單極子陣天線的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種單極子陣天線，包括，多個(gè)單極子輻射體，每個(gè)所述單極子輻射體具有一安裝端，多個(gè)所述單極子輻射體的安裝端共面安裝，各所述單極子輻射體的安裝端具有預(yù)設(shè)的空間關(guān)系，且各所述單極子輻射體與多個(gè)所述安裝端的面呈90度或非90度夾角。采用本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的天線陣具有體積小、增益大、波束寬度窄等特點(diǎn)，特別適合對(duì)天線的體積、重量和波束寬度有嚴(yán)格要求的系統(tǒng)的應(yīng)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】單極子陣天線

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于天線【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種單極子陣天線，特別涉及一種具有高增益、窄波束特性的單極子陣天線。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，單極子天線、偶極子天線、螺旋天線廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域，單極子天線和偶極子天線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方式容易等優(yōu)點(diǎn)，但其增益較低；螺旋天線具有增益高，方向性好的優(yōu)點(diǎn)，但其加工制作較單極子、偶極子天線復(fù)雜。單極子陣天線雖然設(shè)計(jì)復(fù)雜，但其具有方向性可控，增益高的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)單極子天線組陣的方式，同時(shí)結(jié)合反射面，可實(shí)現(xiàn)波束賦形，同時(shí)達(dá)到提高天線增益的目的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型針對(duì)上述至少一種不足和/或缺點(diǎn)，并為了解決下述至少一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，提出了一種單極子陣天線。
[0004]一方面，本實(shí)用新型所述單極子陣天線，克服了傳統(tǒng)單極子/偶極子天線增益低，覆蓋面積大的缺點(diǎn)。
[0005]另一方面，本實(shí)用新型所述單極子陣天線，增益高，波束覆蓋區(qū)域狹長(zhǎng)，便于將接收信號(hào)分離，且可通過(guò)調(diào)節(jié)各單極子輻射體的安裝位置與安裝角度，實(shí)現(xiàn)波束的賦形。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)到上述優(yōu)點(diǎn)，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0007]本實(shí)用新型的一種技術(shù)方案涉及一種單極子陣天線，包括，多個(gè)單極子輻射體，每個(gè)所述單極子輻射體具有一安裝端，多個(gè)所述單極子輻射體的安裝端共面安裝，各所述單極子輻射體的安裝端具有預(yù)設(shè)的空間關(guān)系，且各所述單極子輻射體與多個(gè)所述安裝端的面呈90度或非90度夾角。
[0008]進(jìn)一步的，所述空間關(guān)系為多邊形。
[0009]進(jìn)一步的，所述多邊形為矩形，所述單極子輻射體的數(shù)量為4，各所述單極子輻射體的安裝端可為矩形的頂點(diǎn)或矩形各邊的中點(diǎn)。
[0010]進(jìn)一步的，所述空間關(guān)系為直線。
[0011]進(jìn)一步的，所述單極子輻射體的數(shù)量為6，各所述單極子輻射體的安裝端在一條直線上。
[0012]進(jìn)一步的，所述空間關(guān)系為圓形。
[0013]進(jìn)一步的，所述單極子輻射體的長(zhǎng)度等于發(fā)射或接收信號(hào)波長(zhǎng)的1/4。
[0014]進(jìn)一步的，相鄰的所述單極子輻射體的間距小于一個(gè)發(fā)送或接收信號(hào)的波長(zhǎng)。
