一種限制空間安裝的c波段寬帶垂直極化套筒天線的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種限制空間安裝的C波段寬帶垂直極化套筒天線，天線罩為環(huán)氧層壓玻璃布材質(zhì)的中空圓柱，一端由環(huán)氧層壓玻璃布材質(zhì)的頂蓋封閉，另一端安裝特氟龍材質(zhì)的介質(zhì)底托；同軸射頻電纜一端固連射頻連接件，另一端穿過介質(zhì)底托進入天線罩內(nèi)部；天線振子為銅質(zhì)的圓柱，套接在天線罩內(nèi)部的同軸射頻電纜內(nèi)導體上；套筒為銅質(zhì)的圓臺，連接天線罩內(nèi)部的同軸射頻電纜外導體；套筒和天線振子之間通過特氟龍材質(zhì)的防短路墊片隔離。本實用新型滿足輻射特性優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡單、寬頻帶工作、隱蔽暗轉(zhuǎn)的要求，可用于高速移動通信、地面限制暗中隱蔽式通信系統(tǒng)中。
【專利說明】
一種限制空間安裝的C波段寬帶垂直極化套筒天線
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于雷達及通信天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種C波段寬帶垂直極化套筒天線。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，在機載、車載，高速移動數(shù)據(jù)通信傳輸、地面抗干擾通信及測控跟蹤等系統(tǒng)中，前端天線多選擇為垂直極化、全向福射的偶極子天線形式，如刀型天線、螺旋法向模天線、鞭裝天線或是平面微帶天線陣列等。這些天線往往存在機械結(jié)構(gòu)復雜、天線饋電系統(tǒng)匹配復雜、工程調(diào)試周期長、加工成本較高等問題。在機載、高速列車尤其是要求具有隱蔽型限制空間安裝的移動通信領(lǐng)域中為了擴展通信距離，抑制地面通信的多徑干擾問題，同時也要滿足小型化、制作安裝簡便等特性，新的垂直極化、滿足寬頻帶工作、具有優(yōu)良的全向輻射特性天線的設(shè)計日趨重要。在眾多的垂直極化偶極子天線的形式中，套筒天線具有較俯仰面方向圖覆蓋范圍大，方位面方向圖全向輻射波動小，工作頻帶寬等優(yōu)良特性，通過將其與附加結(jié)構(gòu)形式的組合配置可輕松完成組陣、定向高增益福射等延伸功能。如Rono IdKing最早在〈〈Asymmetrically Driven Antennas and the Sleeve Dipole))(Ronold King,“Asymmetrically Driven Antennas and the Sleeve Dipole”Journals&Magazines，IEEE ,vol.38，pp.1154-1164 ,October ,1950)中提出了一種套筒天線的物理模型。按照Ronold King的模型套筒天線基本上由一個四分之一波長長度的金屬調(diào)諧套筒和一個四分之一波長尺寸的輻射振子組成。Remold King在文章中僅是對這種天線進行了原理性的說明，對于天線的工程實現(xiàn)與饋電方式未做具體分析與說明C3Mitsuo Taguchi在《SleeveAntenna with Ground Wires》(Mitsuo Taguchi，“Sleeve Antenna with Ground Wires，，，Antennas&Propagat1n，IEEE,Vol.39 ,N0.I，pp.1-7，1991)中提出了一種基于四分之一波長地線匹配技術(shù)的套筒偶極子模型，并對這種組合套筒偶極子天線的端口阻抗特性、電場輻射特性進行了深入分析。這種設(shè)計的套筒偶極子天線模型，采用套筒與匹配地線復合調(diào)諧方式雖然對于低頻段的工作帶寬和方向圖具有明顯改善作用，但是其天線系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)復雜，工程實踐與加工調(diào)試成本較高，地線的傾斜角度及安裝固定方式很難滿足簡單，堅固，耐用的工程實際設(shè)計要求，天線的整體結(jié)構(gòu)也很難滿足一些限制空間及隱蔽安裝的技術(shù)要求。