新型C波段宽带小型化全向天线

图6  反射损耗与h₂的关系

4  天线性能分析

在上述分析的基础上，应用仿真软件HFSS对天线参数进行了逐一的调整，最后得出了性能最优结构参数，最终天线地板以上的总体高度h₁+h₂+h₃仅为最低工作频率f_L所对应波长的八分之一左右，现对其性能进行如下分析。

4.1  天线的阻抗特性

前面已经提到过，天线的反射损耗是一个重要性能参数，它反映了天线的阻抗特性。图7给出了该C波段宽带小型化全向天线反射损耗的结果。在f_L ~ f_H的频率范围内，天线反射损耗的仿真结果均小于-10dB，这种全向天线阻抗特性良好，它具有45%左右的阻抗带宽。

图7  天线的反射损耗

4.2  天线的辐射特性

对于全向天线，增益特性是衡量其性能好坏的重要指标，图8是该天线的增益随频率的变化关系（f_L ~ f_H）。频率在f_L ~ f_H范围内，增益变化范围是3.5~6dB，变化幅度小于2.5dB，增益在频带内较为稳定；天线的方向图是表征天线辐射特性与空间角度关系的图形，图9表示该天线在频率分别为f_L、(f_L+f_H)/2、f_H时水平面方向图的结果。在各个频率上，该天线水平面近似全向辐射，不圆度小于2dB，方向图稳定性较好。

图8  天线的增益

图9  天线的方向图 天线的拓展应用

本文设计的天线结构可采用方形金属地板，且尺寸可根据应用需求适当调整；同时，也可根据实际需求在一定尺寸范围内采用圆形地板或者异形地板，参见图10，地板形状改变，基本不会影响天线性能。此外，本天线应用场合灵活，它可单独作天线用，也可用作反射面天线的馈源或者阵列的单元，尤其适用于作八木天线的有源振子，参见图11，该天线本身前后适当位置加入引向金属棍和反射金属棍即可以有效缩小八木天线的总体高度。

图10  地板为圆形时的天线结构

图11  天线作为八木天线有源振子的结构

6  结论

本文所论述天线与现有技术相对照，其效果是积极和明显的。天线的工作频段为C波段，本身高度仅为最低工作频率所对应波长的1/8左右；天线相对带宽约为45%，在频段内可以良好的与50Ω同轴电缆匹配；天线在水平面360度的范围内辐射场均匀全向分布，不圆度小于2dB；此外，本天线结构灵活，除了可采用方形地板，还可在一定尺寸范围内采用圆形或者异形地板，并且天线可以作为八木天线的有源振子使用，有效缩小八木天线的总体尺寸。

作者：钟玲玲 李鹏 李永翔