一种提高套筒天线宽带匹配特性的新方法

刘楠楠 袁斌 彭天昊 郎少波 李翀上海交通大学电子信息与电气工程学院



一种提高套筒天线宽带匹配特性的新方法

刘楠楠 袁斌 彭天昊 郎少波 李翀
上海交通大学电子信息与电气工程学院

摘要：套筒天线的发现一定程度上拓展了线天线的带宽，但是传统的套筒天线在VSWR＜8 的条件下带宽只有4：1。文献提出了一种新型的宽带套筒天线，在VSWR＜1.5 的情况下可以达到1.81：1 的阻抗带宽。本文对这种新型宽带套筒天线中特殊的结构进行讨论，主要讨论端部加载对该新型天线S11的影响，经研究发现端部加载可以很大程度上拓展天线带宽，在同样尺寸的情况下将传统套筒天线的阻抗带宽（VSWR＜1.5 ）由1.03：1 拓展到1.81：1 ，即带宽拓展了75.7% 。在S11＜-10dB 的条件下由1.09：1 拓展到2.05：1 ，即带宽拓宽了88.1% ，在天线没有小型化处理时可以拓展到3.81：1 。因此这为天线阻抗的良好匹配提供一种新的方法，同时也很好的弥补了传统套筒天线结构上不连续的不足。

关键字：端部加载技术 宽带天线 宽带匹配特性 套筒天线 VSWR＜1.5

1　引言

传统套筒天线一定程度上拓宽了线天线的带宽，但是由于传统套筒天线结构上的不连续性，通常情况下，其VSWR 多设为2 、2.5或者3［2-5］，这意味着至少33.3% 的电压将会被反射，这在大功率的情况下将是很严重的事情。传统的套筒天线在VSWR＜8的条件下带宽只有4 ： 1 ，这样的阻抗匹配是很差的。而文献［1］中的基于端部加载技术的双套筒天线在1.81 倍频的频带范围内实现了良好匹配，这是传统套筒天线做不到的［6-8］。

2　端部加载对新型天线的影响分析

参考文献［1］，该新型宽带套筒天线综合采用端部加载、双套筒结构产生的阶梯阻抗变换技术，使其可以在57～103MHz的频率范围内具有良好匹配，即VSWR＜1.5。该新型宽带套筒天线不仅在相当宽的频率范围内实现了良好的匹配，而且也很好地弥补了传统套筒天线结构上不连续的缺陷。

振子天线的输入电抗随着h/λ的变化在一定的取值范围内是有一个很大的脉冲的，也就是变化曲线很陡。由于天线输入阻抗的电抗分量会减小从天线进入馈线的有效信号功率，所以应该尽量使得天线的输入电抗分量接近于0 。同时，要想使天线具有较宽的工作频带，就要使天线的输入电抗的变化曲线平缓一些，该天线采用在振子的下面进行端部加载的方法，而端部加载部分的输入电抗的变化曲线是和振子的输入电抗的变化趋势相反的，这样振子和端部加载部分同时起作用，输入电抗曲线中的那个变化很陡的脉冲就会有所抵消，这样天线的输入电抗就会很小，如果可以调节得很好的话就会接近于0。该新型天线的端部加载主要包括两部分：长为L4的端部加载（我们称之为“ 尾巴” ）和尺寸为10×10×1cm 的金属板。下面就这两部分对天线性能的影响分别进行分析。

3　结论

本文主要讨论了端部加载结构对新型宽带双套筒天线S11的影响。底部的端部加载部分（包括所谓的尾巴和小地板），对振子天线输入阻抗的虚部起到了一定的抵消作用，使天线的输入阻抗有所减小，从而使天线的阻抗曲线变化平缓，达到了拓宽天线阻抗带宽的目的。在良好匹配的条件下（ VSWR＜1.5 ），在相同电尺寸下此种结构将传统套筒的阻抗带宽由1.03 ： 1变为1.81 ： 1 ，将套筒天线的阻抗带宽拓展了75.7% 。而在S11＜-10dB 的情况下，在相同电尺寸下将传统套筒的阻抗带宽由1.09 ： 1 变为2.05 ： 1 ，将套筒天线的阻抗带宽拓展了88.1% 。因此这为提高天线阻抗特性可拓展天线阻抗带宽提供了一种新的方法。同时这种结构也弥补了传统套筒天线结构式不连续的缺陷。

［1］ Bin Yuan，Nannan Liu，Tianhao Peng，et al. A studyof dual-sleeve broadband antenna based on endloaded technology［C］//Antennas and Propagation Society International Symposium （APSURSI），2014 IEEE ：197-198.

［2］ 王忍，俞钰峰，冯建杰.一种宽带高增益双套筒单极子天线［J］：通信对抗，2013，32（4）：43-46.

［3］ Morrow I L，Dingley G P，Whittow W G，et al. Wideband blade monopole antenna with sleeved coaxial feed［C］.Loughborough Antennas & Propagation Conference，2009

［4］ 李峰，李铁军，魏亮.一种结构紧凑带阻抗补偿的新型UHF套筒天线［J］.现代电子技术，2014，37（7）： 89-91，97.

［5］ 张涛，傅光，张志亚，等.一种宽带印刷套筒天线的设计［J］.微波学报，2010（8）：197-199.

［6］ Chen J，Fu G，Wu G-D，et al. An improved broadbandminiaturized loaded open sleeve antenna［C］. Microwave and Millimeter Wave Technology Conference（ICMMT2010），2010： 325-328.

［7］ Thomas K，Lenin N，Sreenivasan M. Wideband dual sleeve antenna［J］. IEEE Trans. on Ants and Propagat，2006，54（3）：1034-1037.

［8］ Zhang Z-Y. Sleeve monopole antenna for DVB-H application［J］. Electronics Letters，2010（46）： 879-880.