基于铁氧体材料的小型螺旋天线的仿真设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)华东师范大学信息学院通信工程系 作者:马 宁

  本文以法向模螺旋天线的耦合理论为基础,运用铁氧体作为磁芯,设计了一个频带范围在2~600MHz的小型宽带螺旋天线。为了得到此螺旋天线的最佳性能,对添加同轴不锈钢棒的模型进行仿真分析。研究结果显示,螺旋天线铁氧体磁芯及同轴不锈钢棒对于频带宽度及谐振点影响很大。

  无线通信的基础是天线,天线的基本功能是能量的转换和电磁波的定向收发。天线的性能直接影响无线设备的使用。螺旋天线在方向特性、阻抗特性、及极化特性方面都具有宽频带特性,并且还有体积小、重量轻、结构稳定、圆极化特性好等优点,因而得到了广泛的应用。本文在添加铁氧体磁芯的基础上,研究同轴不锈钢棒对螺旋天线的带宽和谐振点的影响。

1、理论基础

  1.1、螺旋天线理论基础

  当接收器的天线线圈进入发射器天线产生的交变电磁场中,发射器天线与接收器天线功能就类似于变压器。发射器天线相当于变压器初级线圈,接收器天线相当于变压器次级线圈,通过初级线圈的高频交流电,在磁芯和间隙中耦合产生高频电磁场,磁场穿过接收器的次级线圈,感应产生同频率的交流电。

  螺旋天线要解决的首要问题是在其他条件都不变的情况下,尽可能的根据实际应用的要求,增大耦合磁场。为了将能量能够更好地通过磁场传送,接收器和发射器天线一般设计为环形天线。如果将磁芯放在螺旋天线内,其他条件不变,内部磁感应强度变大,即磁力线总数增加,能量也得到增加。

结束语

  本文设计、分析了一款加载铁氧体的小尺寸宽带螺旋天线,研究收发线圈在不同圈数下的电磁场分布以及谐振点、带宽等参数。结果发现,当螺旋天线在加同轴铁氧体磁芯和不锈钢棒的情况下,既可保证工程的实用性,又可看出,内外圈之间的电场和磁场分布也逐渐加强,同时谐振点向前推移了约7MHz。在S21 >-6dB的范围内,信号可以顺利耦合通过。在此范围内,内4圈外5圈的频带范围约为230MHz,而内7圈外8圈的频带范围约为105MHz。虽然内7圈外8圈的场强较强,但综合而言,内4圈外5圈的耦合情况优于内7圈外8圈。

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