【摘要】：脈沖定位技術(shù)通過直接發(fā)射窄脈沖信號來進(jìn)行無線定位,是最近的研究熱點。該技術(shù)在短距離通信系統(tǒng)和雷達(dá)中應(yīng)用廣泛,比如在室內(nèi)通信系統(tǒng)中可高速率傳輸信號,在雷達(dá)應(yīng)用中可以顯著提高雷達(dá)分辨率。脈沖是一種非時諧電磁波,因此在時域研究脈沖的傳播、輻射和散射問題更有效,所以又把脈沖天線命名為時域天線。脈沖系統(tǒng)的頻帶寬度在吉赫級,沖激脈沖寬度在納秒甚至是皮秒級,這對于天線提出了較高的要求。時域天線作為脈沖定位系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件,是無線通信系統(tǒng)的樞紐,其性能直接關(guān)系到脈沖信號的傳輸效果。用于發(fā)射脈沖的時域天線形式多樣,有立體結(jié)構(gòu)的單錐天線或雙錐天線,平面結(jié)構(gòu)的蝴蝶結(jié)天線等。為了信號處理精準(zhǔn)度更高,定位效果更好,從天線角度看,展寬天線的帶寬,減小脈沖失真成為了研究的主線。因此,本文著重研究了用于定位的時域天線,分別從時域和頻域的角度進(jìn)行分析論證。主要內(nèi)容如下:首先對脈沖定位系統(tǒng)的幾個關(guān)鍵技術(shù)一一加以分析,主要有定位原理、脈沖信號波形、時域脈沖產(chǎn)生器等幾個部分。接下來介紹了研究時域天線的基礎(chǔ)理論,給出了分析方法。衡量時域天線性能的參數(shù)指標(biāo)要結(jié)合其在定位方面應(yīng)用需求來考慮,不僅要分析方向性、增益、阻抗帶寬,同時要結(jié)合波形保真等時域特性。其次,仿真研究了幾款超寬帶天線在頻域和時域的特性,篩選出可以作為脈沖定位系統(tǒng)的天線,進(jìn)而提出了一款指數(shù)漸變槽天線,也稱為維瓦爾第(Vivaldi)天線。本設(shè)計和傳統(tǒng)的維瓦爾第天線不同,采用全金屬材料,通過線切割技術(shù)精加工,同時饋電處不需要焊接,直接通過SMA射頻轉(zhuǎn)接頭饋電。該天線結(jié)構(gòu)簡單、物理強(qiáng)度高、制作成本低。結(jié)果表明天線在寬頻范圍內(nèi)實現(xiàn)駐波比VSWR2,方向性較好。從時域角度分析,該天線具有良好的波形保真性,可用作脈沖定位系統(tǒng)天線。之后,對該天線單元進(jìn)行了優(yōu)化,比較不同曲率和結(jié)構(gòu)尺寸對天線阻抗帶寬和時域特性的影響。然后將全金屬維瓦爾第天線組成直線陣列天線,為了展寬天線帶寬,提升低頻特性,又提出了采用不均勻直線陣列的方式,結(jié)果表明這種形式的陣列天線在低頻表現(xiàn)良好,有效地改善了帶寬和時域特性。在微波暗室對天線單元進(jìn)行測試,實物測試結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致,證實了其良好的輻射性能。同時搭建時域特性測試系統(tǒng),采用一種高斯脈沖信號用作維瓦爾第天線的激勵,在接收端觀察接收脈沖波形,對天線的波形保真性能進(jìn)行分析,并分析其測距精度。最后,在基本不均勻陣列天線的基礎(chǔ)上,本文設(shè)計了一種十字交叉結(jié)構(gòu)的天線陣。該天線陣結(jié)構(gòu)緊湊,具有雙極化,覆蓋范圍廣,可以很好地滿足脈沖定位系統(tǒng)的需求。
【圖文】：

（a）常規(guī)無線通信信號（b）脈沖無線通信信號圖1.1 通信信號對比時域天線是脈沖定位系統(tǒng)的核心組件，可以說超寬帶特征是時域天線都共有的特性，而某些超寬帶天線由于各式各樣的原因并不能用作時域天線，這是因為時域天線對天線的輻射波形保真度要求較高，，輻射相位中心相對一致。Gibson 與 1979 年提出的 Vivaldi 天線帶寬很寬、定向性好、剖面低、易加工[11]，本研究工作在傳統(tǒng) Vivaldi天線基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，提出全金屬形式的 Vivaldi 天線作為時域天線的基本單元。同時對單元進(jìn)行組陣，分析不同陣列形式的時頻域特性。時域天線的研究不僅會在脈沖定位系統(tǒng)中起到重要作用，同時也為陣列雷達(dá)提供更多選擇。1.2 國內(nèi)外研究歷史和現(xiàn)狀1.2.1脈沖定位技術(shù)近年來

西安電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文10圖2.1 高斯脈沖時域波形2）雙高斯脈沖信號雙高斯脈沖信號的時域表達(dá)式為1 21 01 2s (t ) exp( ( t t) ) 2 22 0 1 21 2exp( (t t) ), 0 （2-17）該脈沖信號通過恰當(dāng)調(diào)整 α1和 α2的值，可以改變其頻譜分布，上限頻率取決于α1，下限頻率由 α2控制。此脈沖僅包含三個時間瓣，辨識度很高，這一獨(dú)特的優(yōu)勢在雷達(dá)探測中應(yīng)用很多，它根據(jù)雷達(dá)接收的回波波形獲得目標(biāo)信息。分別取 α1=4 和α1=2，α2=1，時延 t0=4ns 時，得出雙高斯脈沖的時域波形，如圖 2.2。圖2.2 雙高斯脈沖時域波形3）高斯微分脈沖信號基本高斯脈沖信號見式（2-13）
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN78

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本文編號：2593724