一种短波宽带天线的小型化设计

1 引言

扇锥天线是一种性能优越的短波宽带天线，广泛应用于广播、海事交通等通信领域。但当其使用频率较低时，占地面积较大。因此，对于其低频使用时的小型化设计很有必要。通过有效的加载手段，使其既能满足阻抗匹配特性，同时又能满足通信性能的需要。

2 天线形式及性能分析

理想的双锥天线具有任意的频带特性。双锥天线工作频带的最高工作频率取决于激励区的几何尺寸，而最低工作频率取决于天线臂的长度。天线的全长取最低工作频率的半个波长时，一般在10个倍频的范围里能有良好的阻抗频率特性。这在客观上决定了工作频率下限越低的天线具有更大的跨距和占地面积。

双锥天线的特性阻抗为：

其中，为锥的顶角。例如，Z₀=300Ω时， =18.77o，这种情况是适用阻抗为300Ω的双极馈电天线。在短波波段，由于使用频率较低，锥形天线尺寸较大，因此往往简化为线栅型圆锥结构。水平架设时，又将天线简化为扇锥结构，如图1所示。

选择合理的扇锥的扇面角、张角、导线数量、激励区尺寸等参数可获得较宽的带宽。

图1 扇锥天线示意图

3 扇锥天线仿真计算

双锥天线可以用解析法进行分析，很多文献也做了详细的介绍。对于扇锥天线严格地推导计算过于复杂，可用矩量法来进行计算。本文用FEKO电磁仿真软件对数值计算结果进行验证。设计一付扇锥天线，频率范围2MHz-30MHz，支撑塔距76米。天线架设在实际地面上，地参数取ε_r=15，δ=0.01。

扇锥天线导线数量11根，扇锥面角25度，天线张角100度。