Takashi Oki等在〈〈Basic Characteristics of Wideband Sleeve Antenna))(Takashi Oki, Tuan Hung Nguyen ,Masao Sakuma,Hisashi Morishita uBas i cCharacteristics of Wideband Sleeve Antenna”，Proceedings of ISAP 2014,pp.231-232,2014)—文中提出了基于復合雙套筒寬帶匹配技術(shù)的一種天線模型，并對模型進行了簡要分析與計算。Takashi Oki提出的天線研究模型在原理上具有明顯的工作帶寬展寬特性，但是雙套筒結(jié)構(gòu)在高頻段的實現(xiàn)具有較大困難，并且在文獻中并未涉及具體的工程加工及實踐調(diào)試，這些問題為這種理論模型的后續(xù)工程化轉(zhuǎn)變造成了諸多障礙。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種限制空間安裝的C波段寬帶垂直極化套筒天線，采用寬帶復合介質(zhì)套筒及寬帶輻射振子技術(shù)，達到了輻射特性優(yōu)良、結(jié)構(gòu)簡單、寬頻帶工作、隱蔽暗轉(zhuǎn)的要求，可用于高速移動通信、地面限制暗中隱蔽式通信系統(tǒng)中。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:包括頂蓋、天線振子、防短路墊片、介質(zhì)底托、套筒、天線罩、加固熱縮護套、同軸射頻電纜和射頻連接件;所述的天線罩為環(huán)氧層壓玻璃布材質(zhì)的中空圓柱，一端由環(huán)氧層壓玻璃布材質(zhì)的頂蓋封閉，另一端安裝特氟龍材質(zhì)的介質(zhì)底托;所述的同軸射頻電纜一端固連射頻連接件，另一端穿過介質(zhì)底托進入天線罩內(nèi)部;所述的天線振子為銅質(zhì)的圓柱，套接在天線罩內(nèi)部的同軸射頻電纜內(nèi)導體上;所述的套筒為銅質(zhì)的圓臺，連接天線罩內(nèi)部的同軸射頻電纜外導體;所述的套筒和天線振子之間通過特氟龍材質(zhì)的防短路墊片隔離。
[0005]所述的頂蓋為法蘭結(jié)構(gòu)，上層為橢圓體，橢圓的長軸長為波長的0.52倍，短軸長為波長的0.26倍，厚度為波長的0.05倍，在長軸方向上兩邊距離幾何中心0.196倍波長的地方對稱開有兩個定位通孔；頂蓋的下層為一圓柱體結(jié)構(gòu)，圓柱直徑為0.196倍波長，高度為
0.131倍波長;所述的波長為天線的工作波長。
[0006]所述的天線振子的直徑為0.065倍波長，高度為0.194倍波長;所述的波長為天線的工作波長。
[0007]所述的防短路墊片為圓柱結(jié)構(gòu)，圓柱的直徑為0.075倍波長，高度為0.032倍波長；所述的波長為天線的工作波長。
[0008]所述的介質(zhì)底托為三層臺階柱結(jié)構(gòu)，底層臺階為天線罩的支撐部件，圓臺外徑為
0.228倍波長，內(nèi)徑為0.196倍波長，厚度為0.016倍波長；中間圓臺為套筒支撐結(jié)構(gòu)和天線罩定位連接部件，外徑為0.196倍波長，內(nèi)徑為0.147倍波長，厚度為0.106倍波長;上層圓臺的外徑為0.147倍波長，內(nèi)徑為0.059倍波長，厚度為0.082倍波長;所述的波長為天線的工作波長。
[0009]所述的套筒為兩層圓臺結(jié)構(gòu)，上層圓臺構(gòu)成與同軸射頻電纜外導體焊接安裝的結(jié)構(gòu)體，直徑為0.075倍波長，高度為0.041倍波長，壁厚為0.0082倍波長;下層圓臺為天線調(diào)諧匹配體，直徑為0.163倍波長，高度也為0.163倍波長，壁厚為0.0082倍波長;所述的波長為天線的工作波長。
[0010]所述的天線罩為圓筒結(jié)構(gòu)，圓筒底面直徑為0.227倍波長，筒高為1.352倍波長，壁厚為0.016倍波長;所述的波長為天線的工作波長。
