一種縫隙加載的全向天線

吳軍軍 袁娜 李鐵軍 李聰

摘要 本文提出了一種新型的縫隙加載全向天線。該天線采用縫隙輻射的結構，可以使天線高度降低，同時優化縫隙的尺寸，使單板子天線的帶寬達到最優。本天線相比普通單板子天線，尺寸更小，帶寬更寬，在水平面的輻射方向圖呈現良好的全向性，而高度只有28mm。仿真和實測結果證明該天線具有良好的輻射特性，能滿足機載彈載天線的安裝和通信要求，具有很好的實用性。

關鍵詞寬帶；縫隙加載；全向性

中圖分類號 TN8 文獻標識碼 A 文章編號2095—6363（2016）04—0022—03

機載天線和彈載天線作為天線的重要分支，隨著國防技術發展的需求，對其尺寸、重量和氣動性能提出了越來越高的要求，要求其具有低的剖面、輕的重量和良好的氣動外形。由于單極子天線本身具有水平面全向輻射的特點，被廣泛應用機載和彈載通信領域，所以為了適應當前機載天線和彈載天線安裝和通信的要求，國內外很多學者對其帶寬的展寬，尺寸的減小做出不懈的努力，單極子天線會被衍變成多種形式。本文設計了一種縫隙輻射的單極子天線，通過縫隙的加載和給縫隙填充合適的介質，能夠縮小天線的整體尺寸，展寬天線的帶寬，并且保留單極子天線的良好的輻射特性，即水平面全向。

1天線設計

縫隙加載的天線結構如圖1所示，天線具有寬頻帶、小型化、水平面全向輻射的特點。該天線起步采用直徑為1.2mm的鋼線和饋電座直接相連從而構成四分之一波長單極子天線，調節它的長度，使其工作在中心頻點。由于天線太細太高，不利于安裝使用于高速飛行的載體上，需要對其進行改進，本文通過在其外圍加載縫隙載體，使其高度降低，同時調節縫隙的寬度和長度，使頻帶展寬和水平面全向覆蓋良好。由實測結果可得，天線在1.3GHz～2.1GHz頻帶內滿足回波損耗低于-10dB，并在水平面即H面內具有良好的全向輻射性能。

天線在設計中，主要分析了2方面的問題：1）縫隙載體對天線性能的影響；2）縫隙尺寸變化對天線性能的影響。圖2與圖3分別給出以上兩方面天線的回波損耗曲線圖。由圖2可以得出，縫隙載體的引入確實增加了天線的工作頻帶和降低了天線的高度。工作帶寬（S11≤-10dB）由1.4GHz～1.84GHz擴展到1.34GHz～2.1GHz，而天線的高度卻由縫隙加載前的45mm降低到縫隙加載后的28mm，直徑只為20mm，大小不超過普通N型頭的法蘭。

圖3則表明，縫隙尺寸過大或者過小都會對天線性能產生不良影響，本文給出的數值是經過很多次優化，最終確定的比較適當的值。

2實測結果

為了對其結構進行深入的研究分析。利用仿真軟件對天線進行優化分析，給出最優結果并進行實物加工。將內部單極天線用mm的銅桿加工，縫隙載體采用硬鋁加工，縫隙用環氧膠填充，保證整個加工精度為0.1mm。最終天線總體尺寸為，重量只有36g。天線實物照片如圖4所示。

圖5是天線回波損耗的仿真與實測結果曲線圖。

由圖5可以得出，在1.35GHz～2.15GHz頻帶內實測天線的回波損耗值均小于-10dB，與仿真結果基本吻合。

為了進一步研究該天線的輻射特性，本文還選取的3個頻點對天線方向圖進行測試，分別為1.4GUz，1.6GUz及1.8GUz。選擇在具有多探頭的球面近場中，對天線的E面和H面進行測量，結果見圖6。可以看出，文中的天線在指定帶寬內，具有典型的單極子天線輻射特性，即E面倒8字和H面良好的全向輻射。

圖7展現了天線的增益曲線，可以看出，最低增益為2.61dBi，出現在低頻點，天線在頻段內具有良好的輻射增益。

3結論

本文提出了一種能夠展寬單極子天線帶寬，同時降低其高度的縫隙載體加載全向天線。采用縫隙載體加載結構使得天線獲得寬的帶寬，在降低天線高度的同時具有良好的水平面全向輻射特性。該天線覆蓋L及S頻段，體積小、重量輕、輻射性能好，可以很好滿足機載彈載天線的安裝和通信要求。