【摘 要】文章分析了一种单极鞭状天线的工作原理、设计方法，并给出了模型天线。针对实测结果对天线结构进行改进，结果显示天线工作频率在334～346MHz，中心频率为340MHz，在整个频带内驻波系数小于2，增益较为稳定，均值达到2.2dBi。这种天线体积小，重量轻，方便携带，重复性和一致性较好。 　　【关键词】单极鞭状天线 电性能 驻波系数 方向图 　　1 引言 　　鞭状天线由于尺寸小、结构紧凑而在当今各类通信设备中被广泛应用，其研究设计也因此受到广泛关注。各种地面电台及车载电台配用了形式多样的鞭状天线，在舰船上也常看到林立的鞭状天线。由于鞭状天线在物理尺寸上仍是小天线，尤其是HF频段低端，电阻小、电抗大，匹配困难，因此大多数鞭状天线应用在窄带工作状态，带宽大约在5%～10%左右[1]。单极鞭状天线属于鞭状类里结构颇为简单的一种，适合于车载等便携工作方式，体积小，辐射效率高，架设方便。 　　2 理论分析 　　本文设计的鞭状天线结构采用长度为1/2波长的单极子。单极天线是偶极子天线的一半，这种天线几乎总是高于安装地平面，其基本原理结构如图1所示，由长为h的直立振子和无限大的地板组成。地面的影响可用天线的镜像来代替，这样单极子天线就可等效为自由空间内臂长为2h的对称振子。当然，这样的等效仅对地面上的半空间等效，原因是地板以下没有辐射场[2]。 　　2.1 辐射场与方向图 　　架设在无限大理想导电平面上的单极接地天线产生的辐射场，可直接应用自由空间对称振子的计算公式进行计算[3]： 　　· （1） 　　式中Im为波腹电流。将Im=I0/sinβl，θ=90°-Δ，l=h，（I0为输入电流，Δ仰角，h为单极子天线的高度）。代入上式，得： 　　· 　　（2） 　　由F（Δ）可知，水平面的方向图是一个圆，即在方位面内是全向性的。垂直平面的方向图如图2所示。当h逐渐增大时，波形变尖；当h>0.5λ时，出现副辨；在h=0.625λ时，副瓣最大值发生在Δ=60°方向上；继续加大h，由于天线上反相电流的作用，沿Δ=0°方向上的辐射减弱。为此，h应限制在0.625λ之内。在中波波段，为了抗衰落，要求尽可能降低超过55°的高仰角方向上的辐射，为此，h应尽可能大一些。一般情况下，h=0.53λ左右较为适宜。 　　从图2可以看出： 　　（1）通常情况下，选用λ/4的单极子天线作为标准天线。其方向图在水平面是一个圆，在俯仰面呈哑铃型分布。而且，其输入阻抗接近于50Ω，易于和常用的特性阻抗为50Ω的同轴线相匹配；其天线的增益为5.15dB。 　　（2）实际工程中，全向天线还采用一种称作为5λ/8的单极子天线，其增益约为8.15dB，如图3所示。当然，其接地板一般用几个金属杆来等效。同时，为了和50Ω的同轴线相匹配，在天线的底部采用加载线圈来抵消输入阻抗中的容性部分。 　　（3）如果单极天线的高度取λ/2，它就相当于自由空间的全波振子，理论上说较之h=λ/4时增益要提高1.67dB。但是，这种天线的输入阻抗高，不便于和常用的同轴线联接，为此必须加一个阻抗交换器。