[0011]所述的天線罩靠近介質(zhì)底托一端和同軸射頻電纜外側(cè)安裝加固熱縮護套。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:采用優(yōu)化設(shè)計的輻射振子和復合介質(zhì)套筒調(diào)諧匹配技術(shù)，將天線整體結(jié)構(gòu)尺寸縮小的同時，進一步展寬工作頻帶，實現(xiàn)了天線整體的安裝與固定。通過采用以上設(shè)計使得天線滿足垂直極化、寬頻帶工作和限制空間安裝的要求，天線增益大于OdB，方位向波束寬度為360°，俯仰向波束寬度為60°，駐波2以下頻帶寬度近80%。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明的裝配剖面示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明的各組成部分爆炸示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明的頂視圖。
[0017]圖5是本發(fā)明的底視圖。
[0018]圖6是本發(fā)明的S1，1參數(shù)曲線圖。
[0019]圖7是本發(fā)明的駐波曲線圖。
[0020]圖8是本發(fā)明的E面方向圖。
[0021]圖9是本發(fā)明的H面方向圖。
[0022]圖中，1-頂蓋，2-天線振子，3-防短路墊片4-介質(zhì)底托5-套筒6-天線罩7-加固熱縮護套8-成型射頻電纜9-射頻連接件。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實施例。
[0024]本發(fā)明包括頂蓋、天線振子、防短路墊片、介質(zhì)底托、套筒、天線罩、加固熱縮護套、成型射頻電纜和射頻連接件;頂蓋起到天線頂部與外界的隔離保護作用，并兼作天線的安裝、固定支撐裝置。頂蓋采用具有良好透波特性的非金屬材料環(huán)氧層壓玻璃布加工制作而成，為上下兩層組成的異形法蘭結(jié)構(gòu)，上層為一近似的橢圓體，橢圓的長軸為波長的0.52倍，短軸為波長的0.26倍，厚度為波長的0.05倍。在上層長軸方向上兩邊距離幾何中心位置處0.196倍波長的地方對稱開有兩個標準孔徑為Φ3的定位通孔。頂蓋的下層為一圓柱體結(jié)構(gòu)，圓柱直徑為0.196倍波長，高度為0.131倍波長，在圓柱的側(cè)面中心位置處以圓柱的軸心為對稱線等間距開有6個標準孔徑為Φ3的定位灌膠通孔。天線振子為天線的輻射單元套接安裝在成型射頻電纜內(nèi)導體上，整體形狀為采用金屬銅加工制作的圓柱狀結(jié)構(gòu)，圓柱的直徑為0.065倍波長，高度為0.194倍波長。圓柱的軸線上開有一個通孔作為與成型射頻電纜內(nèi)導體的套接裝置。在圓柱的側(cè)面上距離圓柱頂端上，下表面均為0.041波長的位置處各開有一個直徑為Φ I的通孔作為天線振子與成型射頻電纜內(nèi)導體套接錫焊的安裝預留孔。防短路墊片起到隔離天線振子與套筒，防止兩者短路的作用。整體為采用特氟龍材料加工而成的圓柱體結(jié)構(gòu)，圓柱的直徑為0.075倍波長，高度為0.032倍波長，在圓柱的軸線位置處開有一個通孔作為與成型射頻電纜內(nèi)導體的套接孔。介質(zhì)底托為天線罩的固定支撐結(jié)構(gòu)和復合介質(zhì)套筒的介質(zhì)體，整體形式為一個三層柱狀圓臺復合結(jié)構(gòu)，采用特氟龍材料加工制作。底層臺階為天線罩的支撐部件，圓臺外徑為0.228倍波長，內(nèi)徑為0.196倍波長，厚度為
0.016倍波長。中間部位圓臺為套筒結(jié)構(gòu)支撐和天線罩定位連接部件，外徑為0.196倍波長，內(nèi)徑為0.147倍波長，厚度為0.106倍波長，在圓臺側(cè)面中心位置處以圓臺的軸心為對稱線等間距開有6個標準孔徑為Φ3的定位灌膠通孔。上層圓臺構(gòu)成復合套筒結(jié)構(gòu)的介質(zhì)套筒部件，圓臺外徑為0.147倍波長，內(nèi)徑為0.059倍波長，厚度為0.082倍波長。套筒為天線的調(diào)諧匹配器件，形式為由金屬銅加工而成的兩層圓臺狀結(jié)構(gòu)體。上層圓臺構(gòu)成與成型射頻電纜外導體焊接安裝的結(jié)構(gòu)體，直徑為0.075倍波長，高度為0.041倍波長，壁厚為0.0082倍波長。下層圓臺為天線調(diào)諧匹配體，直徑為0.163倍波長，高度也為0.163倍波長，壁厚為