[0015]本實(shí)用新型的另一種技術(shù)方案涉及一種單極子陣天線，包括，4個(gè)單極子輻射體，具有一安裝面的安裝機(jī)構(gòu)，每個(gè)所述單極子輻射體安裝于所述安裝面上，且各所述單極子輻射體與所述安裝面呈90度或非90度夾角，4個(gè)所述單極子輻射體在所述安裝面上的安裝位置具有四邊形頂點(diǎn)間的空間關(guān)系。
[0016]進(jìn)一步的，該單極子陣天線還包括，反射面，各所述反射面與所述單極子輻射體間具有預(yù)定的夾角。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為單極子天線示意圖；
[0018]圖2為4個(gè)單極子輻射體矩形組陣示意圖；
[0019]圖3為6個(gè)單極子輻射體直線型組陣示意圖；
[0020]圖4為VHF頻段單極子陣天線；
[0021]圖5為VHF頻段單極子陣天線地面工作區(qū)投影(UV坐標(biāo)系);
[0022]圖6為4個(gè)單極子天線陣相鄰兩個(gè)單極子輻射體正常工作時(shí)的地面工作區(qū)投影(UV坐標(biāo)系)。

【具體實(shí)施方式】
[0023]在下文中，參照附圖來(lái)更充分地描述本實(shí)用新型的實(shí)施例。附圖中示出了本實(shí)用新型的實(shí)施例，然而，本實(shí)用新型的實(shí)施例可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)施，而不應(yīng)該僅解釋為限于在此列出的實(shí)施例。相反，下述示例性實(shí)施例，可以使得本公開(kāi)是徹底的，并且將本實(shí)用新型的范圍充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員，在附圖中，為了清晰起見(jiàn)，可以夸大層和區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸。將省略對(duì)已知的功能和結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述以避免模糊實(shí)施例的主體問(wèn)題。附圖中相同的標(biāo)號(hào)用來(lái)表示相同的元件。
[0024]圖1為單極子天線示意圖。
[0025]參考圖1，單極子天線為只具有一個(gè)輻射體(即單極子輻射體)的天線。圖1所示單極子天線包括單極子輻射體1、連接器2、支撐結(jié)構(gòu)3等。其中，單極子輻射體I用于將高頻電流轉(zhuǎn)換為電磁波信號(hào)，并向自由空間進(jìn)行輻射。連接器2用于提供單極子輻射體I與電纜之間的連接，根據(jù)使用的場(chǎng)景，該連接器2可以為高頻連接器，從而可以實(shí)現(xiàn)傳輸單極子輻射體I和高頻電纜之間電流的傳輸。連接器2可以采用同軸N型、SMA或TNC高頻連接器，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道，根據(jù)所使用的需求不同可選用不同的連接器。支撐結(jié)構(gòu)3用于安裝單極子輻射體1，即單極子輻射體可將安裝端固定于該支撐結(jié)構(gòu)3上。而支撐結(jié)構(gòu)3又可進(jìn)一步與天線安裝平臺(tái)3相固定。
[0026]進(jìn)一步利用多個(gè)上述單極子天線，采用組合的方式構(gòu)造天線陣列，可形成本實(shí)施例中的單極子天線陣。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道，上述單極子天線及其結(jié)構(gòu)僅為單極子天線的一種實(shí)現(xiàn)形式，當(dāng)采用單極子天線構(gòu)造單極子天線陣時(shí)，并不限于采用上述單極子天線，也不僅僅是上述單個(gè)獨(dú)立的單極子天線及其具體結(jié)構(gòu)的組合。
[0027]圖2為4個(gè)單極子輻射體矩形組陣示意圖，圖3為6個(gè)單極子輻射體直線型組陣示意圖。
[0028]參考圖2、3，對(duì)于由多個(gè)單極子輻射體組成的單極子陣天線，采用不同數(shù)量的單極子輻射體并利用不同的空間位置關(guān)系，可組成具有不同天線特性的單極子天線陣。
[0029]在組成單極子天線陣中，各個(gè)獨(dú)立的單極子輻射體均具有一安裝端，各安裝端安裝于一個(gè)安裝面上(即各安裝端共面安裝)。由于各單極子輻射體要按不同的空間位置關(guān)系進(jìn)行排布，因此，各安裝端的共面安裝點(diǎn)，也形成了相應(yīng)的空間關(guān)系。
