摘 要： 介紹一種工作在3～30 MHz的寬帶、圓極化、高仰角、短波小型化天線。天線以對(duì)數(shù)螺旋線為基本結(jié)構(gòu)， 具有底端RLC集總元件的復(fù)合加載結(jié)構(gòu)，并采用矩量法進(jìn)行天線設(shè)計(jì)和優(yōu)化。天線尺寸在25 m×25 m×10 m范圍內(nèi)。實(shí)踐表明，該天線具有占地小、架設(shè)簡(jiǎn)便、效率高、200 km范圍內(nèi)無(wú)盲區(qū)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于短波機(jī)動(dòng)通信領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞： 通信天線； 矩量法； 寬帶； 高仰角； 對(duì)數(shù)螺旋

中圖分類(lèi)號(hào)： TN822+.3?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）03?0072?03

Design of broadband high elevation angle HF miniaturized antenna

based on logarithmic spiral curve

LI Dong， HOU Ji

（China Research Institute of Radiowave Propagation， Xinxiang 453003， China）

Abstract： A broadband circular polarization high?elevation?angle shortwave miniaturization antenna working in the 3～30 MHz is introduced in this paper. The logarithmic spiral is used as the basic structure of the antenna， which has composite loading structure with bottom RLC lumped element. The moment method is adopted for the antenna design and optimization. The size of the antenna is within the range of 25 m×25 m×10 m. It has the advantages of small land occupation， high efficiency， easy erection and no blind area within 200 km. It can be widely used in the field of shortwave mobile communication.

Keywords： communication antenna； MoM； broadband； high elevation angle； logarithmic spiral

0 引 言

短波通信[1]具有的成本低廉、抗毀性強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)，決定其在軍用通信領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。但短波通信有一個(gè)很大的缺陷，即在200 km范圍內(nèi)，存在通信盲區(qū)的問(wèn)題。根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟CCITT的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在太陽(yáng)黑子最大年，F(xiàn)層臨界頻率最高可以達(dá)到10 MHz 左右， 在太陽(yáng)黑子最小年也可以達(dá)到5 MHz左右。在實(shí)際使用中，波束存在一定的傾斜，其最高使用頻率要高于臨界頻率[2] 。所以，5 MHz 以下的頻率理論上完全可以實(shí)現(xiàn)高仰角反射。利用短波通信信道的這一特點(diǎn)，可以設(shè)計(jì)一種短波高仰角天線，實(shí)現(xiàn)對(duì)200 km左右距離范圍以?xún)?nèi)的無(wú)縫覆蓋。但由于短波低頻段波長(zhǎng)較長(zhǎng)，導(dǎo)致短波天線尺寸一般較大，這對(duì)天線的機(jī)動(dòng)使用和隱蔽是非常不利的。因此，開(kāi)展短波天線的小型化研究是十分必要的。

1 天線結(jié)構(gòu)

對(duì)數(shù)螺旋曲線[1?6]的寬帶高仰角HF小型化通信天線選用錐式兩線對(duì)數(shù)螺旋天線，兩根輻射線按對(duì)數(shù)螺旋規(guī)律環(huán)繞在錐形表面上，饋電點(diǎn)位于錐頂，錐形垂直于水平地面，其底端與地平面有一固定的距離（見(jiàn)圖1）。當(dāng)天線長(zhǎng)度適當(dāng)時(shí)，天線的方向性增益、阻抗由錐角[θ]和螺旋常數(shù)[α]決定。螺旋起始半徑[r0]的大小決定了天線的高端工作頻率，螺旋長(zhǎng)度[S]則決定了天線的低端工作頻率。所以要合理選擇螺旋因子，錐頂角之半[θ]以及螺旋線的起始點(diǎn)半徑[r0。]天線任一根螺旋輻射線的幾何參數(shù)表達(dá)式如下：

4 工程化設(shè)計(jì)

根據(jù)以上仿真計(jì)算結(jié)果，為了便于天線的架設(shè)成型，用六邊形對(duì)數(shù)螺旋折線代替對(duì)數(shù)螺旋線。天線中心由一個(gè)高10 m絕緣桿支撐，天線幕由2根輻射線和6根迪尼瑪繩掛線組成。天線成型圖如圖6所示。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文采用矩量法分析設(shè)計(jì)了一種工作在3～30 MHz的寬帶、圓極化、高仰角、短波小型化天線，并進(jìn)一步做了工程化設(shè)計(jì)。仿真計(jì)算大大縮短了試驗(yàn)調(diào)試的時(shí)間，優(yōu)化了天線的性能。設(shè)計(jì)的天線具有占地小、架設(shè)簡(jiǎn)便、效率高、200 km范圍內(nèi)無(wú)盲區(qū)等優(yōu)點(diǎn)，適合于短波機(jī)動(dòng)通信領(lǐng)域。

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