0.0082倍波長。天線罩為天線的保護部件，采用環(huán)氧層壓玻璃布加工制作的圓筒狀結(jié)構(gòu)，圓筒底面直徑為0.227倍波長，筒高為1.352倍波長，壁厚為0.016倍波長。天線罩上端為與頂蓋連接安裝部位，在距頂端0.041波長的位置處以天線罩軸心為對稱等間隔開有6個直徑為Φ3的定位灌膠孔，在距天線罩底端0.065倍波長處以天線罩軸心為對稱等間隔也開有6個直徑為Φ3的定位灌膠孔。加熱縮護套為市售標準熱縮護套，起到加固天線與成型射頻電纜連接的作用。成型射頻電纜以標準141電纜為基礎(chǔ)經(jīng)過加工制作而成，起到饋電和天線部件連接安裝作用。成型射頻電纜底端與射頻連接件相連，頂端將內(nèi)導體芯線加工漏出0.31倍波長的長度，用于與天線振子和防短路墊片貫通安裝固定連接，在頂端外漏內(nèi)導體芯線底部加工將外導體漏出0.204倍波長的長度用于與套筒部件安裝連接。射頻連接件為市售標準SMA射頻連接件，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。
[0025]本發(fā)明采用電磁計算分析方法，通過不斷地優(yōu)化調(diào)整天線振子、套筒和介質(zhì)底托的長短尺寸與直徑尺寸，可以獲得滿足工作帶寬的駐波及方向圖要求的天線方案，【具體實施方式】如下:
[0026]圖1為本發(fā)明一種限制空間安裝的C波段寬帶垂直極化套筒天線結(jié)構(gòu)示意圖。頂蓋I起到天線頂部與外界的隔離保護作用，并兼作天線的安裝、固定支撐裝置，采用非金屬介質(zhì)材料環(huán)氧層壓玻璃布加工制作而成，整體形式分為上下兩部分組成的異形法蘭結(jié)構(gòu)，上層為一個近似的橢圓體，橢圓的長軸為32mm，短軸為16mm，厚度為3mm。在上層長軸方向上兩邊距離幾何中心位置處24mm的地方對稱開有兩個標準孔徑為Φ3的定位通孔。頂蓋I的下層為一圓柱體結(jié)構(gòu)，圓柱直徑為12mm，高度為8mm，在圓柱的側(cè)面中心位置處以圓柱的軸心為對稱線等間距開有6個標準孔徑為Φ3的定位灌膠通孔。
[0027]圖2是本發(fā)明一種限制空間安裝的C波段寬帶垂直極化套筒天線結(jié)構(gòu)裝配剖面示意圖。天線振子2套接安裝在成型射頻電纜8內(nèi)導體上，采用金屬銅加工制作的圓柱狀結(jié)構(gòu)，圓柱的直徑為4mm，高度為11.9mm。圓柱的軸線上開有一個直徑為Imm的通孔作為與成型射頻電纜8內(nèi)導體的套接裝置。在圓柱的側(cè)面上距離圓柱頂端上，下表面均為2.5mm的位置處各開有一個直徑為Φ I的通孔作為天線振子與成型射頻電纜內(nèi)導體套接錫焊的安裝預留孔。防短路墊片3起到隔離天線振子2與套筒5，防止兩者短路的作用。防短路墊片3采用介質(zhì)材料特氟龍加工而成的圓柱體結(jié)構(gòu)，圓柱的直徑為4.6mm，高度為2mm，在圓柱的軸線位置處開有一個直徑為Imm的通孔作為與成型射頻電纜內(nèi)導體的套接孔。介質(zhì)底托4為天線罩6的固定支撐結(jié)構(gòu)和復合介質(zhì)套筒的介質(zhì)體，整體形式為一個三層柱狀圓臺復合結(jié)構(gòu)，采用特氟龍材料加工制作。底層臺階為天線罩6的支撐部件，圓臺外徑為14mm，內(nèi)徑為12mm，厚度為1mm。中間部位圓臺為套筒5結(jié)構(gòu)支撐和天線罩6定位連接部件，外徑為12mm，內(nèi)徑為9mm，厚度為1.5mm，在圓臺側(cè)面中心位置處以圓臺的軸心為對稱線等間距開有6個標準孔徑為Φ3的定位灌膠通孔。上層圓臺構(gòu)成復合套筒結(jié)構(gòu)的介質(zhì)套筒部件，圓臺外徑為9mm，內(nèi)徑為3.6mm，厚度為2.7_。套筒5采用金屬銅加工而成的兩層圓臺狀結(jié)構(gòu)體。上層圓臺構(gòu)成與成型射頻電纜8外導體焊接安裝的結(jié)構(gòu)體，直徑為4.6mm，高度為2.5mm，壁厚為0.5mm。下層圓臺為天線調(diào)諧匹配體，直徑為1mm，高度也為10mm，壁厚為0.5mm。天線罩6為采用環(huán)氧層壓玻璃布加工制作的圓筒結(jié)構(gòu)，圓筒底面直徑為14mm，筒高為82.9mm，壁厚為1mm。天線罩6上端為與頂蓋I連接安裝部位，在距頂端2.5_的位置處以天線罩6軸心為對稱等間隔開有6個直徑為Φ 3的定位灌膠孔，在距天線罩6底端7.4mm的位置處以天線罩6軸心為對稱等間隔也開有6個直徑為Φ3的定位灌膠孔為天線罩6與介質(zhì)底托4的連接定位孔。加固熱縮護套7為市售標準熱縮護套，起到加固天線與成型射頻電纜8連接的作用。成型射頻電纜8為標準141電纜加工制作而成，起到饋電和天線部件連接安裝作用。成型射頻電纜8底端與射頻連接件9相連，頂端將內(nèi)導體芯線加工漏出19mm，用于與天線振子和防短路墊片貫通安裝固定連接，在頂端外漏內(nèi)導體芯線底部加工將外導體漏出12.5mm的長度用于與套筒5部件安裝連接。射頻連接件9為市售標準SMA-JB3射頻連接件，起到將50歐饋電作用。
