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近年来,超宽带(Ultra-Wideband,UWB)技术在世界范围内引起了极大重视。超宽带系统中的信息载体多为窄脉冲或载波调制短脉冲等超宽带信号,这种信号的相对带宽≥20%或者绝对带宽≥500MHz,需要采用超宽带天线发射或接收。因此,超宽带天线的设计往往成为超宽带系统设计中的挑战之一。传统的理论分析方法已经很难适应超宽带天线设计的需要,而直接对天线进行实验测量的分析方法又容易受到客观条件的限制。因此,利用计算机仿真进行超宽带天线设计受到了越来越广泛的关注。本文以时域有限差分法(Finite Difference Time Domain,FDTD)为计算机仿真手段,以典型超宽带天线建模与仿真设计为主要研究内容,介绍了FDTD原理及其程序实现,给出了若干典型超宽带天线结构的可视化FDTD建模方法,开发了超宽带天线FDTD建模仿真环境,完成了几款典型超宽带天线仿真、优化、设计制作以及性能测试等工作。在超宽带天线FDTD建模仿真研究中,本文针对典型的超宽带天线设计了高效的FDTD建模方法。利用该建模方法只需要若干结构描述参数即可完成天线FDTD网格的剖分,具有简单、方便等优点,非常适合在对天线进行大量参数化仿真和优化的场合使用。同时,利用FDTD建模算法结合计算模块,开发了具有友好用户界面的超宽带天线FDTD建模仿真环境,设计和仿真了用于窄脉冲辐射的TEM喇叭天线以及一系列满足FCC规定中3.1～10.6GHz频段应用的超宽带天线,给出了详细的仿真分析结果。仿真结果与理论分析、已有研究成果相比表明,本文设计的FDTD建模仿真方法具有较高的可靠性。此外,本文根据遗传算法(Genetic Algorithm,GA)原理开发了遗传算法程序,提出了FDTD仿真优化方案,并在实际的超宽带天线优化设计中进行了实现。优化结果表明,本文提出的优化方案有一定的可行性、有效性。为了进一步验证仿真设计的可靠性,作者制作了若干实际的超宽带天线,利用矢量网络分析仪等测试仪器进行了测试。测试结果基本达到了预期的设计目标,验证了仿真结果的正确性。由此可见,本文提出的超宽带天线FDTD建模仿真方法可靠性较高,具有良好的应用前景。