表1 几个频率下天线的方向性系数
频率(MHz) 60 70 80 90 100
方向性系数(dB) 7.4638 7.5478 7.2763 7.1820 6.8959
从以上结果可以看出,圆锥对数螺旋天线是一类方向性较强的天线,其主瓣的半功率波束宽度约为90°。在60MHz~100MHz频带内方向性系数变化不大,且与利用文献[1]估计值6.5相差不大,从而证明了此类天线的非频变特性,这是仿真计算工作的价值之一。
2.3 电压驻波比和输入阻抗
从文献中可以查到本文所仿真的天线输入电阻值约为150Ω,从文献[4]可以查到输入电抗约为20Ω左右。实际上,不仅天线的输入电抗与频率有关,而且不同频率下输入电阻也不同,利用仿真软件可以比较准确地得到这些参数。表2给出了几种频率下天线的输入电阻与电抗值。从表2可以看出,仿具结果的输入阻抗在工作频带内与理论值有一定差别,随着频率接近天线频率范围的上下限,仿真结果与理论值相差越大。通过仿真计算所得到比较准确的天线输入阻抗,对于研究调制电路与天线的匹配问题有着非常重要的作用。
表2 不同频率下天线的电压驻波比和输入阻抗
Freq[MHz] 电压驻波比 Zin(Ω)
Real Imag
60.000000 2.102622 104.563227 6.772978
70.000000 3.065034 151.177344 16.726027
80.000000 2.976317 142.804546 27.521969
90.000000 3.078570 151.015749 19.813322
100.000000 2.714516 135.208953 7.769131
2.4 天线上传导电流分布
频率f=80MHz时电流在天线臂上的分布,可以看出传导师电流从天线馈电点(即圆锥顶部一端)流入,先经过传输区(约下面的2圈),再向上是辐射区(约第3圈),最后为衰减区(后面几圈)。在传输区内,电流大小变化不明显,到达辐射区后,随着大量能量以电磁波的形式传播,电流迅速减小,最后经过衰减区,电流逐渐减小至零,这符合天线一般规律[5]。其中,辐射区的位置与频率有关,即位于波长近似于圆锥截面周长的地方。可以想象,不同频率会对应不同的辐射区位置,这是CLS天线的工作特性,也是CLS天线具有宽带特性的原因。
利用仿真计算可以较准确、较全面地得到天线的各项参数。仿真结果表明,圆锥对数螺旋天线有着很好的方向性以及频率宽度,且结构简单、紧凑,这非常适合于宽脉冲电磁辐射系统。其输入阻抗随频率变化较小,有利于在调制电路中实现阻抗匹配。