監測天線小型化技術研究

作者:Decentest

概述

VHF/UHF頻段廣泛應用于民用和軍用無線電通信?!笆濉睍r期,國家加強了VHF/UHF無線電監測站建設,明確了覆蓋率的指標要求,無線電監測天線是監測站必不可少的組成部分,也受到更為廣泛的關注。

超短波頻段作為目前最“繁忙”的頻段,由于其頻段技術較成熟又相對容易實現的特點,也成為非法使用或違規占用的“熱門”頻段。因此,覆蓋此頻段的監測天線是無線電監測中的必備工具。天線有很多種分類方式,根據天線的方向性可以將監測天線分為定向天線和全向天線兩種。全向天線經常采用的形式有單極子天線、偶極子天線、雙錐天線等;定向天線通常采用的形式有對數周期天線、喇叭天線、加載環天線等。

為了天線便于攜帶,減小無線電監測工作的強度,天線小型化成為監測天線的技術發展趨勢。本文將傳統的天線小型化技術應用于監測天線并使用仿真軟件進行仿真驗證,希望能夠為監測天線的發展方向提供一些思路。

1、天線尺寸理論

天線的頻率和波長有如下關系:λ=c / f?

c:電磁波在真空中的傳播速度? ? ? f:電磁波的頻率? ? ? λ:電磁波的波長

2、常用的小型化技術

  • 開槽:通過開槽改變電流的流向,增加電流路徑,可以將天線頻率向低擴展。
  • 彎折:將陣子的直臂彎折從而可以在不縮短電流路徑的前提下縮短陣子長度。
  • 分形:分形理論是非線性科學的前沿和重要分支,以不規則幾何物體為研究對象。分形最重要的特征就是自相似形和分數維持性。將分形理論運用于天線上,可以有效的實現天線小型化。
  • 加載:天線的帶寬不是無限的,其中行波天線的帶寬相對于諧振天線帶寬寬很多,主要是由于天線的特征阻抗不隨頻率變化,基本保持50Ω,在天線終端電磁波被吸收,沒有反射波。加載技術正是采用這一方法,通過天線加載,將天線重點的電磁波吸收消耗掉,不產生反射波,從而拓寬天線低頻,縮短天線尺寸。

3、小型化技術在全向監測天線的應用

  • 開槽:雙錐天線因其帶寬寬的特點是一款常用的監測天線形式。下面用開槽與雙錐天線結合的方式來實現天線最低工作頻率的有效減小。

仿真結果見下圖3:

從圖3︱S11︱對比圖可以看出,雙錐天線開槽后再0.9GHz引入了諧振點,使天線的帶寬向低頻偏移。

  • 分形

圖4為一普通印制板偶極子天線,圖5為同樣尺寸的Koch分形天線。如圖6所示的︱S11︱仿真結果,可見采用分形技術的天線不僅頻率向低頻移動,而且帶寬也相對更寬。

上文要講小型化技術在全向監測天線上的應用,下面主要講小型化技術在定向監測天線的應用。

4、小型化技術在全向監測天線的應用

  • 彎折&加載

 

圖7為一常見印制板對數周期天線,圖8天線將圖7天線較長的兩對陣子進行折疊,最長一對陣子的折疊方式又形成了電感對天線進行加載。由圖9可以看到兩款天線的仿真結果,采用折疊加載陣子的天線明顯向低頻擴展。

結語

本文將幾種常見的天線小型化技術引入監測天線設計,并通過仿真軟件進行仿真對比,從仿真結果可以看出,以上技術可以應用于監測天線并實現天線小型化,希望可以對以后的監測天線改進設計提供一些新的思路和參考。

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