对数周期天线的UWB性能分析
对数周期天线

对数周期天线(Log Periodic Antenna,LPA)于1957年 提出,是非频变天线的另一类型,它基于以下相似概念: 当天线按某一比例因子τ变换后仍等于它原来的结构,则 天线的频率为f和τf时性能相同。对数周期天线有多种型 式 , 其 中 1960 年 提 出 的 对 数 周 期 振 子 阵 天 线 ( Log Periodic Dipole Antenna,LPDA),因具有极宽的频带特性, 而且结构比较简单,所以很快在短波、超短波和微波波 段得到了广泛应用。我们将以LPDA为例说明对数周期天 线的特性。
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而在本图中设计时多加了一个最短振子,其尺寸 为0.172m,在f=650MHz时,相当于 L/λ=0.172/0.462=0.37<0.5,仍基本满足650MHz时对辐射 区的要求,所以其方向图只比频率为600MHz时稍差一 点。 另外,由该图还可以看出,对数周期振子阵天线 的E面方向图总是较H面的要窄一些。这是合理的,因 为单个振子在H面内没有方向性而在E面却有一定的方 向性。
该式表明,只有当工作频率的对数作周期性变化时 1 (周期为ln(1/τ)),天线的电性能才保持不变,所以,把这种 ln f n 1 ln f n ln (4―4―7) 天线称为对数周期天线。
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实际上并不是对应于每个工作频率只有一个振子 在工作,而且天线的结构也是有限的。这样一来,以 上的分析似乎完全不能成立。 然而值得庆幸的是,实验证实了对数周期振子阵天 线上确实存在着类似于一个振子工作的一个电尺寸一 定的“辐射区”或“有效区”,这个区域内的振子长 度在λ/2附近,具有较强的激励,对辐射将作出主要贡 献。当工作频率变化时,该区域会在天线上前后移动 (例如频率增加时向短振子一端移动),使天线的电 性能保持不变。
UWB超宽带

UWB超宽带什么是UWB超宽带?UWB(Ultra-WideBand)超宽带是一种通过在超宽频带范围内传输数据的无线通信技术。
它基于短脉冲信号,能够在极短的时间内传输大量数据。
UWB超宽带技术在无线通信领域具有广泛应用,包括室内定位、物体追踪、雷达和无线传感器网络等。
UWB超宽带的特点1.宽频带范围: UWB超宽带技术的一项主要特点是其宽频带范围。
通常,UWB的频带范围从几百兆赫兹(MHz)到几千兆赫兹(GHz),因此能够支持高速数据传输和较长的传输距离。
2.低功率: UWB超宽带技术在传输数据时使用低功率,这使得它可以在不干扰其他无线设备的情况下工作。
3.高精度定位: UWB超宽带技术可以实现高精度的室内定位。
由于UWB信号能够穿透墙壁和障碍物,因此可以在室内环境中实现准确的物体定位。
4.抗多径干扰:多径干扰是指由于信号在传播过程中碰撞、反射和折射等原因导致信号传输路径的多样性。
UWB超宽带技术通过使用信号的多径特性来抵消多径干扰,提高信号传输的可靠性。
UWB超宽带的应用1. 室内定位UWB超宽带技术在室内定位方面具有特殊优势。
通过将UWB设备部署在建筑物内部,可以实现对人员和物体的高精度定位。
这在商场、医院和仓库等场所可以提供实时的位置信息,便于管理和安全监控。
2. 物体追踪利用UWB超宽带技术,可以实现对物体的追踪。
通过将UWB标签附着在物体上,可以准确追踪其位置和运动轨迹。
这在物流管理、仓库管理和供应链领域具有广泛应用。
3. 雷达应用UWB超宽带技术在雷达领域也得到了广泛应用。
与传统雷达相比,UWB雷达具有更高的分辨率和更好的目标检测能力。
它可以在不同的天气和环境条件下提供高质量的目标识别和跟踪。
4. 无线传感器网络UWB超宽带技术在无线传感器网络中起到重要作用。
通过使用UWB传感器,可以实现对环境参数(如温度、湿度和压力等)进行高精度和实时的测量。
这在工业自动化、环境监测和智能家居等领域有着广泛的应用前景。
uwb定位技术

uwb定位技术UWB定位技术,即Ultra Wideband定位技术,是一种基于超宽带技术的定位技术,可以在室内和室外实现高精度的空间定位。
本文将详细介绍UWB定位技术的原理、应用领域以及发展前景等相关内容。
