移动通信的新型宽带双套筒天线研究

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摘要：在文章中，一种新型的可同时覆盖2G，3G，4G移动通信的超宽带天线被设计并制作出来。该天线综合采用了端部加载技术和特殊的双套筒技术。天线端部加载部分对天线输入阻抗的虚部起到了抵消的作用，从而使天线的阻抗曲线变化平缓，达到了拓宽天线阻抗带宽的目的。实测结果表明，在S11<-10dB条件下，该天线工作频率范围为0.783GHz~2.773GHz，即阻抗带宽为3.47:1，相对带宽为110.6%。在VSWR<1.5的条件下，该天线工作频率范围为0.86GHz~2.07GHz，即阻抗带宽为2.41:1，相对带宽为82.6%。同时，该天线具有水平全向的辐射特性。

关键词：宽带；移动通信；端部加载技术；双套筒技术；全向

0引言

新的通信技术，尤其是扩频技术、跳频技术以及捷变频系统需要尽可能宽的天线带宽[1]。更大的信道容量以及更快的数据传输速率也同样需要超宽带天线作为后盾[2]。近些年来，天线设计者们设计了很多用于移动通信的宽带天线，它们通常是贴片天线或者偶极子天线[3]，而水平全向的双套筒天线并不多见。对于传统套筒天线，由于其内部振子半径到套筒半径的突变，通常会导致阻抗匹配不够理想，带宽较窄。通常VSWR<2或VSWR<2.5，甚至VSWR<3[2][4]-[6]，这会带来超过30%的电压反射，在大功率情况下会严重影响系统的性能。而在VSWR<1.5的前提下，传统套筒天线的带宽将变得更窄，难以满足现代通信需求。因此，基于传统套筒天线带宽不足的现状及现代通信的需求，迫切需要设计出新型的匹配良好的超宽带天线。图1给出了该新型宽带双套筒天线的建模结构图和截面图。其中，套筒下端振子伸出的部门为端部加载部分。该天线各结构尺寸参数如表I所示。

1新型宽带双套筒天线的仿真与实测结果

如图2所示，该天线综合运用了端部加载技术和双套筒技术[7]，在VSWR<1.5的前提下，其工作频率范围为1.177GHz~1.851GHz，即其阻抗带宽为1.57:1，相对带宽为44.5%；在S11<-10dB的情况下，其工作的频率范围为0.796~2.773GHz，即其阻抗带宽为3.48:1，相对带宽为110.8%。仿真工作频率范围及带宽总结如表II所示。图2.仿真S11曲线表II新型宽带双套筒天线仿真工作频率范围及带宽由图3给出的在0.8GHz、1GHz、2.7GHz处的三维远场方向图可以看出，该天线具有与对称振子天线相似的方向图，即在H面具有全向的辐射特性，且在水平方向具有最大增益。图3新型宽带双套筒天线的三维远场方向图为了验证理论仿真的正确性，按照仿真模型尺寸加工出了工作中心频率为1.6GHz的天线模型。加工出的实物天线如图4所示。图4新型宽带双套筒天线实物图由图5，新型宽带双套筒天线实测与仿真S11的对比曲线，可以看出，在S11<-10dB的条件下，测得该双套筒天线的工作频率范围为0.783GHz~2.72GHz，即阻抗带宽为3.47:1，相对带宽为110.6%。其三个谐振点分别为1GHz，1.6GHz和2.5GHz。在VSWR<1.5的前提下，其工作频率范围为0.86GHz~2.07GHz，即阻抗带宽为2.41:1，相对带宽为82.6%。测试结果总结如表3所示。同时，由图5可以看出，实测曲线与仿真曲线的变化趋势是基本一致的，从而进一步证明了该天线结构可以拓展天线带宽的正确性。

2结论

在本文中，采用端部加载技术和双套筒技术，设计并制作了一个可以同时覆盖2G，3G，4G移动通信的宽带双套筒天线。天线端部加载部分对振子天线输入阻抗的虚部起到了抵消的作用，从而使天线的阻抗曲线变化平缓，达到了拓宽天线阻抗带宽的目的。对加工后的实物天线进行测试，结果表明在S11<-10dB的条件下，该天线的工作频率范围为0.783GHz~2.72GHz，及阻抗带宽为3.47:1，相对带宽为110.6%。在VSWR<1.5的前提下，其工作频率范围为0.86GHz~2.07GHz，即阻抗带宽为2.41:1，相对带宽为82.6%。该天线同时兼具传统振子天线所具有的水平全向辐射特性。实测结果与仿真结果基本吻合，证明了端部加载技术和双套筒技术的有效性。端部加载技术和双套筒技术可以为宽带天线的结构设计提供新思路，具有较高的研究价值。该天线可以同时覆盖2G，3G，4G移动通信频段且具有水平全向的辐射特性，适合用作移动通信中的农村话务基站天线。它解决了传统基站天线阻抗带宽不够，需要多副天线来覆盖很宽的频率范围，且在小空间内天线之间相互产生邻近效应的问题，具有很高的适用性。

作者:郎少波 袁 斌 李 翀 熊 俊 付 云 梁鹏飞 单位:上海交通大学

参考文献

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