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1、1999年10月西安电子科技大学学报Oct.1999第26卷 第5期JOURNALOFXIDIANUNIVERSITYVol.26No.5短波加载天线的研究刘文虎,刘其中,尹应增(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:分析了带有任意加载、LC匹配网络和阻抗变换器的双鞭天线,并对加载和匹配网络的组成元件进行了优化,以实现在2～30MHz的频段上,电压驻波比小于3.最后,以1ö10的模型进行了实验,并给出了理论分析结果与文献及实验值的对照.关键词:双鞭天线;加载;LC匹配网
2、络;阻抗变换器+中图分类号:TN82114 文献标识码:A 文章编号:100122400(1999)0520663204Researchonshort-waveantennaswithloadingsLIUWen2hu,LIUQi2zhong,YINYing2zeng(ResearchInst.ofAntennasandElectromagneticScattering,XidianUniv.,Xi′an710071,China)Abstract:Twin2whipantennasbothwit
3、harbitraryloadings,anLCmatchingnetworkandanimpedancetransformerareanalyzed.Theparametersoftheloadingsandthematch2ingnetworkareoptimizedtoadesigngoalthatisaVSWRof3∶1over2～30MHz.Final2ly,1ö10scalemodelsarebuilt.Acomparisonoftheanalysisresultswiththedatag
4、ivenbyreferencesandourexperimentsismade.KeyWords:twin2whipantenna;loading;LC2matchingnetwork;impedancetransformer在现代通信技术中,为了实现保密通信,消除干扰,将广泛应用多频段、多功能电台和宽带跳频电台.跳频速率越来越高,跳频范围也越来越宽,可达十几个倍频,原有的窄带天线已无法满足要求,即使可调谐天线也无法满足快速的跳频速率.另外,狭小的空间内密布多副天线,相互之间的干扰较为严重,影响通信
5、质量,这也要求研制宽带天线使多个电台共用一副天线来减少天线数量.在这种背景下,天线的宽带化和小型化就成为天线研究中的一个重要课题.工作在短波波段上的天线,由于工作频率低,天线的物理尺寸都比较小,采用集总加载的方法是比[1]较方便和容易实现的.前人已经做过很多关于加载天线的研究工作,Altshuler第一个根据传输线理论,将偶极子天线近似看作开路传输线,在距离开路末端1ö4波长处串联一个等于开路线特性阻抗的电[2]阻,可以在天线上得到行波电流,从而使偶极子天线在较宽的频带内匹配良好.这以后,Halle
6、n又用电[3,4]容代替了电阻,获得了同样的匹配效果,并且减少了损耗.还有Popovic先后提出了分析连续加载和集总加载天线的理论方法.但是,从他们的研究工作来看,单纯通过加载是难以在整个短波频带(2～[5]30MHz)上匹配良好的.美国海军指挥、控制和海洋监测中心1994年的研究报告简述了采用计算机模拟和CAD技术研制宽带高功率短波双鞭天线,他们的思路是通过在天线上加载,改变天线上的电流分布,使输入阻抗的变化符合某种规律,再加匹配网络,以实现宽带匹配.根据这一思想,笔者做了以下[6][7]工作:(
7、1)建立分析导线天线的理论模型.采用分析导线天线常用的矩量法,以分域的三角形函数作为电流展开的基函数和检验函数.在计算阻抗矩阵元素时,分别以脉冲函数和冲激函数近似基函数和检收稿日期:1998211223作者简介:刘文虎(19712),男,工程师,航天总公司620所硕士.664 西安电子科技大学学报 第26卷验函数,以简化计算.在天线分段过程中,充分考虑到了天线的对称性,双鞭天线阻抗矩阵的阶数降低了近3ö4,减少了对内存的需求,极大地减少了计
8、算量.在导线节点的处理上,使用了导线重叠技术,使节点处的电流自然满足基尔霍夫电流连续定律.(2)在上述理论模型的基础上,分析已有的加载天线,并与已有文献进行对照,以验证方法及程序是否正确,进而采用难求导多元函数优化中的改进单纯形加速法,对带有阻抗变换器的直立单鞭和双鞭天线的加载元件值、加载位置和匹配网络元件值进行了优化,计算了优化之后天线的驻波比和方向图.由于采用了分域基函数和检验,将一次计算出来的无加载天线的阻抗矩阵存入数据文件中,在优化过程中依次读出,极大地节约了
