基于EDA双鞭天线及匹配网络的设计

分享到:

天线作为通信设备的前端部件,对通信质量起着至关重要的作用。随着现代军事通信系统中跳频、扩频等技术的应用,寻求天线的宽频带、全向性、小型化、共用化成为天线研究中一个重要课题。单纯依靠天线的结构设计难以满足上述要求。人们采用多种措施来改善天线的性能,加载就是适应这种小型化天线的典型技术。使用天线宽带匹配网络,则是进一步改善天线宽频带技术的一种有效技术。本文以120~520 MHz工作频率为例,根据限定的天线结构数据,选择合适的加载位置,利用软件优化,得到了合理的加载值和优化的匹配网络。

1 天线及匹配网络模型

天线的模型如图1所示,加载方式采用无耗并联LC电路。匹配网络位于天线底部,采用混合型网络,如图2所示。

2 天线及匹配网络分析

2.1 天线的加载位置

天线为集总加载的双鞭天线,模型是建立在理想导电地面上。加载的目的就是使天线获得行波电流,减少反射。此时的加载就是最佳加载。这里讨论的是无耗加载,电抗加载最佳加载位置与电抗的关系式为:

2.2 匹配网络分析

天线的输入阻抗zin可由电流分布得到,从馈线端看过去,整个系统的输入阻抗为:

3 EDA软件优化设计

天线相关参数的优化设计采用CST软件。根据实际要求,我们的优化参量包括加载位置h,天线间距d。由优化得到的数据,设计天线实际模型。测试得到阻抗数据导入ADS软件中,作为匹配网络参数优化的依据。匹配网络的结构不作为优化变量。优化参数包括匹配网络元器件值。

4计算结果与分析

考虑到实际要求的天线频带宽,从几十MHz到几百MHz,因此天线的结构尺寸为:h1=150 cm,h2=30 cm,r=1 cm,经过软件优化的天线加载位置为:h3=24.5 cm,天线间距d=58.9 cm。按照此数据制作实物模型,将测试数据导入ADS软件中,优化得到的元器件值如表1所示。

根据优化的数据,在未接入匹配网络的情况下,得到的驻波比如图3所示。通过图形发现,大部分驻波比都在2以上,因此,必须通过接入匹配网络来改善。

图4是接入匹配网络后的驻波比。从图4中可得知,驻波比已经很好地控制在2以下。

图5为匹配网络效率与工作频率的关系。

从上述系列图中可以看出,匹配网络的加入,使得天线在120~520 MHz内具有良好的宽带性能,端口驻波比均在2.0以下,同时也由于匹配网络的引入,特别是电阻R1的加入,使得天线的增益受到影响。但通过EDA软件的优化,在保持带宽的同时,尽量提高匹配网络的工作效率,使得在这一频带内,匹配网络的工作效率基本都达到了70%以上。

5 结语

在此介绍了一种短波超宽带双鞭天线,为了在频带内得到较好的驻波比和增益,设计了合理的匹配网络。利用EDA仿真软件优化工具,优化了天线加载位置,匹配网络元器件值等参量,得到了较好的结果。

继续阅读
高压阻抗调谐指南

移动手机天线设计人员面临着许多挑战:不断增加频段覆盖范围的要求,极具挑战的行业设计限制以及不断缩小的天线安装空间。设计人员通过使用孔径和阻抗调谐器可以解决这些问题。然而,并不是任何孔径或阻抗调谐器都可以使用。当今的许多应用都需要使用更稳定、可靠的调谐产品,才能完全满足设计需求。.

高压阻抗调谐快速指南

移动手机天线设计人员面临着许多挑战:不断增加频段覆盖范围的要求,极具挑战的行业设计限制以及不断缩小的天线安装空间。设计人员通过使用孔径和阻抗调谐器可以解决这些问题。然而,并不是任何孔径或阻抗调谐器都可以使用。当今的许多应用都需要使用更稳定、可靠的调谐产品,才能完全满足设计需求。.

射频变压器阻抗不是常用50欧姆,该怎样高精度测试?

射频变压器能够实现阻抗、电压、电流的变换,且具有隔直(流)、共模抑制及单端转差分(或称为非平衡转平衡)功能,所以被广泛应用于射频电路诸如推挽放大器、双平衡混频器及A/D ICs中。对于这类阻抗变换器件,其单端阻抗往往不是50 Ohm,给性能测试制造了重重困难。相对于传统back-to-back这种背靠背测试方法的局限性,下面将为大家展示一种基于矢量网络分析仪的测试方法。

RF设计中的阻抗匹配及50欧姆的由来?

为什么很多射频系统或者部件中,很多时候都是用50欧姆的阻抗(有时候这个值甚至就是PCB板的缺省值) ,为什么不是60或者是70欧姆呢?这个数值是怎么确定下来的,背后有什么意义?本文为您打开其中的奥秘。

一文搞懂天线与阻抗匹配调试方法

通常对某个频点上的阻抗匹配可利用 SMITH 圆图工具进行,两个器件肯定能搞定,即通过串+并联电感或电容即可实现由圆图上任一点到另一点的阻抗匹配,但这是单频的。而手机天线是双频的,对其中一个频点匹配,必然会对另一个频点造成影响,因此阻抗匹配只能是在两个频段上折衷。