义为当频率改变时,天线的电参数能保持在规定的技术要求范围内,此时对应的频率变化范围称为天线的频带宽度,简称为带宽。天线的频带宽度常常使用绝对带宽和相对带宽来表示。
绝对带宽的定义是天线的上限频率与下限频率的差值
(4.11)
式中, 是天线的绝对带宽, 是天线上限频率, 是天线的下限频率。
相对带宽的定义是天线的绝对带宽与中心频率的比值
(4.12)
式中, 是天线的相对带宽, 是天线的中心频率。
超宽带天线中的频带宽度指的是其主要电气指标如驻波比、增益、主瓣副瓣大小、极化特性、辐射方向图等均满足所要求的频率范围,各个参数的带宽有各自的定义名称,如阻抗带宽、方向图带宽、增益带宽、极化带宽等。
4.1.2 超宽带天线设计的难点
在UWB天线的设计过程中,所有常规性能如驻波比、增益、方向图等都要考虑,但是超宽带天线与传统的窄带天线有着本质的不同[ ],因此带来了独特的要求和挑战。
超宽带天线的工作带宽很大,而目前的天线理论主要针对窄带天线,超宽带方面的理论知识较少。超宽带系统要求低功耗,发射功率低,那么天线如何把能量有效发射出去是个难题。由于目前UWB技术的外部设备体积越来越小,超宽带天线作为超宽带系统的一部分,也需朝着小型化、轻型化方向发展[ ],使之更好地与系统集成。因此在设计中除了满足性能之外,还要向着平面化、小型化的方向发展。传统的宽带天线多为三文的,尺寸较大,体积笨重,使用时通常需要大的接地面,所以限制了其在小型测距和通信系统中的使用。少数平面的超宽带天线,馈电网络的超宽带实现方面还不足,需要改善。而且不同调制体制的超宽带系统,对天线的指标要求也是不一样的。如何在已有的资源的基础上,拓宽设计思路,设计出性能好、平面化、小尺寸的超宽带天线,是目前亟待解决的难题[ ]。
4.1.3扩展天线带宽的方法
宽带天线是在窄带天线的基础上发展起来,难点就在于如何扩展天线的带宽。常见的方法有加载,宽带匹配网络和渐变结构[ , , ]。
从频域来讲,要扩展天线的工作频带宽度,可以采用多个频率比较接近的谐振点。若当前窄带天线的频点为 ,那么可以通过各种加载方法,比如贴片加载、销钉加载、缝隙和槽的加载、短截线的加载等等,来增加频点 。通过调节这些加载物的尺寸、位置、数目,使 接近 ,只要 和 的相对位置处理恰当,就可以增大带宽,如图4.1.3.1所示。这种方法是在现有天线的基础上加以改善以增加带宽,思路清晰,但是设计过程繁琐,需要不断地调试,比较依赖经验,而且带宽增加的比较小。 Vivaldi基于CST的超宽带微带天线设计(8):http://www.youerw.com/tongxin/lunwen_2628.html