一种频率可重构短波宽带鞭状天线设计

DOI ：１０．７４９５／j ．i ssn ．１００９‐３４８６．２０１９．０１．００９

一种频率可重构短波宽带鞭状天线设计

收稿日期：２０１７‐０６‐２１；修回日期：２０１７‐１０‐２４。

基金项目：国家自然科学基金资助项目（６１５０１１９５）。

作者简介：王衡峰（１９９２－），男，博士生，主要研究方向为短波通信和天线设计。

通信作者：柳超（１９６３－），男，教授，博士生导师，Henvin ９９９＠１６３．c om 。

王衡峰，柳超，吴华宁

（海军工程大学电子工程学院，武汉４３００３３）

摘要：针对目前１０m 短波鞭状天线存在的低频段增益和效率低的问题，基于入侵性野草（invasive weed op ‐timization ，IWO ）算法和分波段加载匹配网络重构技术，设计了一款分波段短波宽带鞭状天线；然后，采用IWO

算法对每个分波段内天线的加载网络和匹配网络分别进行了优化，设置了不同标称阻抗、传输线变压器变比以及下加载点的位置；最后，进行了仿真分析，结果表明：所提方法使低频段天线增益最多提高了６dB ，有效解决了该天线低频段的增益缺陷。

关键词：鞭状天线；短波；宽带；分波段；加载；匹配网络；重构技术

中图分类号：T N ８２２．３文献标志码：A 文章编号：１００９－３４８６（２０１９）０１－００４１－０５Ｄｅｓｉｇｎｏｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅｓｈｏｒｔｗａｖｅｂｒｏａｄｂａｎｄｗｈｉｐａｎｔｅｎｎａ

WANG Heng ‐feng ，LIU Chao ，WU Hua ‐ning （College of Electronic Engineering ，Naval U niv ．of Engineering ，Wuhan ４３００３３，China ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：T he research is expanded from the problems of small gain and low efficiency at low frequen ‐cy in １０m high frequency （HF ）broadband w hip antenna ．To begin with ，a sub ‐band HF broadband w hip antenna is designed based on the sub ‐band loading ，matching and reconfiguration technology ，as well as invasive weed optimization （IWO ）algorithm ．T hen ，the loading and matching netw ork of the antenna in each sub ‐band is optimized through the IWO algorithm ．As it turns out ，by changing the nominal impedance ，the ratio of transmission ‐line transformer and the location of low er loading point ，the antenna gain at low ‐frequency is increased by ６dB ，effectively solving the gain defect in low fre ‐q uency band of the antenna ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：w hip antenna ；shortw ave ；broadband ；sub ‐band ；loading ；matching network ；reconfigu ‐ration

鞭状天线是一种在水平方向具有全向性的特殊天线，因其结构简单、质地坚固、适合在移动载体上安装使用等特点而得到了广泛的应用［１］。由于跳频、扩频等技术在短波通信系统中的广泛应用，调谐天线已经满足不了当今的通信要求，因此短波鞭状天线宽带化愈显重要［２］。然而，短波鞭状天线的工作频段为３～３０M Hz ，频带非常宽，

达到了１０个倍频，在整个短波段，对于电流呈驻

波分布的鞭状天线来说，其工作频带的限制主要

是由它的阻抗特性引起的，也就是说鞭状天线的

宽带化是比较困难的。因此，文献［３］设计了一副

双加载舰用短波宽带鞭状天线，该天线驻波比基

本上小于３∶１，在中高频段的平均增益大于

２dB ，然而在低频段，天线增益较差，最低达到第３１卷第１期２０１９年２月海军工程大学学报 JOURNAL OF NAVAL UNIVERSITY OF ENGINEERING

Vol ．３１ No ．１ Feb ．２０１９万方数据