1导言
因为无线电通信设备和电子设备快速地朝小型化方向开展，使得电小天线的研讨成为当今世界的热门课题。纵观国内外研讨现状，天线小型化的研讨首要涵盖了以下几个方面:1.电小天线Q值问题；2.小天线加载技能；3.优化小天线外形结构；4.小天线的宽带匹配网络。本文着重在Q值理论的指导下优化天线结构，操控阻抗带宽，提出了一种具有安稳方向图和高增益的电小单极子天线。
2Q值理论及天线小型化技能
依据Chu[4]的界说，天线Q值界说式：
（1）
其间Wav是储存在天线周围的驻波电场能量或磁场能量中的大者，Pav是天线的时均匀损耗功率。一起Chu给出了Q值的计算公式：
（2）
其间k为波数，a为围住整个天线的最小球半径。后有学者推出了电小线极化天线最小Q值更为严厉的表达式，即：
（3）
Wheeler[5]推导出了辐射功率因子等于天线带宽与功率的乘积，即天线带宽与功率的乘积是直接与天线所占有的体积相联系的。在Wheeler和Chu的基础上，Harrington[6]提出：
（4）
可预算电小天线增益上界。能够看出，天线的电尺度越小，品质因数越高，频带越窄，功能跟着尺度的减小恶化。因而规划电小天线就是在找带宽、增益、功率的平衡点。依据Q值理论，应尽可能在小型化基础上下降Q值。对微带天线来说能够从介电常数，天线形状来完成。尽管高介电常数能够下降天线尺度，但一起增大了能量损耗，下降辐射功率。本文着重于优化天线结构完成小型化。
3天线模型及功能剖析
3.1天线模型及尺度
本文在单极锥型微带天线的基础上，经过容性加载，增加短路条，开槽技能来下降天线的谐振频率，从而完成了小型化,到达电小天线尺度规范。天线模型如图1所示：
图1天线模型
表1天线各部分尺度单位（mm）
|
h1 |
h2 |
h3 |
D |
|
18.5 |
17.5 |
16.0 |
7.28 |
|
w1 |
w2 |
w3 |
w4 |
|
19.3 |
18.5 |
10.54 |
1.0 |
模型下部为50欧姆同轴接头ansoft11仿真模型。选用的是介电常数2.2，厚度1.5mm的Rogers5880介质板。地板为边长100mm的正方形铜板。短路条与天线距离d=0.15mm。
3.2天线部分尺度对其功能的影响
3.2.1矩形槽的尺度
图2显现了改动矩形槽的宽度（w4=0.2mm,0.5mm,1mm,2mm），而其他参数不变的情况下天线驻波的改动。当w4=1mm时，驻波小于2的低频端频率值最小,为2.56GHz。
图2驻波随矩形槽宽度改动曲线
3.2.2圆形槽的尺度
图3显现了改动圆形槽的直径（D=6mm，7.28mm，8mm）而其他参数不变的情况下天线驻波的改动。可见，当D=7.28mm时驻波在低频端最小。当D=6.00mm时，尽管阻抗带宽显着展宽，但依据Q值理论该天线增益会下降，故本文选取D=7.28mm。
图3驻波随圆形槽直径改动曲线
图4驻波随短路条与天线距离改动曲线
3.2.3短路条与天线距离
图4显现了改动短路条与天线距离(d=0.05mm,0.15mm,0.3mm)而其他参数不变的情况下天线驻波的改动。可见驻波在d=0.05mm与d=0.15mm时根本共同，但考虑到加工精度方面，选取距离为d=0.15mm。
经过调查，能够得出以下定论：
（1）矩形槽的宽度对天线功能影响不大，开槽越宽，低端驻波越小。
（2）圆形开槽的直径能够显着的下降天线低端驻波。
（3）短路条与天线距离对天线低端驻波影响明显，但考虑到加工精度方面，本文选取了中心值。
3.3最优尺度下天线功能
天线实体如图5(a)所示：
图5(a)什物相片
图5(b)仿真与实测驻波曲线
如图5(b)所示，驻波小于2的阻抗频带仿真为2.56GHz到3.38GHz，实测为2.50GHz到3.42GHz。谐振点稍向低频移动，但测验与仿真成果根本共同。
图6为最优尺度下该电小天线各个频点的方向图：
（a）YZ面主极化方向图
（b）XY面主极化方向图
图6天线在2.5、3.0、3.5GHzYZe面XY面方向图
能够看出，各个频点的方向图根本共同，且为全向上半空间辐射。阐明本文提出的电小天线具有很宽的方向图带宽，且最大增益随频率升高分别为3.74dB、4.05dB、3.56dB。依照Harrington提出的电小天线增益公式该天线中心频率预估最大增益为4.103dB，可见本文提出的电小单极子微带天线根本到达了该尺度下增益的理论最大值。
4定论
本文在Q值理论的指导下经过开槽和短路技能优化天线结构，将天线高度减小到0.15
。在满意电小尺度要求下，经过调整圆形槽的中心方位和尺度将驻波小于2的阻抗带宽操控在约30%从而取得较高增益值4.05dB。比较以往电小天线，本文提出的电小单极子微带天线具有安稳的方向图和高增益，具有很大实用价值。
