低剖面宽带全向天线分析

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1、第一章绪论1．1研究背景与意义近年来随着电子科学技术的不断发展，以及人们日常生活中与日俱增的需求，无线通信技术发展迅速。在卫星、飞机、舰船、导弹等各种载体上，通讯设备的数量与种类都达到了前所未有的程度。随着超大规模集成电路(VLSIC)技术及微波集成电路(MIC)的发展，各种新材料与新工艺新技术的应用，通讯电子设备日益小型化。而天线作为无线收发的关键部件，也面临着日益苛刻的要求。在尽可能保证天线性能的前提下，天线的宽带化、小型化、与低剖面已经是天线研究发展的必然趋势。军事通讯领域，为了实现保密通信，多频段多功能与宽

2、带跳频电台应用愈发广泛。并且随着技术的发展，跳频频率越来越高，跳频范围也越来越广，原有窄带天线己不可能满足通信要求。另外随着通信设备种类的增多，狭小空间内天线也必然增多，各个天线系统间的耦合会影响各天线的方向图、驻波等特性参数，从而最终影响通信质量。其有效方法即开展高性能宽频带小型化天线的研究，使得用尽可能少尽可能小的天线覆盖所需的所有频段，一方面减少了天线数量，另一方面缩小了天线尺寸，消除了耦合等干扰问题，进而满足使用要求。而在民用通信中，各种便携式电台及日益普及的手机等也要求天线不断的小型化。且随着通信信道不断

3、扩充、传输速率不断提高，服务方式也日渐灵活，与此相适应，对通讯系统的要求也就由点对点、一对多而发展到移动与全球漫游。因此，对天线低剖面、宽频带小型化的研究对于通信系统的发展具有重要意义。全向天线即辐射方向图为空间全向的天线，直立全向天线在方位面内具有各向辐射能量大小相等的特性。竖直放置的单极子天线即为最传统的垂直极化全向天线，但此种类型天线带宽窄，且高度一般需l／4空气波长。在HF、UHF(短波超短波)通信频段内表现出来尺寸过大，易暴露等缺点。故对其进行各种形式的变形，在满足安装环境需求前提下，实现天线的宽带化工作

4、是人们研究的热点。微带天线以其体积小、剖面低、重量轻、易集成、易共形低成本以及易于生产等优点而受天线研发者的青睐。在手机终端等民用通信系统中微带天线已有广泛应用，但其所固有的窄带特性又是阻碍其应用的主要因素。另外微带天线的固有横向尺寸相对较大、增益较低也影响到其进一步广泛应用。就天线宽带化、小型化、低剖面而言，我们需要让天线在给定横向与纵向尺寸范围内实现需要的阻抗带宽、增益、方向图等电性能指标，其设计过程相当复2低剖面宽频带全向天线研究杂。这可能需要改进天线的结构，调整各部件尺寸，或者增加匹配网络，并采优化算法等途

5、径来最终达到物理性能和电性能的平衡。1．2低剖面宽带全向天线概述本文主要研究内容为低剖面宽带全向天线，即在给定纵向横向尺寸等要求下，设计出宽频带的垂直极化全向天线。直立全向天线是最传统也是应用最广的全向天线，常用全向天线多是此类天线的变形。人们通过增加阵子臂宽度、增加套筒、附加匹配网络、阻抗加载等方式来实现其带宽的展宽。通过给天线进行弯折改进为倒L形，倒F形天线，以及顶加载等技术可以在一定程度上降低其纵向尺寸【1J。1972年，芒森(R．E．Munson)和豪威尔(J．Q．Howell)等研究者设计出了第一批实用微

6、带天线以满足微带集成技术的发展和空间技术对低剖面的天线的迫切要求，随之国际上展开了对微带天线的广泛研究和应用。Krall等人使用绕成螺旋状的四分之一波长天线，这种天线的优点在于它可用任何规格的同轴线馈电，所以不需匹配网络；并且在天线的空间内可以用来放置电子线路，有效地防止了电磁干扰等问题【2】。另外还有一些天线工作者使用类似方法制造出了小型化的全向天线，但是这种天线的带宽远达不到我们要求而且其尺寸也不足以应用到机载环境下。磁流环等效单极子天线是一种新型的微带天线，其利用电磁感应定律中“磁流环可等效为垂直于平面环的电

7、阵子”的原理，使用平面磁流环来等效单极子天线。从而实现与单极子相同的辐射特性，进而实现微带天线的宽带化与小型化，最终即可实现低剖面宽带全向辐射特性【31。类似的，同轴馈电的微带环缝天线、微带圆环天线等也可得到类似于单极子天线的辐射特性【4-71。将单极子天线进行加载演化，即可形成嵌入式腔体天线，此类天线可以嵌入到飞行器内部与其表面共形，从而减小对飞行器飞行特性与天线自身电性能的影nl句[8，91。1．3文章结构安排第一章主要讲述低剖面宽带全向天线研究背景与意义。随着电子科学技术的不断发展，以及人们日常生活中与日俱增

8、的需求，无线通信技术发展迅速。在军用、民用领域，天线应用都面临着宽带化与小型化的要求。低剖面宽带全向天线因其低剖面特性与全向特性，可采用两种设计方案：其一，小型化单极子天线，单极子是应用最广泛最简单的全向天线，但其高度一般第一章绪论3至少为工作频率的1／4波长，且频带较窄，故对其进行各种变形，如加载单极子天线，套筒天线等，用以改善其工作带宽与天线尺寸；其二，