專利名稱：一種中短波段船用小型天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種天線。具體地說是一種小型化的偶極子天線。
背景技術(shù)：
海上無線電導(dǎo)航系統(tǒng)基于擴頻體制，裝備于艦船，工作在中短波段，利用地波進行測距定位，作為星基無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的有效補充，該系統(tǒng)具有定位精度高、抗干擾能力強、 工作范圍大、保密性好、安全可靠的特點，市場前景十分廣闊。在海上無線電導(dǎo)航系統(tǒng)中，天線作為系統(tǒng)中的重要組成元件，決定了系統(tǒng)的集成度、定位精度以及工作范圍，是保證系統(tǒng)能夠安全穩(wěn)定工作的基礎(chǔ)。目前海上無線電導(dǎo)航系統(tǒng)接收設(shè)備普遍以大型鞭天線為主，屬磁天線范疇。根據(jù)磁天線理論，為保證天線性能，其設(shè)計高度應(yīng)不低于信號波長的十分之一。由于中短波段信號波長大，通常達到百米量級，因此系統(tǒng)天線高度往往不低于3米。天線尺寸大，難于安裝及維護是影響系統(tǒng)接收設(shè)備集成度的重要問題。因此，中短波段船用小型接收天線成為了系統(tǒng)設(shè)計中的技術(shù)難點。天線小型化技術(shù)始終是天線研究領(lǐng)域的一個重要課題，如磁天線技術(shù)、彎折線天線、螺旋天線、微帶天線以及2005年剛剛問世的左手介質(zhì)天線等等。然而，在中短波段船用小型天線設(shè)計領(lǐng)域，上述若干天線小型化手段均存在有這樣或那樣的不足。如磁天線存在退磁、易破碎等缺點；螺旋天線小型化程度低，難以滿足中短波段天線設(shè)計要求；左手介質(zhì)在中短波段不存在，因此無法進行中短波左手介質(zhì)天線設(shè)計等等。為此，2008年，東南大學(xué)的王志功教授、王科平博士所在課題組設(shè)計了一款基于彎折線及Hilbert分形結(jié)構(gòu)的中短波段寬帶小型接收天線，并撰寫了學(xué)術(shù)論文“一種有限空間內(nèi)中短波段寬帶接收天線設(shè)計”一文，發(fā)表于《電波科學(xué)學(xué)報》中。然而，該文獻所設(shè)計天線隨能夠工作在中短波段，且具有寬頻帶特點，但天線具有強方向性特點，不利于艦船上信號的全向接收與輻射。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種小型化程度高、低輪廓、寬頻帶、駐波特性良好的中短波段船用小型天線。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的包括電介質(zhì)層、導(dǎo)線層、同軸饋電線、接地板四個組成部分；所述導(dǎo)線層為平面結(jié)構(gòu)，敷刻于電介質(zhì)層上表面，由多條首尾相連的彎曲導(dǎo)線段組成，所述導(dǎo)線段基于兩片六階 Hilbert分形結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)線末端由一截短導(dǎo)線連接；天線垂直安裝于接地板上表面，接地板幾何中心處開孔，同軸饋電線經(jīng)由接地板開孔與天線相連接。本發(fā)明還可以包括這樣一些特征(1)所述導(dǎo)線層導(dǎo)線角點位置設(shè)置為直角。(2)所述導(dǎo)線層在電介質(zhì)層上的覆蓋面為矩形，該覆蓋面邊長等于導(dǎo)線層邊長，以此組成輻射天線元件。
