1 導(dǎo)言

微波全向天線較多使用于一點(diǎn)多址通信中，廣泛地使用于軍事、航天、遙控、遙測(cè)領(lǐng)域。在較低頻段中，微波全向天線首要有螺旋天線、穿插饋電式天線、波導(dǎo)縫隙天線；而跟著現(xiàn)代通信技術(shù)的開展，通信頻率向更高的波段開展已是必然趨勢(shì)，在C波段或更高的頻段，波長(zhǎng)很短，以上說到的天線因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)雜亂，導(dǎo)致加工費(fèi)用高，調(diào)試?yán)щy，而且饋電結(jié)構(gòu)也難于規(guī)劃，使得天線的帶寬較窄；一起這些類型的天線高度均超過半波長(zhǎng)或許四分之一波長(zhǎng)，天線高度太大導(dǎo)致其占用的體積空間較大，而且天線RCS（雷達(dá)散射截面）也較大，對(duì)各類載體平臺(tái)的電磁隱身特性也帶來較大影響。

考慮到上述情況，有必要為實(shí)際通信平臺(tái)開發(fā)一種全向天線，即新式C波段寬帶小型化全向天線，它能夠供給比現(xiàn)有天線更抱負(fù)的電磁特性，本文將具體評(píng)論該天線的功能及首要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)天線功能的影響，并對(duì)天線的阻抗及輻射特性進(jìn)行剖析。

2  天線根本結(jié)構(gòu)及輻射原理

新式C波段寬帶小型化全向天線共形全向天線，天線自身的外形結(jié)構(gòu)，天線剖面圖。能夠看出，該天線是由金屬圓盤、金屬單極子、介質(zhì)墊片、方形金屬地板以及同軸饋電銜接器一起構(gòu)成。

金屬圓盤半徑r1、厚度h1，金屬單極子半徑r2、高度h2，它們加工為一個(gè)全體；金屬單極子中部有螺紋孔；聚四氟乙烯介質(zhì)墊片為一個(gè)相似“瓶蓋”的腔體結(jié)構(gòu)，半徑r3、厚度h3，中心有通孔使得同軸內(nèi)芯經(jīng)過，其下部腔體尺度可使得同軸銜接器剛好深入其內(nèi)部；方形金屬地板中心有通孔使得銜接器外導(dǎo)體經(jīng)過；同軸銜接器為市售產(chǎn)品，選用的是N型同軸銜接器N-50KF-C，其特別之處在于伸出的內(nèi)芯有螺紋，它能夠直接穿過介質(zhì)墊片上的通孔與金屬單極子中部的螺紋孔旋擰在一起，從而使得整個(gè)天線成為一個(gè)全體。

在本規(guī)劃中，天線金屬圓盤及金屬單極子是起輻射效果的最首要部件，用于向空間輻射電磁波。當(dāng)發(fā)射信號(hào)時(shí)，同軸銜接器經(jīng)過銜接的同軸電纜輸入外接發(fā)射機(jī)的發(fā)射信號(hào)，同軸接頭輸出的能量激起金屬圓盤及金屬單極子上的表面電流，從而發(fā)生輻射；因?yàn)樗x用的金屬單極子直徑較大，使得天線能夠發(fā)射較寬帶寬范圍內(nèi)的垂直極化電磁波；因?yàn)榻饘賳螛O子頂端接入了金屬圓盤，這使得天線頂端的電流不為零，有用的完成了天線的小型化；因?yàn)榻橘|(zhì)墊片為腔體結(jié)構(gòu)，分離隔天線的輻射結(jié)構(gòu)與金屬地板，使得同軸電纜能夠有用的鼓勵(lì)天線電流；金屬圓盤、金屬單極子及介質(zhì)墊片在結(jié)構(gòu)上均成中心軸對(duì)稱分布，能夠使得天線在水平面360度范圍內(nèi)輻射場(chǎng)均勻分布。

3  首要結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)于天線阻抗特性的影響

反射損耗是天線的一個(gè)重要功能參數(shù)，它決議了天線的阻抗特性。在規(guī)劃過程中發(fā)現(xiàn)，影響該天線反射損耗功能的首要結(jié)構(gòu)參數(shù)為金屬圓盤半徑r1、厚度h1，金屬單極子半徑r2、高度h2。經(jīng)過多組建模仿真，能夠得到各個(gè)參數(shù)關(guān)于天線反射損耗的影響規(guī)則，以便于實(shí)際天線的規(guī)劃完成。

3.1  金屬圓盤半徑r1對(duì)反射損耗的影響

作為最首要的輻射結(jié)構(gòu)，金屬圓盤的尺度在很大程度上決議了天線的諧振頻率，針對(duì)不同的金屬圓盤半徑r1反射損耗隨頻率的改動(dòng)曲線。跟著半徑的增大，天線的諧振頻率逐步向低頻端偏移，與一般的單偶極子天線相似，輻射體尺度與天線頻率呈現(xiàn)出相反的改動(dòng)規(guī)則。

