4-10 单腔单极天线辐射机理

李 彪

　　单腔单极天线是一种新型天线，在0.5l ₀辐射口径条件下，天线驻波系数S≤2.0的匹配带宽能达50%。为循序渐进地弄清辐射机理，从最简单的单腔单极天线开始特性分析；简单单腔单极天线分析和试验表明单极天线主要由振子辐射，但同时口径也辐射。简单单腔单极天线加上调谐钉后，天线的频带拓宽，并且主要向频带高端方向拓宽；频带随振子长度只有较小移动，天线匹配具有比较明显的腔体谐振特性；天线辐射E_x分量幅度下降约7dB，E_y分量幅度增加约3dB，E_y分量幅度比E_x分量幅度大7dB；采用FEM数值计算法比较加钉前后振子电流密度、调谐钉上的电流分布，加钉后振子电流密度极大地降低，振子辐射减弱，同时调谐钉电流密度很小，所以E_y的增量主要来自腔体；加调谐钉后天线转变为腔体口径辐射。

　　在单腔单极天线腔体中加入一偏心圆孔金属台阶，台阶高h=0.24l₀，圆孔f0.44l ₀，偏心的0.21l ₀，加台阶后天线匹配频带接近两个倍频程，为准确分析带内的辐射特性，采集分析了0.657f_c，0.707f_c，0.80f_c，0.87f_c，0.94f_c，f_c，1.06f_c，1.13f_c，1.18f_c频率点的辐射图，分析表明在0.657f_c～0.87f_c，f_c～1.18f_c两个带内E_y分量远大于E_x分量，辐射图具有口径辐射特征，根据2个带内匹配频带不随振子长度移动的特点，可以推断天线的高、低谐振带主要腔体口径辐射；而在0.94f_c附近带内E_x分量辐射明显，并在f=0.94f_c大于E_y分量幅度，E_x分量辐射具有明显的单极子辐射特征，此频率附近天线匹配随振子长度变化明显，并且此频率点接近简单单腔单极天线L=0.44l₀的谐振频率，所以f=0.94f_c带内天线基本保持简单单腔单极天线的辐射特性。在台阶单腔单极天线中加上调谐钉，天线频带不随钉长度变化移动，但使天线匹配改善；比较加钉和不加钉时通带内天线E_x、E_y分量变化，发现腔体谐振带内钉对辐射图形没有影响，而在振子谐振带附近，钉使天线E_y分量增加、E_y分量减小，其作用和简单单腔单极天线时相同。

　　采用FEM数值计算法分析各谐振带内调谐钉位置场分布，计算分析表明，腔体谐振时螺钉位置场幅度很弱，加钉不会改变内场分布，而在振子谐振带内螺钉位置场幅度很大，加钉后内场改变，激励腔体辐射，抑制振子辐射，使带内振子辐射转变腔体辐射。总之，天线具有三频谐振特性，频带低、高端为腔体辐射，中端振子辐射，三带相连有效地拓展了天线的带宽，加入调谐钉后，振子辐射转化为腔体辐射，所以从机理上讲单腔单极天线为腔体辐射。