具有宽频带的天线可以称之为宽带天线。天线上的电流是驻波分布的，其阻抗特性和方向特性都随频率改变，因此它们的频带都很窄。但在某些通信中需要宽频带的天线。大约在一个倍频程内，天线的方向特性和阻抗特性没有显著变化的天线可称为宽带天线
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历史上宽带天线的发展大致可以分为以下几个阶段20世纪50年代以前是早期发展阶段主要面向广播电视通信应用20世纪50年代到90年代初是宽带天线的蓬勃发展时 期在这一阶段提出多种宽带和非频变天线的设计理论并在各类通信及雷达探测方面得到广泛应用20世纪90年代是现代意义上的UWB天线发展的初期但直至2002年FCC开放民用的UWB设备使用频段应用在短距无线通信中的UWB天线的研究设计才真正地发展起来[2]
早期的宽带天线与脉冲天线设计具有多样性自1886年徳国物理学家赫兹在实验室中证实了Maxwell方程以来在无线电应用中扮演能量辐射和接收角色的天线也得到了广泛研究.Hertz演示的无线电系统使用了一个长度为半个波长的偶极子传送一个火花脉冲并在附近的谐振圆环内进行检测该实验中所使用的天线结构可以认为是最早的宽带天线1898年英国物理学家Lodge对其设计的一个谐振无线系统申请了专利在这个专利当中他认为在系统中采用如锥体或三角形金属板这类具有扩展角度并将其顶点相对放置的结构更为有利为此提出了球形方形平板双圆锥和蝴蝶结形等多种结构形式的偶极天线（见图1.12,此外他还介绍了将地面作为地的单极天线设计理论这是天线设计上的一大突破意大利工程师Marconi在1901年进行了从英格兰到纽芬兰的长距离的无线信号传送实验使用了由几十根线结构构成的倒锥形与大地构成的单极天线来进行发射和接收实现了天线进早的商业应用但随着对窄带连续波无线系统研究的日益深入以及有效的窄带信号发生器的出现具有紧凑结构和低成本的细线单极天线和环形天线日渐成为当时主流而宽带天线结构复杂体积庞大其需求日益降低发展也进入了一个停滞阶段[2]
20世纪30年代无线电应用频率已达30 MHz,波长的减小使得四分之一波长的天线具有可操作性1933年宽带信号频率调制方法的发明使得无线系统带宽达到150kHz以上而电视的发明则将信号带宽展至数MHz的量级在这一阶段具备高性能宽频带特性的天线重新成为研究热点.1939年Carter对双圆锥偶极天线和圆锥单极天线进行了重新设计并将其用于短波应用同时针对Lodge原先的天线结构使用了一种渐变式的馈电方法这也是天线设计史上首次在传输线和辐射单元之间采用过渡性馈电结构更为突出的宽带天线结构是Lindertbald设计的用于电视信号传送的同轴喇叭式天线该结构在同轴末端将内芯和外芯向外渐变扩展其直径内外芯中间的空隙部分渐展成一喇叭结构 到20世纪40年代宽带天线的设计都遵循着结构逐渐展开的模式认为天线越胖越有利于宽带的实现Schelkunoff和Friis设计了一系列具有这类性质的天线结构并对其进行了专门的理论探讨Kraus发明的火山烟状天线也是这类天线的典型代表见图1. 13在40年代后期基于电磁的对偶关系也提出了一些槽形天线在设计上通过结合渐变形式馈电来扩展其带宽[2]
第二次世界大战后随着GHz频段以上的电子速调管和磁电管的发明无线电的应用朝着更高频段发展早期提出的许多经典天线结构在20世纪50年代以后仍被重新设计以便在更高频段内使用例如Brown等对Lodge设计的蝶形天线结构进行了重新讨论,Master提出了一种钻石状的三角形偶极天线结构用于UHF频段的电视接收 Lamberty将Marconi设计的平板单元用于微波频段Rumsey提出的频率不变天线概念是这一时期天线发展的重要事件他认为如果天线形状仅随角度变化那么其阻抗和方向图将在极大带宽内保持不变其带宽仅受天线的最大和最小物理尺寸限制等角螺旋天线是该理论的典型应用基于类似设计思想对数周期天线也是一种频率不变天线这类频率不变天线结构见图1. 14,其倍频程度带宽可超过40:1能工作在10MHz-10GHz 频段内广泛应用于广播电视和点对点通信等场合不过由于这类天线的相位中心随频率而改变事实上脉冲的辐射和接收性能并不佳[2]
