L波段小型化宽带盘锥天线的设计

徐 平，唐延新

(西安导航技术研究所，陕西 西安 710068)



L波段小型化宽带盘锥天线的设计

徐 平，唐延新

(西安导航技术研究所，陕西 西安 710068)

提出了一种小型化L波段宽带全向盘锥天线，采用不对称椎体结构，使得天线方向图在较宽的工作带宽内实现俯仰面全向覆盖，并可达到波束的上倾。仿真结果表明，天线在0.9～1.8 GHz频带内反射系数小于-15 dB，在仰角0°时增益大于1 dBi，方位面不圆度优于0.5 dB。

盘锥天线；宽带；不对称椎体

0 引 言

近年来，移动通信技术的快速发展使得通信设备的集成度越来越高，多种无线模块的同时、稳定、高效工作成为设计的关键。天线作为通信系统的发射和接收前端，直接影响通信信号的质量，在无线电通讯中占有极其重要的地位。设计合理的天线系统，可以提升整个无线通信系统的性能。因此为满足系统的宽频化、多频化需求，宽带天线也就逐步成为研究热点[1-2]。

全向天线在移动无线通信中发挥着至关重要的作用，目前广泛应用于通讯、数据传输、广播、无线组网等领域中。电子技术的发展、通信容量的增加以及电波传播环境的逐步复杂，使得全向天线也面临更高的性能指标要求[3-5]。作为传统全向天线的盘锥天线，为更好地满足通信需求，宽频带、小型化仍是其当前的一个研究方向[6-8]。

本文提出了一种采用不对称椎体结构设计的小型化宽带全向盘锥天线。利用改进的不对称锥体结构，可满足较宽的阻抗带宽，并可实现方向图的俯仰面全向覆盖，满足远区的全向通信需求。

1 天线设计与结构

提出的盘锥天线示意图如图1所示。天线由天线罩、上锥体、内罩、下锥体、连接器及螺母等六部分组成。

利用不对称的上、下锥体结构，可实现较宽的阻抗带宽，并可利用上、下锥体之间形成的多个不等锥角，对天线的俯仰面方向图进行合理控制。

如图2所示，天线采用天线罩、内罩、连接器等来实现天线上、下锥体之间的位置固定。

2 天线仿真与分析

使用全波电磁仿真软件HFSS对设计的宽带盘锥天线进行仿真优化分析，得到的最终尺寸如下：R1=30 mm，R2=29.5 mm，R3=7.5 mm，R4=7.5 mm，R5=29.5 mm，R6=40 mm，d=5.5 mm，H1=50 mm，H2=15 mm，H3=30 mm，H4=2 mm，H5=2 mm，H6=8 mm。

图3和图4分别给出了天线上、下锥体的高度H2、H3不同时，天线反射系数的仿真结果。可以看出，改变参数H2、H3，可以对天线的谐振点进行调整。

图5给出了天线上、下锥体间的馈电间距d变化时，天线反射系数的仿真结果。由图5可以看出，天线的反射系数对馈电间距尺寸是较为敏感的，合理的优化后可得到相应的工作频带。

图6给出了天线在引入不对称锥体结构前后的天线中心频率的俯仰面辐射方向图的仿真结果，可以看出，引入改进结构对天线方向图的增益、最大辐射方向等有较大影响。

图7给出了天线反射系数的仿真结果，图8给出了天线的辐射方向图仿真结果。从图中可以看出，天线在0.9～1.8 GHz频带内反射系数小于-15 dB，并且在较宽的频带内保持仰角0°时天线增益大于1 dBi，方位面不圆度优于0.5 dB。

3 结束语

本文设计了一种L波段小型化宽带全向盘锥天线。利用改进的不对称锥体结构，可实现较宽的阻抗带宽，并满足天线增益要求。仿真结果表明，天线在0.9～1.8 GHz频带内反射系数小于-15 dB，在仰角0°时增益大于1 dBi，方位面不圆度优于0.5 dB。

[1] 魏文元，宫德明，陈必森.天线原理[M].北京：国防工业出版社，1985.

[2] KRAUS J D,MARHEFKA R J.天线[M].章文勋译.

北京：电子工业出版社，2004.

[3] 于丹.宽带/多频全向微带天线的研究与设计[D].西安：西安电子科技大学，2015．

[4] 许波.宽带水平全向微带天线的研究与设计[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011．

[5] 周世钢，孙保华，刘其中.一种改进型全向宽带双锥天线的研究[J].电波科学学报，2009，24(2)：224-227．

[6] 徐耀鑫，斯丹燕，朱守正，等.宽频带盘锥天线的研究与设计[J].信息技术，2011(7)：41-43.

[7] 龙文峰．超宽带变形锥天线的分析与设计[D].长沙：国防科学技术大学，2013．

[8] 谢飞，邱景辉，宫守伟，等．非对称双锥天线福射特性研究[J].电子测量技术，2009(6)：31-34.

DesignofLBandMiniatureBroadbandDisconeAntenna

XU Ping,TANG Yan-xin
(Xi'an Research Institute of Navigation Technology,Xi'an 710068,China)

This paper puts forward a miniature L band broadband omni-direction discone antenna,which uses asymmetric cone structure,makes the omni-directional coverage of antenna directional pattern in pitching plane can be realized in relatively wide operating broadband,and tilted beam can be obtained.The simulative results show that the reflection coefficient is less than -15 dB in the band of 0.9～ 1.8 GHz,the gain is greater than 1 dBi at the elevation angle of 0°,and the un-roundess of azimuth plane is less than 0.5 dB.

discone antenna;broadband;asymmetric cone

2017-05-09

TN821

：A

：CN32-1413(2017)03-0083-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.03.020