一款新型寬帶小型化單極天線設(shè)計(jì)

熊長(zhǎng)偉，魏福顯

（中國(guó)電波傳播研究所，河南 新鄉(xiāng) 453003）

一款新型寬帶小型化單極天線設(shè)計(jì)

熊長(zhǎng)偉，魏福顯

（中國(guó)電波傳播研究所，河南 新鄉(xiāng) 453003）

單極天線具有全向輻射、高效率等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于通信、監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。文章利用結(jié)構(gòu)變形技術(shù)結(jié)合加載技術(shù)設(shè)計(jì)出一款新型寬帶小型化單極天線，在800～3 000 MHz頻帶具有平坦的阻抗特性以及輻射特性。

單極天線；矩量法；小型化

隨著寬帶無(wú)線電通信、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的快速發(fā)展，寬帶、小型化天線成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。寬帶平板單極天線是由G·Dubost等[1]首先在1976年提出，通過(guò)不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)來(lái)展寬阻抗帶寬，主要結(jié)構(gòu)有：矩形、圓盤或橢圓形、倒錐形等，偏置饋電[2]、耦合饋電、短路或切角技術(shù)結(jié)合等[3]是拓寬天線帶寬的有效方法。

基于以上研究，文章提出一種新穎的錐狀單極天線形式。通過(guò)優(yōu)化錐角、饋電面以展寬天線頻帶寬度，優(yōu)化加載位置實(shí)現(xiàn)天線小型化。仿真計(jì)算及實(shí)測(cè)結(jié)果證明上述方法具有有效性，800～3 000 MHz內(nèi)天線駐波比小于2.5。

1 矩量法

矩量法[4-7]是求解麥克斯韋方程行之有效的數(shù)值方法，用矩量法分析天線問(wèn)題，可以用電場(chǎng)積分方程（EFIF），也可以用磁場(chǎng)積分方程（MFIF）。磁場(chǎng)積分方程計(jì)算較簡(jiǎn)單，但是只能處理封閉的散射問(wèn)題；電場(chǎng)積分方程既可以處理封閉體，也可以處理開(kāi)放體，但計(jì)算稍復(fù)雜。

于是得到：

tan指沿表面切線方向。

2 天線設(shè)計(jì)

盤錐天線[8]（見(jiàn)圖1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有良好的頻帶特性，通常情況下盤錐天線的頻帶寬度為8倍頻，工作于VHF和UHF頻段。

圖1 盤錐天線示意

這種結(jié)構(gòu)形式遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足小型化系統(tǒng)的要求，因此本文提出一種新的模型，如圖2所示，以同時(shí)滿足寬帶化、小型化的要求。

圖2 新型盤錐天線示意

2.1 錐角θ及短路角?優(yōu)化

根據(jù)天線原理，射頻電流沿輻射體表面輻射，因此改變輻射體形狀會(huì)引起天線輸入阻抗變化，通過(guò)對(duì)錐角θ及短路角?進(jìn)行優(yōu)化，最終得出以下結(jié)構(gòu)參數(shù)：

2.2 計(jì)算結(jié)果

天線三維模型如圖3所示，對(duì)立體模型進(jìn)行三角形剖分，利用矩量法進(jìn)行仿真計(jì)算即可得出阻抗、方向性等參數(shù)。天線駐波比隨頻率變化曲線如圖4所示（平滑曲線為實(shí)測(cè)結(jié)果，波點(diǎn)曲線為仿真結(jié)果），計(jì)算所得的天線典型方向如圖5所示。

圖3 三維模型

圖4 駐波比曲線

圖5 典型方向

3 結(jié)語(yǔ)

本文在深入研究超寬帶天線原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)值算法，設(shè)計(jì)出一款寬頻帶、低輪廓單極天線，具有較高的理論及使用價(jià)值。最終的仿真及試驗(yàn)結(jié)果證明了本文方法的有效性。

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[2]尹訓(xùn)才.應(yīng)用與現(xiàn)代超寬帶脈沖無(wú)線電系統(tǒng)的超寬帶天線研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2009.

[3]鄧宏偉.超寬帶平面微帶天線研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2009.

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[8]山團(tuán)彪，雷振亞，謝擁軍，等.超寬帶盤錐天線的設(shè)計(jì)[J].電訊技術(shù)，2011（1）：93-97.

Design of a novel broadband monopole antenna

Xiong Changwei, Wei Fuxian
（China Research Institute of Air Waves Propagation, Xinxiang 453003, China）

Monopole antenna has advantages of omini-directional radiation、high efficiency, which is widely used in the field of communication and monitoring. In this paper, structural deformation technique combined with loading technology was used to create a new type of broadband miniaturized monopole antenna, which had characteristics of fat impedance and radiation in the 800 MHz to 3 000 MHz band.

monopole antenna; moment method; miniaturization

熊長(zhǎng)偉（1982— ），男，河南焦作，碩士，工程師；研究方向：寬帶天線設(shè)計(jì)，射頻電路設(shè)計(jì)。