到20世纪70年代随着脉冲雷达技术的发展出现了用于针对具有纳秒级宽度时域脉冲的辐射接收的天线如采用分布式电阻加载的偶极线天线或双圆锥天线Harmuth利用环形辐射的等效原理制作了大电流辐射器在大功率的脉冲辐射方面则包括有TEM喇叭和抛物面反射的脉冲辐射天线等结构图1. 15是这类脉冲天线结构的简单示意图[2]
20世纪90年代以前应用在高频段内的宽带天线在设计上仍较多地沿用早期的结构 这些天线通常为三维结构在大多数的实际应用当中尤其在需要小型化天线的应用场合天线采用平面结构在尺寸以及系统整合上都比三维结构更具优势90年代以来随着无线通信技术的日益发展应用在1-10GHz频段内的超宽带天线结构有向平面化小型化发展的趋势[2]
平面化的宽带天线可由传统上的三维宽带天线演变而来1992年Honda等人提出的一种圆盘单极天线就是球形单极天线的变形可获得8 : 1以上的阻抗带宽此后为获取较大的阻抗带宽研究人员相继提出了包括椭圆形环形半圆形方形和五边形等多种变形在内的平板型单极天线见图1.16极大地丰富了宽带单极天线的种类单极宽带天线通常可获得10 : 1以上的极大阻抗带宽同时在辐射单元所在的半空间内具有近似于全向的辐射场型但由于天线的接地平面辐射单元相垂直这类天线仍然不是真正意义上的平面天线在实际应用中存在一定的局限性为进一步拓展天线应用范围同时获取具有全空间辐射场形的平面天线结构将三维平板单极天线以接地平面做镜像即可得到平面偶极天线例如蝴蝶结形天线以及Thomas等提出的圆盘偶极天线都是在原有的锥形天线和球 状天线基础上的变形结构但在实际的高频应用当中这类偶极天线结构会带来新的问题天线带宽下降并且馈电变得非常不便难以同传统传输线如同轴线或微带线相连.此时天线辐射特性也对馈电非常敏感要让这类平面天线能真正用于实际系统仍需做更多的研究从天线性能发展角度看在于如何克服现有天线结构在性能上的弱点而从应用角度来看在于如何为实际系统量身定做符合要求的天线结构[2]
因此宽带天线的主要设计难点集中在同时满足小型化宽带优良的时域特性以及系统性能优良等特点
具有宽频带的天线可以称之为宽带天线。天线上的电流是驻波分布的，其阻抗特性和方向特性都随频率改变，因此它们的频带都很窄。但在某些通信中需要宽频带的天线。大约在一个倍频程内，天线的方向特性和阻抗特性没有显著变化的天线可称为宽带天线天线是把高频电磁能（信息）通过各种形状的金属导体向空间……阅读全文 >>
宽带天线系统的构架及模块如图8．69所示，它主要包括十个组成部分，整个宽带天线系统可能只用接收、发射或两者都有，它涉及辐射场的设计、微波部件的设计和结构工程的设计等。(1)对于舰载平台和车载设备而言，针对设备所处的环境为海面、地面或山地等具体情况，辐射部分要减小环境基本是采用架高……阅读全文 >>
宽带技术是无线通信领域的一个重要发展方向，已经成为了国内外通信界近年来的热点问题和研究方向之一。宽带技术之所以得到了广泛的关注，主要因为其具有如下的技术优势。1)传输速率高。宽带信号的脉冲宽度通常在亚纳秒量级，带宽极宽，宽带信号在频域上有非常宽的能量谱，带宽达数GHz，可提供很大……阅读全文 >>
宽带技术在雷达方面的应用研究发展较早，也相对成熟。宽带雷达距离分辨率高，通常远小于目标尺寸，高的距离分辨率使它具有精确目标识别能力，能获得复杂目标的细微特征；并且穿透能力强，能穿透叶簇、地表、云层等障碍，探测并分辨隐蔽目标。因此，宽带雷达在雷达探测、成像、目标识别等方面具有广泛的……阅读全文 >>