(3)所述天線導(dǎo)線層邊長^cm,寬13cm，導(dǎo)線段寬度約1mm。(4)天線導(dǎo)線段材質(zhì)為銅箔，在導(dǎo)線段上鍍有錫層。(5)所述天線電介質(zhì)層材質(zhì)為聚四氟乙烯板狀結(jié)構(gòu)，其邊長大于導(dǎo)線層邊長2mm， 電介質(zhì)層厚度Imm ；(6)所述天線接地板為銅板結(jié)構(gòu)，接地板厚度3mm。(7)所述天線由同軸線饋電，饋電接口為SMA頭，饋電線阻抗50歐姆，其具體饋電位置為天線導(dǎo)線層底部幾何中心處。本發(fā)明針對現(xiàn)有中短波段船用小型接收天線難以小型化，無法全向接收及輻射信號的缺點，公開了一種基于Hilbert分形的偶極子天線，基于該類型天線具有小型化程度高、低輪廓、寬頻帶、駐波特性良好的特點，同時克服了傳統(tǒng)偶極子天線“8”字形方向圖結(jié)構(gòu)，具有全向輻射及接收特性，能夠滿足中短波段船用小型天線的設(shè)計要求；另外，本發(fā)明同時基于該天線公開了一種海上無線電導(dǎo)航系統(tǒng)接收設(shè)備的小型天線。本發(fā)明以分形理論為核心，同時結(jié)合經(jīng)典的偶極子天線理論。將其中的單極子天線臂采用Hilbert分形曲線代替，從而形成雙Hilbert結(jié)構(gòu)。相對于相同高度的偶極子天線，本發(fā)明中的天線在有限空間內(nèi)加大了天線的有效長度，增大了天線輻射電阻，提高了天線的輻射效率，雖然該天線仍隸屬電小天線范疇，但突破了電小天線理論對接收天線尺寸的限制。本發(fā)明的中短波段船用小型天線，用于海上無線電導(dǎo)航系統(tǒng)的接收設(shè)備中，以替代設(shè)備中原有的大型鞭天線。綜上所述，本發(fā)明將Hilbert分形結(jié)構(gòu)引入偶極子天線的設(shè)計當(dāng)中，為中短波段天線設(shè)計提供了一種新的小型化設(shè)計手段，基于該方案設(shè)計的天線高度僅為相同性能偶極子天線的4%左右。同時，本發(fā)明基于該方案設(shè)計的海上無線電導(dǎo)航系統(tǒng)接收設(shè)備天線具有以下有益的效果(1)天線高度僅為13cm，性能與系統(tǒng)中現(xiàn)有大型鞭天線類似，尺寸僅為現(xiàn)有天線的；(2)在2 8MHz頻帶范圍內(nèi)具有多個工作頻段，天線具有寬頻帶特點，諧振頻帶內(nèi)天線駐波比低于3;(3)具有約48歐姆的輸出阻抗，易于與同軸線匹SS，信號能量在傳輸過程中損耗?。?4)具有全向輻射及接收信號的特點，對來自不同方向信號具有類似的增益，能夠敏感于弱信號。需要說明的是，本發(fā)明公開的用于海上無線電導(dǎo)航系統(tǒng)接收設(shè)備的中短波段船用小型天線僅為更好的說明本發(fā)明中基于Hilbert分形的偶極子天線這一天線小型化實施技術(shù)方案而非限制，對該天線結(jié)構(gòu)進行的等同替換或修改，而未脫離本實施方案范圍，則均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求當(dāng)中。


圖1為本發(fā)明中雙Hilbert分形天線結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明中所涉及天線的回波損耗；圖3為本發(fā)明中所涉及天線的駐波特性；
圖4為本發(fā)明中天線第一諧振頻點處E面歸一化方向圖；圖5為本發(fā)明中天線第一諧振頻點處H面歸一化方向圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述本發(fā)明主要提供了一種新的偶極子天線的小型化實施方案，利用Hilbert分形天線替代組成偶極子天線的單極子天線，在天線諧振特性不變的前提下，達到增大天線有效長度，提高輸入阻抗，改善天線輻射效率的目的。同時，由于Hilbert分形天線電流分布均勻，是一種全向天線。因此，將其應(yīng)用于偶極子天線的設(shè)計中，可改善天線的原有輻射特性， 降低天線方向性，消除天線接收零點，使天線能夠做到全向接收。本發(fā)明將上述天線設(shè)計方案應(yīng)用于海上無線電導(dǎo)航系統(tǒng)中，為其提供了一種能夠工作于中短波段的小型接收天線。本發(fā)明中Hilbert分形天線的迭代次數(shù)選為6，天線尺寸定為^cmX 13cm,天線導(dǎo)線總長8. 2米，天線導(dǎo)線半徑為0. 5mm。圖1為本發(fā)明中天線結(jié)構(gòu)圖，其中天線背板材質(zhì)選為介電常數(shù)為2. 65的聚四氟乙烯，天線導(dǎo)線為半徑0. 25mm的銅線，單面蝕刻，銅線凸出背板0. 25mm,背板厚度0. 5mm,兩 Hilbert分形天線固連處為天線饋電點。天線設(shè)計過程中最終數(shù)據(jù)選擇如下表1基于雙Hilbert分形的偶極子天線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)Table Ithe configuration data of two polar antennas which isbased on the double-Hilbert fractal curve
