一种宽带高增益双套筒单极子天线-王忍.pdf

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1、一种宽带高增益双套筒单极子天线王忍，俞钰峰，冯建杰（中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴314033）[摘摘摘要要要]本文设计了一种宽带高增益双套筒单极子天线，采用双套筒和圆锥形辐射体结构，有效展宽的天线的阻抗带宽，同时减小了天线的几何尺寸，并且具有较高的增益和良好不圆度。对提出的天线进行了优化仿真设计,在超过5：1的带宽内（0.7~4GHz）实现了电压驻波比（VSWR）＜3。依据优化得到的尺寸加工了实物，并对实物进行了测试，仿真和实测结果较吻合。该天线具有结构简单，易于加工安装的优点。[关键词]双套筒单极子天线;锥形

2、;超宽带ANovelUltra-widebandHighGainDoubleSleeveMonopoleAntennaWANGRen(Jiaxing314033,Zhejiang)[Abstract]Anovelultra-wideband,high-gainsleeveantennaispresentedinthispaper.Withdoublesleeveandsubulatemonopolestructure,theantennahasawidebandwidth,reducedsize，highgainandsmal

3、lgainvariationintheazimuthplane.Thebandwidth(VSWR<3)isfrom0.7-4GHz.Inaddition,theproposedantennahasanadvantageofcompactstructureandeasyfabrication.[Keyword]dual-sleevemonopoleantennas；Cone；Ultrabroadbandantenna.1前言在单极子天线的辐射体外套上一个与天线安装金属面相连接的金属短筒就构成了套筒[1]单极子天线。套筒单极子天

4、线以其结构简单，易于加工，交叉极化小和宽频带等优点已被广泛应用于现代通信、侦察测向和遥感系统中。通过改变套筒单极子天线辐射体的几何外形、电尺寸的大小、顶端加载或者辐射体和地面短接都可以很好地展宽天线的阻抗带宽。近年来，国内外很多学者对套筒单极子天线做了很多改进，文献[2]把套筒单极子天线细圆柱形辐射体改成平面状以展宽其阻抗带宽，在0.5-9GHz频带内实现了电压驻波比（VSWR）<2.5；文献[3]—[6]通过将辐射体外形做成有一定的锥度同时辐射体短接于安装金属面，在超过10：1的频带内实现了电压驻波比（VSWR）<3。但是此

5、种类型的天线H面全向性均不太理想，特别是在频率高端，H面不圆度很大。这主要是由于天线结构上的不称和辐射体平面太宽（平板的宽度已经是四分之一波长的若干倍），平板套筒单极子天线辐射体的表面振荡电流激起的电磁场到达远场的距离不一样，在有的方位叠加，有的方位相消，导致水平面内方向图的不圆度较差。本文设计了一种新型套筒单极子天线，采用双套筒和圆锥形辐射体结构，极大地拓展了天线的阻抗带宽，在超过5：1的带宽内（0.7~4GHz）实现了电压驻波比（VSWR）＜3，同时，天线具有较高的增益和良好的不圆度。2天线结构和基本原理套筒单极子天线采用

6、同轴线馈电，同轴线内导体伸出套筒作为辐射体的一部分，同轴线外导体连接的安装金属面与金属套筒相连接，传统的单极子套筒天线如图1所示。套筒外壁的电流与套筒单极子天线辐射体上的电流大小相等、流向相同，是外辐射体的一部分；套筒内壁上的电流与天线辐射体上的电流大小相等，但流向相反，起到了阻抗匹配的作用。和单极子天线类似，套筒单极子天线的高度一般为最低工作频率波长的四分之一。在天线总高度确定的情况下，套筒单极子天线的性能主要取决于h与D的比值，文献【6】中认为h/D=2.25是套筒单极子天线的最佳长度比例。图1的结构在馈电点处的输入阻抗，

7、可认为是一段长为d1，负载阻抗为Za的传输线与一段长为d2的短路传输线的串联。这里Za是天线上辐射体作为单极子的传输阻抗，两段传输线的特性阻抗分别为Zc1和Zc2：Z=60lnb/a..............Wc1（1）Z=60lnb/a.............Wc21其中a1是同轴线内导体的外径，b是套筒的内径，如果内导体的外径与上辐射体的直径相等，则Zc1等于Zc2。上辐射体的输入阻抗Zc主要取决于上辐射体的电长度h/D和长径比h/a。适当的选取d1/d2、h/D以及b/a等参数，可以在相当宽的工作频带实现与馈线的良好

8、匹配。图1传统套筒天线3天线结构及设计3.1天线结构在传统套筒天线的基础上，本文对天线的形式进行了改进，主要在两个方面做了工作：一是采用了双套筒的结构形式，改善天线电压驻波比。新增的套筒位于原来套筒的内部，见图2，它与原天线的金属安装面有一定的间隙。引入新的套筒改变了传统套筒