本發(fā)明涉及天線領(lǐng)域，更具體地，涉及一種VHF/UHF超寬帶高增益小型化全向天線。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代電子技術(shù)的突飛猛進，隨著超寬帶電臺、軟件電臺的開發(fā)應(yīng)用。在移動通信領(lǐng)域?qū)Τ瑢拵?、小型化天線需求更加迫切。

雙錐天線技術(shù)：如果將普通振子天線看成是終端開路的傳輸線張開而成，由于兩臂對應(yīng)點間的距離與直徑之比是漸變的，因而其沿線各點的特性阻抗也是漸變的。如果振子天線的直徑與其相應(yīng)的兩臂間的距離保持為一個常數(shù)，則可認(rèn)為沿線各點的特性阻抗不變。當(dāng)天線體為無限長時，天線的輸入阻抗就等于振子的特性阻抗，天線輻射特性就與工作頻率無關(guān)了。這種對頂圓錐所構(gòu)成的無限長雙錐形對稱振子天線見圖1。

雙錐天線特性阻抗Zc取決于雙錐的張角α。

Zc=120 ln[ctg(α/2)] (1)

雙錐天線不足之處是Zc較小時天線錐端口尺寸較大。 SHAPE \* MERGEFORMAT

雖然雙錐天線體無限長是不存在，但雙錐天線仍不失一種理想的超寬帶天線結(jié)構(gòu)形式。

現(xiàn)有的雙錐天線是一種理想的寬帶天線，其不足之處是頂端直徑太大。如按兩元天線陣所需的150Ω輸入阻抗，按式（1）計算天線的特性阻抗150Ω時α為32°；如按800MHz的0.3λ選取輻射體的半臂長度為94mm時錐頂端直徑為100mm。顯然天線直徑太大，不能滿足車載天線使用條件要求。

兩元套筒對稱振子串聯(lián)組陣全向天線見圖2。該天線采用功率分配網(wǎng)絡(luò)饋電技術(shù)，用2根等長度、同特性阻抗的同軸電纜給對稱振子A和對稱振子C等幅同相饋電，在天線底部用二合路器將兩饋線合為一個輸出口。構(gòu)成一副二元共軸天線陣列，采用多元組陣的方法提高天線增益。

兩元以上同軸拼陣天線必須在兩元之間加同軸扼流杯B，如圖2所示，用它抑制下單元上臂的表面電流向上流動參加輻射并起到支撐上單元的作用。中間的同軸扼流杯B起扼流作用的同時增加了拼陣單元間距H，該同軸扼流杯太短不能滿足抑制低頻端扼流作用時，會出現(xiàn)天線輻射方向圖主波瓣偏離水平面的現(xiàn)象，導(dǎo)致水平面增益下降；H太大時天線高頻端輻射方向圖出現(xiàn)裂瓣，也會導(dǎo)致水平面增益下降；這就限制了天線帶寬。加大天線輻射體的直徑可以有效拓展天線帶寬，但圖2的天線最大只能達(dá)到兩倍頻左右?guī)挘ó?dāng)單元半臂長度與直徑比（L/D）為1.6時）?？梢?，按圖2天線設(shè)計不僅實現(xiàn)不了200~800MHz工作帶寬，且天線直徑需160mm左右，顯然不能滿足移動車載天線使用要求。

車載天線要求防震、防撞。天線底部須配高強度減震彈簧，考慮到天線受力情況，天線體長度、直徑不宜過大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷（不足），提供一種VHF/UHF超寬帶高增益小型化全向天線，該天線的工作頻率為200~800MHz，是能滿足車載使用的兩元垂直拼陣、垂直極化全向天線。該天線采用提高高頻段天線增益的方法來彌補高頻端的電波空間傳輸損耗增加的不足，以期達(dá)到最佳通信效果。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種雙疊錐天線，包括上輻射體、下輻射體和貫穿上輻射體的饋電電纜，所述上、下輻射體相互對稱、通過饋電電纜共軸連成一體，上輻射體、下輻射體為軸對稱體；

所述上輻射體由第一錐形振子和第二錐形振子連接構(gòu)成，第一、二錐形振子的錐尖削平，且第一錐形振子的頂面直徑大于第二錐形振子的錐尖的直徑，第二錐形振子的錐尖的直徑大于第一錐形振子的錐尖的直徑，第一錐形振子的錐頂角大于第二錐形振子的錐頂角；

