專利名稱:垂直極化寬帶偶極子天線的制作方法
技術領域:
垂直極化寬帶偶極子天線技術領域[0001]本發(fā)明涉及一種天線,尤其是一種偶極子天線。
技術背景[0002]目前,機載或車載等高速移動平臺數據鏈測控及通信系統(tǒng)的天線多以偶極子或 刀形天線為主,這些天線往往增益較低(OdB以下)、工作頻帶帶寬較窄(小于5%), 同時天線波束在俯仰方向很難滿足3dB波束寬度在正負25度俯仰的要求。而在機載平 臺等高速移動測控領域中為了擴展通信控制距離,滿足天線垂直極化輻射、寬頻帶通信 要求,同時也要滿足小型化、制作安裝簡便等特性,新的垂直極化、全向、寬頻帶、具 有較高增益的移動測控天線的設計日趨重要。中國北京遙測技術研究所的孫向珍在文章《寬頻帶垂直極化天線的研究》(孫向珍,寬頻帶垂直極化天線的研究[J].遙測遙控, 25(5) 31-37)中,根據傳統(tǒng)的套筒偶極子天線原理,引入兩個寄生陣子和一個較大的 反射底盤替代原有套筒結構,提出了一種名為“仙人掌”天線的理論模型,可將天線駐 波在1.5以下的帶寬拓展為將近30%。但是該天線模型僅是基于理論原理計算分析,未 考慮工程實際安裝設計的形式要求,也未考慮天線材質(天線罩及底盤材質)對天線結構 的影響,且靠增大反射底盤尺寸來拓展帶寬造成整體天線尺寸偏大(底盤直徑大于二分 之一波長),不能滿足機載平臺等高速移動平臺小型化安裝要求。發(fā)明內容[0003]為了克服現(xiàn)有技術不能滿足機載平臺等高速移動平臺小型化安裝要求的不足, 本發(fā)明提供一種垂直極化寬帶偶極子天線,通過改變天線寄生陣子的數目和尺寸,以較 小的反射底盤(小于二分之一波長)和安裝結構同樣達到了寬頻帶工作的要求。[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是包含天線罩、有源陣子、寄生陣 子、陣子絕緣固定支架、絕緣墊片、反射底盤和SMA-KFD108射頻連接件。天線罩使 用環(huán)氧層壓玻璃布制作,形狀為中空的筒狀,上端為封閉面,下端開口,天線罩壁厚均 為百分之一波長。在距離天線罩底部百分之二波長處,天線罩壁的圓周方向上等間距 開有若干個固定孔。天線罩的直徑為二分之一波長,高度大于四分之三波長。反射底 盤作為天線陣子的支撐及固定件,整體設計為臺階圓柱體,上圓柱直徑尺寸為二分之一 波長,下圓柱直徑尺寸比上圓柱直徑大百分之一波長,上圓柱與下圓柱厚度之和應保證 SMA-KFD108射頻連接件的螺紋內心伸出上圓柱表面5mm。在反射底盤的上圓柱的圓周 方向上距下圓柱上表面百分之二波長處開有與天線罩的固定孔相對應的固定孔。反射底 盤中心處開有一個通孔,通孔直徑要求與SMA-KFD108射頻連接件內部的絕緣介質直徑 相同,其中放置絕緣墊片,絕緣墊片的上表面與反射底盤的上表面齊平。反射底盤起到 對天線匹配及對天線方向圖的調整作用,為減輕天線的整體重量,又能保證天線的結構 強度,反射底盤采用硬質鋁材料。有源陣子為黃銅材質的圓柱體結構,長度為二分之一 波長,直徑為百分之三波長,在底部開有固定安裝用的內螺紋孔。有源陣子垂直于反射底盤的上表面,其底部端面與絕緣墊片表面相切,SMA-KFD108射頻連接件的螺紋內心 穿過絕緣墊片與有源陣子底部螺紋內孔緊密旋接。四個寄生陣子形式相同,與有源陣子 間距相等,并在以該間距為半徑的圓周方向上等分布于有源陣子周圍。寄生陣子底部與 反射底盤通過螺紋鉸接直接相連,垂直安裝于反射底盤上表面。寄生陣子也采用黃銅棒 料制作,結構為圓柱體,直徑為百分之三波長,長度為四分之一波長,底部留有高度與 反射底盤厚度相同的外螺紋。射頻連接件為標準的SMA-KFD108射頻接頭,起到將50 歐的銅軸電纜與天線可靠連接的作用。上文所述的波長為天線的工作波長。[0005]所述的絕緣墊片為特氟隆材質的圓柱體,直徑與反射底盤中心通孔直徑相同, 厚度與反射底盤上圓柱的厚度相同,中心開有一個直徑與SMA-KFD108射頻連接件內導 體直徑大小相同的通孔。[0006]根據SMA-KFD108安裝要求在反射底盤的中心孔位的兩邊還各開一個通孔,此 通孔位置應考慮避讓過寄生陣子的安裝孔,又能滿足SMA-KFD108的安裝要求。