EDA仿真軟件設計超寬帶雙鞭天線(xiàn)

天線(xiàn)作為通信設備的前端部件，對通信質(zhì)量起著(zhù)至關(guān)重要的作用。隨著(zhù)現代軍事通信系統中跳頻、擴頻等技術(shù)的應用，尋求天線(xiàn)的寬頻帶、全向性、小型化、共用化成為天線(xiàn)研究中一個(gè)重要課題。

單純依靠天線(xiàn)的結構設計難以滿(mǎn)足上述要求。人們采用多種措施來(lái)改善天線(xiàn)的性能，加載就是適應這種小型化天線(xiàn)的典型技術(shù)。使用天線(xiàn)寬帶匹配網(wǎng)絡(luò )，則是進(jìn)一步改善天線(xiàn)寬頻帶技術(shù)的一種有效技術(shù)。

本文以120～520MHz工作頻率為例，根據限定的天線(xiàn)結構數據，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(xiàn)及匹配網(wǎng)絡(luò )模型

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

2天線(xiàn)及匹配網(wǎng)絡(luò )分析

2.1天線(xiàn)的加載位置

天線(xiàn)為集總加載的雙鞭天線(xiàn)，模型是建立在理想導電地面上。加載的目的就是使天線(xiàn)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(wú)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(xiàn)的輸入阻抗zin可由電流分布得到，從饋線(xiàn)端看過(guò)去，整個(gè)系統的輸入阻抗為：

3EDA軟件優(yōu)化設計

天線(xiàn)相關(guān)參數的優(yōu)化設計采用CST軟件。根據實(shí)際要求，我們的優(yōu)化參量包括加載位置h，天線(xiàn)間距d。由優(yōu)化得到的數據，設計天線(xiàn)實(shí)際模型。測試得到阻抗數據導入ADS軟件中，作為匹配網(wǎng)絡(luò )參數優(yōu)化的依據。匹配網(wǎng)絡(luò )的結構不作為優(yōu)化變量。優(yōu)化參數包括匹配網(wǎng)絡(luò )元器件值。

4計算結果與分析

考慮到實(shí)際要求的天線(xiàn)頻帶寬，從幾十MHz到幾百MHz，因此天線(xiàn)的結構尺寸為：h1=150cm，h2=30cm，r=1cm，經(jīng)過(guò)軟 件優(yōu)化的天線(xiàn)加載位置為：h3=24.5cm，天線(xiàn)間距d=58.9cm。按照此數據制作實(shí)物模型，將測試數據導入ADS軟件中，優(yōu)化得到的元器件值 如表1所示。

根據優(yōu)化的數據，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(guò)圖形發(fā)現，大部分駐波比都在2以上，因此，必須通過(guò)接入匹配網(wǎng)絡(luò )來(lái)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。

從上述系列圖中可以看出，匹配網(wǎng)絡(luò )的加入，使得天線(xiàn)在120～520MHz內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(xiàn)的增益受到影響。但通過(guò)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，匹配網(wǎng)絡(luò )的工作效率基本都達到了70%以上。

5結語(yǔ)

在此介紹了一種短波超寬帶雙鞭天線(xiàn)，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(wǎng)絡(luò )。利用EDA仿真軟件優(yōu)化工具，優(yōu)化了天線(xiàn)加載位置，匹配網(wǎng)絡(luò )元器件值等參量，得到了較好的結果。