所述下輻射體由第三錐形振子和第四錐形振子連接構(gòu)成；第三、四錐形振子的錐尖削平，且第三錐形振子的頂面直徑大于第四錐形振子的錐尖的直徑，第四錐形振子的錐尖的直徑大于第三錐形振子的錐尖的直徑，第三錐形振子的錐頂角大于第四錐形振子的錐頂角。

一種應(yīng)用上述雙疊錐天線的VHF/UHF超寬帶高增益小型化全向天線，包括主饋電電纜、下雙疊錐天線T1、上雙疊錐天線T3和饋電網(wǎng)絡(luò)T2，其中主饋電電纜的一端繞制為主饋電同軸電纜扼流圈，另一端貫穿下雙疊錐天線T1至饋電網(wǎng)絡(luò)T2處，引出下雙疊錐天線T1的饋電電纜和上雙疊錐天線T3的饋電電纜，并繞制出下雙疊錐天線T1的第一饋電同軸電纜扼流圈和上雙疊錐天線T3的第二饋電同軸電纜扼流圈。

優(yōu)選地，所述下雙疊錐天線T1包括第一雙疊錐天線下輻射體、第一絕緣支撐件、第一同軸阻抗匹配器、第一電容饋電耦合管、第一短路調(diào)節(jié)螺栓、第一雙疊錐天線上輻射體、第一雙疊錐天線饋電電纜和第一雙疊錐天線饋電電纜同軸扼流圈；第一雙疊錐天線饋電電纜同軸扼流圈由第一雙疊錐天線饋電電纜繞制而成，所述第一絕緣支撐件設(shè)置在第一雙疊錐天線下輻射體和第一雙疊錐天線上輻射體饋電處，用于支撐第一雙疊錐天線下輻射體和第一雙疊錐天線上輻射體；第一同軸阻抗匹配器的一端與下雙疊錐天線T1的饋電處連接，另一端與第一雙疊錐天線饋電電纜連接，第一短路調(diào)節(jié)螺栓用于調(diào)節(jié)第一同軸阻抗匹配器，第一電容饋電耦合管放置在第一雙疊錐天線上輻射體的第一錐形振子，與第一同軸阻抗匹配器耦合。

所述上雙疊錐天線T3包括第二雙疊錐天線下輻射體、第二絕緣支撐件、第二同軸阻抗匹配器、第二電容饋電耦合管、第二短路調(diào)節(jié)螺栓、第二雙疊錐天線上輻射體、第二雙疊錐天線饋電電纜和第二雙疊錐天線饋電電纜同軸扼流圈；第二雙疊錐天線饋電電纜同軸扼流圈由第二雙疊錐天線饋電電纜繞制而成，所述第二絕緣支撐件設(shè)置在第二雙疊錐天線下輻射體和第二雙疊錐天線上輻射體饋電處，用于支撐第二雙疊錐天線下輻射體和第二雙疊錐天線上輻射體；第二同軸阻抗匹配器的一端與下雙疊錐天線T1的饋電處連接，另一端與第二雙疊錐天線饋電電纜連接，第二短路調(diào)節(jié)螺栓用于調(diào)節(jié)第二同軸阻抗匹配器，第二電容饋電耦合管放置在第二雙疊錐天線上輻射體的第一錐形振子，與第二同軸阻抗匹配器耦合。

優(yōu)選地，所述第一絕緣支撐件、第二絕緣支撐件為聚四氟乙烯絕緣支撐件。

優(yōu)選地，所述第一電容饋電耦合管和第二電容饋電耦合管內(nèi)的電纜芯線長度相等。

本發(fā)明目的是完成一種采用特殊結(jié)構(gòu)的雙疊錐天線輻射體及兩元垂直拼陣技術(shù)，實現(xiàn)200-800MHz超寬帶高增益全向小型化天線。天線配支撐架后可作固定高架全向天線使用；配帶有減震彈簧的車載天線座便可作車載天線使用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

1，天線工作頻率為200-800MHz ，具有4個倍頻程的超寬帶功能。

2，天線在頻帶內(nèi)具有全向高增益的特點。

3，天線小型化，適合車載和高架使用。

4，天線饋電網(wǎng)絡(luò)采用同軸阻抗轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，沒有使用有耗元器件，功率容量大，滿足多電臺共用一根天線的需求。

附圖說明

圖1為雙錐天線示意圖。

圖2為兩元套筒對稱振子串聯(lián)拼陣天線示意圖。

圖3為雙疊錐天線示意圖。

圖4為三種錐形天線水平面（θ=90°）增益曲線比較圖。

圖5為三種錐形天線（100Ω參考阻抗）S11曲線比較圖。

圖6為雙疊錐天線垂直面輻射方向圖。

圖7為二元雙疊錐天線構(gòu)成圖。

圖8為二元雙疊錐天線水平面仿真增益圖。

圖9為二元雙疊錐車載天線電壓駐波比實測圖。

圖10為VHF/UHF超寬帶高增益小型化車載全向天線外形圖。

圖11為VHF/UHF超寬帶高增益小型化高架全向天線外形圖。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。