[0007]為方便安裝在寄生陣子的底端開有寬,長度為陣子直徑大小的安裝槽。[0008]所述寄生陣子與有源陣子的間距調整范圍在十分之一波長至五分之一波長。[0009]本發(fā)明還包括陣子絕緣固定支架,選用特氟隆材質,整體為圓柱體,厚度為百 分之二波長,直徑大小為有源陣子與寄生陣子間距加二倍陣子直徑。陣子絕緣固定支架 上面按照有源陣子與寄生陣子的相對位置開有五個陣子直徑大小的安裝通孔,根據安裝 孔的位置陣子絕緣固定支架直接套接在相應的陣子上,起到對天線陣子的支撐、固定作 用。[0010]本發(fā)明的有益效果是由于采用二分之一波長的有源陣子作為天線輻射的主 體,四個四分之一波長的無源寄生陣子為傳統(tǒng)套筒天線結構的變形起到平衡電流,匹配 駐波的作用。為了進一步達到展寬頻帶的作用,天線各陣子采用截面直徑為百分之三波 長的圓柱體,有力地降低了細長比。而全新設計的反射底盤,起到更進一步的平衡電 流,控制天線輻射方向的作用。通過采用以上設計使得天線滿足垂直極化、全向輻射要 求,天線增益達2dB,天線3dB波束寬度為65°,駐波1.5以下頻帶寬度近30%。[0011]
以下結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0012]圖1是本發(fā)明垂直極化寬頻帶偶極子天線結構的示意圖。[0013]圖2是本發(fā)明垂直極化寬頻帶偶極子天線安裝結構裝置示意圖。[0014]圖3是本發(fā)明垂直極化寬頻帶偶極子天線結構裝置的透視效果視圖。[0015]圖4是本發(fā)明垂直極化寬頻帶偶極子天線結構的底視圖。[0016]圖5是本發(fā)明垂直極化寬頻帶偶極子天線的駐波測試曲線。[0017]圖6是本發(fā)明垂直極化寬頻帶偶極子天線的E面方向圖測試曲線。[0018]圖7是本發(fā)明垂直極化寬頻帶偶極子天線的H面方向圖測試曲線。[0019]圖中,1.天線罩,2.有源陣子,3.寄生陣子,4.陣子絕緣固定支架,5.絕緣墊 片,6.射頻連接件固定螺栓,7.反射底盤,8.天線罩固定螺栓,9.天線罩固定螺栓彈簧墊 片,10.天線罩固定螺栓墊片,11.射頻連接件固定墊片,12.射頻連接件固定螺母,13.射 頻連接件SMA-KFD 108。
具體實施方式
[0020]通過不斷地優(yōu)化調整有源陣子、寄生陣子、有源陣子與寄生陣子間距及反射底 盤大小可以獲得滿足駐波及方向圖要求的天線方案,具體實施方式
如下[0021]圖1為本發(fā)明垂直極化寬頻帶偶極子天線結構的示意圖。天線罩1采用厚度為 Imm厚的環(huán)氧層壓玻璃布制作,天線罩內徑為45mm,外徑為46mm,高度為56mm。[0022]圖2是本發(fā)明垂直極化寬頻帶偶極子天線安裝結構裝置示意圖。距天線罩底端 1.5mm處,在天線罩端面的圓周方向上開有8個等間距標稱為M1.6的定位孔。有源陣 子2采用黃銅材質,圓柱體,直徑為4mm,長度大小為53.3mm,在底端開有深10mm, 大小為M2孔徑的內螺紋孔。射頻連接件SMA-KFD108 13的內芯穿過絕緣墊片5與有 源陣子2的底端螺紋緊密旋接。絕緣墊片為特氟隆材質的圓柱體,直徑為5mm,厚度為 3mm,中心開有一個直徑為M2大小的通孔。絕緣墊片5置于反射底盤7中心的安裝孔 內,上表面與反射底盤7的上表面齊平,起到對有源陣子2的支撐及絕緣隔離作用。四 個寄生陣子3形式相同,黃銅材質,圓柱體,直徑為4mm,長度大小為^.7mm,與有源 陣子2間距相等為9mm,并在以間距為半徑的圓周方向上等分布于有源陣子2的周圍。 其底部開有高5mm大小為M4的外螺紋,與反射底盤7上預先留好的M4內螺紋孔緊密 旋接。陣子絕緣固定支架4采用特氟隆材料,整體為圓柱體,厚度為2mm,直徑長度 為19mm。陣子絕緣固定支架4上面按照有源陣子2與寄生陣子3的相對位置開有五個 直徑大小為4mm的安裝通孔,并按照有源陣子2與寄生陣子3的位置孔位直接套接在相 應的陣子上,起到固定支撐的作用。反射底盤7設計為臺階圓柱體,兩層圓柱總厚度為 4mm,上圓柱厚3mm,下圓柱厚度為1mm。上圓柱直徑45mm起到主要的調整方向圖 及電流平衡作用,下圓臺直徑為47mm起到對天線罩1固定支撐的作用。