列車小型化寬帶天線的設計.pdf

1、隨著無線通信設備的小型化發(fā)展，國內(nèi)外相關學者對天線小型化技術的研究已經(jīng)相當成熟?，F(xiàn)代通信設備的種類也越來越豐富，為了檢測多種鐵路通信、導航設備的電磁騷擾，安裝于列車車頂?shù)腅MI(electromagnetic interference)檢測天線需要覆蓋多個通信頻段，即需要實現(xiàn)寬帶化和小型化。
　　依據(jù)現(xiàn)有的小型化和寬帶化技術，在前人的設計基礎上，本文設計了一款小型化寬帶球根天線。此款天線由兩個完全相同的輻射片正交組成，輻射片的最大

2、尺寸遠小于其工作波長，而輻射片的形狀則是通過優(yōu)化得到的，天線的饋電在兩個輻射片正交線的底端通過同軸線實現(xiàn)。
　　首先，我們在本文中介紹了天線的基本原理，分別列舉了天線的電參數(shù)和輻射特性參數(shù)，具體說明電小天線因其自身的特性對參數(shù)的影響，簡要介紹了天線小型化和寬帶技術。
　　然后，我們在深入的研究電小天線，并了解多種小型化和寬帶化技術的基礎上，提出初始天線的模型，并在對其各個參數(shù)利用仿真軟件HFSS(high-frequency

3、 structure simulator)分析之后，確定了天線模型的具體參數(shù)值，對天線的電壓駐波比VSWR(voltage standing wave ratio)、增益和方向圖的仿真結(jié)果做了分析。初始天線的性能并不是特別理想，滿足VSWR小于2這個性能要求的頻段為0.6～1.2GHz。
　　為了展寬天線的帶寬，得到更優(yōu)性能的天線，本文對天線做了進一步的優(yōu)化，由于在參數(shù)分析中發(fā)現(xiàn)天線的形狀對性能的影響較大，因此，在優(yōu)化時針對天線輻

4、射片的形狀，利用遺傳優(yōu)化算法對天線做了進一步的改善。優(yōu)化后的天線在頻段0.4～3GHz內(nèi)，其VSWR小于2.2，在0.7～3GHz內(nèi)，VSWR均小于2，在頻段0.4～3GHz內(nèi)，增益值在-1.5～1.5dB范圍內(nèi)波動，相比于初始天線模型，帶寬展寬了。實驗室現(xiàn)有的用于EMI檢測的大尺寸圓柱體天線的高度為25cm，直徑為40cm，而本文中優(yōu)化后天線的高度為18.75cm，寬度為17.8cm，尺寸遠小于現(xiàn)有天線的。
　　最后，在確認天線

5、性能的仿真結(jié)果得到優(yōu)化后，我們依據(jù)仿真模型，制作出對應的天線實物。為了驗證天線的實用性，我們對天線的主要性能，包括增益、VSWR和方向圖做了不同頻點的測試，并和優(yōu)化后天線的仿真結(jié)果及現(xiàn)有天線的性能做了對比分析。由于天線實物制作精度比較低，還有仿真軟件HFSS本身存在的不穩(wěn)定性等因數(shù)，實物測試和仿真結(jié)果有微小的差異，都在正常范圍之內(nèi)。在頻段0.65～2.9GHz內(nèi)，實測天線在滿足VSWR小于2的情況下，其增益值都在-1.1～1.6dB之間