本發(fā)明屬于無線電通信技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種可大范圍連續(xù)調(diào)頻的便攜式氣球天線。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代社會是一個信息爆炸的社會，而天線這一無線電通訊的基本部件，作為一臺能量轉(zhuǎn)換裝置，把傳輸線中的能量轉(zhuǎn)換為空間中電磁波的能量，通過發(fā)射和接收電磁波來實現(xiàn)信息的傳遞。加載了大量信息的電磁波不需要任何介質(zhì)就可以在不同的區(qū)域之間進(jìn)行傳輸。可見天線作為通信的核心部件，其性能的好壞直接影響整個通信系統(tǒng)的功能。

隨著科技的進(jìn)步和發(fā)展，衛(wèi)星電視、移動電話、無線對講機等電子產(chǎn)品用戶的數(shù)量和需求劇烈增長，軍事發(fā)展帶動下的雷達(dá)技術(shù)及整個通信系統(tǒng)發(fā)展迅速，迫使天線的通訊系統(tǒng)向著大容量、多功能、超寬帶邁進(jìn)，因此提高系統(tǒng)的容量、提升系統(tǒng)的功能、增加系統(tǒng)的帶寬已經(jīng)成為當(dāng)今通信的主流趨勢。但是，使這些功能得以實現(xiàn)有賴于天線數(shù)量的增多，負(fù)載重量的增大以及費用的增加。同時，多設(shè)備工作于同一平臺不僅使所占的空間變大，而且設(shè)備之間會相互耦合干擾使得設(shè)備性能變差，難以實現(xiàn)兼容；另一方面，為了某個給定應(yīng)用而設(shè)計的天線設(shè)備一旦生產(chǎn)完成，其固定結(jié)構(gòu)下的性能參數(shù)也就隨之確定，當(dāng)需要應(yīng)用于其他通信標(biāo)準(zhǔn)時，只能重新設(shè)計，所以設(shè)計一種可以實現(xiàn)小型化、集成化、多功能化以及智能化的天線意義重大。

當(dāng)前，可重構(gòu)天線很好的解決了這些問題，使得天線的性能有一個很大的提升。其采用集總元件、材料可重構(gòu)和結(jié)構(gòu)可重構(gòu)等方法研制成功了多種可重構(gòu)天線，主要分為頻率可重構(gòu)、方向圖可重構(gòu)和極化可重構(gòu)天線等幾類。其核心思想就是通過動態(tài)改變天線的物理結(jié)構(gòu)或尺寸，使其具有多個天線的功能，相當(dāng)于多個天線共用一個物理口徑。

但是，現(xiàn)在的頻率可重構(gòu)天線也面臨著很多問題。其中最大的問題就是現(xiàn)有的頻率可重構(gòu)天線往往只是在原有天線結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過添加電子器件或者機械裝置來完成頻率可重構(gòu)。而這種重構(gòu)方法只適用于特定的天線結(jié)構(gòu)，難以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)頻，不具備擴(kuò)展性。另外，由于這些天線復(fù)雜的控制模塊需要構(gòu)建，新型智能材料或者機械結(jié)構(gòu)需要開發(fā)，這就需要更久的時間、更多的元器件、更復(fù)雜的設(shè)計和更高昂的造價，這使其不具備大規(guī)模商業(yè)化的條件。所以要綜合諸多天線的優(yōu)良特性還需作更多的研究。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是，現(xiàn)有多功能天線占據(jù)空間大，重量大，使用時不便于攜帶，而且相互之間容易干擾。已有的頻率可重構(gòu)天線擴(kuò)展性差，難以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)頻；而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗時，造價高，難以實現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種可大范圍連續(xù)調(diào)頻的便攜式氣球天線，至少包括：氣球及附著于氣球上的柔性可變形的天線。

進(jìn)一步，所述天線為金屬或者金屬復(fù)合層導(dǎo)線構(gòu)成的偶極子天線，整體采用網(wǎng)格式構(gòu)型，邊緣采用馬蹄形結(jié)構(gòu)以增強其可拉伸性能，通過膠水牢固地附著在所述氣球上。

進(jìn)一步，所述天線分為完全相同的兩個極子，之間通過射頻線焊接在一起；所述天線形狀通過HFSS軟件進(jìn)行天線性能的仿真來最終確定；所述導(dǎo)線為薄銅片或采用FPCB技術(shù)加工成的銅—聚酰亞胺復(fù)合層，所述膠水為502膠水。

進(jìn)一步，所述氣球為球形氣球和長條形氣球。

本發(fā)明還提供一種可大范圍連續(xù)調(diào)頻的便攜式氣球天線的制作方法，包括如下步驟：

a)制作可連續(xù)調(diào)頻的柔性可變形天線；

b)將所述天線附著在氣球外表面上以實現(xiàn)共形。

進(jìn)一步，所述步驟具體為：

1)選購市場上常見的球形氣球和薄銅片或者采用FPCB技術(shù)加工成的銅—聚酰亞胺膜復(fù)合層作為基本材料，其中氣球作為基底；

2)按照所選材料的尺寸設(shè)計天線部分的尺寸，并進(jìn)行數(shù)值仿真，以優(yōu)化所設(shè)計天線結(jié)構(gòu)的力學(xué)和電學(xué)性能，使設(shè)計達(dá)到最優(yōu)；

