一種短波寬帶天線的小型化設計

2021-01-07 電子產品世界
1 引言

扇錐天線是一種性能優越的短波寬帶天線，廣泛應用於廣播、海事交通等通信領域。但當其使用頻率較低時，佔地面積較大。因此，對於其低頻使用時的小型化設計很有必要。通過有效的加載手段，使其既能滿足阻抗匹配特性，同時又能滿足通信性能的需要。

2 天線形式及性能分析

理想的雙錐天線具有任意的頻帶特性。雙錐天線工作頻帶的最高工作頻率取決於激勵區的幾何尺寸，而最低工作頻率取決於天線臂的長度。天線的全長取最低工作頻率的半個波長時，一般在10個倍頻的範圍裡能有良好的阻抗頻率特性。這在客觀上決定了工作頻率下限越低的天線具有更大的跨距和佔地面積。

雙錐天線的特性阻抗為：

其中，為錐的頂角。例如，Z0=300Ω時， =18.77º，這種情況是適用阻抗為300Ω的雙極饋電天線。在短波波段，由於使用頻率較低，錐形天線尺寸較大，因此往往簡化為線柵型圓錐結構。水平架設時，又將天線簡化為扇錐結構，如圖1所示。

選擇合理的扇錐的扇面角、張角、導線數量、激勵區尺寸等參數可獲得較寬的帶寬。

圖1 扇錐天線示意圖

雙錐天線可以用解析法進行分析，很多文獻也做了詳細的介紹。對於扇錐天線嚴格地推導計算過於複雜，可用矩量法來進行計算。本文用FEKO電磁仿真軟體對數值計算結果進行驗證。設計一付扇錐天線，頻率範圍2MHz-30MHz，支撐塔距76米。天線架設在實際地面上，地參數取εr=15，δ=0.01。

扇錐天線導線數量11根，扇錐面角25度，天線張角100度。

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