UWB定位技术利用超宽带信号,通过发射连续的多频率、多脉冲的短时信号,实现对信号传播的时延测量,从而实现对目标位置的定位。
相比传统的定位技术,UWB具有以下几个重要特点。
首先,UWB具有高精度的定位能力。
UWB信号的带宽较宽,可以达到几个GHz甚至更宽的范围,这使得信号的时延测量精度可以达到纳秒级甚至更高。
同时,UWB信号的多径传播特性也可以通过信号处理算法进行有效的抑制,提高定位的精度。
其次,UWB定位技术适用于室内环境。
由于UWB信号的频谱覆盖范围较宽,可以穿透建筑物、固体物体等障碍物,从而实现室内环境下的定位需求。
这对于一些需要在室内进行精确定位的应用场景,如室内导航、智能家居、室内安防等具有重要的实际意义。
此外,UWB定位技术还具备抗干扰能力强的特点。
由于UWB信号的带宽较宽,信号与其他窄带信号的频率隔离较大,因此具有较强的抗干扰能力。
这使得UWB定位技术在复杂的电磁环境下,如高密度无线通信网络覆盖区域等,仍然能够保持较高的定位精度和稳定性。
目前,UWB定位技术已经在多个领域得到了广泛的应用。
在室内导航领域,UWB定位技术可以利用其高精度的定位能力,为用户提供精确的室内导航服务,辅助用户进行室内位置的识别和导航。
同时,UWB 定位技术还可以在智能家居领域发挥作用,通过对用户位置的准确掌握,实现对家居设备的智能控制和管理。
此外,UWB定位技术还可以应用于室内安防领域。
通过对目标位置的准确定位,可以实现对入侵者的精确定位和追踪,提高安防系统的警戒能力和反应速度。
同时,UWB定位技术还可以在工业自动化领域中,通过对设备和工件的定位,提高生产效率和管理水平。
未来,随着5G、物联网等技术的发展,UWB定位技术有望在更多领域实现广泛应用。
UWB行业分析报告

UWB行业分析报告一、定义UWB(超宽带)是一种无线通信技术,能在很少的发射功率下,实现在短距离内高速传输数据的方式。
超宽带技术的工作频率范围从3.1GHz到10.6GHz,存在较高的穿透性和渗透性,可以穿透建筑物和其他封闭区域。
二、分类特点UWB技术可分为两种类型:单一频率超宽带(UWB)和多重频率超宽带(M-UWB)。
(1) 单一频率超宽带单一频率超宽带可以利用很少的电磁能量传输大量数据。
它的波形宽度很大,传输距离短,通常在室内应用中使用。
单一频率超宽带的数据率可以达到480Mbps。
(2) 多重频率超宽带多重频率超宽带的工作频率通常在3.1GHz到10.6GHz,可以在一个很宽的带宽上工作,通过将许多窄频段合并起来来传输信息。
M-UWB比单一频率超宽带稳定,功耗低,数据传输速度高。
M-UWB的传输速度可以达到1Gbps。
三、产业链UWB产业链涉及大量的产品和服务,主要包括四个层次:(1) 芯片:UWB芯片用于设计各种不同类型产品,是UWB 产业的关键组成部分;(2) 模组:UWB模组指将UWB芯片、天线和其他部件组装在一起的模块;(3) 硬件:UWB硬件是指将UWB芯片与其他硬件组合在一起的完整设备,例如UWB标签、UWB路由器等;(4) 服务:与UWB相关的服务包括位置服务、安全服务、通信服务等。
四、发展历程UWB技术起源于二战期间,在20世纪60年代被用于雷达系统。
然而,由于受到一些技术和政策方面的限制,UWB技术直到近年来才开始普及应用。
在2002年,美国联邦通信委员会(FCC)首度允许商用UWB技术,使得UWB在消费电子产品中得到了广泛应用。
五、行业政策文件在行业政策文件方面,国家新一代人工智能发展规划纲要指出:加强新一代无线通信技术的基础研究和应用创新,推进高速移动通信网络和超宽带技术研发和产业化。
六、经济环境目前全球超宽带市场规模在不断增长,UWB市场在智能家居、智能办公、交通运输、安防监控、电子产品等领域的应用越来越广泛。
UWB

这 里 ,我 们 根 据 1 E E E 8 0 2 . 1 5 . 4 a信 道 模 型
一
— E E ( I h ( t ) I -  ̄ k Y ]
二 ]
i 节点和几个参考节 点之 间的角度来进行定
而T OA 和 S S的 方 法 都 是 基 于 测 距 的 方
直达单径 的相对准确 位置 ,从而提高 了定位精
度 。 信 道 识 别 技 术 大 都采 用 参 数 化 的 方 法 ,也
T O A利用 信号的传输时 间,而 s s 测 量接
i 号 强 度 从 而 确 定 节 点之 间 的 距 离 , 用 三 角
CM1至 C M8给出 了峭度 的概率分布 函数,如
