基于組合天線的接收系統(tǒng)實現(xiàn)

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　　浮標通信技術是在傳統(tǒng)的無線通信技術的基礎上發(fā)展起來的。自從應用于對潛通信后，浮標通信便開始廣泛運用于各國的軍事通信中。但是，目前的浮標通信基本還是采用單一的全向天線來實現(xiàn)電磁波的接收，由于浮標一般放置在海平面上，容易受到海浪及潮汐的干擾，很容易使天線發(fā)生旋轉，有時甚至會發(fā)生側翻或者倒置現(xiàn)象，而傳統(tǒng)的全向天線又無法實現(xiàn)信號的可靠接收。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，本文提出了一種組合天線的設計方法。該組合天線包含兩種天線單元：一種為鞭狀天線，此天線能夠接收水平場的電磁波;另一種為磁感應天線，此天線能夠接收垂直電場的電磁波。通過兩種天線的組合并利用選頻電路和高頻放大電路，即可實現(xiàn)信號的可靠接收。

　　1 組合天線設計

　　1.1 鞭狀天線

　　鞭狀天線又稱為接地單極子天線。單極子垂直于地面，把地面假設為理想導體，地的影響可以用其鏡像代替，并且僅在地面上半空間存在電磁場。單極地饋天線可以等效為偶極子天線。在浮標通信中，一般把浮標筒表面假設為理想導體。其鞭狀天線模型如圖1所示。

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　　鞭狀天線與偶極子天線相比，其波瓣方向朝行波方向傾斜，最大輻射方向偏了25°，半功率波束寬度由78°減小到60°。同時，與偶極子天線相比，兩種天線的上半空間方向函數(shù)和方向圖相同，同時極化特性、頻帶特性等都相同。但是，鞭狀天線的輸入阻抗是偶極子天線的一半，原因主要是激勵電壓減半而激勵電流不變。同時鞭狀天線的方向系數(shù)是偶極子天線的兩倍，且因為場強不變而輻射功率減半，即只在半空間輻射，因此損耗電阻大，輻射效率低。鞭狀天線的遠場分量Eθ的計算式如下：

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　　本設計采用的鞭狀天線長度H為30cm，接收電磁波頻率為1.8MHz。經(jīng)計算可得，鞭狀天線的方向性為4.80左右，絕對增益能夠達到6dB。通過電磁波的場強分析，此增益基本能夠滿足遠程無線遙控系統(tǒng)的信號接收。

　　1.2 磁感應天線

　　磁感應天線又稱為電小環(huán)天線，環(huán)形天線分為圓環(huán)和方環(huán)兩種。本設計的電小環(huán)天線為圓環(huán)天線，且尺寸遠小于波長，因此，相同面積的方環(huán)或圓環(huán)都具有相同的遠場波瓣圖。磁感應天線的場分量的計算式如下：

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　　與對偶極子天線相比，偶極子天線含有虛數(shù)因子，而環(huán)天線則沒有，這說明了偶極子天線和環(huán)天線在相同的電流饋電下，所輻射的場在時間上正交，這也是兩者的最大區(qū)別。因此，環(huán)天線適用于水平方式布置取向，而偶極子天線一般采取平行于z軸取向。這亦符合天線長度遠小于波長的要求，即天線尺寸對波長趨近于零。表1所列是環(huán)天線與偶極子天線的遠場比較。

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