周玉婷,陈 星

(四川大学 电子信息学院，四川 成都 610065)

0 引言

短波和超短波[1-3]的波长长，传播和绕射能力强，在存在众多遮挡物、复杂地形环境以及远距离通信中发挥着重要作用。但短波和超短波的数米至上百米的波长造成常规情况下天线物理尺寸庞大[4]。特别在背负式通信和车载通信等应用场景中，天线尺寸受到严格限制，通常要求天线被设计为电小天线。因此，电小天线[5]在许多受限场景中具有重要应用价值。

H.A.Wheeler[6]在1948年给出了电小天线的定义。若某天线为电小天线，则必须满足：L<λ/2π(≈0.16λ),其中λ为天线工作频率对应的波长。因其重要的应用价值，电小天线一直是天线领域的研究热点。其设计迄今主要面临着2个方面的技术挑战。一方面，如何尽可能地降低天线的整体尺寸，以满足特殊应用场景的空间要求；另一方面，在保证天线电尺寸较小的前提下，如何扩展其工作带宽也是电小天线设计过程中急待解决的难题。例如,文献[7-8]中提到的EZ平面天线和槽天线，通过弯折方式,天线尺寸被缩小到0.08λ以下。但它们需要一个相对较大的地平面，这使整体天线尺寸变大，不利于天线小型化。Ziolkowski[9]团队利用壳层加载方式设计了一款电小电偶极子天线，天线尺寸在工作频点处有0.14λ,但相对带宽仅有2.1%。Jihun Choi[10]设计用于超短波通信的对称折叠偶极子天线，虽然能实现天线尺寸的缩减，但结构复杂，加工难度大，在40.01 MHz的相对带宽仅有0.28%。文献[11]提出的由多个谐振环组成的螺旋天线，相对带宽只有0.15%。

针对当前电小天线设计中存在尺寸大、带宽窄的不足，设计了一款非对称弯折电小偶极子平面天线。通过采用非对称弯折技术，将偶极子天线由长条形变形为非均匀宽度和间距的弯折曲线，实现了天线小型化，扩展了天线带宽，最后通过枝节加载方式，进一步改善了天线阻抗匹配。

1 天线设计与结构

1.1 天线演变

偶极子天线是最常见的天线类型之一[12]，其辐射振子在常规设计下通常为1/2λ，弯折偶极子天线辐射振子是一种应用广泛的电小天线设计技术,通过对天线高度、宽度和阵子间距的多次弯折改变天线工作频率、阻抗特性和带宽特性[13]，最终实现小型化。偶极子天线弯折技术[14]是指将天线2个辐射振子由长条形变形为弯折曲线，从而在保持振子总长度(天线表面电流流动路径长度)不变条件下，大幅度缩减天线的长宽尺寸，达到减小天线总体尺寸的目的。针对传统的偶极子天线，可以采用2类弯折技术来实现其小型化，即：对称弯折和非对称弯折,分别如图1(a)和图1(b)所示。……