折合振子天线的设计及在无线电领域的应用

监测检测
折合振子天线的设计及在无线电领域的应用
文I 甘肃省无线电监测站裴斐
随着无线电业务突飞猛进的发展，对无线电频谱资源 的管理和监测提出了新的挑战,无线电电磁环境日益复杂， 频率供需矛盾日趋尖锐。

这些问题都对无线电监测手段提 出了更高的要求，希望设备更加智能化、宽带化、小型化， 希望在接收无线电的同时保证无线电信号的高质量、不失 真。

而天线是无线电监测设备的重要部件，是整个无线电 波接收过程的入口。

天线的发射和接收是实现无线电信号 传递的关键。

目前，对小型化的无线电监测天线的需求越 来越迫切。

半波对称振子在超短波和短波波段内的使用范围非常 广，但是由于它的输入阻抗低，而平行双导的阻抗又过高， 为了能够使天线和馈线之间实现更优的兼容，只能靠增大 输入阻抗，折合振子天线恰恰能够满足这个要求。

图1是馈点在单边中点位置的平行对称振子，端线距
D 和L 远小于波长的窄环。

折合
振子天线接收频段的宽或窄，都 是由对天线使用中的指标要求和 性能，根据频率变化而变动的程 度决定的。

通常来讲，如果频率 的变化幅度不是很大，折合振子 天线的方向性变化就会不明显。

但是这样做的后果是输入端的电 抗变化变大，导致行波系数下降，最终使传输效率降低。

而要想优 化阻抗特性，实现天线工作频段 进一步扩宽、尺寸进一步缩小，可以在天线两端加装阻抗来满足 需要。

所以当天线的尺寸和输入 阻抗匹配时，可以达到更加良好 的状态。

而折合振子天线的优点 显而易见，其具有局质量的阻抗 特性，便于设计和生产，还有较 宽的工作带宽，经常用作短波和 超短波的接收天线。

在折合振子天线的基础上，增加与天线长度相匹配的阻抗来 改善天线特性，仿真结果如图2 所示。

明显可以看出，加载天线
对扩宽天线带宽的效果是很明显的。

从整体分析可看出， 在全频段内天线的驻波比小于3,已经达到设计指标，甚 至在个别频段内驻波比达到2以下（见图3 )。

通过笔者大量查阅相关资 料和仿真实验发现，在此天线 设计模板的基础上，再在天线
辐射体左侧添加一臂，构成双 臂式结构能够更大地提升天线 效果。

具体结构如图4所示。

因为该天线仍然是由折合振子
天线改良的，天线的长度也必 须在50c m 内，所以该天线在 低频段的效果不是很理想。

因 此很有必要在两臂上增加相匹
图4汉边加栽天线仿真
配的阻抗来提高天线在低频段
-结力图
工作时的天线性能，并在加入阻抗值为150欧姆时其他 各项参数不变的情况下进行仿真。

这里设定三个阻抗加载 高度分别为5c m 、22.5cm 、40cm ，观察加载阻抗高度变 化对天线驻波比的影响。

图5双边加栽天线电阻加栽高度h 变化驻波图
I—D —I
L
图1折合振子天线
图2单边加载天线仿真
结构图54
C H IN A R A
D IO
2021.2
如图5所示，当电阻高度为5c m和22.5c m时驻波 比过高，无法达到设计要求，当电阻高度达到40c m时，驻波特性达到设计指标，平稳地保持在低驻波比值上。