針對(duì)不同的金屬圓盤厚度h1反射損耗隨頻率的改動(dòng)曲線。從圖中能夠看出，金屬圓盤的厚度同樣會(huì)影響天線的諧振頻率，跟著厚度的增大，天線的諧振頻率逐步向低頻端偏移，與金屬圓盤半徑相似，該尺度的巨細(xì)與天線頻率高低呈現(xiàn)出相反的改動(dòng)規(guī)則。

3.3  金屬單極子半徑r2對(duì)反射損耗的影響

金屬單極子不僅是該天線的輻射結(jié)構(gòu)，一起它還作為過渡部件銜接金屬圓盤及饋入電流的同軸銜接器。針對(duì)不同的金屬單極子半徑r2反射損耗隨頻率的改動(dòng)曲線。從圖中能夠看出，該半徑不僅影響諧振點(diǎn)方位，還在很大程度上影響反射損耗的巨細(xì)，如果該半徑過大，則反射損耗很大，即C波段在同軸接頭饋入天線的能量大部分都被反射，使得天線無法正常作業(yè)；從裝置視點(diǎn)考慮，若該半徑過小，則輻射結(jié)構(gòu)沒有辦法與同軸銜接器的螺紋內(nèi)芯銜接，所以在天線尺度的規(guī)劃上要?dú)w納考慮天線功能及裝置結(jié)構(gòu)。

3.4  金屬單極子高度h2對(duì)反射損耗的影響

圖6是針對(duì)不同的金屬單極子高度h2反射損耗隨頻率的改動(dòng)曲線。從圖中能夠看出，金屬單極子的高度會(huì)在很大程度上影響天線的諧振頻率，跟著高度的增大，天線的諧振頻率逐步向低頻端偏移，與普通單極子尺度與頻率的對(duì)應(yīng)聯(lián)系共同。

4  天線功能剖析

在上述剖析的基礎(chǔ)上，使用仿真軟件HFSS對(duì)天線參數(shù)進(jìn)行了逐一的調(diào)整，最終得出了功能最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)，最終天線地板以上的整體高度h1+h2+h3僅為最低作業(yè)頻率fL所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的八分之一左右，現(xiàn)對(duì)其功能進(jìn)行如下剖析。

4.1  天線的阻抗特性

前面現(xiàn)已說到過，天線的反射損耗是一個(gè)重要功能參數(shù)，它反映了天線的阻抗特性。該C波段寬帶小型化全向天線反射損耗的成果。在fL ~ fH的頻率范圍內(nèi)，天線反射損耗的仿真成果均小于-10dB，這種全向天線阻抗特性杰出，它具有45%左右的阻抗帶寬。

4.2  天線的輻射特性

關(guān)于全向天線，增益特性是衡量其功能好壞的重要指標(biāo)，圖8是該天線的增益隨頻率的改動(dòng)聯(lián)系（fL ~ fH）。頻率在fL ~ fH范圍內(nèi)，增益改動(dòng)范圍是3.5~6dB，改動(dòng)幅度小于2.5dB，增益在頻帶內(nèi)較為穩(wěn)定；天線的方向圖是表征天線輻射特性與空間視點(diǎn)聯(lián)系的圖形，表示該天線在頻率分別為fL、(fL+fH)/2、fH時(shí)水平面方向圖的成果。在各個(gè)頻率上，該天線水平面近似全向輻射，不圓度小于2dB，方向圖穩(wěn)定性較好。

5 歸納

本文規(guī)劃的天線結(jié)構(gòu)可選用方形金屬地板，且尺度可根據(jù)使用需求適當(dāng)調(diào)整；一起，也可根據(jù)實(shí)際需求在一定尺度范圍內(nèi)選用圓形地板或許異形地板，地板形狀改動(dòng)，根本不會(huì)影響天線功能。此外，本天線使用場(chǎng)合靈敏，它可獨(dú)自作天線用，也可用作反射面天線的饋源或許陣列的單元，特別適用于作八木天線的有源振子，該天線自身前后適當(dāng)方位參加引向金屬棍和反射金屬棍即能夠有用縮小八木天線的整體高度。

6  結(jié)論

本文所論說天線與現(xiàn)有技術(shù)相對(duì)照，其效果是積極和明顯的。天線的作業(yè)頻段為C波段，自身高度僅為最低作業(yè)頻率所對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的1/8左右；天線相對(duì)帶寬約為45%，在頻段內(nèi)能夠杰出的與50Ω同軸電纜匹配；天線在水平面360度的范圍內(nèi)輻射場(chǎng)均勻全向分布，不圓度小于2dB；此外，本天線結(jié)構(gòu)靈敏，除了可選用方形地板，還可在一定尺度范圍內(nèi)選用圓形或許異形地板，而且天線能夠作為八木天線的有源振子使用，有用縮小八木天線的整體尺度。