L ●一
显峰值 ,下 降地很快 ,有很长的拖尾 。具有较
F吾
经 反射 、折射和散射到达接收端 ,就会产 生非 视距 ( NL 0s)误 差。 当信 号穿过 障碍物 时,
小峭度 的波 形在均值附近有平坦 的顶部 ,而 不
是 剧 烈 变 化 的 尖 峰 。L OS信 道 由 于 有 直 达 单
! 嘶 盆
近 年 来 ,UWB 定 位 技 术 得 到 了 深 入 研 口 广 泛 应 用 。 UWB 无 线 电 是 指 带 宽 超 过 V I Hz的 超 短 脉 冲 , 持 续 时 间 在 纳 秒 级 , 此
可能接 收到经过很大衰减但仍能检测 的直达单
径 ,此时该 路径 的 T OA 和 真 实 的 距 离 或 有 微 小 差 别 , 但 可 认 为 该 第 一 到 达 路 径 就 是 真 实 的 T OA, 只 是 它 和 最 强 路 径 时 间 上 间 隔 一 定 距
UWB定位可以达到毫米级吗?UWB定位理论及误差分析!

UWB定位理论及误差详解UWB(Ultra-Wideband)超宽带技术是一种基于短脉冲无线电信号的无线通信技术,其频带宽度大于20%。
UWB定位技术利用UWB信号进行测距和定位,可以实现高精度的室内和室外定位。
一、UWB定位原理UWB定位原理基于TDOA(Time Difference of Arrival)时间到达差异原理,即多个接收器同时接收到同一发射源的信号时,由于距离不同而产生不同的到达时间差。
通过计算这些时间差,可以确定发射源所在的位置。
二、误差产生原因在实际应用中,UWB定位精度受到多种因素的影响。
主要包括:多径效应:由于信号传播过程中会遇到反射、绕射等现象,导致信号路径不唯一,从而产生多条路径。
这些路径会引起时间延迟和相位偏移等问题,从而影响定位精度。
环境干扰:环境中存在大量电子设备、建筑物、人员等干扰源,这些干扰源会对UWB信号产生影响,并影响定位精度。
频谱干扰:由于频段资源有限,在同一频段内可能存在其他无线设备或者通讯系统。
这些设备也会产生干扰并影响UWB信号的传输和接收质量。
设备误差:UWB芯片、天线等硬件设备本身存在制造误差和校准误差,这些误差也会对定位精度造成一定的影响。
如何进一步消除误差?为了提高UWB定位精度,可以采取以下措施:多路径抑制技术:利用多径效应的特点,通过滤波、预编码等方式抑制多路径干扰,从而提高定位精度。
环境建模技术:通过建立环境模型,并对环境中存在的干扰源进行识别和分类,从而减少环境干扰对UWB信号的影响。
频谱管理技术:通过频谱监测、动态分配等方式,有效管理频段资源,避免与其他无线设备或通讯系统发生冲突。
校准技术:对UWB芯片、天线等硬件设备进行校准和修正,减少硬件误差对定位精度的影响。
实际应用方法UWB定位技术已经被广泛应用于室内导航、物品追踪、人员定位等场景。
在实际应用中,通常需要在不同位置上放置多个基站,并使用LORA传输方式进行数据传输。
通过计算标签与基站之间的时间差,可以确定标签所在的位置,并提供高精度的定位服务。
对数周期天线

“集合线”。
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20821/2/21
在集合线的末端(最长振子处)可以端接与它的特
性阻抗相等的负载阻抗,也可以端接一段短路支节。适
当调节短路支节的长度,可以减少电磁波在集合线终端
的反射。当然,在最长振子处也可以不端接任何负载,
具体情况可由调试结果选定。
对数周期振子阵天线的馈电点选在最短振子处。
天线的最大辐射方向将由最长振子端朝向最短振子的
输入阻抗(容抗)很大,因而激励电流很小,所以它
们的辐射很弱,主要起传输线的作用。在“非激励
区”,由于辐射区的对称振子处于谐振状态,振子的
激励电流很大,已将传输线送来的大部分能量辐射出
去,能够传送到非激励区的能量剩下很少,所以该区
的对称振子激励电流也就变得很小,这种现象就是前
面提到的“电流截断”现象。由于振子的激励电流很
根据对数周期振子阵天线上各部分对称振子的工
作情况,人们把整个天线分成三个工作区域:除“辐射
区”以外,从电源到辐射区之间的一段,称为“传输
区”;“辐射区”以后的部分为“非激励区”,又称
“非谐振区”。下面分别介绍这三个区域的工作情况。
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201281/2/21
