武警工程大學(xué)信息工程系 李雪健

帶寄生振子的機(jī)載寬頻UHF天線設(shè)計

武警工程大學(xué)信息工程系 李雪健

本文設(shè)計了一款適用于UHF頻段的機(jī)載通信天線，采用添加寄生貼片拓展了天線帶寬，頂加載方式降低天線高度。采用HFSS軟件對天線進(jìn)行了仿真，并用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對天線駐波進(jìn)行了測量，實測結(jié)果顯示天線在308MHz-530MHz頻率范圍內(nèi)駐波比均低于2，在400 MHz處駐波最低達(dá)到1.093，最大增益為3.44dB，S11達(dá)到-23.4dB，輻射方向為水平全向。天線達(dá)到52%的帶寬，并且很好地實現(xiàn)了小型化。

平面單極天線；機(jī)載；寬頻；UHF ；小型化

1 導(dǎo)論

UHF通信天線作為飛機(jī)與塔臺的主要通信聯(lián)絡(luò)天線[2]，要求天線必須保證飛機(jī)在起飛、降落、平飛以及?？繖C(jī)場時，能與地面塔臺進(jìn)行可靠的雙向通信。這也要求機(jī)載超短波天線在UHF頻段必須有良好的性能和水平全向的輻射方向圖[3]。

本文設(shè)計了一款工作于UHF波段的平面單極子天線。該天線在單極子的基礎(chǔ)上采用頂加載降低了天線高度用寄生貼片展寬了天線帶寬。用Ansoft HFSS軟件對天線進(jìn)行了仿真并對結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化分析，天線參數(shù)較好。

2 天線設(shè)計

2.1 天線結(jié)構(gòu)

圖1 機(jī)載寬度天線模型

圖2 帶無源振子的二元陣等效圖

如圖1所示，天線由基板和覆蓋于基板兩側(cè)的輻射貼片組成，三個貼片振子與地板相垂直，主振子頂部加載長度為L的貼片，天線饋電點(diǎn)在主振子底端，兩個的寄生振子直接與地板相連，與中央振子距離為D。

2.2 理論分析

我們可以將主振子與寄生貼片之間耦合等效為兩個垂直接地振子進(jìn)行分析。其中一個激勵振子，另一個為無源振子。將地面用鏡像的振子替換，等效為半波振子，等效圖如圖2所示。

D為兩振子間的距離，U1為激勵電壓。此時：

從上式可以看出改變兩振子的互阻抗和自阻抗都可以改變電流的幅度比m和相位差β，從而可計算出：

由上式可知寄生貼片與主貼片之間，通過類似交錯調(diào)諧的方式可以達(dá)到展寬天線頻帶的目的。

2.3 天線性能

采用HFSS軟件對模型進(jìn)行仿真?；宀馁|(zhì)為損耗角0.009，介電常數(shù)2.2的RT/Duroid 5880，厚度0.795 mm。優(yōu)化后天線的最優(yōu)參數(shù)如表1所示。

表1 機(jī)載寬頻天線的結(jié)構(gòu)參數(shù)（單位：mm）

天線在中心頻率410MHz的平面和三維增益圖如圖3、圖4所示。

圖3 機(jī)載寬頻天線平面方向圖

圖4 機(jī)載寬頻天線三維增益方向圖

從圖3和圖4中可知，天線E面為“8”型，最大輻射方向為38o和322o附近，最大增益達(dá)到4.02dB，水平方向全向性較好,不圓度僅有0.84 dB。滿足機(jī)載通信天線的需求。

使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對天線進(jìn)行測試，實測駐波曲線如圖5所示。

圖5 機(jī)載寬度天線實測駐波圖

實測結(jié)果顯示：現(xiàn)役機(jī)載天線帶寬很寬，308MHz-530MHz頻率范圍內(nèi)駐波比均低于2，相對帶寬達(dá)到52%，在400 MHz處駐波最低達(dá)到1.093，匹配良好。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計了一款帶寄生振子的平面單極子機(jī)載UHF天線，該天線在機(jī)載UHF通信頻段有良好的性能。在308MHz-530MHz范圍內(nèi)駐波比全在2以下，在400MHz達(dá)到了低于1.093的良好特性。天線的尺寸為（174*64*5）m3，滿足機(jī)載天線的使用要求，較好地實現(xiàn)小型化。

[1]儲嘉慧.VHF/UHF機(jī)載寬帶天線小型化研究[D].電子科技大學(xué),2009.

[2]張悅.機(jī)載天線及彈載共形陣天線設(shè)計[D].西安電子科技大學(xué),2012.

[3]楊超.S波段彈載柱面共形微帶天線的設(shè)計[D].西安電子科技大學(xué),2013.

[4]Mabrook Masoud A,Su D.A novel wide-band airborne UHF antenna[C]// IEEE Workshop on Electronics,Computer and Applications.2014:210-213..

[5]Vidhi Sachdeva,Prakash Kumar Mishra,Drishti Sharma,Samir Dev Gupta.Design of Antenna Conformal to Cylindrical Surface for Aircrafts[A]. Fifth International Conference on Systems and Network Technologies,2015.