EDA雙鞭天線及匹配網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

隨著現(xiàn)代軍事通信系統(tǒng)中跳頻、擴(kuò)頻等技術(shù)的應(yīng)用，尋求天線的寬頻帶、全向性、小型化、共用化成為天線研究中一個(gè)重要課題。單純依靠天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難以滿足上述要求。天線作為通信設(shè)備的前端部件，對通信質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。

人們采用多種措施來改善天線的性能，加載就是適應(yīng)這種小型化天線的典型技術(shù)。使用天線寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)，則是進(jìn)一步改善天線寬頻帶技術(shù)的一種有效技術(shù)。本文以120～520 MHz工作頻率為例，根據(jù)限定的天線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，選擇合適的加載位置，利用軟件優(yōu)化，得到了合理的加載值和優(yōu)化的匹配網(wǎng)絡(luò)。

1 天線及匹配網(wǎng)絡(luò)模型

天線的模型如圖1所示，加載方式采用無耗并聯(lián)LC電路。匹配網(wǎng)絡(luò)位于天線底部，采用混合型網(wǎng)絡(luò)，如圖2所示。

2 天線及匹配網(wǎng)絡(luò)分析

2.1 天線的加載位置

天線為集總加載的雙鞭天線，模型是建立在理想導(dǎo)電地面上。加載的目的就是使天線獲得行波電流，減少反射。此時(shí)的加載就是最佳加載。這里討論的是無耗加載，電抗加載最佳加載位置與電抗的關(guān)系式為：

2.2  匹配網(wǎng)絡(luò)分析

天線的輸入阻抗zin可由電流分布得到，從饋線端看過去，整個(gè)系統(tǒng)的輸入阻抗為：

3 EDA軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)

天線相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)采用CST軟件。根據(jù)實(shí)際要求，我們的優(yōu)化參量包括加載位置h，天線間距d。由優(yōu)化得到的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)天線實(shí)際模型。測試得到阻抗數(shù)據(jù)導(dǎo)入ADS軟件中，作為匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)優(yōu)化的依據(jù)。匹配網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)不作為優(yōu)化變量。優(yōu)化參數(shù)包括匹配網(wǎng)絡(luò)元器件值。

4 計(jì)算結(jié)果與分析

考慮到實(shí)際要求的天線頻帶寬，從幾十MHz到幾百M(fèi)Hz，因此天線的結(jié)構(gòu)尺寸為：h1=150 cm，h2=30 cm，r=1 cm，經(jīng)過軟件優(yōu)化的天線加載位置為：h3=24.5 cm，天線間距d=58.9 cm。按照此數(shù)據(jù)制作實(shí)物模型，將測試數(shù)據(jù)導(dǎo)入ADS軟件中，優(yōu)化得到的元器件值如表1所示。


根據(jù)優(yōu)化的數(shù)據(jù)，在未接入匹配網(wǎng)絡(luò)的情況下，得到的駐波比如圖3所示。通過圖形發(fā)現(xiàn)，大部分駐波比都在2以上，因此，必須通過接入匹配網(wǎng)絡(luò)來改善。

圖4是接入匹配網(wǎng)絡(luò)后的駐波比。從圖4中可得知，駐波比已經(jīng)很好地控制在2以下。

圖5為匹配網(wǎng)絡(luò)效率與工作頻率的關(guān)系。

從上述系列圖中可以看出，匹配網(wǎng)絡(luò)的加入，使得天線在120～520 MHz內(nèi)具有良好的寬帶性能，端口駐波比均在2.0以下，同時(shí)也由于匹配網(wǎng)絡(luò)的引入，特別是電阻R1的加入，使得天線的增益受到影響。但通過EDA軟件的優(yōu)化，在保持帶寬的同時(shí)，盡量提高匹配網(wǎng)絡(luò)的工作效率，使得在這一頻帶內(nèi)，匹配網(wǎng)絡(luò)的工作效率基本都達(dá)到了70％以上。

5 結(jié)語

在此介紹了一種短波超寬帶雙鞭天線，為了在頻帶內(nèi)得到較好的駐波比和增益，設(shè)計(jì)了合理的匹配網(wǎng)絡(luò)。利用EDA仿真軟件優(yōu)化工具，優(yōu)化了天線加載位置，匹配網(wǎng)絡(luò)元器件值等參量，得到了較好的結(jié)果