一种二元引向天线的结构设计*

詹智婷，王静文，吴华宁

（海军工程大学 电子工程学院，湖北 武汉 430033）

0 引 言

引向天线主要由辐射器、引向器和反射器构 成[1]，具有结构简单、馈电方便、重量轻、便于转动等优点，缺点是工作频带窄且单一，增益不高。研究如何改善引向天线的缺点具有重要意义，故本文基于螺旋天线[2]和折合振子设计了一种二元引向天线结构，分析了螺旋引向天线螺旋结构对二元引向天线的反射系数、增益以及水平面方向图等参数的影响[3]。

1 二元引向天线模型

在CADFEKO中建立螺旋天线、半波折合阵子的二元引向天线模型，形式如图1所示，其中折合阵子高度为44 mm，两臂之间距离为11 mm，螺旋天线半径为1.8 mm，高度为37.5 mm，圈数为1，折合振子与螺旋天线的中心距离为11.4 mm。

图2给出了二元引向天线在1～2 GHz频率范围内的反射系数，可发现天线谐振频率在1.72 GHz， 幅度值达到-10 dB。

图3、图4给出了二元引向器在1～2 GHz频率范围内增益和水平面方向图。从图3可以看出，二元引向天线的增益可达8.4 dBi。从图4可知，该天线的最大辐射方向由折合振子指向螺旋天线，此时螺旋天线起到了引向器的作用。

2 螺旋天线半径对二元引向器性能的影响

讨论螺旋天线的结构参数中螺旋半径对引向天线性能的影响。螺旋天线半径R取值如下：1.4 mm、 1.8 mm、2.2 mm、2.6 mm、3.0 mm、3.4 mm。

图5给出了引向天线在螺旋线半径线性变化时，天线反射系数的变化情况。从图5可看出，随着半径R的增大，天线的谐振频率向低端转移，且谐振频点处的反射系数逐渐减小。反射系数小于-10 dB 的带宽也逐渐增大。

图6给出了引向天线在螺旋天线半径线性变化时的增益变化情况。可以看出，随着半径R的增大，天线增益随频率变化趋势大致相同，但增益最大值出现的频率逐渐减小。

图7给出了引向天线在螺旋天线半径线性变化时各谐振频带内的水平面方向图变化情况。可以看出，随着半径R的增大，天线在各自谐振频点的水平面方向图大致相同。

图1 二元引向天线模型

图2 二元引向器反射系数

图3 二元引向天线增益框

图4 二元引向天线水平面方向图

图6 不同半径下二元引向天线增益图

图7 不同半径下二元引向天线水平面方向图

3 螺旋天线高度对二元引向器性能的影响

讨论螺旋天线的结构参数中螺旋天线的高度对引向天线性能的影响。螺旋天线高度H取值如下：33.5 mm、35.5 mm、37.5 mm、39.5 mm、41.5 mm。

图8给出了引向天线在螺旋天线高度线性变化时反射系数的变化情况。可以看出，随着半径R的增大，天线的谐振频率向低频率转移，且谐振频点处的反射系数逐渐减小。反射系数小于-10 dB的带宽也逐渐增大。

图8 不同高度下二元引向天线反射系数

图9给出了引向天线在螺旋天线高度线性变化时的增益变化情况。可以看出，随着半径R的增大，天线增益[4]随频率变化趋势大致相同，但增益最大值出现的频率逐渐减小，同时最大增益也变大。

图10给出了引向天线在螺旋天线半径线性变化时各谐振频带内的水平面方向图的变化情况。可以看出，随着半径的增大，天线在各自谐振频点的水平面方向图大致相同。

图9 不同高度下二元引向天线增益

图10 不同高度下二元引向天线水平面方向图

4 结 语

本文采用螺旋天线作为引向器、折合振子作为反射器组成二元引向天线，研究了螺旋天线螺旋半径和高度对该二元引向天线的电参数。在实验探究的过程中，可以发现螺旋天线的结构对二元引向天线的性能影响较大。且螺旋天线的半径主要对二元引向天线的谐振频点产生较大影响，螺旋天线的高度对二元引向天线同样对谐振频点产生较大影响，同时对增益也会带来一定影响。