一種低頻加載天線的製作方法

2023-06-17 03:29:46 1

本發明涉及無線電收發裝置領域，具體涉及一種加載天線。
背景技術：
：雷達、電視、導航、廣播等無線電設備都是依仗電磁波來傳遞信息，電磁波的接收和發送是離不開天線的。在低頻(小於100mhz)段內，天線工作波長比較長，對應的，設計出來的天線的尺寸也會比較大，很難在有限的空間內安裝在工作平臺之上。天線是通信系統中與自由空間相耦合的部分，只有當其尺寸與自由空間傳輸的電磁波的波長可以相比擬時，它才能以較高的效率對外輻射和接受能量。自由空間中，如果天線的工作頻率低，那麼對應的工作波長就會長，天線的尺寸必然增加。根據天線理論，如果天線的尺寸減小，其品質因數將急劇增大，帶寬將變得很窄，輻射電阻將變得很小。產生的較大的感應電流則會導致損耗很大，使得天線的輻射效率變得很低，增益自然也將變得很低，總之，天線尺寸減小帶來的必然結果就是天線在某方面的性能惡化。目前，在一些小型化的終端中大多安裝單極子天線，單極子天線達到了小型化的要求，但是在低頻(小於100mhz)段內，單極子天線的帶寬非常有限，不能滿足技術進步的需求。因此設計一款在低頻(小於100mhz)段內，寬帶化的小型天線就顯得十分迫切。技術實現要素：本發明針對，在低頻(小於100mhz)段內，常規的單極子天線的帶寬的技術問題，提供了一種低頻加載天線。本發明提供的基礎方案為：一種低頻加載天線，包括：單極子天線，單極子天線上連接有饋線；集總加載部，集總加載部與單極子天線串聯；阻抗變換部，用於實現單極子天線的饋電端的阻抗等於饋線的特性阻抗；其中，集總加載部包括電感和電阻，電感和電阻與單極子天線串聯。本發明的工作原理及優點在於：集總加載部與單極子天線串聯，構成了一個等效的rlc串聯諧振電路。現有的集總加載是在天線上一個或幾個位置加入電感、電容，通過這樣的方式來改變天線上電流分布，但是這樣的方式應用到單極子天線上時，單極子天線在低頻(小於100mhz)段內的表現卻並不如人意。在本發明中，電感的接入影響天線的諧振頻率及帶寬，電阻的接入影響天線的帶寬及增益。這樣通過調節電感和電阻參數，可讓單極子天線在低頻(小於100mhz)段內，實現寬帶化。阻抗變換部，能夠保證集總加載部、單極子天線以及饋線之間的阻抗匹配，保證單極子天線能夠正常運行。本發明提供的低頻加載天線，與現有的單極子天線相比，在尺寸基本未發生明顯變化，但是在效果上，本發明與現有的單極子天線相比，達到了單極子天線在低頻(小於100mhz)段內寬帶化的效果。進一步，電感為1.73uh，電阻為2.12kω。這種參數的集總加載部，能夠更好的拓展本發明在低頻(小於100mhz)段內的帶寬。進一步，還包括套筒，套筒外套於單極子天線的頂端，單極子天線的頂端與套筒的內部相連接。在集總加載的基礎上再加載套筒，能夠進一步優化天線工作在低頻頻段時的各項性能參數。套筒可看作一段終端短路線，它等效為一個感性負載加載在單極子天線的頂部。又由於單極子天線是阻抗呈容性的天線，套筒的加載恰好可以抵消一定的容性電抗，從而降低單極子天線的諧振頻率，改善單極子天線的阻抗特性。此外，套筒的加載在本質上也增加了天線的有效長度和橫向的寬度，使單極子天線的輻射電阻得到了一定程度的增加，因此，相比於未加載的單極子天線，工作在相同條件下的套筒天線的帶寬和增益也就得到了一定程度的改善。進一步，所述電感為可調電感器，所述電阻為滑動變阻器。當單極子天線因受到撞擊或者其他原因，導致單極子天線的外形發生改變後，調節電感和電阻的參數，能夠讓本發明依然能夠在低頻(小於100mhz)段內工作。進一步，電感為102.70nh，電阻為420ω。這種參數的集總加載部，能夠更好的拓展本發明在低頻(小於100mhz)段內的帶寬。進一步，所述單極子天線的長度為360mm，半徑為7.5mm，輻射邊界距天線的距離為375mm。這樣的單極子天線是針對工作波長為1500mm的情況，這樣的天線能夠在這種情況下較好的工作。