CN101102005B - 机车多频段天线 - Google Patents

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Abstract

一种机车多频段天线，包括介质板、设于介质板上的半波直立振子和倾斜的弯折振子、以及设于介质板上的馈电端口，所述半波直立振子和倾斜的弯折振子之间为匹配电路。进一步地，所述倾斜的弯折振子为在同一水平面上向内多次弯折的振子。进一步地，所述倾斜的弯折振子向内弯折的次数为四次。本发明提供的机车多频段天线，不仅涵盖多个铁路无线通信频段，而且可减少天线的体积。满足了对高度和增益的严格要求。

Description

机车多频段天线
技术领域
本发明涉及机车天线，特别涉及机车多频段天线。
背景技术
随着铁路通信、信号技术不断更新换代，尤其是专用于铁路的全球移动通信(GSM-R)在全国铁路范围内的逐步建设，越来越多的无线通信设备应用于机车上。在新开行的中国铁路高速列车(CRH)动车组上需安装有六付天线，既有铁路机车也要逐步增加天线数量，由于机车顶部安装面积有限，安装位置紧张，造成多部天线的空间隔离度不够，各个天线间就会产生干扰，致使接收/发射信号质量差，不利于通信设备的正常工作，进而有可能会影响到列车的正常运行，同时对既有机车顶部的改造不仅耗资大而且困难重重。
为解决上述问题，需要整合机车无线通信系统的天馈系统。实现多个设备共用天线。由于机车的无线通信设备用到不同的频段，这就要求在同一天线上能够接收和发射不同频段的信号。
由于机车多频段天线对天线关键的外观尺寸和性能均做出了严格的规定，例如高度不超过95mm，增益不小于0dBi等。如果该天线设计需要进行全频段覆盖，天线频率覆盖将达到六倍频程(457—2483.5MHz)，根据天线理论：设计六倍频程带宽的天线只能采用盘锥天线或螺旋天线结构设计，而这两款天线的设计尺寸将远远大于技术要求规定的尺寸。采用现有天线结构在95mm高度范围内进行全频段覆盖的天线设计(增益大于0dBi)几乎是不可行的。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种机车多频段天线，利用阵列的方式形成多个谐振点，使得该天线在457～469MHz、821～934MHz、2400～2483.5MHz三个频率窗口谐振，以满足在同一天线上接收和发射不同频段的信号，同时满足对高度和增益的严格要求。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种机车多频段天线，包括介质板、设于介质板上的半波直立振子和倾斜的弯折振子、以及设于介质板上的馈电端口，所述半波直立振子和倾斜的弯折振子之间为匹配电路。
进一步地，所述倾斜的弯折振子为在同一水平面上向内多次弯折的振子。
进一步地，所述倾斜的弯折振子包括第一弯折部、第二弯折部、第三弯折部、第四弯折部、第五弯折部。
进一步地，所述倾斜的弯折振子与介质板的夹角为50度。
进一步地，所述半波直立振子为直径10mm的铜管。
进一步地，所述倾斜的弯折振子为直径5mm的铜管。
进一步地，所述倾斜的弯折振子还包括一连接介质板与第一弯折部的垂直连接部。
进一步地，所述半波直立振子的长度为72.5mm，所述垂直连接部的长度为12mm，所述第一弯折部、第二弯折部、第三弯折部、第四弯折部、第五弯折部的长度为别为80mm、13mm、44mm、36.5mm、22mm，第一弯折部与第二弯折部、第二弯折部与第三弯折部、第三弯折部与第四弯折部、第四弯折部与第五弯折部的夹角分别为110度、120度、55度、35度。
本发明提供的机车多频段天线，不仅涵盖所有铁路无线通信频段，而且可减少天线的体积。满足了对高度和增益的严格要求。
附图说明
图1为本发明机车多频段天线实施例。
具体实施方式
如图1所示，一种机车多频段天线，包括介质板1、设于介质板上的半波直立振子2和弯折振子3、以及设于介质板上1的馈电端口，所述半波直立振子2和弯折振子3之间为匹配电路4。
一种机车多频段天线，包括介质板1、设于介质板1上的半波直立振子2和倾斜的弯折振子3、以及设于介质板1上的馈电端口(图中未示)，所述半波直立振子2和倾斜的弯折振子3之间为匹配电路4。
其中，所述倾斜的弯折振子3为在同一水平面上向内多次弯折的振子。
其中，所述倾斜的弯折振子3与介质板1的夹角为50度，即图1中a5的角度为140度。
其中，所述倾斜的弯折振子3包括第一弯折部32、第二弯折部33、第三弯折部34、第四弯折部35、第五弯折部36。
其中，所述半波直立振子2为直径10mm的铜管。
其中，所述倾斜的弯折振子3为直径5mm的铜管。
其中，所述倾斜的弯折振子还包括一连接介质板与第一弯折部的垂直连接部31。
其中，所述半波直立振子2的长度为72.5mm，所述垂直连接部31的长度为12mm，所述第一弯折部32、第二弯折部33、第三弯折部34、第四弯折部35、第五弯折部36的长度为别为80mm、13mm、44mm、36.5mm、22mm，第一弯折部32与第二弯折部33、第二弯折部33与第三弯折部34、第三弯折部34与第四弯折部35、第四弯折部35与第五弯折部36的夹角a1、a2、a3、a4分别为110度、120度、55度、35度。
本发明机车多频段天线的工作原理如下：
由理论计算可知，前述三个频段(在457～469MHz、821～934MHz、2400～2483.5MHz)中心点的波长分别为：λ462/4＝162mm，λ880/4＝85mm，λ2440/4＝30mm，880MHz频段和2.4GHz频段振子的有效高度均在95mm以内。对于880MHz和2.4GHz频段振子的设计，由于两个频段的1/4波长的振子的理论高度基本接近3倍关系，根据天线理论我们可以知道这两个频段的信号在880MHz的1/4波长的振子上都能产生谐振，因此对于880MHz频段和2.4GHz频段来说，两根振子(半波直立振子2和弯折振子3)可以合并为一根半波对地直立振子进行设计。图中弯折振子与直立振子配合共同完成450MHz频段的谐振。
由前面的理论计算λ462/4＝162mm，远大于技术要求的95mm，根据天线理论可以知道，通过加载、加顶、介质填充等手段均可以缩短振子的长度。但通过上述手段使450MHz缩短到规定长度后，对880MHz及2.4GHz将会带来严重的影响，多频段覆盖基本不可能实现。为了减小450MHz振子对880MHz及2.4GHz信号的影响，必须使450MHz振子长度基本保持谐振长度，同时高度又不能超过95mm，通过大量的研究试验，本发明中的弯折振子3，在保证谐振长度不变的情况下，通过改变振子的结构达到降低天线有效高度的目的。这两个振子通过一块介质板1及匹配电路4构成天线阵列，在有限高度内实现各频段覆盖的要求。
二、主要技术指标
(1)覆盖频段：
450MHz频段：457.000～469.000MHz；
800MHz频段：821.000～866.000MHz；
GSM—R频段：885～934MHz；
2.4G频段：2400～2483.5MHz
(2)阻抗：50Ω；
(3)驻波比：不大于1.5；
(4)极化方式：垂直；
(5)方向性：全向；
(6)增益：不小于0dBi；
(7)半功率波束(3dBi)：360°(H)/60°(E)；
(8)抗风能力：300km/h；
(9)功率容限不小于50W；
(10)工作温度：—40℃～+70℃；
(11)接口类型：N-KF5；
(12)天线高度：95mm；
(13)底座尺寸：145mm×80mm。
本领域技术人员只需要根据本发明提供的弯折振子3的设计思路及上述工作原理，无需创性性的劳动即可设计出满足高度和增益要求的机车天线。
本发明提供机车多频段天线，在天线阵列及匹配网络的分析及优化、异型半波振子的设计及优化方面具有独创性；且其结构简单、适装性强、性能良好，是机车多功能多频段电台理想的配套天线。