權(quán)利要求
1.一種中短波段船用小型天線，包括電介質(zhì)層、導(dǎo)線層、同軸饋電線、接地板四個組成部分；其特征是所述導(dǎo)線層為平面結(jié)構(gòu)，敷刻于電介質(zhì)層上表面，由多條首尾相連的彎曲導(dǎo)線段組成，所述導(dǎo)線段基于兩片六階Hilbert分形結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)線末端由一截短導(dǎo)線連接； 天線垂直安裝于接地板上表面，接地板幾何中心處開孔，同軸饋電線經(jīng)由接地板開孔與天線相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中短波段船用小型天線，其特征是所述導(dǎo)線層導(dǎo)線角點位置設(shè)置為直角。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種中短波段船用小型天線，其特征是所述導(dǎo)線層在電介質(zhì)層上的覆蓋面為矩形，該覆蓋面邊長等于導(dǎo)線層邊長，以此組成輻射天線元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種中短波段船用小型天線，其特征是所述天線導(dǎo)線層邊長^cm,寬13cm，導(dǎo)線段寬度約1mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種中短波段船用小型天線，其特征是天線導(dǎo)線段材質(zhì)為銅箔，在導(dǎo)線段上鍍有錫層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種中短波段船用小型天線，其特征是所述天線電介質(zhì)層材質(zhì)為聚四氟乙烯板狀結(jié)構(gòu)，其邊長大于導(dǎo)線層邊長2mm，電介質(zhì)層厚度Imm ；
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種中短波段船用小型天線，其特征是所述天線接地板為銅板結(jié)構(gòu)，接地板厚度3mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種中短波段船用小型天線，其特征是所述天線由同軸線饋電，饋電接口為SMA頭，饋電線阻抗50歐姆，其具體饋電位置為天線導(dǎo)線層底部幾何中心處。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中短波段船用小型天線。包括電介質(zhì)層、導(dǎo)線層、同軸饋電線、接地板四個組成部分；所述導(dǎo)線層為平面結(jié)構(gòu)，敷刻于電介質(zhì)層上表面，由多條首尾相連的彎曲導(dǎo)線段組成，所述導(dǎo)線段基于兩片六階Hilbert分形結(jié)構(gòu)，其導(dǎo)線末端由一截短導(dǎo)線連接；天線垂直安裝于接地板上表面，接地板幾何中心處開孔，同軸饋電線經(jīng)由接地板開孔與天線相連接。實驗數(shù)據(jù)表明，該天線樣機能夠工作在2～8MHz的中短波段，具有體積小，寬頻帶，低輪廓，全向性，適合船用的特點。本發(fā)明不僅可用于海上無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，也可推廣至其他相關(guān)系統(tǒng)中。
文檔編號H01Q1/34GK102270778SQ20101028256
公開日2011年12月7日 申請日期2010年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月16日
發(fā)明者劉洋, 孫麗麗, 焦健, 趙琳 申請人:哈爾濱工程大學(xué)