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基于EDA仿真软件的超宽带双鞭天线设计解析
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2017-12-01
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天线作为通信设备的前端部件，对通信质量起着至关重要的作用。随着现代军事通信系统中跳频、扩频等技术的应用，寻求天线的宽频带、全向性、小型化、共用化成为天线研究中一个重要课题。
单纯依靠天线的结构设计难以满足上述要求。人们采用多种措施来改善天线的性能，加载就是适应这种小型化天线的典型技术。使用天线宽带匹配网络，则是进一步改善天线宽频带技术的一种有效技术。
本文以120～520 MHz工作频率为例，根据限定的天线结构数据，选择合适的加载位置，利用软件优化，得到了合理的加载值和优化的匹配网络。
1 天线及匹配网络模型
天线的模型如图1所示，加载方式采用无耗并联LC电路。匹配网络位于天线底部，采用混合型网络，如图2所示。
2 天线及匹配网络分析
2.1 天线的加载位置
天线为集总加载的双鞭天线，模型是建立在理想导电地面上。加载的目的就是使天线获得行波电流，减少反射。此时的加载就是最佳加载。这里讨论的是无耗加载，电抗加载最佳加载位置与电抗的关系式为：
2.2 匹配网络分析
天线的输入阻抗zin可由电流分布得到，从馈线端看过去，整个系统的输入阻抗为：
3 EDA软件优化设计
天线相关参数的优化设计采用CST软件。根据实际要求，我们的优化参量包括加载位置h，天线间距d。由优化得到的数据，设计天线实际模型。测试得到阻抗数据导入ADS软件中，作为匹配网络参数优化的依据。匹配网络的结构不作为优化变量。优化参数包括匹配网络元器件值。
4 计算结果与分析
考虑到实际要求的天线频带宽，从几十MHz到几百MHz，因此天线的结构尺寸为：h1=150 cm，h2=30 cm，r=1 cm，经过软 件优化的天线加载位置为：h3=24.5 cm，天线间距d=58.9 cm。按照此数据制作实物模型，将测试数据导入ADS软件中，优化得到的元器件值 如表1所示。
单纯依靠天线的结构设计难以满足上述要求。人们采用多种措施来改善天线的性能，加载就是适应这种小型化天线的典型技术。使用天线宽带匹配网络，则是进一步改善天线宽频带技术的一种有效技术。
本文以120～520 MHz工作频率为例，根据限定的天线结构数据，选择合适的加载位置，利用软件优化，得到了合理的加载值和优化的匹配网络。
1 天线及匹配网络模型
天线的模型如图1所示，加载方式采用无耗并联LC电路。匹配网络位于天线底部，采用混合型网络，如图2所示。
2 天线及匹配网络分析
2.1 天线的加载位置
天线为集总加载的双鞭天线，模型是建立在理想导电地面上。加载的目的就是使天线获得行波电流，减少反射。此时的加载就是最佳加载。这里讨论的是无耗加载，电抗加载最佳加载位置与电抗的关系式为：
2.2 匹配网络分析
天线的输入阻抗zin可由电流分布得到，从馈线端看过去，整个系统的输入阻抗为：
3 EDA软件优化设计
天线相关参数的优化设计采用CST软件。根据实际要求，我们的优化参量包括加载位置h，天线间距d。由优化得到的数据，设计天线实际模型。测试得到阻抗数据导入ADS软件中，作为匹配网络参数优化的依据。匹配网络的结构不作为优化变量。优化参数包括匹配网络元器件值。
4 计算结果与分析
考虑到实际要求的天线频带宽，从几十MHz到几百MHz，因此天线的结构尺寸为：h1=150 cm，h2=30 cm，r=1 cm，经过软 件优化的天线加载位置为：h3=24.5 cm，天线间距d=58.9 cm。按照此数据制作实物模型，将测试数据导入ADS软件中，优化得到的元器件值 如表1所示。
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