附圖說明圖1是本發明實施例1的e面方向的仿真結果圖；圖2是本發明實施例1的h面方向的仿真結果圖；圖3是本發明實施例2的e面方向的仿真結果圖；圖4是本發明實施例2的h面方向的仿真結果圖；圖5是對比例1的e面方向的仿真結果圖；圖6是對比例1的h面方向的仿真結果圖。具體實施方式下面通過具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明：說明書附圖中的附圖標記包括：。實施例1一種低頻加載天線，包括：單極子天線，單極子天線上連接有饋線，單極子天線的長度為360mm，半徑為7.5mm，輻射邊界距天線的距離為375mm；集總加載部，集總加載部與單極子天線串聯；阻抗變換器，用於實現單極子天線的饋電端的阻抗等於饋線的特性阻抗，在本實施例中，選用的是，型號為at&t的(針式)阻抗變換器；其中，集總加載部包括電感和電阻，電感和電阻與單極子天線串聯，電感和電阻的參數為電感為1.73uh，電阻為2.12kω。單極子天線的電抗呈容性，那麼若在天線的輸入端串聯電感l和電阻r，即可構成一個rlc諧振電路，由rlc諧振電路原理知：則：而此時天線的總輸入阻抗為：zin＝rin+xin＝(r+rr+rloss)+j(xl+xc)在天線輸入端加載電感l和電阻r之後，輸入電抗的頻率特性，調整電感l的數值來改變天線的諧振頻率；又因為天線的帶寬bw和天線的輸入電阻成正比關係，所以根據以上兩點，可先將諧振頻率調整到50mhz，並逐漸增加電阻的阻值來拓展帶寬，使下限頻率向頻率降低的方向移動達到最小值，從而獲得100mhz以下的最大帶寬。通過調整，最終得到最優結果，即加載電感l＝1.73uh，電阻r＝2.12k。實施例2與實施例1相比，不同之處在於，電感和電阻的參數為電感為102.70nh，電阻為420ω，並且還包括套筒，套筒外套於單極子天線的頂端，單極子天線的頂端與套筒的內部相連接。根據傳輸線理論，一段總長度不大於四分之一波長的終端短路線可以等效為一個感性負載來使用，其等效的電抗值可由下式計算：jxin＝jz0tanβl而套筒則可看作一段終端短路線，它等效為一個感性負載加載在天線的頂部。又由於單極子天線是阻抗呈容性的天線，套筒的加載恰好可以抵消一定的容性電抗，從而降低天線的諧振頻率，改善天線的阻抗特性。此外，套筒的加載在本質上也增加了天線的有效長度和橫向的寬度，使天線的輻射電阻得到了一定程度的增加，因此，相比於未加載的單極子天線，工作在相同條件下的套筒天線的帶寬和增益也就得到了一定程度的改善。最終通過調整得到的最優結果.即加載電感l＝102.70nh，電阻值r＝420ω。實施例3與實施例1相比，不同之處在於，所述電感為可調電感器，所述電阻為滑動變阻器。這樣在單極子天線發生一定範圍內的形變時(如被撞擊、折斷)，通過調節電感和電阻的參數依然能夠讓本發明能夠正常工作。對比例1與實施例1中尺寸相同的單極子天線(即現有的參數相同的單極子天線)。在工作波長λ＝1500mm時，單極子的長度l＝0.24λ＝360mm，半徑r＝λ/200＝7.5mm，輻射邊界距天線的距離為λ/4＝375mm。用hfss仿真軟體，對實施例1、實施例2以及對比例1的天線進行仿真，得到如圖1-6的仿真結果圖，提取重要參數得到如表1所示的結果：諧振頻率帶寬相對帶寬增益對比例1201.25mhz33.25mhz17％-0.51db實施例145.10mhz84.20mhz186.70％35.21db實施例224.50mhz92.72mhz378.44％36.68db通過實施例1、2與對比例1對比，可得出，本發明提供的天線，在低頻(小於100mhz)段內，諧振頻率、帶寬、相對帶寬以及增益，均明顯優於現有的單極子天線。以上所述的僅是本發明的實施例，方案中公知的具體結構及特性等常識在此未作過多描述。應當指出，對於本領域的技術人員來說，在不脫離本發明結構的前提下，還可以作出若干變形和改進，這些也應該視為本發明的保護範圍，這些都不會影響本發明實施的效果和專利的實用性。本申請要求的保護範圍應當以其權利要求的內容為準，說明書中的具體實施方式等記載可以用於解釋權利要求的內容。當前第1頁12