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1、1999年12月第26卷 第6期西安电子科技大学学报JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITYDec.1999Vol.26 No.6天线宽带匹配网络的设计与计算方法孙保华,周良明,肖 辉(西安电子科技大学天线与电磁散射研究所 陕西西安 710071)摘要:讨论了宽带匹配CAD技术中常用的两种方法——直接优化法和实频数据法,并设计了计算软件,着重研究它们在天线宽带匹配中的应用.提出了综合使用两种方法的思想,结合实际天线进行了宽带匹配网络的设计和计算,并与实验测试结果进行比较,得到满意的匹配结果.关键词:天线;宽带匹配网络;直
2、接优化法;实频数据法中图分类号:TN82218 文献标识码:A 文章编号:100122400(1999)0620793205OnthedesignofbroadbandmatchingnetworksforantennasSUNBao2hua,ZHOULiang2ming,XIAOHui(ResearchInst.ofAntennaandElectromagneticScattering,XidianUniv.,Xi′an 710071,China)Abstract: Twomethodsforthebroadbandmatchingn
3、etworkCAD,DirectOptimiza2tionMethodandRealFrequencyMethod,arediscussed,withemphasisontheirapplica2tionstotheantennabroadbandmatchingproblems.Softwaresaredesignedandanewtechniquewhichusesboththetwomethodssequentlyarepresented.Then,byusingthemeasuredinputimpedancedataofanant
4、ennagiveninthispaper,thedesignofabroad2bandmatchingnetworkisaccomplished.Acomparisonofthetheoreticalandmeasuredresultsindicatesthatthematchingresultsaresatisfactory.KeyWords: antenna;broadbandmatchingnetwork;directoptimizationmethod;realfrequencymethod随着通讯技术的不断发展,在短波和超短波波段
5、,自适应快速跳频、选频等先进技术已被广泛采用.在这种情况下,利用“天调器”进行调谐匹配的窄带天线往往不能满足要求,因此迫切需要性能优良的宽带天线.获得天线宽带特性有多种方法,如采用宽带振子、天线电阻性加载等技术.在天线尺寸限制的情况下,采用天线宽带匹配网络就是实现天线宽带特性的一种有效方法.必须指出:任何一种获得天线宽带特性的方法,都要以某种代价来换取,或者是牺牲增益,或者是采用较大的天线体积尺寸.始于60年代的宽带匹配网络CAD技术[1～3]应用于天线设计已引起人们的重视[4～6].其中直接优化法和实频数据法可以根据给定或实测的负载阻抗离
6、散值进行网络优化设计,这对天线宽带匹配网络设计和计算尤为适用,因为天线的阻抗往往难以解析表示,但可以实测得到.1 基本概念天线宽带匹配网络一般指的是在较宽的频带内,能够实现信号源到天线转换功率最大的一种耦合收稿日期:1998212209基金项目:“八五”国防预研项目(19121513)作者简介:孙保华(19692),男,西安电子科技大学博士生.794 西安电子科技大学学报 第26卷网络.对于这样的网络,必须具有如下特点:(1)输出端与负载端有良好的匹配;(2)输入端的反射尽可能小
7、;(3)网络本身无耗或低耗.图1所示即为包含宽带匹配网络的模型.图中rg为信号源内阻,Za为天线输入阻抗,N表示天线宽带匹配网络,它一般是由电容、电感和理想阻抗变rg.换器组成的无耗互易二端口网络～研究天线宽带匹配网络,通常使用的能够表征匹配的参Ug量主要有转换功率增益和电压驻波比.ZcZ111�宽带·匹配网络ZaNZq2转换功率增益定义为负载得到的平均功率和信号源能够给出的最大平均功率之比[7],公式表示为图1天线系统模型G=P ,(1)Pav式中P为负载得到的平均功率,Pav为信号源能够给出的最大平均功率,即信号源资用功率.工程中
8、通常使用的信号源阻抗和馈线特性阻抗为508.图1所示的天线系统,在端口1有1+#1-#R= ,(2)式中#=Z11-50 .Z11+50 图1所示天线系统中,考虑到宽带匹配网络