[0030]在一種實(shí)施例中，當(dāng)具有大于等于3個(gè)的單極子輻射體時(shí)，可在安裝是通過(guò)選擇安裝點(diǎn)的位置，構(gòu)造出包括三角形、矩形(四邊形)、五邊形等的多邊形之類(lèi)的空間關(guān)系，進(jìn)而通過(guò)固定安裝點(diǎn)，可相應(yīng)的設(shè)置各單極子輻射體的延伸方向，從而形成相應(yīng)的單極子天線陣的組陣形式。如圖2所示，以4個(gè)單極子輻射體為例，在圖2所示的組陣方式中，4安裝點(diǎn)按照矩形的4個(gè)頂點(diǎn)進(jìn)行排布，從而使得各單極子輻射體分別位于矩形的4個(gè)頂點(diǎn)之上。類(lèi)似的，可以將該4個(gè)安裝點(diǎn)識(shí)別為四邊形的四個(gè)邊的中點(diǎn)位置，進(jìn)而形成了另一種單極子天線陣的組陣方式。圖2所示單極子天線陣的組陣方式僅為4個(gè)單極子輻射體的有限個(gè)組陣方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以知道，為實(shí)現(xiàn)不同的天線陣的天線特性，可利用4個(gè)單極子輻射體進(jìn)一步構(gòu)造其他形式的天線陣，包括單并不限于4個(gè)安裝點(diǎn)具有一般的四邊形的空間關(guān)系(非4個(gè)角均為90度的矩形)、正方形等類(lèi)似的形式。
[0031]在另一種實(shí)施例中，當(dāng)同樣具有上述數(shù)量的單極子輻射體時(shí)，還可以按照直線型對(duì)安裝點(diǎn)進(jìn)行選擇，從而實(shí)現(xiàn)如圖3所示的形式，各單極子輻射體形成一排。與上述圖2所示實(shí)施例相不同，在圖3中采用了 6個(gè)單極子輻射體的排列，當(dāng)然，該直線型排列同樣可用于3個(gè)或4個(gè)或其他數(shù)量的單極子輻射體的排列。
[0032]進(jìn)一步，在另一種實(shí)施例中，超過(guò)3個(gè)的各單極子輻射體可以通過(guò)選擇具有圓形空間關(guān)系的安裝點(diǎn)進(jìn)行安裝，從而將各單極子輻射體的安裝點(diǎn)排列至于圓周之上。
[0033]對(duì)于上述實(shí)施例的一種優(yōu)選方式，在選擇各安裝點(diǎn)時(shí)，可將相鄰的2個(gè)安裝點(diǎn)間的間距設(shè)置為小于一個(gè)發(fā)射或接收信號(hào)的波長(zhǎng)λ的距離，且可根據(jù)增益要求調(diào)整陣元間距。并且，可按照單極子輻射體的長(zhǎng)度L與波長(zhǎng)λ滿(mǎn)足L= λ/4的關(guān)系，選擇單極子輻射體的長(zhǎng)度，進(jìn)而選在天線陣的應(yīng)用頻率。
[0034]在具體安裝上述各實(shí)施例所述的單極子陣天線時(shí)，可利用一安裝機(jī)構(gòu)4來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)全部單極子輻射體的共面安裝，各單極子輻射體同樣可選擇與安裝機(jī)構(gòu)4的安裝面之間的夾角來(lái)調(diào)節(jié)天線陣的特性。特別地，該單極子陣天線特別適用于對(duì)天線包絡(luò)有特殊要求的場(chǎng)合，通過(guò)調(diào)節(jié)單極子輻射體與安裝面的夾角，可以調(diào)整天線水平或垂直方向所占空間體積，進(jìn)而將天線的包絡(luò)限制在所要求的范圍內(nèi)，上述單極子輻射體與安裝面所呈夾角不限定于90度。
[0035]在利用多個(gè)單極子輻射體組成單極子陣天線后，還可為每一個(gè)單極子輻射體配置一反射面5。進(jìn)而可設(shè)置各反射面5與對(duì)應(yīng)的單極子輻射體間的夾角角度，從而設(shè)定不同的天線陣特性。當(dāng)然，作為本實(shí)施例的另一種形式，該反射面還可以為一個(gè)整體，并實(shí)現(xiàn)將反射面相應(yīng)部分與各不同的單極子輻射體相對(duì)應(yīng)，在反射面的形狀上可選擇拋物面形反射器、矩形反射器等，也可借助于安裝平臺(tái)及相關(guān)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)天線反射器的功能，這樣可以不用單獨(dú)設(shè)計(jì)反射器，有利于減輕單極子陣天線的重量。
[0036]多個(gè)單極子輻射體組陣的方式有利于形成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的覆蓋區(qū)域，如圖5所示為4個(gè)單極子輻射體組陣形成兩個(gè)增益大于O的連續(xù)覆蓋區(qū)域。此外，當(dāng)控制其中幾個(gè)輻射體工作時(shí)，或某些輻射體不能正常工作時(shí)，可保證其中某個(gè)覆蓋區(qū)域的性能不受太大的影響，如圖6所示為4個(gè)單極子天線陣矩形組陣方式中，與反射面5同側(cè)的兩個(gè)相鄰單極子輻射體正常工作時(shí)的地面工作區(qū)投影(UV坐標(biāo)系)。
