动中通天线的设计分析

尤林

河北省专网通信技术创新中心河北石家庄 050200

摘要：机电结合动中通天线是将机电技术与通信技术相结合，以达到高效率、高增益、低损耗和低成本的目的。采用机电结合的方式，可提高天线的效率和增益。本文介绍了机电结合动中通天线的设计方法，包括机械结构、馈电网络和机电耦合方式，并通过对该方案进行分析计算，指出了该方案具有较高的性价比和良好的应用前景。

关键词：机电结合动；动中通天线；设计

天线是通信系统的重要组成部分，它把无线电波能量转换为电磁波能量并辐射出去，是无线通信系统的“眼睛”和“耳朵”。天线的性能取决于所用材料和结构形式，天线的效率、方向性和增益是天线设计中最重要的参数。因此，天线设计研究的重点之一就是要对天线进行有效地优化设计。

1.天线结构形式的选择

天线结构形式是影响天线性能的一个重要因素，不同结构形式的天线在相同条件下的工作效率和增益也会有所不同。因此，根据实际要求对天线的结构形式进行选择，是实现机电结合动中通天线的关键。

对于小型移动通信系统，一般采用微带形式的单极子天线；对于中型移动通信系统，采用微带偶极子或微带贴片天线；对于大型移动通信系统，采用微带全向天线或宽带微带天线。在实际应用中，动中通天线可采用微带线或宽带微带线等结构形式，对于通信距离较远的中继信道，宜采用高增益、大功率、大带宽的全向天线。本方案中所选用的动中通天线是一种单极子单微带天线，其带宽为150 MHz，增益为10 dBi。

1.1天线结构

动中通天线的结构形式可采用以下几种方式：单极子单微带天线、单极子多微带天线、微带线多微带天线和微带线偶极子等。在本方案中，选择的是单极子单微带天线。单极子单微带天线由贴片和缝隙两部分组成，缝隙采用印刷电路加载，贴片则是由覆铜板切出的薄带状结构。

1.2馈电网络的设计

动中通天线的馈电网络一般由馈电网络放大器和功分器组成。由于该天线工作在2.4 GHz，而馈电网络放大器工作在200 MHz，因此，天线与馈电网络放大器之间的匹配网络是一个难点。为了实现与馈电网络放大器之间的匹配，必须使二者的频率尽量一致，通常可以采用两个网络同时加载到两个负载上去，而本方案中采用的是双负载匹配电路。在实际工程中，为了便于调整和控制，通常会采用比较简单的功分器，而本方案中采用了双负载功分器。功分器由一个功分比为1:1的两段同轴电缆组成，分别是输出端和输入端。图中所示为输入端，输出端与天线相接；图中所示为输出端，输入端与馈电网络放大器相连。

2.馈电网络的设计

馈电网络是指由微带、带状线、传输线等组成的电路，馈电网络是由一些基本的单元电路组成。在微带和带状线结构中，常采用微带传输线代替传输线。本方案采用微带传输线的馈电网络形式。在馈电网络中，由两个平行的带状线（或其它结构）构成微带传输线。由它构成的微带线称为微带线（或带状线）。如果带状线上分布着多个微带线，则称为多工器（或称多工器网络）。在单工器中，每个微带线是一个传输线路；在双工器中，每个双工器是一个传输线路。双工器的作用是把来自微带传输线馈电的微波能量转换成直流电并输送到负载。该方案采用微带线作为馈电网络，微带电缆和传输线路分别作为馈电网络中的两个部分。在工作频带内，微带电缆和传输线路的长度远小于工作频带内天线的长度，所以不存在反射损耗和驻波问题。

3.天线设计方案

在机电结合动中通天线的设计中，天线的设计是非常重要的一部分。天线的设计需要考虑到天线的工作频率、增益、方向性、极化等因素。根据这些因素，可以选择合适的天线类型和尺寸。例如，对于工作频率较高的天线，可以选择微带天线或贴片天线，而对于工作频率较低的天线，可以选择单极天线或双极天线。此外，天线的尺寸和形状也需要根据工作频率和增益要求进行调整。例如，对于需要较高增益的天线，可以增加天线的长度或宽度，以提高天线的辐射效率。在天线的材料选择方面，需要考虑到天线的导电性、机械强度和耐腐蚀性等因素。常用的天线材料包括铜、铝、金属合金等。对于需要较高机械强度和耐腐蚀性的天线，可以选择不锈钢或钛合金等材料。在天线的馈电方式选择方面，需要考虑到天线的工作频率和增益要求。常用的馈电方式包括同轴馈线、微带馈线、开口馈线等。对于需要较高增益和较好匹配度的天线，可以选择微带馈线或开口馈线。

4.机械传动设计方案

机械传动系统是机电结合动中通天线的重要组成部分。机械传动系统需要将天线的运动转换为机械运动，以实现天线的远距离控制。在机械传动系统的设计中，需要考虑到传动效率、精度和可靠性等因素。常用的机械传动方式包括齿轮传动、皮带传动、蜗轮蜗杆传动等。对于需要较高精度和可靠性的机械传动系统，可以选择蜗轮蜗杆传动。此外，机械传动系统的电机和减速器的选择也非常重要。需要根据机械传动系统的要求，选择合适的电机和减速器，以实现最佳的传动效果和性能。

5.电路设计方案

电路设计是机电结合动中通天线的另一个重要组成部分。电路设计需要考虑到天线的驱动电路、放大器、滤波器、匹配电路等因素。在电路设计中，需要根据天线的工作频率和增益要求，选择合适的电路元件和拓扑结构。对于需要较高增益和较好抗干扰性的天线，可以选择低噪声放大器和滤波器。对于需要较好匹配度的天线，可以选择匹配电路，以提高天线的效率和匹配度。在电路设计中，还需要考虑到电路的功耗和稳定性等因素。需要选择合适的电源和稳压器，以保证电路的稳定性和可靠性。机电结合动中通天线的设计方案需要考虑到天线的电磁特性和机械特性的相互影响。需要根据具体的应用要求和实际情况进行调整和优化，以实现最佳的性能和效果。

结束语：

综上所述，机电结合动中通天线的设计仍然存在一些问题和挑战。例如，天线的尺寸和重量对于机械系统的影响需要进一步研究和优化；电路的稳定性和可靠性需要更加严格的测试和验证；机电系统的集成和控制需要更加高效和智能的算法和方法。因此，未来的研究方向应该是进一步提高机电结合动中通天线的性能和可靠性，同时降低成本和复杂度，以满足不同应用场景的需求。

参考文献：

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