新型C波段宽带小型化全向天线

3.2 金属圆盘厚度h₁对反射损耗的影响

图4是针对不同的金属圆盘厚度h₁反射损耗随频率的变化曲线。从图中可以看出，金属圆盘的厚度同样会影响天线的谐振频率，随着厚度的增大，天线的谐振频率逐渐向低频端偏移，与金属圆盘半径类似，该尺寸的大小与天线频率高低呈现出相反的变化规律。

图4 反射损耗与h₁的关系

3.3 金属单极子半径r₂对反射损耗的影响

金属单极子不仅是该天线的辐射结构，同时它还作为过渡部件连接金属圆盘及馈入电流的同轴连接器。图5是针对不同的金属单极子半径r₂反射损耗随频率的变化曲线。从图中可以看出，该半径不仅影响谐振点位置，还在很大程度上影响反射损耗的大小，如果该半径过大，则反射损耗很大，即C波段在同轴接头馈入天线的能量大部分都被反射，使得天线无法正常工作；从安装角度考虑，若该半径过小，则辐射结构没有办法与同轴连接器的螺纹内芯连接，所以在天线尺寸的设计上要综合考虑天线性能及安装结构。

图5 反射损耗与r₂的关系

3.4 金属单极子高度h₂对反射损耗的影响

图6是针对不同的金属单极子高度h₂反射损耗随频率的变化曲线。从图中可以看出，金属单极子的高度会在很大程度上影响天线的谐振频率，随着高度的增大，天线的谐振频率逐渐向低频端偏移，与普通单极子尺寸与频率的对应关系一致。

图6 反射损耗与h₂的关系

4 天线性能分析

在上述分析的基础上，应用仿真软件HFSS对天线参数进行了逐一的调整，最后得出了性能最优结构参数，最终天线地板以上的总体高度h₁+h₂+h₃仅为最低工作频率f_L所对应波长的八分之一左右，现对其性能进行如下分析。

4.1 天线的阻抗特性

前面已经提到过，天线的反射损耗是一个重要性能参数，它反映了天线的阻抗特性。图7给出了该C波段宽带小型化全向天线反射损耗的结果。在f_L ~ f_H的频率范围内，天线反射损耗的仿真结果均小于-10dB，这种全向天线阻抗特性良好，它具有45%左右的阻抗带宽。

图7 天线的反射损耗

4.2 天线的辐射特性

对于全向天线，增益特性是衡量其性能好坏的重要指标，图8是该天线的增益随频率的变化关系（f_L ~ f_H）。频率在f_L ~ f_H范围内，增益变化范围是3.5~6dB，变化幅度小于2.5dB，增益在频带内较为稳定；天线的方向图是表征天线辐射特性与空间角度关系的图形，图9表示该天线在频率分别为f_L、(f_L+f_H)/2、f_H时水平面方向图的结果。在各个频率上，该天线水平面近似全向辐射，不圆度小于2dB，方向图稳定性较好。

图8 天线的增益

图9 天线的方向图