超寬帶錐削槽天線的分析和設計

李昕桉 李慶浩 王巍

摘要：設計了一種超寬帶錐削槽天線，當頻率為1.25GHz～7.92GHz時，其VSWR≤2，具有頻帶寬，方向性好的特點，能夠廣泛應用于通信對抗等領域。文中利用高頻結構仿真軟件HFSS對天線的饋電網絡及輻射口徑進行了優化，并進行了仿真分析，通過計算天線的駐波比、方向圖、增益等特性驗證了天線的超寬帶特性。

關鍵詞：超寬帶 錐削槽天線 高增益

中圖分類號：TN820 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0177-02

1 引言

現代雷達、電子對抗、無線通信、射電天文等領域電子設備的不斷升級和日益多功能化給天線提出了越來越高的要求，超寬頻帶天線及陣列已成為當前國內外天線領域的重要研究課題之一。錐削槽天線是一種應用日益廣泛的超寬帶天線，具有很寬的頻帶、高的增益以及良好的時域特性等優點。近年來，錐削槽天線一直受到國內外學者的熱點研究。

2 錐削槽天線

2.1 錐削槽天線理論

本文設計的錐削槽是一種對數漸變超寬帶天線，輻射部分的形狀由以下對數函數決定，（χ1，z1）和（χ2，z2）為漸變槽線的起點和終點，R為漸變率。

（1）

（2）

（3）

式中，R是錐削槽的張開率，一般選擇R的范圍在-18～-14之間。錐削槽天線的最大截止波長與其口徑尺寸有關，大約是口徑尺寸的兩倍。

2.2 饋電網絡的設計

帶狀線-雙面槽線轉換器選用介電常數為2.2、損耗正切較小的TLY-5板材，厚度t1=t2=0.508mm。采用Ansoft HFSS電磁仿真軟件對圖1中模型進行優化設計，最終結構參數為：W1=0.89mm，W2=0.61mm，W3=0.32mm，L1=15mm，L2=2.03mm，L3=4.23mm，D1=8.5mm，R2=4.9mm，LT=0.23mm，AR=109°，仿真得到該轉換器回波及傳輸特性 曲線如圖2所示。

3 天線的仿真分析

通過對該天線參數模型進行優化仿真，最終得到該天線錐削槽張開率R=-17.3，天線開口尺寸為196mm，長度為310mm。

圖3給出了錐削槽天線仿真駐波比曲線，該天線在1.25GHz至7.92GHz頻率范圍內的6.67GHz帶寬VSWR<2。

圖4給出了錐削槽天線的增益曲線，天線在7.5dBi以上增益的帶寬為1.42GHz～8GHz范圍內，整個頻帶內，最大增益約為14.3dBi，出現在7.6GHz處。圖5、給出了該天線在1GHz、8GHz仿真方向圖曲線，從圖中可以看出，該天線具有較好的定向性。

4 總結

本文設計了一種對數結構形式的錐削槽 天線，相比于傳統的指數錐削槽天線具有更高的增益及高頻段更好的定向性。結果表明該天線能夠在頻率范圍1.27～7.92 GHz內實現駐波比VSWR<2，天線的方向性較好、增益較高；同時，該天線結構簡單，易于加工制造。

參考文獻

[1]楊凱，張輝，李忠強，等.相控陣天線及其功率合成方法分析[J].艦船電子對抗，2010，33（2）：98-100，120.

[2]于大群，吳鴻超，何丙發，等.一種寬帶寬角雙極化相控陣天線單元研究[J]現代雷達，2011，33（11）：59-62.

[3]胡珺，陳虎，朱瑞平.一種寬帶小型化相控陣天線單元的研究[J].現代雷達，2015，37（1）：52-55.