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宽带天线--模式压缩法

微波工程仿真

2025-03-08

宽带天线在阻抗带宽内具有稳定的全向辐射方向图，用于各种现代通信系统，例如无线电广播、无线局域网（WLAN）和车对车（V2V）通信。近年来广泛采用模式压缩方法，即通过负载结构将偶极子天线不同谐振模式的谐振频率调整为彼此接近，以扩大偶极子天线的阻抗带宽。

宽带偶极子--模式压缩方法
偶极子Q的分析
参考资料

As shown below👇

宽带偶极子--模式压缩方法

为了获得全向辐射方向图，偶极子天线由于其结构简单而受到青睐。

传统的宽带偶极子通常使用锥形结构或对数周期阵列构建，这需要相当大的尺寸。

然而，细线偶极子通常表现出高质量的因数（Q 因子），从而导致窄带宽。

寄生元件加载是用于增加偶极子天线带宽的一种常用解决方法。环形天线、折叠偶极子和分环谐振器在偶极子附近加载，以引入两个或三个谐振模式，从而扩展细线偶极子天线的阻抗带宽。

这些设计在整个阻抗带宽上都具有相对稳定的全向辐射模式。

近年来广泛采用模式压缩方法，即通过负载结构将偶极子天线不同谐振模式的谐振频率调整为彼此接近，以扩大偶极子天线的阻抗带宽。

最初提出了一种宽带磁偶极子天线，它通过在三阶模式的电场零点处加载一个时隙短截线，将三阶模式与一阶模式合并。然而，全向模式在阻抗带宽内不稳定。

偶极子天线的一阶和三阶模式可以通过分别加载数字间电容器和电小环形谐振器来压缩。这会导致一阶和三阶模式合并，从而扩大阻抗带宽。

偶极子天线的五阶模式可以通过分别加载直短截线和弯曲短截线来压缩。将其与三阶模式相结合可以拓宽偶极子天线的阻抗带宽。但是，它们在阻抗带宽内具有不稳定的全向模式。

有研究提出了四种具有模式压缩的三模宽带偶极子天线。一阶、三阶和五阶模式、三阶、五阶和七阶模式、五阶和七阶模式以及耦合谐振模式被合并，以拓宽偶极子天线的阻抗带宽。然而，阻抗带宽内的全向模式不稳定。

总之，偶极子天线的奇数阶模式已被广泛用于通过模式压缩技术来扩大阻抗带宽。然而，偶极子天线的偶数阶模式很少用于与其他模式相结合，以扩大阻抗带宽并在工作频带内实现稳定的全向辐射方向图。

偶极子Q的分析

存储在产生磁场的设备周围的电磁场中的无功能量是一个重要参数。从此参数中，可以得出重要的特征，例如Q因子，与系统带宽相关联。

Q因子的基本定义是Q=ωW/P，其中W是存储的时间平均能量，P是辐射和耗散功率。

Q系数如所示

一个近似公式Q≈QZ

其中R是结构的电阻，X是电抗。两式相比较，有

长度L为1米，直径d为1毫米。分析偶极子时沿其长度被细分为200个部分。在天线的中间施加1A的馈电电流。天线在大频带上进行分析，包括“小天线”区域和几个共振。下图显示了用公式数值计算的能量。

Q因子根据定义从这些能量中得出，如下图所示。

参考文献

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