在“传输区”,各对称振子的电长度很短,振子的
提出,是非频变天线的另一类型,它基于以下相似概念:当天
线按某一比例因子τ变换后仍等于它原来的结构,则天线
的频率为f和τf时性能相同。对数周期天线有多种型式,
其中1960年提出的对数周期振子阵天线(Log Periodic
Dipole Antenna,LPDA),因具有极宽的频带特性,而且
结构比较简单,所以很快在短波、超短波和微波波段得
作,电尺寸为L2/λ2,其余振子均不工作;当工作频率升高到f2
对数周期天线

为第n个对称振子到天线“顶点”(图4―4―1中的“O”
点)的距离;n为对称振子的序列编号,从离开馈电点
最远的振子,即最长的振子算起。
Hale Waihona Puke 由图4―4―1知,相邻振子之间的距离为
dn=Rn-Rn+1,dn+1=Rn+1-Rn+2,…,其比值
dn1 Rn1 Rn2 Rn1(1 ) dn Rn Rn1 Rn (1 )
Periodic Dipole Antenna,LPDA),因具有极宽的频带特性,
而且结构比较简单,所以很快在短波、超短波和微波波
段得到了广泛应用。我们将以LPDA为例说明对数周期天
线的特性。
1
4.4.1 对数周期振子阵天线的结构
对 数 周 期 振 子 阵 天 线 的 结 构 如 图 4―4―1 所 示 。
作频率按比例τ变化时,仍然保持天线的电尺寸不变,
则在这些频率上天线就能保持相同的电特性。
10
就对数周期振子阵天线来说,假定工作频率为f1(λ1)
时,只有第“1”个振子工作,其电尺寸为L1/λ1,其余振子均
不工作;当工作频率升高到f3(λ3)时,换成只有第“2”个
振子工作,电尺寸为L2/λ2,其余振子均不工作;当工作频率
14
图4―4―2给出τ=0.917,σ=0.619,工作频率为
200~600MHz的对数周期振子阵天线在频率分别为
200 ,300 ,600MHz时各振子激励电流的分布情况。该图
说明在不同频率时确实有相应的部分振子得到较强的
激励,超过该区域以后的较长振子的激励电流很快地
受到“截断”。
15
0.1 72 m
则是“集合线”。
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增刊
蒋晓虞等:对数周期天线的UWB性能分析
249
(上接第232页) 参考文献 Eli M S Gussenhoven,E G Mullen.Space Radiation effects
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第19卷增刊
2004年10月
电波科学学报
CIIINESE JOURNAL OF RADIO SCIENCE
V0119,Sup. October,2004
对数周期天线的UWB性能分析
蒋晓虞 窦文斌
(东南大学无线电系毫米波国家重点实验室,江苏南京210096)
摘要超宽带(UWB)是当前通信技术的一个研究热点,介绍了UWB系统对于天
·'O
;.12
《
图3直振子微带LPA结构示意图
图4直振子微带LPA反射损耗仿真结果
4微带对数偶极子阵列(LPDA)
仿真分析了宽频带对数偶极子阵列[10|,相对比 上两种天线,该天线体积缩小几乎一半,辐射方向也 由原来的双向变成了单向,指向短振子方向为最大 辐射方向。天线结构由图5所示,介质板厚度为 2mm,介电常数为£r=2.2,天线结构参数r一0.8,仃 =0.22,最长振子长度为22.865mm,中心馈电带宽 度为2.17mm,振子馈电带宽度为2.27mm。仿真结
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线的要求并研究可用于UWB系统的对数周期天线,对三种微带对数周期天线的堂
入特性和辐射方向图等电特性进行了仿真分析,分析比较了三种天线在UWB系统
关中的应 黼用可超能性艄。 u映揪周期删絮删周期偶极种≈
1引言
超宽带(UWB:Ultra Wide-Band)技术很长时 间以来一直应用于军事雷达,但随着美国FCC(联 邦通讯委员会)将3.1~10.6GHz频段批准为民用 波段以及UWB系统本身所具有的抗干扰性能强、 传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、保密性好、发送 功率非常小的显著优点,超宽带技术越来越引起人 们的关注[1]。UWB是通过对具有很陡上升和下降 时间的脉冲进行直接调制,从而具有GHz量级的带 宽。所以,可以在非常宽的频带内有效辐射时域短 脉冲的天线成为此项研究的一个很重要的方面。 UWB天线应该具有以下几个要求口]:
