一款新型宽带小型化单极天线设计

熊长伟，魏福显

（中国电波传播研究所，河南 新乡 453003）

一款新型宽带小型化单极天线设计

熊长伟，魏福显

（中国电波传播研究所，河南 新乡 453003）

单极天线具有全向辐射、高效率等诸多优点，被广泛应用于通信、监测领域。文章利用结构变形技术结合加载技术设计出一款新型宽带小型化单极天线，在800～3 000 MHz频带具有平坦的阻抗特性以及辐射特性。

单极天线；矩量法；小型化

随着宽带无线电通信、监测系统的快速发展，宽带、小型化天线成为当前研究的热点。宽带平板单极天线是由G·Dubost等[1]首先在1976年提出，通过不断优化结构来展宽阻抗带宽，主要结构有：矩形、圆盘或椭圆形、倒锥形等，偏置馈电[2]、耦合馈电、短路或切角技术结合等[3]是拓宽天线带宽的有效方法。

基于以上研究，文章提出一种新颖的锥状单极天线形式。通过优化锥角、馈电面以展宽天线频带宽度，优化加载位置实现天线小型化。仿真计算及实测结果证明上述方法具有有效性，800～3 000 MHz内天线驻波比小于2.5。

1 矩量法

矩量法[4-7]是求解麦克斯韦方程行之有效的数值方法，用矩量法分析天线问题，可以用电场积分方程（EFIF），也可以用磁场积分方程（MFIF）。磁场积分方程计算较简单，但是只能处理封闭的散射问题；电场积分方程既可以处理封闭体，也可以处理开放体，但计算稍复杂。

于是得到：

tan指沿表面切线方向。

2 天线设计

盘锥天线[8]（见图1）结构简单，具有良好的频带特性，通常情况下盘锥天线的频带宽度为8倍频，工作于VHF和UHF频段。

图1 盘锥天线示意

这种结构形式远远不能满足小型化系统的要求，因此本文提出一种新的模型，如图2所示，以同时满足宽带化、小型化的要求。

图2 新型盘锥天线示意

2.1 锥角θ及短路角ϕ优化

根据天线原理，射频电流沿辐射体表面辐射，因此改变辐射体形状会引起天线输入阻抗变化，通过对锥角θ及短路角ϕ进行优化，最终得出以下结构参数：

2.2 计算结果

天线三维模型如图3所示，对立体模型进行三角形剖分，利用矩量法进行仿真计算即可得出阻抗、方向性等参数。天线驻波比随频率变化曲线如图4所示（平滑曲线为实测结果，波点曲线为仿真结果），计算所得的天线典型方向如图5所示。

图3 三维模型

图4 驻波比曲线

图5 典型方向

3 结语

本文在深入研究超宽带天线原理的基础上，结合数值算法，设计出一款宽频带、低轮廓单极天线，具有较高的理论及使用价值。最终的仿真及试验结果证明了本文方法的有效性。

[1]DUBOST G，ZISLER S.Antennas a large Bande[M].New York：Masson，1976.

[2]尹训才.应用与现代超宽带脉冲无线电系统的超宽带天线研究[D].成都：电子科技大学，2009.

[3]邓宏伟.超宽带平面微带天线研究[D].南京：南京航空航天大学，2009.

[4]哈林顿.计算电磁场的矩量法[M].北京：国防工业出版社，1981.

[5]吴先良，焦丹，王良知.用积分方程求解散射体自然频率的新方法[J].电子科技大学学报，1997（4）：374-377.

[6]华夷和，徐金平.电场积分方程矩量法中具有局部连续性的基函数积分奇异性降阶处理[J].电子与信息学报，2003（10）：1436-1440.

[7]王少刚，关鑫璞，王党卫，等.求解电场积分方程的高阶矩量法[J].电子与信息学报，2007（9）：2265-2268.

[8]山团彪，雷振亚，谢拥军，等.超宽带盘锥天线的设计[J].电讯技术，2011（1）：93-97.

Design of a novel broadband monopole antenna

Xiong Changwei, Wei Fuxian
（China Research Institute of Air Waves Propagation, Xinxiang 453003, China）

Monopole antenna has advantages of omini-directional radiation、high efficiency, which is widely used in the field of communication and monitoring. In this paper, structural deformation technique combined with loading technology was used to create a new type of broadband miniaturized monopole antenna, which had characteristics of fat impedance and radiation in the 800 MHz to 3 000 MHz band.

monopole antenna; moment method; miniaturization

熊长伟（1982— ），男，河南焦作，硕士，工程师；研究方向：宽带天线设计，射频电路设计。