雙疊錐天線技術(shù)

本發(fā)明的超寬帶小型化高增益全向天線，須用兩個超寬帶天線單元以并聯(lián)饋電、垂直拼陣方式構(gòu)成。

為了達(dá)到天線超寬帶、小型化的要求，在天線輻射體直徑D盡量小的前提下，優(yōu)選雙錐天線結(jié)構(gòu)進行仿真設(shè)計；優(yōu)選雙錐天線錐頂角（α1）以滿足阻抗帶寬要求，優(yōu)選天線長度以滿足輻射方向圖帶寬，發(fā)現(xiàn)了圖3這種雙疊錐對稱振子天線結(jié)構(gòu)。該天線具有比同類雙錐天線更好的帶寬的特性，而且天線體直徑可以大為減小。

如圖3，一種雙疊錐天線，包括上輻射體、下輻射體和貫穿上輻射體的饋電電纜，所述上、下輻射體相互對稱、通過饋電電纜共軸連成一體，上輻射體、下輻射體為軸對稱體。所述上輻射體由第一錐形振子和第二錐形振子連接構(gòu)成，第一、二錐形振子的錐尖削平，且第一錐形振子的頂面直徑大于第二錐形振子的錐尖的直徑，第二錐形振子的錐尖的直徑大于第一錐形振子的錐尖的直徑，第一錐形振子的錐頂角大于第二錐形振子的錐頂角。所述下輻射體由第三錐形振子和第四錐形振子連接構(gòu)成；第三、四錐形振子的錐尖削平，且第三錐形振子的頂面直徑大于第四錐形振子的錐尖的直徑，第四錐形振子的錐尖的直徑大于第三錐形振子的錐尖的直徑，第三錐形振子的錐頂角大于第四錐形振子的錐頂角。

為證明雙疊錐天線的優(yōu)越性，給出圖3天線錐頂角（α1=14°）、次錐角（α2=5°）、端口直徑為45mm的雙疊錐天線(double biconical antenna)與雙錐天線錐頂角（α1=14°）、尾端直徑為100mm的傳統(tǒng)雙錐天線(biconical antenna)及錐頂角（α1=14°）、尾端直徑為45mm的錐頂粗對稱振子天線（thick dipole antenna），長度均為400mm的三種錐形天線進行了仿真計算比對。圖4給出了上述三種天線的水平面增益曲線圖，圖5給出了上述三種天線的參考阻抗為100Ω時的S11曲線圖。

如圖4可見雙疊錐天線在頻率高端比其它兩種天線增益更高，圖5所示雙疊錐天線阻抗帶寬保持較寬的特性，圖6給出雙疊錐天線垂直面4個頻率點的輻射方向圖?？梢婋p疊錐天線單元比其它兩種天線具有更好的寬帶特性，帶寬大于4倍頻，是一種較為理想的超寬帶天線結(jié)構(gòu)形式。

天線拼陣技術(shù)

本發(fā)明采用兩副超寬帶雙疊錐天線并聯(lián)饋電同軸垂直組陣，兩單元間用上、下天線饋電同軸電纜扼流圈替代傳統(tǒng)垂直組陣天線兩單元之間的同軸套筒扼流套，構(gòu)成一種全新的超寬帶垂直極化高增益全向天線見圖7所示。

一種VHF/UHF超寬帶高增益小型化全向天線，包括主饋電電纜（SFF-50-2-1）1、下雙疊錐天線T1、上雙疊錐天線T3和饋電網(wǎng)絡(luò)T2，其中主饋電電纜1的一端繞制為主饋電同軸電纜扼流圈，另一端貫穿下雙疊錐天線T1至饋電網(wǎng)絡(luò)T2處，引出下雙疊錐天線T1的饋電電纜和上雙疊錐天線T3的饋電電纜，并繞制出下雙疊錐天線T1的第一饋電同軸電纜扼流圈和上雙疊錐天線T3的第二饋電同軸電纜扼流圈。