实 验证明电阻加载位置越高，阻抗特性越好。

当天线高度确定为40c m时，设定阻抗三个值分别为 50欧姆、150欧姆、300欧姆。

仿真结果的驻波比和加 载阻值对应的变化如图6所示。

m i(i)
图（S双边加栽天线加栽电阻阻值变化驻波图
图6中，当加载电阻的阻值为50欧姆的时候，驻波 比的值为最高。

当加载阻值为250欧姆时，比50欧姆阻 值时略低。

而加载阻值为150欧姆时，天线驻波比最低，阻抗性最佳。

根据仿真结果，当阻抗的加载高度为40cm、电阻阻 值为150欧姆时，天线的驻波特性如图7所示，整个频 段内驻波比几乎都控制在3以下。

只有超过1G H z时，驻波比高于3。

在高频段内驻波比仍需进一步改善，但是 就天线工作带宽而言，已经能够满足工作需求。

V o i t^e S c r K k i g W m P a»(V S W R)
图7双边加栽天线电压驻波图
下图中8 (a)和8 (b)分别为108M H z时，天线 的H面方向图和E面方向图，从方向图可以看出该天线 为全向天线。

在天线工作频率分别为30M H z、80M H z、108M H z、174M H z、225M H z和 400M H z 时，相对应 的增益如表1所示。

但是由于加载阻抗的缘故，牺牲了 一定的效率，使整个频段的增益降低。

因此为了综合考虑 天线增益与带宽的平衡性，需要找到合理的参数设置。

图8双边加载天线方向图
表〗双边加栽天线增益值
频率f(M H z)3080108174225400
增益G (dB)[-36.87-21.18-9.127-9.201 丨-3.364
通常为了优化天线的功能系数，根据仿真原理和结果 天线的方向设计图如图9所示。

通过仿真测试，得到相对优化的参数设计。

对实体天 线进行测量，范围从lO M f iz到1000M H z,仿真结果与 实测吻合，达到设计要求（见图10至图12 )。

图9双边电阻加栽天线设计图图10
双边电阻加栽天线实体照
监测检测Monitoring
I■«-
1—增益I
图丨1双边电阻加我天线实测电压驻波特性
•lo o H'i1I1I•I
0 100 200 300 400
f(M H z)
图丨3加栽天线增益图
图13为加载天线的增益图，可以看出与仿真结果一致。

本文在宽带无线电监测天线现状研究的基础上，从理论研究到软件仿真和实验调试，对折合振子天线做出了深 刻的研究和分析，并在此基础上设计了一款新型宽带无线 电监测天线。

这款天线通过实际测试，证明能够满足现阶段的无线电监测需求，a具有目前传统监测天线不具备的
图12双边电阻加栽天线实测方向图优良特性，如便携性和超宽带特性，可以满足对不同无线 电业务监测的需求。

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(上接53页）
2.3 LoRa作弊信号
L o r a作弊信号甚至可以淹没在噪声中进行传输，所 以常规无线电侦测设备无法有效对其进行监测和识别，必 须配置相应的侦测、识别设备。

L o R a作弊信号一般为扩 频信号，具有良好的抗干扰性，因此功率压制恨难有效阻 断信号传输，最好通过考试无线电安全保障设备在相同频 点，利用相同的通信体制对作弊倍号进行擦除或播放警示 信息，达到阻断或干扰作弊信息传输的目的。

目前，一般 考试保障设备均具备针对L o R a信号的侦测识別和擦除能 力。

3结束语
在部分考生的侥幸心理和经济利益的共同驱动下，通过无线电波传输作弊信号的行为必将长期存在。

随着通信技术的发展，无线电作弊设备不断更新换代，为了 有力支撑各类考试无线电安全保障工作，必须不断更新 管制手段。

本文结合监测工作经验，分析了常见无线电 作弊信号特征，得出了实验数据，虽然不能作为定量结论，但可供定性参考。

R8
参4文献：
丨11樊昌信等，通信原理（第5版）IM1.北京，国防工业出版社，2001
[2]中国无线电管理网站，丨ni.f>://.c:n
!3]冯小平等，通信对抗原理I M I西安：西安电子科技大学出版社，2009.08
丨41朱庆厚，电子作弊防范技术与实践[M丨.北京：人民邮电出版社，2014
C H IN A
2021.2。