基于对数螺旋曲线的宽带高仰角HF小型化通信天线

摘 要： 介绍一种工作在3～30 MHz的宽带、圆极化、高仰角、短波小型化天线。天线以对数螺旋线为基本结构， 具有底端RLC集总元件的复合加载结构，并采用矩量法进行天线设计和优化。天线尺寸在25 m×25 m×10 m范围内。实践表明，该天线具有占地小、架设简便、效率高、200 km范围内无盲区等优点，可广泛应用于短波机动通信领域。

关键词： 通信天线； 矩量法； 宽带； 高仰角； 对数螺旋

中图分类号： TN822+.3⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2015）03⁃0072⁃03

Design of broadband high elevation angle HF miniaturized antenna

based on logarithmic spiral curve

LI Dong， HOU Ji

（China Research Institute of Radiowave Propagation， Xinxiang 453003， China）

Abstract： A broadband circular polarization high⁃elevation⁃angle shortwave miniaturization antenna working in the 3～30 MHz is introduced in this paper. The logarithmic spiral is used as the basic structure of the antenna， which has composite loading structure with bottom RLC lumped element. The moment method is adopted for the antenna design and optimization. The size of the antenna is within the range of 25 m×25 m×10 m. It has the advantages of small land occupation， high efficiency， easy erection and no blind area within 200 km. It can be widely used in the field of shortwave mobile communication.

Keywords： communication antenna； MoM； broadband； high elevation angle； logarithmic spiral

0 引 言

短波通信[1]具有的成本低廉、抗毁性强、组网灵活等特点，决定其在军用通信领域应用广泛。但短波通信有一个很大的缺陷，即在200 km范围内，存在通信盲区的问题。根据国际电信联盟CCITT的统计数据，在太阳黑子最大年，F层临界频率最高可以达到10 MHz 左右， 在太阳黑子最小年也可以达到5 MHz左右。在实际使用中，波束存在一定的倾斜，其最高使用频率要高于临界频率[2] 。所以，5 MHz 以下的频率理论上完全可以实现高仰角反射。利用短波通信信道的这一特点，可以设计一种短波高仰角天线，实现对200 km左右距离范围以内的无缝覆盖。但由于短波低频段波长较长，导致短波天线尺寸一般较大，这对天线的机动使用和隐蔽是非常不利的。因此，开展短波天线的小型化研究是十分必要的。

1 天线结构

对数螺旋曲线[1⁃6]的宽带高仰角HF小型化通信天线选用锥式两线对数螺旋天线，两根辐射线按对数螺旋规律环绕在锥形表面上，馈电点位于锥顶，锥形垂直于水平地面，其底端与地平面有一固定的距离（见图1）。当天线长度适当时，天线的方向性增益、阻抗由锥角[θ]和螺旋常数[α]决定。螺旋起始半径[r0]的大小决定了天线的高端工作频率，螺旋长度[S]则决定了天线的低端工作频率。所以要合理选择螺旋因子，锥顶角之半[θ]以及螺旋线的起始点半径[r0。]天线任一根螺旋辐射线的几何参数表达式如下：

4 工程化设计

根据以上仿真计算结果，为了便于天线的架设成型，用六边形对数螺旋折线代替对数螺旋线。天线中心由一个高10 m绝缘杆支撑，天线幕由2根辐射线和6根迪尼玛绳挂线组成。天线成型图如图6所示。

5 结 语

本文采用矩量法分析设计了一种工作在3～30 MHz的宽带、圆极化、高仰角、短波小型化天线，并进一步做了工程化设计。仿真计算大大缩短了试验调试的时间，优化了天线的性能。设计的天线具有占地小、架设简便、效率高、200 km范围内无盲区等优点，适合于短波机动通信领域。

参考文献

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