熊長偉，魏福顯

（中國電波傳播研究所，河南 新鄉(xiāng) 453003）

一款新型寬帶小型化單極天線設計

熊長偉，魏福顯

（中國電波傳播研究所，河南 新鄉(xiāng) 453003）

單極天線具有全向輻射、高效率等諸多優(yōu)點，被廣泛應用于通信、監(jiān)測領域。文章利用結構變形技術結合加載技術設計出一款新型寬帶小型化單極天線，在800～3 000 MHz頻帶具有平坦的阻抗特性以及輻射特性。

單極天線；矩量法；小型化

隨著寬帶無線電通信、監(jiān)測系統(tǒng)的快速發(fā)展，寬帶、小型化天線成為當前研究的熱點。寬帶平板單極天線是由G·Dubost等[1]首先在1976年提出，通過不斷優(yōu)化結構來展寬阻抗帶寬，主要結構有：矩形、圓盤或橢圓形、倒錐形等，偏置饋電[2]、耦合饋電、短路或切角技術結合等[3]是拓寬天線帶寬的有效方法。

基于以上研究，文章提出一種新穎的錐狀單極天線形式。通過優(yōu)化錐角、饋電面以展寬天線頻帶寬度，優(yōu)化加載位置實現(xiàn)天線小型化。仿真計算及實測結果證明上述方法具有有效性，800～3 000 MHz內天線駐波比小于2.5。

1 矩量法

矩量法[4-7]是求解麥克斯韋方程行之有效的數(shù)值方法，用矩量法分析天線問題，可以用電場積分方程（EFIF），也可以用磁場積分方程（MFIF）。磁場積分方程計算較簡單，但是只能處理封閉的散射問題；電場積分方程既可以處理封閉體，也可以處理開放體，但計算稍復雜。

于是得到：

tan指沿表面切線方向。

2 天線設計

盤錐天線[8]（見圖1）結構簡單，具有良好的頻帶特性，通常情況下盤錐天線的頻帶寬度為8倍頻，工作于VHF和UHF頻段。

圖1 盤錐天線示意

這種結構形式遠遠不能滿足小型化系統(tǒng)的要求，因此本文提出一種新的模型，如圖2所示，以同時滿足寬帶化、小型化的要求。

圖2 新型盤錐天線示意

2.1 錐角θ及短路角?優(yōu)化

根據(jù)天線原理，射頻電流沿輻射體表面輻射，因此改變輻射體形狀會引起天線輸入阻抗變化，通過對錐角θ及短路角?進行優(yōu)化，最終得出以下結構參數(shù)：

2.2 計算結果

天線三維模型如圖3所示，對立體模型進行三角形剖分，利用矩量法進行仿真計算即可得出阻抗、方向性等參數(shù)。天線駐波比隨頻率變化曲線如圖4所示（平滑曲線為實測結果，波點曲線為仿真結果），計算所得的天線典型方向如圖5所示。

圖3 三維模型

圖4 駐波比曲線

圖5 典型方向

3 結語

本文在深入研究超寬帶天線原理的基礎上，結合數(shù)值算法，設計出一款寬頻帶、低輪廓單極天線，具有較高的理論及使用價值。最終的仿真及試驗結果證明了本文方法的有效性。

[1]DUBOST G，ZISLER S.Antennas a large Bande[M].New York：Masson，1976.

[2]尹訓才.應用與現(xiàn)代超寬帶脈沖無線電系統(tǒng)的超寬帶天線研究[D].成都：電子科技大學，2009.

[3]鄧宏偉.超寬帶平面微帶天線研究[D].南京：南京航空航天大學，2009.

[4]哈林頓.計算電磁場的矩量法[M].北京：國防工業(yè)出版社，1981.

[5]吳先良，焦丹，王良知.用積分方程求解散射體自然頻率的新方法[J].電子科技大學學報，1997（4）：374-377.

[6]華夷和，徐金平.電場積分方程矩量法中具有局部連續(xù)性的基函數(shù)積分奇異性降階處理[J].電子與信息學報，2003（10）：1436-1440.

[7]王少剛，關鑫璞，王黨衛(wèi)，等.求解電場積分方程的高階矩量法[J].電子與信息學報，2007（9）：2265-2268.

[8]山團彪，雷振亞，謝擁軍，等.超寬帶盤錐天線的設計[J].電訊技術，2011（1）：93-97.

Design of a novel broadband monopole antenna

Xiong Changwei, Wei Fuxian
（China Research Institute of Air Waves Propagation, Xinxiang 453003, China）

Monopole antenna has advantages of omini-directional radiation、high efficiency, which is widely used in the field of communication and monitoring. In this paper, structural deformation technique combined with loading technology was used to create a new type of broadband miniaturized monopole antenna, which had characteristics of fat impedance and radiation in the 800 MHz to 3 000 MHz band.

monopole antenna; moment method; miniaturization

熊長偉（1982— ），男，河南焦作，碩士，工程師；研究方向：寬帶天線設計，射頻電路設計。