作者/ 高鹏鹏1 姚金杰1，2 1.中北大学 信息勘探与处理技能山西省要点试验室(山西 太原 030051) 2.我国武器淮海工业集团(山西 长治 046012)
*基金项目：国家自然科学基金(编号：61571404,61471325)
高鹏鹏(1993-)，女，硕士，研讨方向：信息勘探与信号处理;姚金杰，男，博士，讲师，研讨方向：无线传感器网络、毫米波技能。
摘要：本文提出了一种依据同轴馈电微带天线的室内移动通讯规划，在吸顶天线的根底上，优化天线的功能，完结信号的收发和速度的滑润处理。经过设置天线的物理特性，取得更多的增益，进步其发射功能，且不需要在电流上做更多杂乱的处理。HFSS的仿真数据标明，该规划能够在4.0GHz的作业频率上得到更多的增益，也有各自的全方向半功率波束宽度。
导言
室内移动通讯，即信号的室内掩盖。如会场、宾馆、办公室、电影院、住所等场所，选用室内散布式体系来掩盖。吸顶天线[1]因其具有外形漂亮，不影响室内观瞻，功率小等长处，广泛 地运用于室内移动通讯体系中，完成信号的掩盖和信息的传输。跟着全球信息化的快速开展，室内天线掩盖也在不断地改善，来满意日益密布的室内空间对信号强度和质量的需求。
吸顶天线能够追溯到1973年R.E.Munson提出的微带天线单元规划和1974年J.Q.Howell研讨规划的根本矩形微带贴片天线。到现在，吸顶天线已经有很多的在室内信号传输方面的运用。一般的室内吸顶天线，白色向下的帽是天线体，往外辐射信号;向上曲折的绳子是馈线[2]，把信号从移动基站引进到天线。依照国家标准，在宽频带内作业的天线，其驻波比目标为VSWR≤2，当然，能到达VSWR≤1.5更好[3]。
传统的双锥天线[4]，削弱其终端反射的影响能够保证天线的电流散布，只要在必定长度的馈电点，才存在有用电流影响天线的辐射特性和阻抗特性。部分天线的参数会跟着天线的延伸而快速衰减，使得天线类型和天线阻抗取决于有用相关电流的长度，而不影响扩展长度的协议。因而，天线的实践长度不会改动。在作业频率、有用面积对天线功能有明显影响的一起，也会习惯频率的改变。这是契合宽频带作业天线的规划要求的。
本文在天线规划的根底上，对其进行优化规划，依据传输和天线模型，规划了同轴馈电天线[5]，首要选用上下椎体和透射线结构。经过调整锥形的开口视点来进步天线的驻波比，使其能在宽频带中作业;经过操控天线的辐射方向，然后简略地调整上下椎体的不对称;最终经过HFSS仿真，验证了优化规划参数的有用性。
1 规划进程
电压驻波比(Voltage Standing-Wave Ratio，VSWR)[6]经过调整上下椎体的视点，其特性阻抗、天线的辐射形式也将得到相应的调整。除此之外，咱们还要改善新的结构参数和补偿办法。规划吸顶天线的端口特性阻抗为50 ，形式全方位，电压驻波比小于2，宽带频率规模且中心频率约为4GHz的吸顶天线，能够有用的削减反射。确认适宜的锥角，以完成宽频带，高增益和全方位。
1.1 锥角优化
理论上讲，在锥角较大，尤其是挨近90°时，输入阻抗与特性阻抗越挨近，其输入电抗将挨近于零。但经过实践的仿真和试验，证明锥角为60°时空间辐射的增益最优，能够完成最好的宽带特性[7]。然而在本文中，为了保证双锥形天线具有杰出的全向特性，咱们将双锥形规划为高度相同、开口的底部直径相同，并与同轴传输线衔接，锥体的开口视点稍减小，不再是60°。
1.2 传输线的挑选
依据全向吸顶天线的规划要求，咱们挑选同轴电缆作为波导传输线[8]。因为挑选的天线是上下双锥结构，是典型的双导体同轴传输体系，首要传输TEM波。要使规划天线作业在宽频带，且能够传输TEM波，能够完成TE、TM波的混合和杂乱处理，同轴电缆完全契合规划要求。
1.3 特性阻抗的剖析
在以上的挑选规划前提下，同轴传输线有：
