EDA雙鞭天線及匹配網絡設計方案

隨著現代軍事通信系統中跳頻、擴頻等技術的應用，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重要課題。單純依靠天線的結構設計難以滿足上述要求。天線作為通信設備的前端部件，對通信質量起著至關重要的作用。

人們采用多種措施來改善天線的性能，加載就是適應這種小型化天線的典型技術。使用天線寬帶匹配網絡，則是進一步改善天線寬頻帶技術的一種有效技術。本文以120～520 MHz工作頻率為例，根據限定的天線結構數據，選擇合適的加載位置，利用軟件優化，得到了合理的加載值和優化的匹配網絡。

1 天線及匹配網絡模型

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

2 天線及匹配網絡分析

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系式為：



2.2? 匹配網絡分析

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



3 EDA軟件優化設計

天線相關參數的優化設計采用CST軟件。根據實際要求，我們的優化參量包括加載位置h，天線間距d。由優化得到的數據，設計天線實際模型。測試得到阻抗數據導入ADS軟件中，作為匹配網絡參數優化的依據。匹配網絡的結構不作為優化變量。優化參數包括匹配網絡元器件值。

4 計算結果與分析

考慮到實際要求的天線頻帶寬，從幾十MHz到幾百MHz，因此天線的結構尺寸為：h1=150 cm，h2=30 cm，r=1 cm，經過軟件優化的天線加載位置為：h3=24.5 cm，天線間距d=58.9 cm。按照此數據制作實物模型，將測試數據導入ADS軟件中，優化得到的元器件值如表1所示。



根據優化的數據，在未接入匹配網絡的情況下，得到的駐波比如圖3所示。通過圖形發現，大部分駐波比都在2以上，因此，必須通過接入匹配網絡來改善。


圖4是接入匹配網絡后的駐波比。從圖4中可得知，駐波比已經很好地控制在2以下。


圖5為匹配網絡效率與工作頻率的關系。

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

5?結語

在此介紹了一種短波超寬帶雙鞭天線，為了在頻帶內得到較好的駐波比和增益，設計了合理的匹配網絡。利用EDA仿真軟件優化工具，優化了天線加載位置，匹配網絡元器件值等參量，得到了較好的結果。