一种缝隙加载的全向天线
2020-03-03 05:51:50 来源：范文大全收藏下载本文
一种缝隙加载的全向天线
摘要 本文提出了一种新型的缝隙加载全向天线。该天线采用缝隙辐射的结构，可以使天线高度降低，同时优化缝隙的尺寸，使单板子天线的带宽达到最优。本天线相比普通单板子天线，尺寸更小，带宽更宽，在水平面的辐射方向图呈现良好的全向性，而高度只有28mm。仿真和实测结果证明该天线具有良好的辐射特性，能满足机载弹载天线的安装和通信要求，具有很好的实用性。
关键词宽带；缝隙加载；全向性
中图分类号 TN8 文献标识码 A 文章编号2095―6363（2016）04―0022―03
机载天线和弹载天线作为天线的重要分支，随着国防技术发展的需求，对其尺寸、重量和气动性能提出了越来越高的要求，要求其具有低的剖面、轻的重量和良好的气动外形。由于单极子天线本身具有水平面全向辐射的特点，被广泛应用机载和弹载通信领域，所以为了适应当前机载天线和弹载天线安装和通信的要求，国内外很多学者对其带宽的展宽，尺寸的减小做出不懈的努力，单极子天线会被衍变成多种形式。本文设计了一种缝隙辐射的单极子天线，通过缝隙的加载和给缝隙填充合适的介质，能够缩小天线的整体尺寸，展宽天线的带宽，并且保留单极子天线的良好的辐射特性，即水平面全向。
1天线设计
缝隙加载的天线结构如图1所示，天线具有宽频带、小型化、水平面全向辐射的特点。该天线起步采用直径为1.2mm的钢线和馈电座直接相连从而构成四分之一波长单极子天线，调节它的长度，使其工作在中心频点。由于天线太细太高，不利于安装使用于高速飞行的载体上，需要对其进行改进，本文通过在其外围加载缝隙载体，使其高度降低，同时调节缝隙的宽度和长度，使频带展宽和水平面全向覆盖良好。由实测结果可得，天线在1.3GHz～2.1GHz频带内满足回波损耗低于-10dB，并在水平面即H面内具有良好的全向辐射性能。
天线在设计中，主要分析了2方面的问题：1）缝隙载体对天线性能的影响；2）缝隙尺寸变化对天线性能的影响。图2与图3分别给出以上两方面天线的回波损耗曲线图。由图2可以得出，缝隙载体的引入确实增加了天线的工作频带和降低了天线的高度。工作带宽（S11≤-10dB）由1.4GHz～1.84GHz扩展到1.34GHz～2.1GHz，而天线的高度却由缝隙加载前的45mm降低到缝隙加载后的28mm，直径只为20mm，大小不超过普通N型头的法兰。
图3则表明，缝隙尺寸过大或者过小都会对天线性能产生不良影响，本文给出的数值是经过很多次优化，最终确定的比较适当的值。
2实测结果
为了对其结构进行深入的研究分析。利用仿真软件对天线进行优化分析，给出最优结果并进行实物加工。将内部单极天线用mm的铜杆加工，缝隙载体采用硬铝加工，缝隙用环氧胶填充，保证整个加工精度为0.1mm。最终天线总体尺寸为，重量只有36g。天线实物照片如图4所示。
图5是天线回波损耗的仿真与实测结果曲线图。
由图5可以得出，在1.35GHz～2.15GHz频带内实测天线的回波损耗值均小于-10dB，与仿真结果基本吻合。
为了进一步研究该天线的辐射特性，本文还选取的3个频点对天线方向图进行测试，分别为1.4GUz，1.6GUz及1.8GUz。选择在具有多探头的球面近场中，对天线的E面和H面进行测量，结果见图6。可以看出，文中的天线在指定带宽内，具有典型的单极子天线辐射特性，即E面倒8字和H面良好的全向辐射。
图7展现了天线的增益曲线，可以看出，最低增益为2.61dBi，出现在低频点，天线在频段内具有良好的辐射增益。
3结论
本文提出了一种能够展宽单极子天线带宽，同时降低其高度的缝隙载体加载全向天线。采用缝隙载体加载结构使得天线获得宽的带宽，在降低天线高度的同时具有良好的水平面全向辐射特性。该天线覆盖L及S频段，体积小、重量轻、辐射性能好，可以很好满足机载弹载天线的安装和通信要求。
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