【天线经典案例】第二讲：不加地板单极天线拓展频带的一个方法

东北人-297391

在第一讲中提到了单极子天线的地板改进后对天线性能的影响。可是由于那个地板还是很大，甚至超出了一些设备的体积，比如一些小型的对讲机、微小型直放站等。上述的设备现如今主要也是应用四分之一波长的单极天线，应用第一讲的球地板天线的阻抗带宽变大了，体积确是一个大问题了，那么有没有别的办法也可以把单极天线的带宽扩大而体积确变化不大呢？我们看一下本文所讲的思路及方法。
         在一般的天线教科书中，讲到对称振子时利用数学分板得出其阻抗为73Ω，那么真实情况如何呢？教科书中分析的振子是细振子，是  理想中的“细”，但是现在中是不存在的，这也是本文下面思路中要注意的一个问题。正因为我们所用的振子不是理想中的细了，那么这种振子是什么样的呢？本文作者做了一些仿真实验。应用CST2010版软件，天线结构如图一所示。首先，振子的半径设定为5MM，振子间距为6MM，长度为75MM。由于本文讨论的是振子半径，那么振子间距就不加以改变，这也让我的笔记本工作时间大为减少。其次，天线馈电设定成离散端口，网格数设定为20、20、20。第三，利用CST的参数优化功能，以振子半径r的5、10、15、20及r=1到 r=5共九个值加以处理。由于数值的变化比较大，这样可以更清楚地看出效果的不同，这也是调试天线的一种方法。

由于电脑的使用时间较长，快六年了，但由于功劳太大舍不得其离职，这里只仿真一下S11值。仿真结果如下两所示。


根据仿真结果表明：一、振子半径的变化对于在某一个固定频点上的阻抗值变化还是非常大的。二、如果我们假设天线是纯阻性的，那么阻抗值可以变化到2倍左右，具体到底能变化到多少，现在未知。三、一般情况下是不能为纯阻性的。从图二可以看出，天线的效率也是可以提高的。四、振子的半径变化对谐振点的变化也起作用。从图三可以看出r=1与r=20中心频点相差将近100MHz。
振子天线的振子半径对天线性能有着不可忽视的作用，这对于天线的调试、加工、应用有着重要作用。
     通过上述原因，且由于不加地板单极天线的阻抗带宽很窄，在驻波小于等于2时，只有大约5%。如何在不扩大天线整体体积的情况一，来实现天线的带宽展宽呢？我们利用微带传输线的应用，可以说这是一种“组合型”天线。思路就是利用四分之一传输线的匹配方法。整体处理方法如下图所示。

振子就是普通的经常应用的形式，然后与微带匹配线相接。
通过仿真S11及方向图得出如下数据，如图所示。




通过上述仿真分板，我们可以看出，对于传统的四分之一振子天线的带宽由5%左右展宽到了17%左，天线的阻抗带宽成功展宽了。当于由于微带匹配线的加入使用中心频点有些偏移。
对于微带匹配线作者做如下处理，微带线的特性阻抗设定为61Ω，如果我们利用传统中对于振子进行理想中的“细”来处理的话，匹配线的阻抗应该在42Ω左右，那么我们把匹配线设定为42Ω时会是什么结果呢？得出的S11参数如图所示。

非但没有展宽还有点变窄了，作者认为造成这种结果的一个可能就是由于理想中的“细”与实现中的“粗”存在的差别。四分之一振子的特性阻抗不是36了，当然，由于匹配对振子也有影响了，有金属、有体积、有地板因素存在，当然还有其它原因存在等。
本文只是提出了一种对于四分之一振子天线展宽带宽的便捷方法。通过仿真可以看出阻抗带宽展览宽了，增益也没有降低，方向图完好无损，说明此方法的正确性。这种方法也是巴伦的一种方法，对称振子可以加以利用了。
对于本文所述的方法，有人认为是因为微带匹配线的损耗对带宽的展宽的影响造成的，可是本人认为这只是次级原因，主要原因还是匹配造成的。这个方法简单、快捷，加工处理也很简单，在此希望大家加工出实物做一下测试。
对于本文所述方法，欢迎大家指导、批评。
附：上述模型的CST2010版本的模型。

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主讲人简介：
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网名：东北人。从事天线设计十余载，在RF社区和大家共同探讨天线仿真，主要使用软件是CST，希望分享个人经验与君共勉，其中不足之处希望和广大工程师朋友一起讨论，共同进步。人生格言“健康工作，快乐生活”，每天坚持跑步5千米！

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木木-153737

顶一个。

xusw2008

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咖啡不解困

大家学习的同时要多多提问，进步更快
没有问题的童鞋不是好童鞋~

东北人-297391

不动手实际加工、测试的童鞋不是好童鞋

newborn

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七哥-369096

caifushibao

真的挺好的，我怎么想不到呢

Naruto Uzumaki

东北哥，可以转载吗？

东北人-297391

回复第 9 楼 于2013-05-21 04:41:30发表:
东北哥，可以转载吗？

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