一种短波鞭状宽带天线设计

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1、一种短波鞭状宽带天线设计　　摘要：设计了一种短波鞭状宽带天线，天线体高度为10m，直径为10cm，利用FEKO电磁仿真软件建立了仿真模型。通过对天线体进行两点集总元件加载来改善天线低频段阻抗特性，利用遗传算法优化了加载点和加载位置，并在天线馈电端运用改进实频法进行匹配网络设计，使得天线在3～30MHz频段内阻抗平稳。计算了天线的驻波比、增益和效率，并实际制作了一副天线进行了测试，实测天线驻波比和仿真计算结果相吻合，最大驻波比不超过2.8，可以和宽带发射机良好匹配，实现了天线的宽带化。关键词：鞭状宽带天线；集总元件加载；匹配网络；仿真模型中图分类号：TN822?3

2、4文献标识码：A文章编号：1004?373X（2014）04?0017?04Designofshortwavewhip?shapedbroadbandantennaGONGYong?ming，CAIZhi?yuan，MAYin?sheng，LIUHao?xin（QingdaoBranch，ChinaResearchInstituteofRadiowavePropagation，Qingdao266107，China）Abstract：Ashortwavewhip?shapedbroadband9antennawasdesigned，whoseheightis10

3、manddiameteris10cm.AsimulationmodelwasestablishedwithelectromagneticsimulationsoftwareFEKO.Thelow?frequencybandimpedancecharacteristicsoftheantennawasimprovedbyloadingofthetwo?pointlumpedelementsoftheantennabody.Theloadingpointandloadingpositionwasoptimizedwithgeneticalgorithm.Themat

4、chingnetworkdesignwasimplementedbyusingtheimprovedrealfrequencymethodattheantennafeedendtomaketheantennaimpedancestableintherangeof3～30MHz.Theantennastandingwaveratio，gainandefficiencywerecalculated.Theantennawasmadeandtested.Themeasuredantennastandingwaveratioiscoincidentwiththesimu

5、lationcalculationresult.Itsmaximumstandingwaveratioisnomorethan2.8，whichcanmatchwiththebroadbandtransmitter.Abroadbandantennawasrealizedbythedesign.Keywords：whip?shapedbroadbandantenna；lumpedcomponentloading；matchingnetwork；simulationmodel0引言9鞭状天线是天线工程技术中应用非常广泛的天线，在通信、广播、电视、雷达、导航、遥测、

6、遥感等工程系统中均有应用。随着短波通信系统中调频、扩频技术的广泛应用，调谐天线已经不能满足使用要求，需要宽带的天线系统。鞭状天线由于结构简单占地面积小、安装架设方便，可以在无法架设竖笼天线、双锥天线等宽带短波天线的有限空间诸如房顶、车体、舰艇上安装架设，因此，实现鞭状天线在3～30MHz短波频段内的宽带化是非常有现实意义的。1鞭状天线形式及性能分析无限大理想导电平面上鞭状天线示意图见图1，其输入阻抗为自由空间相对应的对称振子天线输入阻抗的[12]，当[h图1鞭状天线示意图由式（1）可以看到，鞭状天线的输入阻抗和频率有直接的关系，在整个短波段3～30MHz，频率为

7、10个倍频程，天线的输入阻抗会起伏变化很大，而且天线高度为10m，相比较低频段波长小得多，这样，天线的输入电阻很小而输入电抗很大，天线的Q值很大，天线谐振曲线比较尖锐，从而的工作频带受到限制。在实际天线设计和使用中，无法达到无限大理想导电地的要求，一般采用加铺地网来近似实现，其示意图如图2所示。9图2加铺地网的鞭状天线示意图　　通过矩量法对图2所示的鞭状天线进行计算，本文所有的矩量法计算均采用FEKO电磁仿真软件，得出其输入阻抗值如图3、图4所示。图3天线输入电阻图4天线输入电抗2短波宽带鞭状天线的设计从图3和图4可以看到，10m鞭状天线在3～30MHz短波段内

8、阻抗非常不平稳，而且低频