基于Q值理論的新型電小天線

1、基于q值理論的新型電動小型天線介紹隨著無線電通信設(shè)備和電子設(shè)備向小型化的快速發(fā)展，小型天線的研究已經(jīng)成為當今世界的熱門話題1-3?？v觀國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，天線小型化的研究主要包括以下幾個方面：1。小型天線的q值；2.小型天線加載技術(shù)；3.優(yōu)化小型天線的形狀和結(jié)構(gòu)；4.小型天線寬帶匹配網(wǎng)絡(luò)。本文以q值理論為指導(dǎo)，優(yōu)化天線結(jié)構(gòu)和控制阻抗帶寬，提出一種方向圖穩(wěn)定、增益高的電小單極子天線。2 q值理論與天線小型化技術(shù)根據(jù)chu4的定義，天線的q值定義如下：(1)其中wav是存儲在天線周圍的駐波電場能量或磁場能量中較大的一個，pav是天線的時間平均損耗功率。同時，楚給出了q值的計算公式：(2)其中k是波數(shù)

2、，a是環(huán)繞整個天線的最小球面半徑。后來，一些學者提出了更嚴格的電小線偏振天線的最小q值表達式，即：(3)惠勒5推導(dǎo)出輻射功率因數(shù)等于天線帶寬和效率的乘積，即天線帶寬和效率的乘積與天線占據(jù)的體積直接相關(guān)。在惠勒和楚的基礎(chǔ)上，哈靈頓6提出：(4)可以估計電小天線的增益上限?？梢钥闯?，天線的電尺寸越小，品質(zhì)因數(shù)越高，頻帶越窄，并且性能隨著尺寸的減小而惡化。因此，設(shè)計一個電小天線是為了在帶寬、增益和效率之間找到平衡。根據(jù)q值理論，q值應(yīng)該在小型化的基礎(chǔ)上盡可能地降低。對于微帶天線，可以從介電常數(shù)和天線形狀來實現(xiàn)。盡管高介電常數(shù)可以減小天線尺寸，但它也增加了能量損失并降低了輻射效率。本文著重于優(yōu)化天線結(jié)

3、構(gòu)，實現(xiàn)小型化。3天線模型和性能分析3.1天線型號和尺寸本文在單極錐形微帶天線7的基礎(chǔ)上，通過電容加載、增加短路條和開槽技術(shù)8降低天線的諧振頻率，進而實現(xiàn)小型化，達到電小天線的尺寸標準。天線型號如圖1所示：圖1天線模型表1天線各部分的尺寸單位(毫米)氕氘h3d18.517.516.07.28w1w2w3w419.318.510.541.0模型的下部是ansoft11歐姆同軸接頭的仿真模型。使用介電常數(shù)為2.2、厚度為1.5毫米的羅杰斯5880電介質(zhì)板。地板是方形銅板，邊長100毫米。短路棒和天線之間的距離為d=0.15mm毫米。3.2天線尺寸對其性能的影響3.2.1矩形槽的尺寸圖2示出了矩形縫

4、隙(w4=0.2mm毫米、0.5毫米、1毫米、2毫米)的寬度改變而其他參數(shù)不變時天線駐波的變化。當w4=1毫米時，駐波小于2的低頻端的頻率值最小，為2.56千兆赫圖2駐波隨矩形槽寬的變化曲線3.2.2圓形凹槽的尺寸圖3顯示了圓形縫隙(d=6mm，7.28mm，8mm)直徑改變，其他參數(shù)不變時天線駐波的變化?？梢钥闯?，當d=7.28mm毫米時，駐波在低頻端最小。當d=6.00mm毫米時，雖然阻抗帶寬明顯變寬，但根據(jù)q值理論，天線增益會降低，因此本文選擇d=7.28mm毫米。圖3駐波隨圓形凹槽直徑變化的曲線圖4駐波隨短路帶與天線距離的變化曲線3.2.3短路棒和天線之間的距離圖4示出了當短路帶和天線

5、之間的距離改變(d=0.05mm毫米、0.15毫米、0.3毫米)并且其他參數(shù)不變時，天線駐波的變化?？梢钥闯觯攄=0.05mm和d=0.15mm時，駐波基本相同，但考慮到加工精度，距離選擇為d=0.15 mm。通過觀察，可以得出以下結(jié)論：(1)矩形縫隙的寬度對天線性能影響不大?？p隙越寬，下端的駐波越小。(2)直徑圖6是電動小天線在最佳尺寸下各頻點的方向圖；(a)yz平面的主偏振模式(b)xy平面的主偏振模式圖6天線在2.5、3.0和3.5千兆赫yze平面的xy平面圖可以看出，每個頻率點的模式基本上是相同的，并且它是在整個向上半空間中輻射的。結(jié)果表明，本文提出的小型天線具有較寬的方向圖帶寬，最大增益隨頻率分別增加了3.74分貝、4.05分貝和3.56分貝。根據(jù)電動小天線的哈靈頓增益公式，估計天線中心頻率的最大增益為4.103db，表明本文提出的電動小單極子微帶天線在此尺寸下基本達到理論最大增益。結(jié)論本文在q值理論的指導(dǎo)下，利用縫隙和短路技術(shù)對天線結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，將天線高度降低到0.15。在滿足小尺寸要求的情況下，通過調(diào)整圓形凹槽的中心