3)將薄銅片銅—聚酰亞胺膜復(fù)合層用激光加工成型作為天線部分，射頻線與加工好的天線部分進(jìn)行焊接；

4)將焊接好的天線和球型氣球用502膠水粘接以實現(xiàn)共形。

進(jìn)一步，所述步驟具體為：

1)選購市場上常見的長條形氣球和薄銅片或者采用FPCB技術(shù)加工成的銅—聚酰亞胺膜復(fù)合層作為基本材料，其中氣球作為基底；

2)按照所選材料的尺寸設(shè)計天線部分的尺寸，并進(jìn)行數(shù)值仿真，以優(yōu)化所設(shè)計天線結(jié)構(gòu)的力學(xué)和電學(xué)性能，使設(shè)計達(dá)到最優(yōu)；

3)將薄銅片或者銅—聚酰亞胺膜復(fù)合層用激光加工成型作為天線部分，射頻線與加工好的天線部分進(jìn)行焊接；

4)將焊接好的天線長條形氣球用502膠水粘接以實現(xiàn)共形；

本發(fā)明還提供一種所述的氣球天線的測試方法，包括如下步驟：

a)給氣球充氣，充氣過程中用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行天線性能測試；

b)將測量結(jié)果同仿真模擬結(jié)果相比較，評價該天線性能的優(yōu)劣。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：本發(fā)明提供了一種可大范圍連續(xù)調(diào)頻的便攜式氣球天線設(shè)備。一方面，所制作的天線設(shè)備利用網(wǎng)格式構(gòu)型的設(shè)計使得設(shè)備可以具有多頻特性，進(jìn)而以氣球為載體可以在其充氣膨脹過程中實現(xiàn)頻段的整體移動，以達(dá)到可以連續(xù)調(diào)頻的功能，增加了天線的帶寬，在高頻段甚至可以使兩段可工作頻段實現(xiàn)重疊，因此該設(shè)備不僅在低頻段而且在高頻段都具有良好的輻射特性，具有大范圍連續(xù)調(diào)頻的能力。提高的了系統(tǒng)的性能，確保了通信質(zhì)量，無線電系統(tǒng)可以不斷切換工作頻率對于抗干擾，通信保密都有著非常重要的價值。另一方面，傳統(tǒng)天線設(shè)備要進(jìn)行連續(xù)調(diào)頻，依賴于在不同工作頻率的設(shè)備間相互切換，這使得整體設(shè)備體積變大、重量增加。而本發(fā)明以一副天線的伸長和縮短就可以實現(xiàn)連續(xù)調(diào)頻功能，占用空間小，重量更輕。同時該天線設(shè)備可以根據(jù)實際情況，在使用時充氣展開，不使用時放氣折疊便于攜帶，克服了傳統(tǒng)天線設(shè)備的不足。此外，在實現(xiàn)以上功能的同時，該設(shè)備在制備過程中從選材到加工過程中整體耗費較低，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和實用價值。

綜上所述，該天線設(shè)備不僅在民用方面，而且在軍用方面都有著十分重要的應(yīng)用價值，優(yōu)良的特性可以確保通信過程的準(zhǔn)確性、保密性和暢通性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明天線的平面展開示意圖。

圖2為本發(fā)明天線共形于球形氣球的示意圖。

圖3為圖2的俯視圖。

圖4為本發(fā)明天線共形于長條氣球的示意圖。

圖5為圖4的俯視圖。

具體實施方式

下文中將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。

實施例一：

本發(fā)明提供了如附圖1-3所示的一種可大范圍連續(xù)調(diào)頻的便攜式氣球天線，至少包括：氣球1及附著于氣球1上的柔性可變形的天線2。

天線2為金屬或者金屬復(fù)合層導(dǎo)線，整體采用網(wǎng)格式構(gòu)型以增強其大范圍連續(xù)調(diào)頻的性能，邊緣采用馬蹄形結(jié)構(gòu)21以增加其可拉伸性能，通過膠水牢固地附著在氣球1上。

天線2分為完全相同的兩個極子，之間通過射頻線焊接在一起；天線2形狀通過數(shù)值仿真軟件(ABAQUS,HFSS)進(jìn)行天線性能的仿真來最終確定；導(dǎo)線為厚度0.1mm，寬度0.2mm的銅導(dǎo)線或厚度0.07mm的銅—聚酰亞胺薄膜復(fù)合層導(dǎo)線，膠水為502膠水。

