一種短波寬帶天線的小型化設(shè)計(jì)

1 引言

扇錐天線是一種性能優(yōu)越的短波寬帶天線，廣泛應(yīng)用于廣播、海事交通等通信領(lǐng)域。但當(dāng)其使用頻率較低時(shí)，占地面積較大。因此，對(duì)于其低頻使用時(shí)的小型化設(shè)計(jì)很有必要。通過(guò)有效的加載手段，使其既能滿足阻抗匹配特性，同時(shí)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于激勵(lì)區(qū)的幾何尺寸，而最低工作頻率取決于天線臂的長(zhǎng)度。天線的全長(zhǎng)取最低工作頻率的半個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，一般在10個(gè)倍頻的范圍里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占地面積。

雙錐天線的特性阻抗為：

其中，為錐的頂角。例如，Z₀=300Ω時(shí)， =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，由于使用頻率較低，錐形天線尺寸較大，因此往往簡(jiǎn)化為線柵型圓錐結(jié)構(gòu)。水平架設(shè)時(shí)，又將天線簡(jiǎn)化為扇錐結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

選擇合理的扇錐的扇面角、張角、導(dǎo)線數(shù)量、激勵(lì)區(qū)尺寸等參數(shù)可獲得較寬的帶寬。

圖1 扇錐天線示意圖

3 扇錐天線仿真計(jì)算

雙錐天線可以用解析法進(jìn)行分析，很多文獻(xiàn)也做了詳細(xì)的介紹。對(duì)于扇錐天線嚴(yán)格地推導(dǎo)計(jì)算過(guò)于復(fù)雜，可用矩量法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。本文用FEKO電磁仿真軟件對(duì)數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。設(shè)計(jì)一付扇錐天線，頻率范圍2MHz-30MHz，支撐塔距76米。天線架設(shè)在實(shí)際地面上，地參數(shù)取ε_r=15，δ=0.01。

扇錐天線導(dǎo)線數(shù)量11根，扇錐面角25度，天線張角100度。