L波段小型化寬帶盤錐天線的設(shè)計

徐 平，唐延新

(西安導(dǎo)航技術(shù)研究所，陜西 西安 710068)

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L波段小型化寬帶盤錐天線的設(shè)計

徐 平，唐延新

(西安導(dǎo)航技術(shù)研究所，陜西 西安 710068)

提出了一種小型化L波段寬帶全向盤錐天線，采用不對稱椎體結(jié)構(gòu)，使得天線方向圖在較寬的工作帶寬內(nèi)實現(xiàn)俯仰面全向覆蓋，并可達(dá)到波束的上傾。仿真結(jié)果表明，天線在0.9～1.8 GHz頻帶內(nèi)反射系數(shù)小于-15 dB，在仰角0°時增益大于1 dBi，方位面不圓度優(yōu)于0.5 dB。

盤錐天線；寬帶；不對稱椎體

0 引 言

近年來，移動通信技術(shù)的快速發(fā)展使得通信設(shè)備的集成度越來越高，多種無線模塊的同時、穩(wěn)定、高效工作成為設(shè)計的關(guān)鍵。天線作為通信系統(tǒng)的發(fā)射和接收前端，直接影響通信信號的質(zhì)量，在無線電通訊中占有極其重要的地位。設(shè)計合理的天線系統(tǒng)，可以提升整個無線通信系統(tǒng)的性能。因此為滿足系統(tǒng)的寬頻化、多頻化需求，寬帶天線也就逐步成為研究熱點(diǎn)[1-2]。

全向天線在移動無線通信中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，目前廣泛應(yīng)用于通訊、數(shù)據(jù)傳輸、廣播、無線組網(wǎng)等領(lǐng)域中。電子技術(shù)的發(fā)展、通信容量的增加以及電波傳播環(huán)境的逐步復(fù)雜，使得全向天線也面臨更高的性能指標(biāo)要求[3-5]。作為傳統(tǒng)全向天線的盤錐天線，為更好地滿足通信需求，寬頻帶、小型化仍是其當(dāng)前的一個研究方向[6-8]。

本文提出了一種采用不對稱椎體結(jié)構(gòu)設(shè)計的小型化寬帶全向盤錐天線。利用改進(jìn)的不對稱錐體結(jié)構(gòu)，可滿足較寬的阻抗帶寬，并可實現(xiàn)方向圖的俯仰面全向覆蓋，滿足遠(yuǎn)區(qū)的全向通信需求。

1 天線設(shè)計與結(jié)構(gòu)

提出的盤錐天線示意圖如圖1所示。天線由天線罩、上錐體、內(nèi)罩、下錐體、連接器及螺母等六部分組成。

利用不對稱的上、下錐體結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)較寬的阻抗帶寬，并可利用上、下錐體之間形成的多個不等錐角，對天線的俯仰面方向圖進(jìn)行合理控制。

如圖2所示，天線采用天線罩、內(nèi)罩、連接器等來實現(xiàn)天線上、下錐體之間的位置固定。

2 天線仿真與分析

使用全波電磁仿真軟件HFSS對設(shè)計的寬帶盤錐天線進(jìn)行仿真優(yōu)化分析，得到的最終尺寸如下：R1=30 mm，R2=29.5 mm，R3=7.5 mm，R4=7.5 mm，R5=29.5 mm，R6=40 mm，d=5.5 mm，H1=50 mm，H2=15 mm，H3=30 mm，H4=2 mm，H5=2 mm，H6=8 mm。

圖3和圖4分別給出了天線上、下錐體的高度H2、H3不同時，天線反射系數(shù)的仿真結(jié)果。可以看出，改變參數(shù)H2、H3，可以對天線的諧振點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。

圖5給出了天線上、下錐體間的饋電間距d變化時，天線反射系數(shù)的仿真結(jié)果。由圖5可以看出，天線的反射系數(shù)對饋電間距尺寸是較為敏感的，合理的優(yōu)化后可得到相應(yīng)的工作頻帶。

圖6給出了天線在引入不對稱錐體結(jié)構(gòu)前后的天線中心頻率的俯仰面輻射方向圖的仿真結(jié)果，可以看出，引入改進(jìn)結(jié)構(gòu)對天線方向圖的增益、最大輻射方向等有較大影響。

圖7給出了天線反射系數(shù)的仿真結(jié)果，圖8給出了天線的輻射方向圖仿真結(jié)果。從圖中可以看出，天線在0.9～1.8 GHz頻帶內(nèi)反射系數(shù)小于-15 dB，并且在較寬的頻帶內(nèi)保持仰角0°時天線增益大于1 dBi，方位面不圓度優(yōu)于0.5 dB。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種L波段小型化寬帶全向盤錐天線。利用改進(jìn)的不對稱錐體結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)較寬的阻抗帶寬，并滿足天線增益要求。仿真結(jié)果表明，天線在0.9～1.8 GHz頻帶內(nèi)反射系數(shù)小于-15 dB，在仰角0°時增益大于1 dBi，方位面不圓度優(yōu)于0.5 dB。

[1] 魏文元，宮德明，陳必森.天線原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，1985.

[2] KRAUS J D,MARHEFKA R J.天線[M].章文勛譯.

北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[3] 于丹.寬帶/多頻全向微帶天線的研究與設(shè)計[D].西安：西安電子科技大學(xué)，2015．

[4] 許波.寬帶水平全向微帶天線的研究與設(shè)計[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011．

[5] 周世鋼，孫保華，劉其中.一種改進(jìn)型全向?qū)拵щp錐天線的研究[J].電波科學(xué)學(xué)報，2009，24(2)：224-227．

[6] 徐耀鑫，斯丹燕，朱守正，等.寬頻帶盤錐天線的研究與設(shè)計[J].信息技術(shù)，2011(7)：41-43.

[7] 龍文峰．超寬帶變形錐天線的分析與設(shè)計[D].長沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2013．

[8] 謝飛，邱景輝，宮守偉，等．非對稱雙錐天線福射特性研究[J].電子測量技術(shù)，2009(6)：31-34.

DesignofLBandMiniatureBroadbandDisconeAntenna

XU Ping,TANG Yan-xin
(Xi'an Research Institute of Navigation Technology,Xi'an 710068,China)

This paper puts forward a miniature L band broadband omni-direction discone antenna,which uses asymmetric cone structure,makes the omni-directional coverage of antenna directional pattern in pitching plane can be realized in relatively wide operating broadband,and tilted beam can be obtained.The simulative results show that the reflection coefficient is less than -15 dB in the band of 0.9～ 1.8 GHz,the gain is greater than 1 dBi at the elevation angle of 0°,and the un-roundess of azimuth plane is less than 0.5 dB.

discone antenna;broadband;asymmetric cone

2017-05-09

TN821

：A

：CN32-1413(2017)03-0083-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.03.020