該天線為偶極子天線，兩個極子整體上采用網(wǎng)格式構(gòu)型使得天線具有不同的諧振長度以實現(xiàn)多頻特性，當(dāng)整個天線共形到氣球上之后，在氣球充氣膨脹過程中，兩個極子隨之變長，使得各個諧振頻率均向低頻段移動；在氣球放氣收縮過程中，兩個極子隨之變短，使得各個諧振頻率均向高頻段移動；以此實現(xiàn)連續(xù)調(diào)頻的功能。

本發(fā)明還提供一種可大范圍連續(xù)調(diào)頻的便攜式氣球天線的制作方法，包括如下步驟：

a)制作可連續(xù)調(diào)頻的柔性可變形的天線；

b)將天線附著在氣球外表面上以實現(xiàn)共形。

步驟具體為：

1)選購市場上常見的球形氣球(5寸)和薄銅片或者采用FPCB技術(shù)加工成的銅—聚酰亞胺膜復(fù)合層作為基本材料

2)按照所選材料的尺寸設(shè)計天線部分的尺寸，并進(jìn)行有數(shù)值仿真，用HFSS軟件仿真以優(yōu)化所設(shè)計天線結(jié)構(gòu)電學(xué)性能，用ABAQUS軟件仿真以優(yōu)化所設(shè)計天線結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，使設(shè)計的力電性能達(dá)到最優(yōu)。天線整體采用網(wǎng)格式構(gòu)型，這種構(gòu)型可以實現(xiàn)天線的多頻特性，之后采用HFSS進(jìn)行天線性能的仿真，以確定天線構(gòu)型的最終方案；

3)將薄銅片或者銅—聚酰亞胺膜復(fù)合層用激光切割加工成型作為天線部分，為了保持精確性，天線整體分成四部分加工，最終將成品與射頻線焊接到一起得到最終的天線部分；

4)將焊接好的天線和球形氣球用502膠水粘接以實現(xiàn)共形；將502膠水倒入10ml的小噴瓶中，采用噴涂的方式把膠水涂在切割好的天線上，然后快速的粘在大長條形氣球上；

5)將制作好的球形氣球天線充氣，在其膨脹過程中用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行加載和測量；

6)將測量結(jié)果同有限元仿真模擬結(jié)果相比較，評價該天線性能的優(yōu)劣。

實施例二：

如圖4-5所示，本發(fā)明提供了一種可大范圍連續(xù)調(diào)頻的便攜式氣球天線，與實施例一不同的是，氣球1為一個長條形氣球。(與實施例一相同的地方略去。)

步驟具體為：

1)選購市場上常見的長條形氣球和薄銅片或者采用FPCB技術(shù)加工成的銅—聚酰亞胺膜復(fù)合層作為基本材料，其中氣球作為基底；

2)按照所選材料的尺寸設(shè)計天線部分的尺寸，并進(jìn)行數(shù)值仿真，以優(yōu)化所設(shè)計天線結(jié)構(gòu)的力學(xué)和電學(xué)性能，使設(shè)計達(dá)到最優(yōu)；

3)將薄銅片或者銅—聚酰亞胺膜復(fù)合層用激光加工成型作為天線部分，射頻線與加工好的天線部分進(jìn)行焊接；

4)將焊接好的天線和球型氣球用502膠水粘接以實現(xiàn)共形。

5)對長條形氣球進(jìn)行充氣，在氣球膨脹過程中用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行加載和測量；

6)將測量結(jié)果同有限元仿真模擬結(jié)果相比較，評價該天線性能的優(yōu)劣。

本發(fā)明提供了一種可大范圍連續(xù)調(diào)頻的便攜式氣球天線。本天線利用網(wǎng)格式天線構(gòu)型的設(shè)計使得設(shè)備可以實現(xiàn)多頻特性，進(jìn)而以氣球為載體可以在氣球充氣膨脹過程中實現(xiàn)頻段的整體移動，以達(dá)到可以連續(xù)調(diào)頻的功能，增加了天線的帶寬，在高頻段甚至可以使兩段可工作頻段實現(xiàn)重疊，因此該設(shè)備不僅在低頻段而且在高頻段都具有良好的輻射特性，具有大范圍連續(xù)調(diào)頻的能力。提高的了系統(tǒng)的性能，確保了通信質(zhì)量，無線電系統(tǒng)可以不斷切換工作頻率對于抗干擾，通信保密都有著非常重要的價值。另一方面，實現(xiàn)連續(xù)調(diào)頻能力只需要一副天線即可，占用空間小，重量更輕，便于攜帶，克服了傳統(tǒng)天線設(shè)備體積大、笨重的缺點。此外，在實現(xiàn)以上功能的同時，該設(shè)備在制備過程中從選材到加工整體耗費較低，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和實用價值。

綜上所述，該天線設(shè)備不僅在民用方面，而且在軍用方面都有著十分重要的應(yīng)用價值，優(yōu)良的特性可以確保通信過程的準(zhǔn)確性、保密性和暢通性。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。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、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。