RF天线

2021-04-19

1 导言

微波全向天线较多使用于一点多址通信中,广泛地使用于军事、航天、遥控、遥测领域。在较低频段中,微波全向天线首要有螺旋天线、穿插馈电式天线、波导缝隙天线;而跟着现代通信技术的开展,通信频率向更高的波段开展已是必然趋势,在C波段或更高的频段,波长很短,以上说到的天线因为结构杂乱,导致加工费用高,调试困难,而且馈电结构也难于规划,使得天线的带宽较窄;一起这些类型的天线高度均超过半波长或许四分之一波长,天线高度太大导致其占用的体积空间较大,而且天线RCS(雷达散射截面)也较大,对各类载体平台的电磁隐身特性也带来较大影响。

考虑到上述情况,有必要为实际通信平台开发一种全向天线,即新式C波段宽带小型化全向天线,它能够供给比现有天线更抱负的电磁特性,本文将具体评论该天线的功能及首要结构参数对天线功能的影响,并对天线的阻抗及辐射特性进行剖析。

2  天线根本结构及辐射原理

新式C波段宽带小型化全向天线共形全向天线,天线自身的外形结构,天线剖面图。能够看出,该天线是由金属圆盘、金属单极子、介质垫片、方形金属地板以及同轴馈电衔接器一起构成。

金属圆盘半径r1、厚度h1,金属单极子半径r2、高度h2,它们加工为一个全体;金属单极子中部有螺纹孔;聚四氟乙烯介质垫片为一个相似“瓶盖”的腔体结构,半径r3、厚度h3,中心有通孔使得同轴内芯经过,其下部腔体尺度可使得同轴衔接器刚好深入其内部;方形金属地板中心有通孔使得衔接器外导体经过;同轴衔接器为市售产品,选用的是N型同轴衔接器N-50KF-C,其特别之处在于伸出的内芯有螺纹,它能够直接穿过介质垫片上的通孔与金属单极子中部的螺纹孔旋拧在一起,从而使得整个天线成为一个全体。

在本规划中,天线金属圆盘及金属单极子是起辐射效果的最首要部件,用于向空间辐射电磁波。当发射信号时,同轴衔接器经过衔接的同轴电缆输入外接发射机的发射信号,同轴接头输出的能量激起金属圆盘及金属单极子上的表面电流,从而发生辐射;因为所选用的金属单极子直径较大,使得天线能够发射较宽带宽范围内的垂直极化电磁波;因为金属单极子顶端接入了金属圆盘,这使得天线顶端的电流不为零,有用的完成了天线的小型化;因为介质垫片为腔体结构,分离隔天线的辐射结构与金属地板,使得同轴电缆能够有用的鼓励天线电流;金属圆盘、金属单极子及介质垫片在结构上均成中心轴对称分布,能够使得天线在水平面360度范围内辐射场均匀分布。

3  首要结构参数关于天线阻抗特性的影响

反射损耗是天线的一个重要功能参数,它决议了天线的阻抗特性。在规划过程中发现,影响该天线反射损耗功能的首要结构参数为金属圆盘半径r1、厚度h1,金属单极子半径r2、高度h2。经过多组建模仿真,能够得到各个参数关于天线反射损耗的影响规则,以便于实际天线的规划完成。

3.1  金属圆盘半径r1对反射损耗的影响

作为最首要的辐射结构,金属圆盘的尺度在很大程度上决议了天线的谐振频率,针对不同的金属圆盘半径r1反射损耗随频率的改动曲线。跟着半径的增大,天线的谐振频率逐步向低频端偏移,与一般的单偶极子天线相似,辐射体尺度与天线频率呈现出相反的改动规则。

 

针对不同的金属圆盘厚度h1反射损耗随频率的改动曲线。从图中能够看出,金属圆盘的厚度同样会影响天线的谐振频率,跟着厚度的增大,天线的谐振频率逐步向低频端偏移,与金属圆盘半径相似,该尺度的巨细与天线频率高低呈现出相反的改动规则。

 

3.3  金属单极子半径r2对反射损耗的影响

金属单极子不仅是该天线的辐射结构,一起它还作为过渡部件衔接金属圆盘及馈入电流的同轴衔接器。针对不同的金属单极子半径r2反射损耗随频率的改动曲线。从图中能够看出,该半径不仅影响谐振点方位,还在很大程度上影响反射损耗的巨细,如果该半径过大,则反射损耗很大,即C波段在同轴接头馈入天线的能量大部分都被反射,使得天线无法正常作业;从装置视点考虑,若该半径过小,则辐射结构没有办法与同轴衔接器的螺纹内芯衔接,所以在天线尺度的规划上要归纳考虑天线功能及装置结构。

3.4  金属单极子高度h2对反射损耗的影响

图6是针对不同的金属单极子高度h2反射损耗随频率的改动曲线。从图中能够看出,金属单极子的高度会在很大程度上影响天线的谐振频率,跟着高度的增大,天线的谐振频率逐步向低频端偏移,与普通单极子尺度与频率的对应联系共同。

4  天线功能剖析

在上述剖析的基础上,使用仿真AppHFSS对天线参数进行了逐一的调整,最终得出了功能最优结构参数,最终天线地板以上的整体高度h1+h2+h3仅为最低作业频率fL所对应波长的八分之一左右,现对其功能进行如下剖析。

4.1  天线的阻抗特性

前面现已说到过,天线的反射损耗是一个重要功能参数,它反映了天线的阻抗特性。该C波段宽带小型化全向天线反射损耗的成果。在fL ~ fH的频率范围内,天线反射损耗的仿真成果均小于-10dB,这种全向天线阻抗特性杰出,它具有45%左右的阻抗带宽。

4.2  天线的辐射特性

关于全向天线,增益特性是衡量其功能好坏的重要指标,图8是该天线的增益随频率的改动联系(fL ~ fH)。频率在fL ~ fH范围内,增益改动范围是3.5~6dB,改动幅度小于2.5dB,增益在频带内较为稳定;天线的方向图是表征天线辐射特性与空间视点联系的图形,表示该天线在频率分别为fL、(fL+fH)/2、fH时水平面方向图的成果。在各个频率上,该天线水平面近似全向辐射,不圆度小于2dB,方向图稳定性较好。

5 归纳

本文规划的天线结构可选用方形金属地板,且尺度可根据使用需求适当调整;一起,也可根据实际需求在一定尺度范围内选用圆形地板或许异形地板,地板形状改动,根本不会影响天线功能。此外,本天线使用场合灵敏,它可独自作天线用,也可用作反射面天线的馈源或许阵列的单元,特别适用于作八木天线的有源振子,该天线自身前后适当方位参加引向金属棍和反射金属棍即能够有用缩小八木天线的整体高度。

6  结论

本文所论说天线与现有技术相对照,其效果是积极和明显的。天线的作业频段为C波段,自身高度仅为最低作业频率所对应波长的1/8左右;天线相对带宽约为45%,在频段内能够杰出的与50Ω同轴电缆匹配;天线在水平面360度的范围内辐射场均匀全向分布,不圆度小于2dB;此外,本天线结构灵敏,除了可选用方形地板,还可在一定尺度范围内选用圆形或许异形地板,而且天线能够作为八木天线的有源振子使用,有用缩小八木天线的整体尺度。

 


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