宽带加载小型化天线的研究

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1、GUILINUNIVERSITYOFELECTRONICTECHNOLOGY微波电路CAD课程结课论文学号、专业：1502202032电子科学与技术姓名：周茶红论文题目：宽带加载小型化天线的研究指导教师：曹卫平所属学院：信息与通信学院成绩评定教师签名桂林电子科技大学研究生院2015年9月9日宽带加载小型化天线的研究摘要：随着通信技术的发展，现代通信逐渐向小型化、多频段、宽带跳频演变。宽带小型化天线具有通信容量大、抗干扰等优点，能够充分地利用狭小的空间，并且对通信质量不会造成较大的影响。单极子以其

2、结构简单、辐射具有全向性等诸多优点得到了广泛的运用。本文围绕线天线的宽带化问题，做了以下研究工作：1.介绍了线天线的宽带化与小型化的常用方法。2•在前人工作的基础上，分析研究其加载机理，根据研究的结果实现最优化设计，最终制作了实物进行验证。3•采用宽带匹配网络与加载相结合的方法。从前人的研究成果来看，单纯通过加载难以在很宽的频带内匹配良好，因此设计时加入了宽带阻抗匹配网络。1.线天线宽带化与小型化在天线的宽带化与小型化技术中，通过采用加粗、加宽振子的方法，来增大电流的辐射面积从而展宽天线的带宽；

3、也有通过分形技术，即可以有效地减低天线的尺寸，形成多谐振频率，从而在某种程度扩展了天线的工作带宽；亦可以使用加载的方法来实现天线的宽带化与小型化。而加载技术是最简单且行之有效的方法。在天线合适的位置处加载可以改变天线的电流分布，改善了天线的电器特性。宽带匹配网络也是实现天线宽带化与小型化的重要手段之一。1.1加载技术1.1.1顶部加载顶端加载可以降低天线的谐振频率，由于天线的高度达到自然谐振所需的电长度，所以顶部加载是一种经济实用的降低天线容性阻抗的方法，在很多时候也可以提高天线的辐射电阻。加载

4、顶负载以后，天线的顶端的电容不再为零。这是由于顶负载加大了垂直部分顶端对地的分布电容，顶端将不再是开路，顶端电流也不再为零，电流的增大也使远场区的辐射增加。只要鞭状天线不是太长，顶端距地面高度不大，其顶端加载引起的水平部分的辐射可以不了考虑。所以顶端加载可以使得天线的谐振频率及辐射特性得到改善。1.1.2分布加载如果天线中的电流的密度和天线中连续分布的轴向电场强成比例，则称此类天线为串联型分布加载。加载元件包括阻性、容性、感性以及混合性机载等。它们可以是均匀的或者是不均匀的分布在整个或部分天线上

5、。无反射分布电阻加载及准分布电容加载天线，是分布加载天线中常用的分布加载形式。无反射分布电阻加载的分布电阻在天线的分布规律是，电阻由中间向两端递增，天线上仅存在向外的行波，分部的电阻又吸收了部分的电磁能，使得终端的反射能量为零，改善了天线的阻抗特性，因此具有极宽的工作频段。因为分布电阻吸收了部分电波的能量，所以分布电阻加载是以牺牲效率为代价，来换取较宽的工作频段。分布电阻加载的方法是在天线上建立行波电流从而获得宽频带特性，不可避免地使天线的损耗增加、效率降低。若使用无耗元件的电容，则加载天线的效

6、率应该是很高的，虽然其带宽不如电阻加载行波天线。准分布电容加载结果如图1-1所示。它是由许多有空隙的金屈段连接而成，每一个缝隙构成一个加载电容，当分布数目较多时，就是准分布电容加载天线了。_I地板分布电容I—II111I—1

7、~

8、图1-1准分布电容加载天线结构图理论上分布加载的段数越多，天线的宽频带特性就越好，但是分段数目太多，给天线的制作带来了困难。1.1.3集总元件加载分布型加载天线，虽然可以在相当宽的频段范围内保持输入电阻的稳定，具有良好的宽频带特性，但是这种天线的缺点就是制作困难。在工作

9、波长较短时，例如在VHF频段和UHF频段，还能够使用在介质棒上涂覆厚度一定且按规律变化的导电物质，来实现要求的加载电阻或电容的分布规律，但到了短波、中波波段，天线的几何长度太大，要做成柔软而不易则断的分布加载天线绝非容易。在实际应用中，大多采用各种形式的集总元件进行集中加载。这种类型的加载天线的频率特性虽然不如分布加载的天线妬但由于结构简单,制作容易，因而能够得到广泛的应用。Altshuler提出了一种结构简单、具有良好宽频带特性的天线。电阻加载距天线末端1/4波长处，其效果是馈源与加载处之间的

10、电流分布呈行波分布，这种结构的天线称为Altshuler天线。由传输线理论可以分析，这种结构能够有效地将天线开路端经过久/4线段的变换使之成为短路，若在此处接一个阻值等于天线特性阻抗的电阻，则加载点到馈电端的一段呈行波电流分布。尽管这种情况只能在单频上实现，但Altshuler证明了在3:1的频率范围内，电压驻波比小于2。1.2传输线变压器传统的集中参数变压器，是将线圈绕在磁芯上构成的。这种变压器的特点是尺寸小,但由于分布电容和漏感的影响，传统变压器在高频段特性较差。所以传统的集中参数变压器无法