利用EDA仿真軟件優(yōu)化短波超寬帶雙鞭天線的匹配網(wǎng)絡設計

天線作為通信設備的前端部件，對通信質(zhì)量起著至關重要的作用。隨著現(xiàn)代軍事通信系統(tǒng)中跳頻、擴頻等技術的應用，尋求天線的寬頻帶、全向性、小型化、共用化成為天線研究中一個重要課題。單純依靠天線的結構設計難以滿足上述要求。人們采用多種措施來改善天線的性能，加載就是適應這種小型化天線的典型技術。使用天線寬帶匹配網(wǎng)絡，則是進一步改善天線寬頻帶技術的一種有效技術。本文以120～520 MHz工作頻率為例，根據(jù)限定的天線結構數(shù)據(jù)，選擇合適的加載位置，利用軟件優(yōu)化，得到了合理的加載值和優(yōu)化的匹配網(wǎng)絡。

1 天線及匹配網(wǎng)絡模型

天線的模型如圖1所示，加載方式采用無耗并聯(lián)LC電路。匹配網(wǎng)絡位于天線底部，采用混合型網(wǎng)絡，如圖2所示。

2 天線及匹配網(wǎng)絡分析

2.1 天線的加載位置

天線為集總加載的雙鞭天線，模型是建立在理想導電地面上。加載的目的就是使天線獲得行波電流，減少反射。此時的加載就是最佳加載。這里討論的是無耗加載，電抗加載最佳加載位置與電抗的關系式為：

2.2 匹配網(wǎng)絡分析

天線的輸入阻抗zin可由電流分布得到，從饋線端看過去，整個系統(tǒng)的輸入阻抗為：

3 EDA軟件優(yōu)化設計

天線相關參數(shù)的優(yōu)化設計采用CST軟件。根據(jù)實際要求，我們的優(yōu)化參量包括加載位置h，天線間距d。由優(yōu)化得到的數(shù)據(jù)，設計天線實際模型。測試得到阻抗數(shù)據(jù)導入ADS軟件中，作為匹配網(wǎng)絡參數(shù)優(yōu)化的依據(jù)。匹配網(wǎng)絡的結構不作為優(yōu)化變量。優(yōu)化參數(shù)包括匹配網(wǎng)絡元器件值。

4計算結果與分析

考慮到實際要求的天線頻帶寬，從幾十MHz到幾百MHz，因此天線的結構尺寸為：h1=150 cm，h2=30 cm，r=1 cm，經(jīng)過軟件優(yōu)化的天線加載位置為：h3=24.5 cm，天線間距d=58.9 cm。按照此數(shù)據(jù)制作實物模型，將測試數(shù)據(jù)導入ADS軟件中，優(yōu)化得到的元器件值如表1所示。

根據(jù)優(yōu)化的數(shù)據(jù)，在未接入匹配網(wǎng)絡的情況下，得到的駐波比如圖3所示。通過圖形發(fā)現(xiàn)，大部分駐波比都在2以上，因此，必須通過接入匹配網(wǎng)絡來改善。

圖4是接入匹配網(wǎng)絡后的駐波比。從圖4中可得知，駐波比已經(jīng)很好地控制在2以下。

圖5為匹配網(wǎng)絡效率與工作頻率的關系。

從上述系列圖中可以看出，匹配網(wǎng)絡的加入，使得天線在120～520 MHz內(nèi)具有良好的寬帶性能，端口駐波比均在2.0以下，同時也由于匹配網(wǎng)絡的引入，特別是電阻R1的加入，使得天線的增益受到影響。但通過EDA軟件的優(yōu)化，在保持帶寬的同時，盡量提高匹配網(wǎng)絡的工作效率，使得在這一頻帶內(nèi)，匹配網(wǎng)絡的工作效率基本都達到了70％以上。

5 結語

在此介紹了一種短波超寬帶雙鞭天線，為了在頻帶內(nèi)得到較好的駐波比和增益，設計了合理的匹配網(wǎng)絡。利用EDA仿真軟件優(yōu)化工具，優(yōu)化了天線加載位置，匹配網(wǎng)絡元器件值等參量，得到了較好的結果。