(1)
上式中，a和b别离是同轴的芯半径和全体的半径， ε为相对介电常数。依据同轴电缆的标准，当同轴线的表里半径份额到达1.65，同轴电缆将到达最大传输功率。当份额到达3.1时，同轴电缆到达最佳电压穿透率。当咱们设定负载的输入阻抗为50Ω，此刻表里半径之比值为3.1，咱们选用同轴的芯半径为0.255mm，外半径为0.835mm与之匹配。
1.4 同轴电缆长度的确认
由规划要求，同轴电缆长度参数曲线如图1，归纳剖析回波损耗、电压驻波比，增益、阻抗匹配及输入阻抗，最佳的同轴电缆长度应为15mm。
2 天线功能与仿真剖析
为了模仿和剖析各种参数的双锥吸顶天线的功能，咱们运用HFSS三维电磁仿真软件，首要针对回波损耗、驻波比、Smith圆图、输入阻抗等功能，仿真成果如图2~图5。
2.1 回波损耗
由图2可知，天线规划环绕的中心频率约为4GHz，且回波损耗小于15dB，到达了中心频率的技能要求。
2.2 电压驻波比
由图3能够看出，在中心频率为4GHz时，电压驻波比到达1.4，而VSWR≤2.0的带宽到达800MHz(3.7GHz~4.5GHz)，相对带宽约为20%，契合宽频带作业天线电压驻波比小于2.0的要求。
2.3 Smith圆图
由图4可知，双锥吸顶天线的阻抗匹配是能够完成的。当中心频率为4GHz时，其归一化阻抗约为1。
2.4 输入阻抗
输入阻抗是阻抗匹配的要害，因为传输线和其他电子线路如输入端口阻抗，其本质上是等效阻抗，因而咱们能够将天线的输入阻抗经过HFSS直接表现出来。由图5可知，在中心频率为4GHz的室内天线规划中，输入阻抗约为(59-j17) ，比较挨近理论剖析，并且更简单匹配，一起也满意50 的输入阻抗要求。
2.5 形式
天线方向图是方向函数的图形表明，它用来描绘天线辐射特性跟着空间方向坐标的改变，辐射特性有辐射强度、场强、相位和极化，通常在远场半径为常数的大球面上评论。天线辐射(接纳)的功率或场强随方位方向坐标的改变规则，别离称为功率方向图或场强方向图。在界说辐射外表的根底上，使用HFSS软件进行仿真，E面、H面和3D方向图别离如图6和图7所示。
由3D仿真图能够看出，规划在各个方向的增益都是最强的，根本满意天线全向性的规划要求。
3 定论
本文提出了一种新式同轴馈电微带的规划，在传统天线的根底上，进行锥角优化、天线挑选、特性阻抗剖析，挑选同轴规划的长度和形状优化，并经过HFSS进行模仿仿真。规划成果标明，优化后的同轴馈电微带天线能够满意4GHz的作业频率，天线到达最大增益时的驻波比为1.4，满意宽频带全向天线的规划要求。这种规划方法是天线规划的根底，在室内通讯和定位范畴上，具有很强的工程运用价值。
参考文献：
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[4]Samaddar SN, Mokole EL. Biconical Antennas With Unequal Cone Angles(vol 46, pg 181,1998)[J]. IEEE TRANSACTIONS ON ANTENNAS AND PROPAGATION, 2010,58(12):4120-4120
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[7]谢飞,邱景辉,宫守伟.非对称双锥天线辐射特性研讨[J].电子丈量技能, 2009,6：31-34
[8]钦耀坤,于文泮.从微波到毫米波的波导传输线[J].光纤与电缆及其运用技能,1983,1:29-34.
本文来源于《电子产品世界》2017年第9期第37页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