自动目标识别[J].电波科学学报,2004,19(4):422~
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Wang Chao,Zhang Bo.Automatic target recognition in high resolution SAR image based on backscatter char- acteristics[J].Chinese Journal of Radio Science, 2004,19(4):422~426. 张艳群 (1979一),女,河北人,在读硕士。主
出现,依次类推,天线的电性能将在很宽的频率范围 内作周期性的变化[3]。对数周期天线所固有的宽频 特性使它成为UWB天线的候选方案之一,而微带 对数周期天线在综合了对数周期天线的优点之外, 还具有体积小的特点,以下将讨论三种微带对数周 期天线的宽带特性并加以比较。
2微带对数周期天线(弧型振子)
仿真分析了宽频微带对数周期天线[43在3~ 10.4GHZ的频带里面的宽带特性。天线结构如文 献[4]所示。在这个频带范围里反射损耗(return loss)<一10dB,辐射方向图在该频带内满足基本 一致。介质板介电常数s,一2.2;天线结构参数盯= 诉一o.707,下表面看成是一个无限大接地平面。介 质板厚度为0.7874mm,最长振子半径为33.02ram。 天线的馈电通过微带线来实现。如图1所示反射损 耗(return loss),可以看到该对数周期天线的宽带特 性。图2表示5GHz时的辐射方向图。
本文链接:/Periodical_dbkxxb2004z1065.aspx 授权使用:中科院电子学研究所(中科院电子学研究所),授权号:52656c6d-ef25-4987-b20b-9e30010d869c
下载时间:2010年11月16日
果如图6所示,在2~8.75GHZ的频带里面,满足 宽带特性要求。在这个频带范围里面反射损耗re— turn loss<一10dB,辐射方向图在该频带内基本一 致。
O 5. O 5 O
■{量Ei 5
J卅口口4 O t? 5
图5微带LPDA结构示意图
万方数据
图6微带LPDA反射损耗仿真结果
5结论
从以上的分析结果,可以清楚地看到,对数周期 天线具有良好的宽带特性,可以满足UWB系统要 求的带宽。对于对数周期天线(直振子)需要进一步 的优化结构。对数偶极子阵列在尺寸上优于上两种
要研究兴趣为目标光学特性研究。 吴振森 (1946一),男,湖北人,博士生导师,西
安电子科技大学教授,主要从事随机介质、非均匀介 质中电磁(光)波的传播与散射、目标激光散射特性 和电磁散射等方面研究
万方数据
对数周期天线的UWB性能分析
作者: 作者单位: 刊名:
英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数:
o
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" 侣 拍 ∞罩0卫E,薯E 弱 ∞ 拍
图1弧形振子微带LPA反射损耗仿真结果
万方数据
248
电 波科学 学报
第19卷
图2弧形振子微带LPA辐射方向图 实线为E面。虚线为H面
3微带对数周期天线(直振子)
为了利用FDTD方便性,设计了直振子对数周 期天线并进行仿真,结构如图3所示。图4的仿真 结果显示在3~7.2GHz的频带里反射损耗小于 一10dB,满足宽带要求,辐射方向图在该频带内也 基本一致。介质板厚度为0.7874mm,介电常数s, 一2.2,天线参数口=再=0.707。最长振子的外边 为26.1mm,同样也是利用微带线来馈电。
蒋晓虞, 窦文斌 东南大学无线电系毫米波国家重点实验室,江苏,南京,210096
电波科学学报 CHINESE JOURNAL OF RADIO SCIENCE 2004,19(z1) 0次
参考文献(11条)
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