14、天线特性分析与小型天线带宽研究

天线特性分析与小型天线带宽研究

1. 天线全波仿真结果

1.1 对比天线介绍

为了对比不同类型天线的性能，选取了两种天线进行研究：一个是长度为 15 cm 的偶极子天线（谐振频率约为 1 GHz），另一个是长度为 30 cm 的环形天线（首次并联谐振频率约为 500 MHz），两种天线的导线半径均为 2 mm。环形天线可通过在 Ansys HFSS 中创建圆环并减去矩形馈电间隙来生成，也可以先创建圆形（圆环横截面），然后绕垂直轴扫描生成。

1.2 天线阻抗

天线的阻抗特性是衡量其性能的重要指标之一。从阻抗曲线来看，偶极子天线的曲线更“平滑”，这意味着它具有更宽的带宽和更好的阻抗匹配特性。而环形天线则无法直接匹配到 50 Ω。不过，在低频段，环形天线具有较大的辐射电阻。例如，在 300 MHz 时，环形天线的辐射电阻为 6.4 Ω，而偶极子天线为 4.7 Ω。并且，在首次谐振时，环形天线的电阻会变得非常大，超过 10 kΩ。

1.3 辐射方向图

与偶极子天线不同，环形天线的辐射方向图在频率增加时会发生显著变化，即使在首次谐振之前也是如此。当无量纲参数 (C_A / \lambda = 0.3) 时，环形天线的辐射方向图就开始偏离甜甜圈形状，并逐渐接近轴向辐射模式，最大辐射方向指向天顶。需要注意的是，一些理论结果是基于均匀环形电流推导的，仅适用于非常小的环形天线，与实际仿真结果相比可能存在较大误差。

2. 环形天线的优势

尽管偶极子天线在阻抗特性和方向图稳定性方面表现更好，但环形天线仍有一些独特的优势，使其得到广泛应用：
1. 多匝环形天线的