随着无线通信技术的发展，宽频带和小型化是目前天线的主要研究方向。菱形天线作为一种结构简单的行波宽频带天线，具有增益高、方向性强的优点，在短波、超短波和微波波段得到了广泛的应用。

    目前在菱形天线的结构改进和小型化宽带化方面，人们做了大量的研究工作。其中，参考文献[1]采用分形几何方式设计了一种贴片菱形天线，可工作于PCS(1.85~1.99 GHz)，UMTS(1.92~2.17 GHz)，WLAN(2.4~2.484 GHz/5.15~5.35 GHz/5.725~5.825 GHz),WiMAX(2.305~2.36 GHz/2.5~2.69 GHz/5.25~5.85 GHz)等多种带宽应用环境；参考文献[2]研究测试了工作于2.4 GHz~2.9 GHz的平面菱形臂偶极子天线性能，提出了利用无源菱形贴片提升印刷偶极子天线的带宽性能；参考文献[3]设计了一种具有圆极化的四菱形环状天线，天线增益可达9.7 dBi，主波束宽度超过130°，并且通过宽带巴伦使天线带宽增加；参考文献[4]利用多层印刷偶极子天线组成了一种简单低成本的菱形天线，通过对馈线的优化，使天线在C~X不同波段内的阻抗和辐射特性良好，实现了超宽带特性，另外，通过双叠形式实现了天线的双极化；参考文献[5]利用7个十字交叉菱形天线构成了带顶的斜六棱锥菱形天线阵列，并通过Matlab软件对该天线阵的方向图和S参数进行了仿真分析；参考文献[6]通过水平层叠单菱形天线构成双菱形天线，使得天线增益成倍增加；参考文献[7]以菱形偶极子为辐射器，通过安装引向器和反射电容板，构成了菱形四偶极板天线，并应用于实际工程中；另外，在天线性能仿真方面，参考文献[8-9]采用了以矩量法为内核的4NEC电磁仿真软件用于菱形天线的研究设计，仿真计算了天线的方向图、增益、输入阻抗、驻波比等电参数。
    本文利用4NEC电磁仿真软件优化设计了一种工作于微波波段的带反射板的叠双菱形天线，并用PNA3621网络分析仪对制作的天线进行了测试，测量结果与仿真结果较为吻合，天线的相关电参数较好。
1 菱形天线的工作原理和参数设计
1.1 菱形天线的工作原理
    菱形天线是由4根导线组成菱形结构，并水平地悬挂在4根支柱上。天线的一锐角端接馈线，另一锐角端接与菱形天线特性阻抗匹配的负载，使导线上载行波电流，如图1所示。菱形天线亦可看成是一段匹配传输线从中间拉开形成，由于两线之间的距离大于波长，从而构成开放系统，产生辐射。菱形天线的最大辐射方向位于通过两锐角顶点的垂直平面内，指向终端负载方向，具有单向辐射特性。
    菱形天线的辐射场可看成是4根行波单导线的辐射场叠加而成，如图2所示。

　菱形天线的方向系数一般是以假设菱形天线上的电流是行波分布来近似计算的[8]，其大小为：
    
2 天线设计及测试分析
2.1 叠双菱形天线建模与仿真分析
    设计中采用4NEC2仿真软件进行天线模型的搭建和性能分析。该软件基于Windows 操作系统，对二维和三维几何式天线进行建模、仿真、参数扫描和性能优化。根据设计好的参数，搭建叠双菱天线模型并得到仿真结果，如图4所示。

   使用普纳公司的PNA3621型矢量网络分析仪及天线测试转台对该天线进行阻抗特性和方向特性的测试。该设备采用电桥法可对天线的负载、回波损耗、驻波等反射特性进行测试；采取旋转天线法可测试天线的增益和方向性：将待测天线固定于测试转台上，通过方向控制器控制天线在水平面内旋转360°，接收天线接收来自云台上发射天线的场强，经过处理后得到测试结果。在网络分析仪仪表面板显示结果的同时，通过网络分析仪串行接口，在电脑上可显示出测量的相关图形曲线和数据。 
    测试频率范围为2.35 GHz~2.45 GHz，以5 MHz为间隔，共选取21个采样测试点，测得天线输入端电压驻波比(VSWR)及回波损耗(RL)曲线和直角与极坐标下的E面方向图，如图6所示[15]。

    与仿真结果相比,在100 MHz带宽内，驻波比和回波损耗曲线的变化趋势基本相同，稍高于理论仿真结果，在2.39 GHz时,驻波比VSWR&asymp;1.25,回波损耗RL=-20 dB，整个测试频段内驻波比VSWR<2.7。造成这种结果的主要原因是天线在制作精度上会存在一定的误差,以及天线与馈线连接处由于焊接的原因,造成阻抗不匹配所致。
    从方向图中可以看出，叠双菱形天线的定向性和对称性较好，其主瓣宽度为56&deg;，但是第一副瓣电平较大，与仿真时的结果有些差异。方向图不平滑呈锯齿状是由于试验室的空间测试环境有限，造成电波多次反射后进入测试天线所致。
参考文献
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