《电子技术应用》
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新型双频水平极化全向近场谐振寄生天线
电子技术应用
谯丹
成都天奥信息科技有限公司
摘要: 针对无人机应用领域,提出了一种新型水平极化全向天线。该天线设计基于近场谐振寄生理论,由两层介质基板及三层金属层组成;通过环形组阵方式实现全向辐射性能;同时通过创新融合紧耦合技术、曲流技术及容性匹配枝节,使得天线实现双频工作模式及电小尺寸特性;最终再通过寄生枝节进一步提升其不圆度性能。实测结果表明,天线电尺寸仅为0.237(其中为最低工作谐振点波长),工作谐振于2.45 GHz和5.8 GHz附近,水平面方向图不圆度分别小于 0.56 dB和1.61 dB。该天线有效解决了传统水平极化全向天线无法兼顾双频、电小尺寸与低不圆度特性的技术难题,同时加工成本较低,具备较高的工程应用前景。
中图分类号:TN823+.27 文献标志码:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.257699
中文引用格式: 谯丹. 新型双频水平极化全向近场谐振寄生天线[J]. 电子技术应用,2026,52(8):74-79.
英文引用格式: Qiao Dan. Novel dual-frequency horizontally polarized omnidirectional near-field resonant parasitic antenna[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(8):74-79.
Novel dual-frequency horizontally polarized omnidirectional near-field resonant parasitic antenna
Qiao Dan
Chengdu Spaceon Technology Co., Ltd.
Abstract: A new horizontally polarized omnidirectional antenna is proposed for the UAV application field. The antenna is designed based on the near-field resonant parasitic theory, consisting of two dielectric substrates and three metal layers. It achieves omnidirectional radiation performance through a circular array configuration. Meanwhile, by innovatively integrating tight coupling technology, meander line technology and capacitive matching stubs, the antenna realizes dual-frequency operation mode and electrically small size characteristic. Finally, the out-of-roundness performance is further improved through parasitic stubs. The measured results show that the electrical size of the antenna is only 0.237 (where is the wavelength at the lowest operating resonant frequency), resonating around 2.45 GHz and 5.8 GHz. The out-of-roundness of the horizontal plane radiation pattern is less than 0.56 dB and 1.61 dB, respectively. This antenna effectively solves the technical problem that traditional horizontally polarized omnidirectional antennas cannot simultaneously achieve dual-frequency, electrically small size and low out-of-roundness characteristics. Meanwhile, it has low processing cost and high engineering application prospects.
Key words : dual-frequency;near-field resonant parasitic antenna;omnidirectional antenna;horizontal polarization;pattern non-circularity

引言

随着无人机技术的快速发展,其在军事侦察、灾害监测、气象探测、物流运输及通信中继等领域的广泛应用对天线系统的性能提出了更高要求[1-4]。尤其在无人机通信链路中,2.45 GHz与5.8 GHz的双频协同已是主流趋势,这对天线的小型化设计与阻抗匹配能力构成了双重挑战[5-7]。此外,无人机飞行姿态的动态性要求天线必须具备良好的水平全向辐射特性,以避免因角度偏转导致的信号衰减或中断[8-9]。因此,无人机特定的应用环境对天线提出了双频化、小型化、优全向覆盖性的技术要求。

目前的多频水平极化全向天线中,主要的代表类型多为环形天线、偶极子组合环天线、缝隙天线等。例如,文献[10]中的分段环形天线具备四频辐射特性及0.24倍波长的电尺寸,但其无法兼顾其中、高频段电流分布的均匀性,所以天线不圆度大于10 dB;文献[11]中的缝隙天线具有三频工作特性,但其电尺寸达0.32倍波长,且不圆度大于5 dB;文献[12]中的三频环形阵列天线为实现良好不圆度采用6阵元组阵,天线不圆度较优,小于1.8 dB,但其电尺寸达0.84倍波长。同样,文献[13]和文献[14]中的双频Alford环微带天线和印刷偶极子天线虽具有较优的不圆度,但其电尺寸分别达0.408和0.8倍波长。可以看出,同时保证多频化、小型化和优不圆度的特性的水平极化全向天线具有一定的设计难度。

Jin于2010年基于惠更斯源提出了一款新型电小天线:近场谐振寄生(Near-Field Resonant Parasitic,NFRP)天线[15]。通过近场谐振寄生理论,在天线中加入寄生结构,使得原辐射体与寄生结构之间产生电谐振或磁谐振,形成电偶极子模式或环模式,通过对两种NFRP天线的适当组合,可实现尺寸小、辐射效率高的电小惠更斯源。此类天线具有结构简单、低剖面的特点,因此受到广泛关注。目前,NFRP天线的研究方向多为垂直极化全向辐射[16-17],水平极化全向辐射的NFRP天线研究还较少,且无法同时满足双频、电小尺寸和较优不圆度特性。例如文献[18]中的NFRP天线虽能满足三频工作性能,但其电尺寸达0.37倍波长,不圆度达2.7 dB;文献[19]中的三元NFRP天线实现了双频性能及电小尺寸,天线直径仅为0.249倍波长,但其不圆度分别为2 dB和3 dB。

可见在当前NFRP天线研究中,要同时满足双频、小型化和良好的全向覆盖能力存在一定的设计难度。本文以NFRP天线为设计基础,设计了一款四元NFRP天线,能够较好地实现天线的电小尺寸、双频特性以及良好的全向覆盖能力,天线在低频可实现不圆度0.56 dB,在高频可实现不圆度1.61 dB。


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作者信息:

谯丹

(成都天奥信息科技有限公司, 四川 成都 610041)

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