短波加载天线的研究刘文虎，刘其小，尹应增摘要：分析了带有任意加载、LC匹配网络和阻抗变换器的双鞭天线，并对加载和匹配网络的组成元件进行了优化，以实现在2〜30MHz的频段上，电压驻波比小于3.最后，以1/10的模型进行了实验，并给出了理论分析结果与文献及实验值的对照.关键词：双鞭天线；加载；LC匹配网络；阻抗变换器中图分类号：TN82V.4文献标识码：A文章编号：1001-2400(1999)05-0663-04Researchonshort-waveantennaswithloadingsLIUWen-hu,LIUQi-zhong,YINYing-zeng(ResearchInst・ofAntennasandElectromagncticSeattcring,XidianUniv.,Xi'an710071,China)Abstract:Twin-whipantennasbothwitharbitraryloadings,anLCmatchingnetworkandanimpedancetransformerareanalyzed.TheparametersoftheloadingsandthematchingnetworkareoptimizedtoadesigngoalthatisaVSWRof3：1over2〜30MHz.Finally,1/10scalemodelsarebu订t・Acomparisonoftheanalysisresultswiththedatagivenbyreferencesandourexperimentsismade・KeyWords:twin-whipantenna；loading；LC~matchingnetwork；impedancetransformer在现代通信技术中，为了实现保密通信，消除干扰，将广泛应用多频段、多功能电台和宽带跳频电台•跳频速率越来越高，跳频范围也越來越宽，可达十儿个倍频，原有的窄带天线已无法满足要求，即使可调谐天线也无法满足快速的跳频速率.另外，狭小的空间内密布多副天线,相互之间的干扰较为严重，影响通信质量，这也要求研制宽带天线使多个电台共用一副天线来减少天线数量.在这种背景下，天线的宽带化和小型化就成为天线研究中的一个重要课题.工作在短波波段上的天线，由于工作频率低，天线的物理尺寸都比较小，采用集总加载的方法是比较方便和容易实现的.前人已经做过很多关于加载天线的研究工作，Altshuler[,]第一个根据传输线理论，将偶极子天线近似看作开路传输线，在距离开路末端1/4波长处串联一个等于开路线特性阻抗的电阻，可以在天线上得到行波电流，从而使偶极了天线在较宽的频带内匹配良好.这以后，Hallen[2]乂用电容代替了电阻，获得了同样的匹配效果，并且减少了损耗.还有Popovic先后提出了分析连续加载和集总加载天线的理论方法.但是，从他们的研究工作来看，单纯通过加载是难以在整个短波频带(2〜30MHz)±匹配良好的.美国海军指挥、控制和海洋监测中心1994年的研究报告㈤简述了采用计算机模拟和CAD技术研制宽带高功率短波双鞭天线，他们的思路是通过在天线上加载，改变天线上的电流分布，使输入阻抗的变化符合某种规律，再加匹配网络，以实现宽带匹配.根据这一思想，笔者做了以下工作⑷：（1）建立分析导线天线的理论模型.采用分析导线天线常用的矩量法⑷，以分域的三角形函数作为电流展开的基函数和检验函数.在让算阻抗矩阵元索时，分别以脉冲函数和冲激函数近似基函数和检验函数，以简化计算.在天线分段过程中，充分考虑到了天线的对称性，双鞭天线阻抗矩阵的阶数降低了近3/4,减少了对内存的需求，极大地减少了计算量.在导线节点的处理上，使用了导线重叠技术，使节点处的电流自然满足基尔霍夫电流连续定律.（2）在上述理论模型的基础上，分析已有的加载天线，并与已冇文献进行对照，以验证方法及程序是否正确，进而采用难求导多元函数优化中的改进单纯形加速法，对带有阻抗变换器的直立单鞭和双鞭天线的加载元件值、加载位置和匹配网络元件值进行了优化，计算了优化之后天线的驻波比和方向图.由于采用了分域基函数和检验，将一次计算出来的无加载天线的阻抗矩阵存入数据文件中，在优化过程中依次读出，极大地节约了计算时间，当优化次数多时尤其如此.⑶制做1：10模型天线，测量其电压驻波比和输入阻抗.1数值计算用矩量法计算天线的电流分布、导线结头处理、天线驻波比及増益的计算参见文献［6］.天线的形状和尺寸都给定以后，电压驻波比与天线的加载值、加载位置及匹配网络中L,G有关.故此，电压驻波比是这些参数的函数.这里定义：在限定的频率范围内，取m个频率点，电压驻波比小于等于3的频率数Z和为目标函数，优化方法采用多元函数优化的单纯形加速法.2计算结果2.1计算结果...