Claims (4)

1.一种机车多频段天线，其特征在于：包括介质板、设于介质板上的半波直立振子和倾斜的弯折振子、以及设于介质板上的馈电端口，所述半波直立振子和倾斜的弯折振子之间为匹配电路；所述倾斜的弯折振子为在同一水平面上向内多次弯折的振子；所述倾斜的弯折振子包括第一弯折部、第二弯折部、第三弯折部、第四弯折部、第五弯折部；所述倾斜的弯折振子还包括一连接介质板与第一弯折部的垂直连接部；所述半波直立振子的长度为72.5mm，所述垂直连接部的长度为12mm，所述第一弯折部、第二弯折部、第三弯折部、第四弯折部、第五弯折部的长度分别为80mm、13mm、44mm、36.5mm、22mm，第一弯折部与第二弯折部、第二弯折部与第三弯折部、第三弯折部与第四弯折部、第四弯折部与第五弯折部的夹角分别为110度、120度、55度、35度。
2.根据权利要求1所述的机车多频段天线，其特征在于：所述倾斜的弯折振子与介质板的夹角为50度。
3.根据权利要求2所述的机车多频段天线，其特征在于：所述半波直立振子为直径10mm的铜管。
4.根据权利要求3所述的机车多频段天线，其特征在于：所述倾斜的弯折振子为直径5mm的铜管。 
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