具體的，所述下雙疊錐天線T1包括第一雙疊錐天線下輻射體2、第一絕緣支撐件3、第一同軸阻抗匹配器4、第一電容饋電耦合管5、第一短路調(diào)節(jié)螺栓6A、第一雙疊錐天線上輻射體7、第一雙疊錐天線饋電電纜8和第一雙疊錐天線饋電電纜同軸扼流圈10；第一雙疊錐天線饋電電纜同軸扼流圈10由第一雙疊錐天線饋電電纜8繞制而成，所述第一絕緣支撐件3設(shè)置在第一雙疊錐天線下輻射體2和第一雙疊錐天線上輻射體7饋電處，用于支撐第一雙疊錐天線下輻射體2和第一雙疊錐天線上輻射體7；第一同軸阻抗匹配器4的一端與下雙疊錐天線T1的饋電處連接，另一端與第一雙疊錐天線饋電電纜8連接，第一短路調(diào)節(jié)螺栓6A用于調(diào)節(jié)第一同軸阻抗匹配器4，第一電容饋電耦合管5放置在第一雙疊錐天線上輻射體7的第一錐形振子，與第一同軸阻抗匹配器4耦合。

所述上雙疊錐天線T3包括第二雙疊錐天線下輻射體13、第二絕緣支撐件16、第二同軸阻抗匹配器15、第二電容饋電耦合管17、第二短路調(diào)節(jié)螺栓6B、第二雙疊錐天線上輻射體18、第二雙疊錐天線饋電電纜14和第二雙疊錐天線饋電電纜同軸扼流圈12；第二雙疊錐天線饋電電纜同軸扼流圈12由第二雙疊錐天線饋電電纜14繞制而成，所述第二絕緣支撐件16設(shè)置在第二雙疊錐天線下輻射體13和第二雙疊錐天線上輻射體18饋電處，用于支撐第二雙疊錐天線下輻射體13和第二雙疊錐天線上輻射體18；第二同軸阻抗匹配器15的一端與上雙疊錐天線T3的饋電處連接，另一端與第二雙疊錐天線饋電電纜14連接，第二短路調(diào)節(jié)螺栓6B用于調(diào)節(jié)第二同軸阻抗匹配器15，第二電容饋電耦合管17放置在第二雙疊錐天線上輻射體18的第一錐形振子，與第二同軸阻抗匹配器15耦合。

在本實施例中，所述第一絕緣支撐件3、第二絕緣支撐件16為聚四氟乙烯絕緣支撐件。

二元組陣天線要求等幅同相饋電，圖7中饋電電纜的特性阻抗、長度、繞組相等，第一電容饋電耦合管和第二電容饋電耦合管的內(nèi)電纜芯線長度也相等，從而滿足上、下兩天線等幅同相饋電要求，保證全頻段內(nèi)天線輻射方向圖主瓣始終保持在水平面輻射最大及阻抗匹配最佳。

本發(fā)明具有以下特點：1、具有4倍頻程帶寬的超寬帶小直徑雙疊錐天線，突破了小型化、超寬帶的瓶頸；2、采用了二元雙疊錐天線垂直組陣的形式，提高天線增益；3、采用上、下雙疊錐天線饋電電纜扼流圈技術(shù)實現(xiàn)了兩元組陣天線在4倍頻程內(nèi)天線輻射方向圖主瓣始終保持在水平面輻射最大，克服了常規(guī)寬帶天線輻射方向圖帶寬小于阻抗帶寬的缺陷。

本發(fā)明采用具有4倍頻程帶寬特性的超寬帶小直徑雙疊錐天線作組陣單元，用兩元垂直組陣的方法實現(xiàn)高增益要求。用主饋電同軸電纜扼流圈抑制天線底部饋電電纜的表面電流向下流動參加輻射，用下雙疊錐天線T1的第一饋電同軸電纜扼流圈和上雙疊錐天線T3的第二饋電同軸電纜扼流圈抑制下雙疊錐天線T1上輻射體、上雙疊錐天線T3下輻射體之間饋電同軸電纜上的表面電流參加輻射，使得天線在200-800MHz頻帶范圍內(nèi)天線輻射方向圖始終保持在水平面輻射能量最大，克服了常規(guī)寬帶天線輻射方向圖帶寬不如阻抗帶寬寬的缺陷。天線增益仿真結(jié)果達(dá)到3-6.5dBi，見圖8。

實測樣品天線電壓駐波比曲線見圖9。由于本天線沒有加入有耗匹器件，效率高，功率容量大，能滿足多電臺共同使用要求。該天線的開發(fā)成功為數(shù)據(jù)、圖像、視頻等多媒體超寬帶無線傳輸系統(tǒng)的開發(fā)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

相同或相似的標(biāo)號對應(yīng)相同或相似的部件；

附圖中描述位置關(guān)系的用于僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。