CMMB室内吸顶天线设计
陈隆耀 李增瑞 毛吉燕
（中国传媒大学，信息工程学院，北京，100024）
摘要：本文提出了一种能够工作在中国移动多媒体广播（CMMB）频带的室内吸顶天线，工作频率为470MHz～860MHz。此天线形状简单，由印刷单极子和反射面底板组成，采用50欧姆的SMA接头对其进行馈电。仿真结果表明，在工作频带内其回波损耗均低于−10dB，有良好的辐射方向图。
关键词：吸顶天线；单极子；中国移动多媒体广播
An Indoor Ceiling antenna for China Mobile Multimedia Broadcasting Application
Chen Longyao，Li Zengrui，Mao Jiyan
（School of Information Engineering，Communication University of China，Beijing，100024，China）
Abstract： An indoor ceiling antenna for China Mobile Multimedia Broadcasting application is proposed in this paper.The working band of this antenna ranges from 470MHz to 860MHz.This antenna which consists of printed monopole antenna and a reflector has a simple profile，and it is fed by using a 50Ω SMA connector.The simulated results show the return loss at each working band is less than −10 dB and the antenna radiation characteristic has a good direction.
Key words： indoor ceiling antenna，monopole，China Mobile Multimedia Broadcasting（CMMB）
1 引言
我国于2006年提出了具有自主知识产权的中国移动多媒体广播（China Mobile Multimedia Broadcasting，CMMB）系统，该系统采用卫星广播和地面增补相结合的方式，为诸如手机、PDA、MP4等小屏幕便携终端以及行驶中的车辆等高速移动终端提供电视广播和其他服务。
要实现移动接收、室内外全覆盖，必然要用到天线，然而，随着现代化城市的发展，高层建筑日益增多，天线所处的电磁环境日益复杂化，出现了一些在室内场馆或地下室等无信号覆盖的盲点区。因此，为了实现室内CMMB信号全覆盖，研究一种室内补点天线显得尤为重要。
在室内无线通信系统中，全向天线发挥着重要的作用。水平全向天线指的是一种在水平面内均匀辐射的天线，它广泛应用于点对多点通讯、广播、数据传输、组建无线扩频网等领域。对于频率在3.1GHz到10.6GHz的频段覆盖，可以使用超宽带（UWB）天线，这类天线在很宽的频段内回波损耗低于−10dB，尺寸小，应用较广泛。但是对于3GHz以下通信频段，由于天线尺寸的限制，很难将CMMB频段（470MHz～860MHz）做到较小尺寸。为了解决上述不足，本文利用UWB天线设计的一些特点，同时适当增大反射面底板面积，使天线能够在CMMB频段上的回波损耗均在可接受的范围内（11＜−10dBS），并且天线尺寸合理。
2 天线结构设计
传统的单极子天线结构简单，容易馈电，但是其工作频带很窄，无法满足CMMB的频带宽度。而UWB天线在非常宽的频带范围，都能表现出非常好的阻抗特性。本文结合两类天线特点，设计出的天线结构如图1所示。该天线的辐射面印刷在a×bmm2、相对介电常数εr＝4.4的介质板上，介质板厚度为h=1.6mm。反射面底板为厚1mm、边长450mm的铜板。天线由50ΩSMA接头从反射面底板穿孔处馈电。
图1 天线结构
3 仿真结果
首先，我们选择图1天线的参数如下：a=75，b=125，w=3，h1=2，h2=8.5（单位：mm）。
天线结构中参数的变化将会对频段位置、带宽有较大影响。图1中介质板的宽度a主要对谐振频带的频率范围有影响，如图2所示。介质板的高度b对谐振点位置有一定影响，如图3所示。辐射面切角高度h2对谐振点位置和频带宽度影响较小，如图4所示。为满足频带宽度低频端覆盖470MHz，选取h2=8.8mm。
对以上参数优化，最终确定最优的天线参数为：a=75，b=125，w=3，h1=2，h2=8.8（单位：mm）。图5给出了优化后天线回波损耗的仿真结果，表明此天线完全覆盖了CMMB频段（470MHz～860MHz）。
图2 不同a下的回波损耗
图3 不同b下的回波损耗
图4 不同h2下的回波损耗
图5 优化后天线回波损耗
图6、图7、图8分别给出了对天线进行仿真后得到的530MHz，666MHz，754MHz频率下的方向图，表明天线在x-y水平平面内基本具有全频带的辐射全向性。
图6 天线在530MHz的仿真辐射方向图
图7 天线在666MHz的仿真辐射方向图
图8 天线在754MHz的仿真辐射方向图
4 结果分析及结论
本文结合UWB天线的一些特点，设计了一种单极子吸顶天线，此天线经仿真表明能完全覆盖CMMB频段（470MHz～860MHz），具有较好的工作带宽（回波损耗均小于−10dB）。文中给出了天线的仿真方向图，基本符合单极子天线辐射图样，满足全向覆盖要求；同时也给出了a，b，h2三个参数改变对天线回波损耗的影响。
作者简介
陈隆耀，1988生，男，江西人，硕士研究生。主要研究方向：电磁辐射、散射与逆散射。电话：15901193211，E-mail：cly@cuc.edu.cn
李增瑞，1963生，男，博士，教授，博士生导师。主要研究方向：电磁辐射、散射与逆散射。E-mail：zrli@cuc.edu.cn
毛吉燕，1987生，女，吉林人，硕士研究生。主要研究方向：电磁辐射、散射与逆散射。电话：15010189693，E-mail：maojiyan@cuc.edu.cn