基于對數螺旋曲線的寬帶高仰角HF小型化通信天線

摘 要： 介紹一種工作在3～30 MHz的寬帶、圓極化、高仰角、短波小型化天線。天線以對數螺旋線為基本結構， 具有底端RLC集總元件的復合加載結構，并采用矩量法進行天線設計和優化。天線尺寸在25 m×25 m×10 m范圍內。實踐表明，該天線具有占地小、架設簡便、效率高、200 km范圍內無盲區等優點，可廣泛應用于短波機動通信領域。

關鍵詞： 通信天線； 矩量法； 寬帶； 高仰角； 對數螺旋

中圖分類號： TN822+.3?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）03?0072?03

Design of broadband high elevation angle HF miniaturized antenna

based on logarithmic spiral curve

LI Dong， HOU Ji

（China Research Institute of Radiowave Propagation， Xinxiang 453003， China）

Abstract： A broadband circular polarization high?elevation?angle shortwave miniaturization antenna working in the 3～30 MHz is introduced in this paper. The logarithmic spiral is used as the basic structure of the antenna， which has composite loading structure with bottom RLC lumped element. The moment method is adopted for the antenna design and optimization. The size of the antenna is within the range of 25 m×25 m×10 m. It has the advantages of small land occupation， high efficiency， easy erection and no blind area within 200 km. It can be widely used in the field of shortwave mobile communication.

Keywords： communication antenna； MoM； broadband； high elevation angle； logarithmic spiral

0 引 言

短波通信[1]具有的成本低廉、抗毀性強、組網靈活等特點，決定其在軍用通信領域應用廣泛。但短波通信有一個很大的缺陷，即在200 km范圍內，存在通信盲區的問題。根據國際電信聯盟CCITT的統計數據，在太陽黑子最大年，F層臨界頻率最高可以達到10 MHz 左右， 在太陽黑子最小年也可以達到5 MHz左右。在實際使用中，波束存在一定的傾斜，其最高使用頻率要高于臨界頻率[2] 。所以，5 MHz 以下的頻率理論上完全可以實現高仰角反射。利用短波通信信道的這一特點，可以設計一種短波高仰角天線，實現對200 km左右距離范圍以內的無縫覆蓋。但由于短波低頻段波長較長，導致短波天線尺寸一般較大，這對天線的機動使用和隱蔽是非常不利的。因此，開展短波天線的小型化研究是十分必要的。

1 天線結構

對數螺旋曲線[1?6]的寬帶高仰角HF小型化通信天線選用錐式兩線對數螺旋天線，兩根輻射線按對數螺旋規律環繞在錐形表面上，饋電點位于錐頂，錐形垂直于水平地面，其底端與地平面有一固定的距離（見圖1）。當天線長度適當時，天線的方向性增益、阻抗由錐角[θ]和螺旋常數[α]決定。螺旋起始半徑[r0]的大小決定了天線的高端工作頻率，螺旋長度[S]則決定了天線的低端工作頻率。所以要合理選擇螺旋因子，錐頂角之半[θ]以及螺旋線的起始點半徑[r0。]天線任一根螺旋輻射線的幾何參數表達式如下：

4 工程化設計

根據以上仿真計算結果，為了便于天線的架設成型，用六邊形對數螺旋折線代替對數螺旋線。天線中心由一個高10 m絕緣桿支撐，天線幕由2根輻射線和6根迪尼瑪繩掛線組成。天線成型圖如圖6所示。

5 結 語

本文采用矩量法分析設計了一種工作在3～30 MHz的寬帶、圓極化、高仰角、短波小型化天線，并進一步做了工程化設計。仿真計算大大縮短了試驗調試的時間，優化了天線的性能。設計的天線具有占地小、架設簡便、效率高、200 km范圍內無盲區等優點，適合于短波機動通信領域。

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