【主權(quán)項】
1.一種限制空間安裝的C波段寬帶垂直極化套筒天線，包括頂蓋、天線振子、防短路墊片、介質(zhì)底托、套筒、天線罩、加固熱縮護套、同軸射頻電纜和射頻連接件，其特征在于:所述的天線罩為環(huán)氧層壓玻璃布材質(zhì)的中空圓柱，一端由環(huán)氧層壓玻璃布材質(zhì)的頂蓋封閉，另一端安裝特氟龍材質(zhì)的介質(zhì)底托;所述的同軸射頻電纜一端固連射頻連接件，另一端穿過介質(zhì)底托進入天線罩內(nèi)部;所述的天線振子為銅質(zhì)的圓柱，套接在天線罩內(nèi)部的同軸射頻電纜內(nèi)導體上;所述的套筒為銅質(zhì)的圓臺，連接天線罩內(nèi)部的同軸射頻電纜外導體;所述的套筒和天線振子之間通過特氟龍材質(zhì)的防短路墊片隔離。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限制空間安裝的C波段寬帶垂直極化套筒天線，其特征在于:所述的頂蓋為法蘭結(jié)構(gòu)，上層為橢圓體，橢圓的長軸長為波長的0.52倍，短軸長為波長的0.26倍，厚度為波長的0.05倍，在長軸方向上兩邊距離幾何中心0.196倍波長的地方對稱開有兩個定位通孔;頂蓋的下層為一圓柱體結(jié)構(gòu)，圓柱直徑為0.196倍波長，高度為0.131倍波長;所述的波長為天線的工作波長。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限制空間安裝的C波段寬帶垂直極化套筒天線，其特征在于:所述的天線振子的直徑為0.065倍波長，高度為0.194倍波長;所述的波長為天線的工作波長。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限制空間安裝的C波段寬帶垂直極化套筒天線，其特征在于:所述的防短路墊片為圓柱結(jié)構(gòu)，圓柱的直徑為0.075倍波長，高度為0.032倍波長;所述的波長為天線的工作波長。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限制空間安裝的C波段寬帶垂直極化套筒天線，其特征在于:所述的介質(zhì)底托為三層臺階柱結(jié)構(gòu)，底層臺階為天線罩的支撐部件，圓臺外徑為0.228倍波長，內(nèi)徑為0.196倍波長，厚度為0.016倍波長；中間圓臺為套筒支撐結(jié)構(gòu)和天線罩定位連接部件，外徑為0.196倍波長，內(nèi)徑為0.147倍波長，厚度為0.106倍波長;上層圓臺的外徑為0.147倍波長，內(nèi)徑為0.059倍波長，厚度為0.082倍波長;所述的波長為天線的工作波長。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限制空間安裝的C波段寬帶垂直極化套筒天線，其特征在于:所述的套筒為兩層圓臺結(jié)構(gòu)，上層圓臺構(gòu)成與同軸射頻電纜外導體焊接安裝的結(jié)構(gòu)體，直徑為0.075倍波長，高度為0.041倍波長，壁厚為0.0082倍波長;下層圓臺為天線調(diào)諧匹配體，直徑為0.163倍波長，高度也為0.163倍波長，壁厚為0.0082倍波長;所述的波長為天線的工作波長。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限制空間安裝的C波段寬帶垂直極化套筒天線，其特征在于:所述的天線罩為圓筒結(jié)構(gòu)，圓筒底面直徑為0.227倍波長，筒高為1.352倍波長，壁厚為0.016倍波長;所述的波長為天線的工作波長。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限制空間安裝的C波段寬帶垂直極化套筒天線，其特征在于:所述的天線罩靠近介質(zhì)底托一端和同軸射頻電纜外側(cè)安裝加固熱縮護套。
【文檔編號】H01Q1/36GK205509003SQ201620006761
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年1月5日
【發(fā)明人】張朋, 劉亞成
【申請人】西安愛生技術(shù)集團公司, 西北工業(yè)大學