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超宽带技术以其高分辨率、抗多径效应、高速率和低成本等优势成为最具竞争力和发展前景的技术之一。作为系统的重要组成部分，超宽带天线的设计引起了越来越多的关注。与传统的宽带天线相比，超宽带天线的设计更具有挑战性，这是由于天线除了需要具有超宽带的工作频带，还要能够具有较好的增益，方向性，转换效率以及保持尺寸的紧凑特性。平面天线以其小型化及易于与平面大规模电路集成的特点，满足了现代雷达与无线通信系统发展小型化天线的趋势和要求。而针对雷达探测等应用领域需要天线具有较强的方向性的特点，开展具有小型化，增益高，方向性强的超宽带平面天线技术研究具有重要的意义。本文旨在研究设计满足系统要求的小型平面超宽带天线及其超宽带天线阵列，讨论分析改进天线带宽，方向性等辐射特性的有效方法。
本文首先简要介绍了超宽带技术与超宽带天线的概念，详细阐述了超宽带平面天线的研究背景和意义，并描述了超宽带天线的主要性能参数，介绍了超宽带平面天线的结构类型，总结了超宽带天线的馈电方式与常用的数值分析方法。
然后分别总结了蝴蝶结槽天线和宽槽天线的发展状况，设计研究了一种共面波导馈电的超宽带平面蝴蝶结槽天线，采用倒角和增加寄生辐射贴片的方式展宽天线频带，再通过导带渐变方式实现馈线与天线的良好匹配，使天线在S11≤-10dB时的带宽范围扩展为4.3～21.7GHz。并改进设计了一种超宽带平面宽槽天线，通过改进槽与辐射贴片的形状尺寸，进一步增大了天线带宽，再通过馈线的圆形过度方式，实现天线的阻抗匹配设计，天线带宽达到2.7～18.8GHz。
本文最后对平面天线阵列设计进行研究，具体分析了平面天线阵列的辐射特性，介绍了平面天线阵的馈电方式，首先设计了一种异面蝴蝶结天线，实测带宽为6.2～10.6GHz。接着以异面蝴蝶结天线为单元，设计了一种二元平面天线阵列，与单个天线相比，展宽了天线的带宽，改善了方向性，增强了方向性系数，并且由于尺寸的合理选择，具有小型化特性，天线阵能够作为单元天线使用。
本文研究工作的应用领域包括雷达隐蔽目标探测，超宽带通信，电子干扰等，为平面超宽带天线工程应用推广奠定基础。