带寄生振子的机载宽频UHF天线设计

武警工程大学信息工程系 李雪健

带寄生振子的机载宽频UHF天线设计

武警工程大学信息工程系 李雪健

本文设计了一款适用于UHF频段的机载通信天线，采用添加寄生贴片拓展了天线带宽，顶加载方式降低天线高度。采用HFSS软件对天线进行了仿真，并用矢量网络分析仪对天线驻波进行了测量，实测结果显示天线在308MHz-530MHz频率范围内驻波比均低于2，在400 MHz处驻波最低达到1.093，最大增益为3.44dB，S11达到-23.4dB，辐射方向为水平全向。天线达到52%的带宽，并且很好地实现了小型化。

平面单极天线；机载；宽频；UHF ；小型化

1 导论

UHF通信天线作为飞机与塔台的主要通信联络天线[2]，要求天线必须保证飞机在起飞、降落、平飞以及停靠机场时，能与地面塔台进行可靠的双向通信。这也要求机载超短波天线在UHF频段必须有良好的性能和水平全向的辐射方向图[3]。

本文设计了一款工作于UHF波段的平面单极子天线。该天线在单极子的基础上采用顶加载降低了天线高度用寄生贴片展宽了天线带宽。用Ansoft HFSS软件对天线进行了仿真并对结果进行优化分析，天线参数较好。

2 天线设计

2.1 天线结构

图1 机载宽度天线模型

图2 带无源振子的二元阵等效图

如图1所示，天线由基板和覆盖于基板两侧的辐射贴片组成，三个贴片振子与地板相垂直，主振子顶部加载长度为L的贴片，天线馈电点在主振子底端，两个的寄生振子直接与地板相连，与中央振子距离为D。

2.2 理论分析

我们可以将主振子与寄生贴片之间耦合等效为两个垂直接地振子进行分析。其中一个激励振子，另一个为无源振子。将地面用镜像的振子替换，等效为半波振子，等效图如图2所示。

D为两振子间的距离，U1为激励电压。此时：

从上式可以看出改变两振子的互阻抗和自阻抗都可以改变电流的幅度比m和相位差β，从而可计算出：

由上式可知寄生贴片与主贴片之间，通过类似交错调谐的方式可以达到展宽天线频带的目的。

2.3 天线性能

采用HFSS软件对模型进行仿真。基板材质为损耗角0.009，介电常数2.2的RT/Duroid 5880，厚度0.795 mm。优化后天线的最优参数如表1所示。

表1 机载宽频天线的结构参数（单位：mm）

天线在中心频率410MHz的平面和三维增益图如图3、图4所示。

图3 机载宽频天线平面方向图

图4 机载宽频天线三维增益方向图

从图3和图4中可知，天线E面为“8”型，最大辐射方向为38o和322o附近，最大增益达到4.02dB，水平方向全向性较好,不圆度仅有0.84 dB。满足机载通信天线的需求。

使用矢量网络分析仪对天线进行测试，实测驻波曲线如图5所示。

图5 机载宽度天线实测驻波图

实测结果显示：现役机载天线带宽很宽，308MHz-530MHz频率范围内驻波比均低于2，相对带宽达到52%，在400 MHz处驻波最低达到1.093，匹配良好。

3 结束语

本文设计了一款带寄生振子的平面单极子机载UHF天线，该天线在机载UHF通信频段有良好的性能。在308MHz-530MHz范围内驻波比全在2以下，在400MHz达到了低于1.093的良好特性。天线的尺寸为（174*64*5）m3，满足机载天线的使用要求，较好地实现小型化。

[1]储嘉慧.VHF/UHF机载宽带天线小型化研究[D].电子科技大学,2009.

[2]张悦.机载天线及弹载共形阵天线设计[D].西安电子科技大学,2012.

[3]杨超.S波段弹载柱面共形微带天线的设计[D].西安电子科技大学,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.