Vivaldi基于CST的超宽带微带天线设计(4)
第4章：详细分析了Vavildi天线的设计理论，及设计仿真的结果，与传统模型相比，改进型的Vavildi天线具有更高的性能。
2.超宽带天线
2.1超宽带信号介绍
超宽带简称UWB,全称是Ultra Wide-Band，超宽带通信与其他通信技术的根本不同之处在于它的发射机和接收机之间采用非常窄的射频脉冲进行通信。早在1989年，美国国防高级研究计划局（DARPA）就对超宽带进行了明确定义[ ]。2002年时，美国联邦委员会（FCC）对超宽带的定义进行了调整，并规定民用通信可用的超宽带频段为3.1GHz-10.6GHz。
超宽带信号的定义如下：
满足上两式的信号即为超宽带信号，式中 和 为超宽带信号的上下截止频率。
超宽带要求相对带宽比高出20%或者绝对带宽大于0.5GHz，其传输速率可超过100Mbps，具有这样特性的系统称为UWB系统。
图2.1.1.1 超宽带频谱图
2.2超宽带天线简介
2.2.1 超宽带天线概述
超宽带天线[ ]，顾名思义就是带宽非常宽的天线，这种说法其实是在频域中对天线带宽的定义，就某个参数而言，天线的性能符合规定标准的频率范围。在此范围内天线的特性如输入阻抗、效率、波瓣指向、波瓣宽度、副瓣电平、方向系数、增益、极化等在允许的范围内。也就是，某项给定的技术指标不超出给定的范围所对应的频率范围。
超宽带天线是能够将超宽带高频电流能量转换成空间电磁波的器件，用于辐射和接收超宽带无线电波。超宽带天线一般要求具有一定的方向性，较高的效率，满足超宽带系统正常工作的宽频带范围，其质量影响着整个无线超宽带系统的性能。与传统天线相比，其设计也面临更多的挑战。
在超宽带天线的研究中一般采用美国DARPA给出的带宽的定义[ ]，它定义天线的带宽为：
（2.1）
其中， 和 分别为上下限频率。当 时成为窄带天线；当 时，成为宽带天线；当 时，成为超宽带天线，实际上是一种相对带宽的概念。
另外一种定义天线带宽的方法是用倍频带宽，也就是天线工作频带的上限频率和下限频率之比，即：
（2.2）
近年来，宽带天线的发展很迅速，研究出了各种形式的宽带天线。主要包括如下形式[ ]：螺旋天线、对数周期天线、锥形天线、行波天线、TEM喇叭天线和加载天线等。在早期的工程中，螺旋天线，对数周期偶极子天线、双锥天线以及喇叭天线等应用很广，但是它们一般为三文结构，很笨重。在现代工程中，集成电路广泛应用，天线向小型化发展，这时，平面结构的天线不论从尺寸还是系统集成上讲，都比复杂的三文结构更有优势。所以小型化和平面化是超宽带天线的发展趋势。
从90年代起，涌现了不少新型超宽带平面天线[ ]，有以下几种类型：超宽带印刷单极子、超宽带平板单极子、超宽带缝隙天线和有阻带功能的超宽带平面天线。其中平面单极子结构简单、尺寸相对较小、制作方便，而且为全向辐射，便于通信，所以应用很广泛。研究者相继提出了圆形、椭圆形、环形以及其他不规则结构等等多种平板单极子天线，一步步展宽了天线的阻抗带宽。
2.2.2 超宽带天线特点
在窄带通信系统里，传统的天线参数，例如输入阻抗匹配、效率、波瓣指向、波瓣宽度、副瓣电平、方向系数、增益、极化等等，被用来评估天线的技术性能，因此天线工程师只要根据这些参数的确定就能评估天线。但是在超宽带应用中，由于天线发射窄脉冲序列，系统要求天线的相对带宽很宽，情况就变得很复杂，因此超宽带天线也就有了不同于传统窄带、宽带天线的一些技术特点[ ]，主要表现如下：
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