一種二元引向天線的結構設計*

詹智婷，王靜文，吳華寧

（海軍工程大學 電子工程學院，湖北 武漢 430033）

0 引 言

引向天線主要由輻射器、引向器和反射器構 成[1]，具有結構簡單、饋電方便、重量輕、便于轉動等優點，缺點是工作頻帶窄且單一，增益不高。研究如何改善引向天線的缺點具有重要意義，故本文基于螺旋天線[2]和折合振子設計了一種二元引向天線結構，分析了螺旋引向天線螺旋結構對二元引向天線的反射系數、增益以及水平面方向圖等參數的影響[3]。

1 二元引向天線模型

在CADFEKO中建立螺旋天線、半波折合陣子的二元引向天線模型，形式如圖1所示，其中折合陣子高度為44 mm，兩臂之間距離為11 mm，螺旋天線半徑為1.8 mm，高度為37.5 mm，圈數為1，折合振子與螺旋天線的中心距離為11.4 mm。

圖2給出了二元引向天線在1～2 GHz頻率范圍內的反射系數，可發現天線諧振頻率在1.72 GHz， 幅度值達到-10 dB。

圖3、圖4給出了二元引向器在1～2 GHz頻率范圍內增益和水平面方向圖。從圖3可以看出，二元引向天線的增益可達8.4 dBi。從圖4可知，該天線的最大輻射方向由折合振子指向螺旋天線，此時螺旋天線起到了引向器的作用。

2 螺旋天線半徑對二元引向器性能的影響

討論螺旋天線的結構參數中螺旋半徑對引向天線性能的影響。螺旋天線半徑R取值如下：1.4 mm、 1.8 mm、2.2 mm、2.6 mm、3.0 mm、3.4 mm。

圖5給出了引向天線在螺旋線半徑線性變化時，天線反射系數的變化情況。從圖5可看出，隨著半徑R的增大，天線的諧振頻率向低端轉移，且諧振頻點處的反射系數逐漸減小。反射系數小于-10 dB 的帶寬也逐漸增大。

圖6給出了引向天線在螺旋天線半徑線性變化時的增益變化情況。可以看出，隨著半徑R的增大，天線增益隨頻率變化趨勢大致相同，但增益最大值出現的頻率逐漸減小。

圖7給出了引向天線在螺旋天線半徑線性變化時各諧振頻帶內的水平面方向圖變化情況?？梢钥闯?，隨著半徑R的增大，天線在各自諧振頻點的水平面方向圖大致相同。

圖1 二元引向天線模型

圖2 二元引向器反射系數

圖3 二元引向天線增益框

圖4 二元引向天線水平面方向圖

圖6 不同半徑下二元引向天線增益圖

圖7 不同半徑下二元引向天線水平面方向圖

3 螺旋天線高度對二元引向器性能的影響

討論螺旋天線的結構參數中螺旋天線的高度對引向天線性能的影響。螺旋天線高度H取值如下：33.5 mm、35.5 mm、37.5 mm、39.5 mm、41.5 mm。

圖8給出了引向天線在螺旋天線高度線性變化時反射系數的變化情況。可以看出，隨著半徑R的增大，天線的諧振頻率向低頻率轉移，且諧振頻點處的反射系數逐漸減小。反射系數小于-10 dB的帶寬也逐漸增大。

圖8 不同高度下二元引向天線反射系數

圖9給出了引向天線在螺旋天線高度線性變化時的增益變化情況?？梢钥闯?，隨著半徑R的增大，天線增益[4]隨頻率變化趨勢大致相同，但增益最大值出現的頻率逐漸減小，同時最大增益也變大。

圖10給出了引向天線在螺旋天線半徑線性變化時各諧振頻帶內的水平面方向圖的變化情況。可以看出，隨著半徑的增大，天線在各自諧振頻點的水平面方向圖大致相同。

圖9 不同高度下二元引向天線增益

圖10 不同高度下二元引向天線水平面方向圖

4 結 語

本文采用螺旋天線作為引向器、折合振子作為反射器組成二元引向天線，研究了螺旋天線螺旋半徑和高度對該二元引向天線的電參數。在實驗探究的過程中，可以發現螺旋天線的結構對二元引向天線的性能影響較大。且螺旋天線的半徑主要對二元引向天線的諧振頻點產生較大影響，螺旋天線的高度對二元引向天線同樣對諧振頻點產生較大影響，同時對增益也會帶來一定影響。