短波宽带小型化单极子天线分析

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1、电子科技大学硕士学位论文(2)为适应空气动力学的要求，比如要求有低的空气阻力，在高速运动的运载体上，要求天线和运载体表面共形，这对电磁学及天线提出了相应的技术问题，即要求天线的小型化和低轮廓。(3)电视、广播、通信等业务，需要高质量地传输语言、文字、图像、数据等重要信息，这要求包括天线在内的整个通信系统的宽带化。(4)对于海洋舰船通信，所采用的是频率比较低的短波波段，如何在保证通信质量的前提下，尽可能地降低天线的尺寸，这是一项紧迫而重要的工作。尺寸的减小一方面降低了构建成本，另一方面提高了抵御自然界作用的能力，而且加强了掩蔽性。(5)无线通信作为当今信息化社会的主要技术手段

2、而显得尤为重要。其信道容量不断扩充、传输速率不断提高、服务方式也日渐灵活。与此相适应，通信设备日趋宽带化、小型化，台站设施也由最初的点对点、一点对多点发展到移动和全球漫游。‘由于天线是与自由空间相耦合的部件，在自由空间，一定工作频率的无线电波所对应的波长是不会变更的，而天线的性能又是与自由空间的工作波长密切相关的，因此从理论上讲，天线的工作频率越低，波长越长，天线高度也必须相应地增加。从这种意义上理解，要求天线的小型化是难以实现的，也就是说，天线尺寸的减小必然导致天线性能在某些方面恶化，结果使弱信号区的接收效果变差。但是，通过改变天线的外形结构，通过加载技术、通过优化处理方

3、法、通过添加外部匹配网络等都可以有效地改善小天线的电属性，而且在很多情况下，也可以适当牺牲天线的在某些方面的性能指标来获得较小的尺寸。目前在短波波段，双鞭天线、集总加载单极子天线等都获得了广泛的应用。但是这些天线或者需要较大的电尺寸，占据一定的空间，或者因为效率较低影响了天线的增益，而这些条件就使它们的广泛应用受到了一定的限制，例如使用空间有限或用于移动通信中的无线电设备等。因此积极开展对小型化的HF宽带天线的理论与实验研究，仍是当前迫切而有重要意义的工作。1．2国内外研究现状国内外涉及天线研究领域的学者不胜枚举，纵观研究现状，天线宽带技术和2第一章绪论小型化技术的研究涉及

4、面很宽，为了实现宽带化，可以从原理上、结构上、材料上，或者从相应的技术措施上来改进天线的性能，增加天线的带宽。短波天线宽带化、小型化技术主要涵盖以下几个方面：1、天线的宽带技术2、天线的加载技术3、天线的宽带匹配网络，希望天线达到的技术指标为【l】：(1)天线尺寸<12米，单鞭天线(2)电压驻波比：90％d、于3．5，最大值小于5．0(3)增益：一10～4dB1．2．1天线的宽带技术天线带宽，是指天线的性能指标满足设计要求时的频率范围，习惯上把fHI／fto≥2的天线就称为宽带天线。综合各种宽带天线，目前展宽天线频带通常有以下几种方法：【2】[31【4】(1)旋转对称结构的

5、宽带振子天线。如圆锥振子、笼形振子、套筒振子等。对于电振子天线，为了展宽频带，通常使振子具有较大的截面，即降低振子的长度直径比，／口，这种方法对改善工作频带内的阻抗特性有明显的效果，但是这些宽带天线的尺寸往往都比较大。(2)机电结合的方法。从结构上，可以采用机电结合方法，精心设计天线结构，使之适应宽频带工作，例如伸缩式天线，可重构天线等等。该方法一方面行之有效且易于实现，另一方面由于是机械伸缩，因而使用范围受到一定的限制。(3)宽带行波天线。一般有两种实现形式，一种就是设计天线结构时使其有很强的辐射能力和足够的电长度(如在几个工作波长以上)，辐射作用使沿线电流呈现很大的衰落

6、，即使是终端开路反射也很小。另一种是对天线实施阻性加载，吸收天线与自由空间失配的反射波。属于这种工作机理的天线又可分为集总加载和分布加载两种形式，目前普遍使用的是集总加载天线，如Altshuler天线等。(4)使用天线宽带匹配网络。当天线的结构已确定时，设计和安装无源元件组成的宽带匹配网络，可实现或进一步改善天线的输入阻抗匹配。近年来该技术逐渐为人们所重视，并在HF和VHF频段已开始有所应用。此外，近年来将一些其他学科的研究成果引入天线研究之中，得到了展宽天线频带的新技术。把光子晶体中的光子带隙(PBG：photonicbandgap)引入电磁领域得到电磁带隙(EBG)。电

7、磁带隙是一种周期结构，其最显著的特点是具有带阻特性，可以在一维或多维方向上抑制频率落在带隙内的电磁波传播。将EBG结构运用于天线电子科技大学硕士学位论文中可以达到扩展天线带宽、抑制高阶模、提高天线增益等作用，同时在地面上布置EBG结构可以形成高阻抗表面，达到磁壁的作用‘5】【61。图1．1示出了一种具有EBG结构的天线。除此之外，还可以利用天线的多模工作方式、组合复用技术、分形技术等展宽天线带宽。图1—1EBG结构的天线1．2．2天线的加载技术将电抗元件、阻抗元件、介质材料或有源器件置于天线的某一部分之中，其目的或