吸頂全向天線電磁特性的研究

摘 要： 采用數(shù)值仿真技術(shù)CST，研究了一款全向吸頂天線的電磁特性，包括方向圖和駐波比等。優(yōu)化后的天線能夠在雙頻帶806～960 MHz和1 710～2 500 MHz上有效工作，回波損耗小于-10 dB，最大增益為3.5 dB。制作了吸頂天線的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停镁W(wǎng)絡(luò)矢量分析儀等設(shè)備對(duì)天線進(jìn)行測(cè)量，其與仿真結(jié)果對(duì)比具有很好的一致性，并針對(duì)不同幾何參數(shù)對(duì)吸頂天線物理性能的影響進(jìn)行了多方面的分析。

關(guān)鍵詞： 吸頂天線； 寬波束； CST仿真技術(shù)； 全向輻射

中圖分類號(hào)： TN82?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2015）03?0079?03

Research on electromagnetic characteristics of ceiling?mounted omni?directional antenna

DAI Ling?liang， WANG Qi， FANG Liu?jun

（College of Communication Engineering， Nanjing Institute of Technology， Nanjing 211167， China）

Abstract： The electromagnetic properties （including radiation patterns and VSWR） of an omni?directional ceiling?mounted antenna are studied by means of the numerical simulation techniques CST. The optimized antenna can be effectively worked in dual band 806～960 MHz and 1 710～2 500 MHz. The antenna′s return loss is less than -10 dB and the maximum gain is about 3.5 dB. The experimental model of the ceiling?mounted antenna was constructed and measured with the network vector analyzer. The measured result is consist with the simulation result. The influence of different geometric parameters on physical properties of the ceiling?mounted antenna is also analyzed in this paper.

Keywords： ceiling?mounted antenna； wide beam； CST simulation technology； omni?directional radiation

0 引 言

隨著城市樓宇規(guī)模的增加以及地下空間利用的擴(kuò)大，使得移動(dòng)通信信號(hào)傳播受到很大影響，會(huì)形成移動(dòng)通信的盲區(qū)。為提高移動(dòng)通信質(zhì)量，就必須建立室內(nèi)無(wú)線覆蓋系統(tǒng)，天線在這個(gè)系統(tǒng)中具有舉足輕重地位，而吸頂天線由于其特有的電磁分布特性，往往是首選的結(jié)構(gòu)形式[1]。

關(guān)于吸頂天線的研究與應(yīng)用，近年來(lái)的文獻(xiàn)中有一定的分析與討論。文獻(xiàn)[1]分析了傳統(tǒng)天線的缺陷，研究了新型天線高低頻輻射強(qiáng)度均勻性問(wèn)題；文獻(xiàn)[2]研究了一種小型化高隔離雙極化吸頂天線，用以提高通信系統(tǒng)頻譜利用率，改善室內(nèi)無(wú)線鏈路性能；文獻(xiàn)[3]分析了傳統(tǒng)天線輻射在E面和H面方向上的不足，提出了2G/3G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計(jì)，提高了覆蓋效率；文獻(xiàn)[4]仿真研究了一種三極化吸頂天線，以提高天線增益，實(shí)現(xiàn)輻射方向的控制。

本文借助CST電磁仿真技術(shù)，對(duì)一種簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的吸頂天線進(jìn)行定量計(jì)算研究，著重于分析天線輻射特性和匹配特性隨幾何結(jié)構(gòu)與尺寸變化的關(guān)系，并通過(guò)制作實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，為天線在工程上的應(yīng)用提供了依據(jù)。

1 吸頂天線設(shè)計(jì)與研究

本文所研究的吸頂天線要求工作在雙頻段806～960 MHz和1 710～2 500 MHz范圍內(nèi)，具有寬波束輻射，增益在2～3.5 dBi之間，在與天線軸線之間35°～85°范圍內(nèi)增益大于3，激勵(lì)信號(hào)的輸入阻抗為50 Ω，垂直極化方式。

天線的剖面圖如圖1所示，其三維結(jié)構(gòu)是平面圖繞z軸旋轉(zhuǎn)體，各部分尺寸用字母標(biāo)示在圖中，仿真計(jì)算中各幾何參數(shù)的初始值見(jiàn)表1。

本文著重研究了幾何參數(shù)[r3，][r4]和[r5]的改變對(duì)天線駐波比和增益的影響，結(jié)果如圖2～圖4所示。

由圖中可以看出，隨著圓臺(tái)地面和輻射喇叭上下半徑的變化，天線駐波比在工作頻段內(nèi)有較大的變化，由于天線的總高度不變，這種影響主要體現(xiàn)在高頻端，因此可通過(guò)調(diào)整這些參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)天線高頻端的工作范圍。不同幾何尺寸對(duì)各個(gè)頻段最大增益以及方向圖也有不小影響，限于篇幅，圖中只繪出了最大增益的變化曲線。要平衡這些幾個(gè)參數(shù)使駐波比和方向圖都能達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)。綜合上面的分析，并進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得到合適于設(shè)計(jì)要求的最優(yōu)參數(shù)如表2所示。

3 結(jié) 論

通過(guò)仿真計(jì)算和實(shí)際測(cè)試，本文所構(gòu)建的室內(nèi)全向吸頂天線可以在806～960 MHz和1 710～2 500 MHz的雙頻范圍內(nèi)有效工作，其駐波比小于2甚至小于1.5，并且達(dá)到了寬頻帶、全向輻射的要求，也和預(yù)期的能在35°～85°的高角度間增益大于3的目標(biāo)一致，該天線能廣泛應(yīng)用于家庭、公司中，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的寬角度覆蓋。

參考文獻(xiàn)

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