[0037]如下，進(jìn)一步給出采用上述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種工作于VHF頻段的單極子陣天線，在該單極子陣天線中，采用4個(gè)單極子輻射體。
[0038]該單極子陣天線的目標(biāo)參數(shù)如下:
[0039]a.極化方式:垂直線極化；
[0040]b.增益要求:軸向增益大于3dBi ；
[0041]c.波束寬度:要求形成扁狀波束，在地面形成“⑴”形的細(xì)長(zhǎng)條波束覆蓋；
[0042]d.天線重量:SlKg。
[0043]進(jìn)一步的，要求該VHF頻段的單極子陣天線在地面形成“c?”形的細(xì)長(zhǎng)條波束。在安裝時(shí)，4個(gè)單極子天線布置于安裝平臺(tái)4角，借助天線反射面進(jìn)行波束賦形，如圖4所示。
[0044]單極子輻射體長(zhǎng)度為420mm，為減輕重量，采用金屬管結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為15mm，外徑為25mm。與天線安裝平臺(tái)成45°角，平行于天線反射面。
[0045]其電性能測(cè)試結(jié)果如下:
[0046]a)垂直線極化增益(包含高頻連接器的插入損耗，和天線安裝平臺(tái)、反射面的影響)
[0047]彡4dBi(俯仰角-72°?-17°，17°?72°，方位角0°?360° );地面工作區(qū)投影見(jiàn)圖5所示；
[0048]b)外包絡(luò)尺寸(mm):Φ90_Χ420_;
[0049]c)重量:單個(gè)天線200g (包含支撐結(jié)構(gòu)和接插件)，總重800g。
[0050]通過(guò)上述配置，可使得該VHF頻段的單極子陣天線具有高增益、“ c?”形的細(xì)長(zhǎng)條波束賦形的特性。
[0051]本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種單極子陣天線，其特征在于包括，多個(gè)單極子輻射體，每個(gè)所述單極子輻射體具有一安裝端，多個(gè)所述單極子輻射體的安裝端共面安裝，各所述單極子輻射體的安裝端具有預(yù)設(shè)的空間關(guān)系，且各所述單極子輻射體與多個(gè)所述安裝端的面呈90度或非90度夾角。
2.如權(quán)利要求1所述單極子陣天線，其特征在于:所述空間關(guān)系為多邊形。
3.如權(quán)利要求2所述單極子陣天線，其特征在于:所述多邊形為矩形，所述單極子輻射體的數(shù)量為4，各所述單極子輻射體的安裝端可為矩形的頂點(diǎn)或矩形各邊的中點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述單極子陣天線，其特征在于:所述空間關(guān)系為直線。
5.如權(quán)利要求4所述單極子陣天線，其特征在于:所述單極子輻射體的數(shù)量為6，各所述單極子輻射體的安裝端在一條直線上。
6.如權(quán)利要求1所述單極子陣天線，其特征在于:所述空間關(guān)系為圓形。
7.如權(quán)利要求1至6之一所述單極子陣天線，其特征在于:所述單極子輻射體的長(zhǎng)度等于發(fā)射或接收信號(hào)波長(zhǎng)的1/4。
8.如權(quán)利要求1至6之一所述單極子陣天線，其特征在于:相鄰的所述單極子輻射體的間距小于一個(gè)發(fā)送或接收信號(hào)的波長(zhǎng)。
9.一種單極子陣天線，其特征在于包括，4個(gè)單極子輻射體，具有一安裝面的安裝機(jī)構(gòu)，每個(gè)所述單極子輻射體安裝于所述安裝面上，且各所述單極子輻射體與所述安裝面呈90度或非90度夾角，4個(gè)所述單極子輻射體在所述安裝面上的安裝位置具有四邊形頂點(diǎn)間的空間關(guān)系。
10.如權(quán)利要求9所述單極子陣天線，其特征在于還包括，反射面，各所述反射面與所述單極子輻射體間具有預(yù)定的夾角。
【文檔編號(hào)】H01Q1/12GK204011685SQ201420361870
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】宋果林, 陳星 , 劉振哲, 劉民偉, 鄒光南, 王艷峰, 石云 申請(qǐng)人:航天恒星科技有限公司