反射底盤7中 心處開有一個通孔,直徑為5mm,為絕緣墊片5的預留放置孔及SMA-KFD108 13內導 體的安裝預留孔。在中心孔位的四周相對于寄生陣子3的位置開有四個M4大小的內螺 紋通孔,用于固定安裝四個寄生陣子3。在中心孔位的兩邊還各開一個M2大小的通孔, 為SMA-KFD108 13的定位安裝孔。反射底盤7上圓柱距下圓柱上表面1.5mm處開有與 天線罩8個定位孔位置相同的8個定位孔,并通過標準件天線罩固定螺栓8、天線罩固定 螺栓彈簧墊片9及天線罩固定螺栓墊片10與天線罩1固定。射頻連接件SMA-KFD108 13為市售標準射頻連接件,通過射頻連接件固定螺栓6、射頻連接件固定墊片11及射頻 連接件固定螺母12固定安裝于反射底盤7上。
權利要求1.垂直極化寬帶偶極子天線,包含天線罩、有源陣子、寄生陣子、陣子絕緣固定 支架、絕緣墊片、反射底盤和SMA-KFD108射頻連接件,其特征在于天線罩使用環(huán) 氧層壓玻璃布制作,形狀為中空的筒狀,上端為封閉面,下端開口,天線罩壁厚為百 分之一波長,在距離天線罩底部百分之二波長處,天線罩壁的圓周方向上等間距開有 若干個固定孔,天線罩的直徑為二分之一波長,高度大于四分之三波長,反射底盤為 臺階圓柱體,上圓柱直徑尺寸為二分之一波長,下圓柱直徑尺寸比上圓柱直徑大百分 之一波長,上圓柱與下圓柱厚度之和保證SMA-KFD108射頻連接件的螺紋內心伸出上 圓柱表面5mm,在反射底盤的上圓柱的圓周方向上距下圓柱上表面百分之二波長處開 有與天線罩的固定孔相對應的固定孔,反射底盤中心處開有一個通孔,通孔直徑要求 與SMA-KFD108射頻連接件內部的絕緣介質直徑相同,其中放置絕緣墊片,絕緣墊片 的上表面與反射底盤的上表面齊平,反射底盤采用硬質鋁材料,有源陣子為黃銅材質 的圓柱體結構,長度為二分之一波長,直徑為百分之三波長,在底部開有固定安裝用 的內螺紋孔,有源陣子垂直于反射底盤的上表面,其底部端面與絕緣墊片表面相切, SMA-KFD108射頻連接件的螺紋內心穿過絕緣墊片與有源陣子底部螺紋內孔緊密旋接, 四個寄生陣子形式相同,與有源陣子間距相等,并在以該間距為半徑的圓周方向上等分 布于有源陣子周圍,寄生陣子底部與反射底盤通過螺紋鉸接直接相連,垂直安裝于反射 底盤上表面,寄生陣子也采用黃銅棒料制作,結構為圓柱體,直徑為百分之三波長,長 度為四分之一波長,底部留有高度與反射底盤厚度相同的外螺紋,所述的波長為天線的 工作波長。
2.根據權利要求1所述的垂直極化寬帶偶極子天線,其特征在于所述的絕緣墊片 為特氟隆材質的圓柱體,直徑與反射底盤中心通孔直徑相同,厚度與反射底盤上圓柱的 厚度相同,中心開有一個直徑與SMA-KFD108射頻連接件內導體直徑大小相同的通孔。
3.根據權利要求1所述的垂直極化寬帶偶極子天線,其特征在于所述的反射底盤 的中心孔位的兩邊還各開一個通孔,此通孔位置既避讓過寄生陣子的安裝孔,又能滿足 SMA-KFD108的安裝要求。
4.根據權利要求1所述的垂直極化寬帶偶極子天線,其特征在于所述的寄生陣子 的底端開有Imm寬,長度為陣子直徑大小的安裝槽。
5.根據權利要求1所述的垂直極化寬帶偶極子天線,其特征在于所述的寄生陣子 與有源陣子的間距為十分之一波長至五分之一波長。
專利摘要本實用新型公開了一種垂直極化寬帶偶極子天線,天線罩為中空筒狀,上端封閉,反射底盤為臺階圓柱體,固接在天線罩下端,反射底盤中心處開有一個通孔,有源陣子為黃銅材質的圓柱體結構,垂直于反射底盤的上表面,SMA-KFD108射頻連接件與有源陣子底部旋接,四個寄生陣子形式相同,與有源陣子間距相等,并在以該間距為半徑的圓周方向上等分布于有源陣子周圍,寄生陣子垂直安裝于反射底盤上表面,寄生陣子也采用黃銅棒料制作,結構為圓柱體。本實用新型通過改變天線寄生陣子的數目和尺寸,以較小的反射底盤和安裝結構同樣達到了寬頻帶工作的要求。
文檔編號H01Q1/36GK201812924SQ201020562330
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月14日 優(yōu)先權日2010年10月14日
發(fā)明者劉春陽, 張朋, 袁俊 申請人:西北工業(yè)大學