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室内短距离超宽带无线通信具有传输速率高、功耗低、系统结构简单等特点，因而成为近年来无线通信的研究热点之一。作为超宽带通信系统的关键部件，小型超宽带天线的特性将直接影响系统的传输性能，其分析与设计方法具有重大的现实意义。本文对超宽带天线的基本理论、分析与设计方法进行了深入的研究。
现有的宽带和超宽带天线种类不少，按照传统的观点，这些天线大致可以分为两大类：第一类是具有自相似结构或自互补结构的“频率无关天线”，其典型代表包括对数周期振子天线、对数周期螺旋天线等，它们的共同特点是结构满足拉姆塞原则(Rumsey’sprinciple)：第二类则特指专用于收发瞬时脉冲信号的“脉冲辐射天线(IRA)”，主要包括平板TEM角锥天线、带有抛物反射面的TEM角锥天线、介质锥天线等，这类天线多属于端射特性的行波天线，一般具有庞大的体积。
上述的天线都是非平面三维结构，对于面向室内短距离接入、对设备成本和体积要求苛刻的超宽带无线通信，这些天线不仅显得过于笨重，还难以实现与其它射频前端电路的集成化设计。于是，如何开发和分析平面结构的、特别是适用于脉冲体制超宽带通信的可集成小型超宽带天线具有非常迫切的现实意义，如何实现不同性能的小型平面超宽带天线、如何有效提高其性能也迅速地成为了当前微波与天馈技术领域中的一大热点问题。
从这种技术背景出发，可见小型平面超宽带天线的设计理论、分析方法和实验研究，对实现新型高性能平面超宽带天线是非常重要的。虽然现在已经出现了一些超宽带天线的设计方案，但现成的设计方案仍然存在体积较大、带宽不足、辐射特性不稳定等种种缺陷。基于如何实现高性能小型平面超宽带天线的目的，论文作者敛力于新结构小型平面超宽带天线的分析与设计，开展了大量的理论分析和实验研究工作。采用了理论和实验相结合的手段，首先借助电磁场数值分析方法，深入研究了小型平而超宽带天线的基本理论和分析方法，在此基础上提出了多种结构、性能各异的新型天线的设计方案，例如渐变单极缝隙天线、反对称双面平衡结构缝隙天线、Koch分形超宽带缝隙天线等，对每种天线均进行了详细的实验研究，同时还提出了一种实验结合仿真的方法，尝试从系统的角度对天线的传输特性进行研究和评价。全文的研究工作紧紧围绕着“新型平面超宽带天线的理论和设计方法”这一主题进行展开，拓宽了小型平面超宽带天线的设计思路，填补了平面超宽带天线分析和设计方法的空白，原创性的研究成果归纳如下：
1.作者首先在论文中详细探讨了超宽带天线的概念、基本理论和分析方法，推导了基于等效原理和自由空间Green函数的积分方程分析法、用于超宽带天线的数值分析，然后以宽缝隙天线为研究对象，首次结合多模谐振腔理论，对宽缝隙天线进行了本征模式分析，为解释超宽带缝隙天线工作机理、实现其具体设计提供了理论依据。
2.在理论研究的基础上，作者仍然以缝隙天线为主要研究对象，借助全波电磁场分析软件进行大量的辅助计算和设计，分别设计了多频段加载缝隙天线、宽带多缝隙天线、共面波导馈电小型缝隙天线、折线环天线、渐变单极缝隙天线和反对称双面平衡结构缝隙天线等六种新结构小型平面多频段/超宽带天线，通过大量的实验研究，充分考察了这些天线的实际性能，上述新型天线的研制得到了国家自然科学基金重点项目和江苏省研究生创新计划项目的支持(已通过鉴定验收)，其中的部分天线还已经在脉冲超宽带通信演示系统中得到了应用；上述新型天线中，具有低交叉极化特性的反对称双面平衡结构缝隙天线属于全新的原创性设计，通过引入反对称双面结构，显著改善了天线的辐射特性，使之具有更为稳定的辐射方向图、更低的交叉特性和更为平坦的增益频率特性。
3.在设计多种新型超宽带缝隙天线的基础上，考虑到超宽带通信的工作频段内还存在其他通信系统(如：无线局域网)，为了降低不同系统之间的相互干扰，研制具有陷波(带阻)特性的超宽带缝隙天线非常重要。研究中，作者首次将分形理论应用到陷波功能超宽带天线的设计中，成功实现具有分形调谐枝节的超宽带缝隙天线、Koch分形超宽带缝隙天线等五种新型天线，并进行了详细的参数分析。其中的Koch分形超宽带缝隙天线利用了Koch分形的自填充结构，同时实现了陷波功能和小巧的尺寸，是目前公布的体积最小的陷波功能超宽带缝隙天线。这些工作为陷波功能超宽带天线的小型化、实用化设计打下了基础。
4.针对大部分陷波功能超宽带缝隙天线阻带抑制特性欠佳的缺陷，作者继续研究了具有方环形谐振器的超宽带缝隙天线，通过在天线的调谐枝节中引入方环形谐振器，利用环形谐振器的高Q特性，将缝隙天线在阻带内的抑制特性从低于10dB的数量级，提高到20－30dB的数量级，极大地提高了天线的陷波性能，该天线是目前公布的具有最佳阻带抑制特性的陷波功能缝隙天线，这项工作为研制具有实际应用价值的新型陷波功能缝隙天线打下基础。
5.在研究单个超宽带天线性能指标的基础上，作者还尝试从系统的角度考察超宽带天线的性能，以最简单的单极子天线作为主要研究对象，首次提出了一套实验测量结合数值仿真的方法，用于天线传输性能的研究：首先在特定的室内环境中，测量不同收发天线对之间的传输特性，然后构建MB－OFDM体制的虚拟超宽带通信平台，将该传输特性函数作为该平台的信道模块，通过模拟系统的误比特率，即可判断不同收发天线的传输性能。这种方法还可以用于分析小型超宽带天线的脉冲传输特性，包括计算接收脉冲波形、脉冲保真度、最佳接收模板信号等。由此可见，该方法可为全面评价小型超宽带天线的传输性能、实现小型化脉冲超宽带天线的设计打下基础。