基于鐵氧體材料的小型螺旋天線的仿真設計

2013-12-06 馬 寧 華東師范大學信息學院通信工程系

  本文以法向模螺旋天線的耦合理論為基礎,運用鐵氧體作為磁芯,設計了一個頻帶范圍在2~600MHz的小型寬帶螺旋天線。為了得到此螺旋天線的最佳性能,對添加同軸不銹鋼棒的模型進行仿真分析。研究結果顯示,螺旋天線鐵氧體磁芯及同軸不銹鋼棒對于頻帶寬度及諧振點影響很大。

  無線通信的基礎是天線,天線的基本功能是能量的轉換和電磁波的定向收發。天線的性能直接影響無線設備的使用。螺旋天線在方向特性、阻抗特性、及極化特性方面都具有寬頻帶特性,并且還有體積小、重量輕、結構穩定、圓極化特性好等優點,因而得到了廣泛的應用。本文在添加鐵氧體磁芯的基礎上,研究同軸不銹鋼棒對螺旋天線的帶寬和諧振點的影響。

1、理論基礎

  1.1、螺旋天線理論基礎

  當接收器的天線線圈進入發射器天線產生的交變電磁場中,發射器天線與接收器天線功能就類似于變壓器。發射器天線相當于變壓器初級線圈,接收器天線相當于變壓器次級線圈,通過初級線圈的高頻交流電,在磁芯和間隙中耦合產生高頻電磁場,磁場穿過接收器的次級線圈,感應產生同頻率的交流電。

  螺旋天線要解決的首要問題是在其他條件都不變的情況下,盡可能的根據實際應用的要求,增大耦合磁場。為了將能量能夠更好地通過磁場傳送,接收器和發射器天線一般設計為環形天線。如果將磁芯放在螺旋天線內,其他條件不變,內部磁感應強度變大,即磁力線總數增加,能量也得到增加。

結束語

  本文設計、分析了一款加載鐵氧體的小尺寸寬帶螺旋天線,研究收發線圈在不同圈數下的電磁場分布以及諧振點、帶寬等參數。結果發現,當螺旋天線在加同軸鐵氧體磁芯和不銹鋼棒的情況下,既可保證工程的實用性,又可看出,內外圈之間的電場和磁場分布也逐漸加強,同時諧振點向前推移了約7MHz。在S21 >-6dB的范圍內,信號可以順利耦合通過。在此范圍內,內4圈外5圈的頻帶范圍約為230MHz,而內7圈外8圈的頻帶范圍約為105MHz。雖然內7圈外8圈的場強較強,但綜合而言,內4圈外5圈的耦合情況優于內7圈外8圈。