基于 3D 打印的接地平面尺寸、形貌与位置对单极天线性能的影响分析

单极天线广泛应用于通信领域，通常安装在充当接地平面的各种表面上；一个典型例子是汽车车顶。接地平面的形状会剧烈改变单极天线的电磁辐射方向图及其射频性能。关于任意形状接地平面的数值建模已有大量工作。然而，由于其几何复杂性，关于具有这些奇异接地平面结构的物理天线的实际测试组件的报道极少。本论文说明了所提出的增材制造工艺如何用于物理实现任意形状接地平面，并提供了验证数值模型的低成本工艺。在保持天线长度不变的情况下修改接地平面以评估对天线性能的影响。天线未做优化或改为标准天线设计。对变半径球形接地平面以及修改后的接地平面结构进行建模，以评估接地平面对 1.3GHz 单极天线性能的影响，并在某些情况下从增益、带宽和辐射方向图方面修改天线性能。诸如带角锥的平面接地等设计被发现可将单极带宽提升至标准平面接地的 5 倍以上，但显著恶化了天线的辐射方向图。此外，诸如鳍球形接地平面等复杂几何相对于标准球形接地提供了 25% 的增益提升。像边缘安装球体等设计可仅通过改变天线相对于其接地平面的安装位置来提供定向增益与辐射特性。本论文所提出的技术为射频应用生产 3D 打印接地平面提供了新途径。