一種提高套筒天線寬帶匹配特性的新方法

劉楠楠 袁斌 彭天昊 郎少波 李翀上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院

?

一種提高套筒天線寬帶匹配特性的新方法

劉楠楠 袁斌 彭天昊 郎少波 李翀
上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院

摘要：套筒天線的發(fā)現(xiàn)一定程度上拓展了線天線的帶寬，但是傳統(tǒng)的套筒天線在VSWR＜8 的條件下帶寬只有4：1。文獻(xiàn)提出了一種新型的寬帶套筒天線，在VSWR＜1.5 的情況下可以達(dá)到1.81：1 的阻抗帶寬。本文對這種新型寬帶套筒天線中特殊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論，主要討論端部加載對該新型天線S11的影響，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)端部加載可以很大程度上拓展天線帶寬，在同樣尺寸的情況下將傳統(tǒng)套筒天線的阻抗帶寬（VSWR＜1.5 ）由1.03：1 拓展到1.81：1 ，即帶寬拓展了75.7% 。在S11＜-10dB 的條件下由1.09：1 拓展到2.05：1 ，即帶寬拓寬了88.1% ，在天線沒有小型化處理時可以拓展到3.81：1 。因此這為天線阻抗的良好匹配提供一種新的方法，同時也很好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)套筒天線結(jié)構(gòu)上不連續(xù)的不足。

關(guān)鍵字：端部加載技術(shù) 寬帶天線 寬帶匹配特性 套筒天線 VSWR＜1.5

1　引言

傳統(tǒng)套筒天線一定程度上拓寬了線天線的帶寬，但是由于傳統(tǒng)套筒天線結(jié)構(gòu)上的不連續(xù)性，通常情況下，其VSWR 多設(shè)為2 、2.5或者3［2-5］，這意味著至少33.3% 的電壓將會被反射，這在大功率的情況下將是很嚴(yán)重的事情。傳統(tǒng)的套筒天線在VSWR＜8的條件下帶寬只有4 ： 1 ，這樣的阻抗匹配是很差的。而文獻(xiàn)［1］中的基于端部加載技術(shù)的雙套筒天線在1.81 倍頻的頻帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了良好匹配，這是傳統(tǒng)套筒天線做不到的［6-8］。

2　端部加載對新型天線的影響分析

參考文獻(xiàn)［1］，該新型寬帶套筒天線綜合采用端部加載、雙套筒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的階梯阻抗變換技術(shù)，使其可以在57～103MHz的頻率范圍內(nèi)具有良好匹配，即VSWR＜1.5。該新型寬帶套筒天線不僅在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了良好的匹配，而且也很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)套筒天線結(jié)構(gòu)上不連續(xù)的缺陷。

振子天線的輸入電抗隨著h/λ的變化在一定的取值范圍內(nèi)是有一個很大的脈沖的，也就是變化曲線很陡。由于天線輸入阻抗的電抗分量會減小從天線進(jìn)入饋線的有效信號功率，所以應(yīng)該盡量使得天線的輸入電抗分量接近于0 。同時，要想使天線具有較寬的工作頻帶，就要使天線的輸入電抗的變化曲線平緩一些，該天線采用在振子的下面進(jìn)行端部加載的方法，而端部加載部分的輸入電抗的變化曲線是和振子的輸入電抗的變化趨勢相反的，這樣振子和端部加載部分同時起作用，輸入電抗曲線中的那個變化很陡的脈沖就會有所抵消，這樣天線的輸入電抗就會很小，如果可以調(diào)節(jié)得很好的話就會接近于0。該新型天線的端部加載主要包括兩部分：長為L4的端部加載（我們稱之為“ 尾巴” ）和尺寸為10×10×1cm 的金屬板。下面就這兩部分對天線性能的影響分別進(jìn)行分析。

3　結(jié)論

本文主要討論了端部加載結(jié)構(gòu)對新型寬帶雙套筒天線S11的影響。底部的端部加載部分（包括所謂的尾巴和小地板），對振子天線輸入阻抗的虛部起到了一定的抵消作用，使天線的輸入阻抗有所減小，從而使天線的阻抗曲線變化平緩，達(dá)到了拓寬天線阻抗帶寬的目的。在良好匹配的條件下（ VSWR＜1.5 ），在相同電尺寸下此種結(jié)構(gòu)將傳統(tǒng)套筒的阻抗帶寬由1.03 ： 1變?yōu)?.81 ： 1 ，將套筒天線的阻抗帶寬拓展了75.7% 。而在S11＜-10dB 的情況下，在相同電尺寸下將傳統(tǒng)套筒的阻抗帶寬由1.09 ： 1 變?yōu)?.05 ： 1 ，將套筒天線的阻抗帶寬拓展了88.1% 。因此這為提高天線阻抗特性可拓展天線阻抗帶寬提供了一種新的方法。同時這種結(jié)構(gòu)也彌補(bǔ)了傳統(tǒng)套筒天線結(jié)構(gòu)式不連續(xù)的缺陷。

［1］ Bin Yuan，Nannan Liu，Tianhao Peng，et al. A studyof dual-sleeve broadband antenna based on endloaded technology［C］//Antennas and Propagation Society International Symposium （APSURSI），2014 IEEE ：197-198.

［2］ 王忍，俞鈺峰，馮建杰.一種寬帶高增益雙套筒單極子天線［J］：通信對抗，2013，32（4）：43-46.

［3］ Morrow I L，Dingley G P，Whittow W G，et al. Wideband blade monopole antenna with sleeved coaxial feed［C］.Loughborough Antennas & Propagation Conference，2009

［4］ 李峰，李鐵軍，魏亮.一種結(jié)構(gòu)緊湊帶阻抗補(bǔ)償?shù)男滦蚒HF套筒天線［J］.現(xiàn)代電子技術(shù)，2014，37（7）： 89-91，97.

［5］ 張濤，傅光，張志亞，等.一種寬帶印刷套筒天線的設(shè)計(jì)［J］.微波學(xué)報，2010（8）：197-199.

［6］ Chen J，F(xiàn)u G，Wu G-D，et al. An improved broadbandminiaturized loaded open sleeve antenna［C］. Microwave and Millimeter Wave Technology Conference（ICMMT2010），2010： 325-328.

［7］ Thomas K，Lenin N，Sreenivasan M. Wideband dual sleeve antenna［J］. IEEE Trans. on Ants and Propagat，2006，54（3）：1034-1037.

［8］ Zhang Z-Y. Sleeve monopole antenna for DVB-H application［J］. Electronics Letters，2010（46）： 879-880.