CN102280690A

CN102280690A - 短波全频段单极天线

Info

Publication number: CN102280690A
Application number: CN2011101274359A
Authority: CN
Inventors: 周国材; 刘巍; 孟凡涛; 李斌; 李�杰; 高伟; 王洋; 李传欣; 吕以哲
Original assignee: BEIJING SINO-SKY HI-TECH Co Ltd
Current assignee: BEIJING SINO-SKY HI-TECH Co Ltd
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2011-12-14

Abstract

本发明公开了一种短波全频段单极天线，至少包括，笼形振子，包括沿纵向延伸的多个振子线，以及与所述多个振子线垂直相交的振子环，所述多个振子线与所述振子环形成笼形结构，在所述笼形振子的下端连接竖立于地面上的绝缘支撑件；桅杆，纵向设置在所述笼形振子的内部，并贯穿所述笼形振子，所述多个振子线两端与所述桅杆相连；至少一根具有规定长度的折合振子接地导线，其一端与所述笼形振子顶部相连接，其另一端接地。本发明改善了天线带宽，实现5.9MHz-21.85MHz的超宽带宽全波段工作，增强了地波全向发射能力，可有效防止雷电损伤，安全性显著提高，适用范围广。

Description

短波全频段单极天线

技术领域

本发明涉及天线领域，尤其涉及一种短波全频段单极天线。

背景技术

众所周知，天线在短波通信中发挥着重要的作用。随着短波通信技术的发展，天线也越来越多地受到行业人士的重视。而工作频段在5.9MHz-26MHz的范围的高效率高稳定性的短波天线在高原地区的应用就更加受到关注。

然而，根据现场查验和测量结果表明，现有的短波天线存在有一下一些不足之处：

1、由于现有的短波天线对应于15MHz以上信号时，相对波长大于0.75入，其垂直面场形将出现越来越大的副瓣，地面辐射方向场强不断减弱，不利于地波覆盖。

2、现有的短波天线驻波比大；并且，天线的调配网络压在天线桅杆下，无法卸下，因此不便于排除故障。

3、现有的短波天线的发射效率较低，不适于高原环境。

因此提供一种频带较宽、地波全向发射能力强、结构牢固合理、利用检修、适用范围广的短波全频段单极天线是目前急待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种频带较宽、地波全向发射能力强、结构牢固合理、利用检修、适用范围广的短波全频段单极天线。

为解决上述问题，本发明提供了一种短波全频段单极天线，至少包括，

笼形振子，包括沿纵向延伸的多个振子线，以及与所述多个振子线垂直相交的振子环，所述多个振子线与所述振子环形成笼形结构，在所述笼形振子的下端连接竖立于地面上的绝缘支撑件；

桅杆，纵向设置在所述笼形振子的内部，并贯穿所述笼形振子，所述多个振子线两端与所述桅杆相连；

至少一根具有规定长度的折合振子接地导线，其一端与所述笼形振子顶部相连接，其另一端接地。

如上所述的短波全频段单极天线，其中，所述折合振子接地导线为1～3根。

如上所述的短波全频段单极天线，其中，所述笼形振子的两端为锥形。

如上所述的短波全频段单极天线，其中，所述笼形振子还包括：横支撑件，其一端与所述桅杆连接，其另一端与所述振子环连接；斜支撑件，其一端与所述桅杆连接，另一端与所述横支撑连接。

如上所述的短波全频段单极天线，其中，所述单极天线的高度小于或等于10m。

如上所述的短波全频段单极天线，其中，所述单极天线还包括调配箱，该调配箱设置于所述笼形振子下方并与所述笼形振子连接。

如上所述的短波全频段单极天线，其中，所述单极天线还包括地网，所述地网由多根铜线呈辐射状分布而成，每根所述铜线的一端与地网中心圆盘连接，另一端与固定地锥连接。

如上所述的短波全频段单极天线，其中，所述单极天线还包括拉线，其一端与所述桅杆连接，另一端固定在地锚上。

如上所述的短波全频段单极天线，其中，所述单极天线还包括活动底座，由槽钢拼接而成，所述槽钢采用螺钉固定在地面上。

如上所述的短波全频段单极天线，其中，所述振子线为铜线；所述振子环、桅杆、横支撑件和斜支撑件均为镀锌钢管。

根据上述方案，本发明相对于现有结构的效果是显著的：

1、本发明由于结合了折合振子形式的单极天线使天线在低端频率的阻抗得到提高，使天线在高端频率的阻抗得到降低，使高端和低端频率的输入阻抗更接近50欧姆，改善了天线带宽，实现5.9MHz-21.85MHz的超宽带宽全波段工作，增强了地波全向发射能力。

2、本发明采用折合振子接地导线接地，可以有效防止雷电损伤，安全性显著提高。

3、本发明结构牢固合理、利用检修、且适用范围广。

附图说明

图1为本发明短波全频段单极天线一实施例的结构示意图；

图2A为本发明短波全频段单极天线在低端频率使用时的原理图；

图2B为本发明短波全频段单极天线在低端频率使用时的等效天线原理图；

图3A为本发明短波全频段单极天线在高端频率使用时的原理图；

图3B为本发明短波全频段单极天线在高端频率使用时的等效天线原理图；

图4为本发明短波全频段单极天线另一实施例的结构示意图。

附图标记说明：

1-笼形振子；2-桅杆；3-折合振子接地导线；4-活动底座；5-拉线；6-地锚；7-调配箱；8-地网；9-横支撑；10-斜支撑；11-振子线；12-振子环；13-绝缘支撑件。

具体实施方式

请参考图1，为本发明短波全频段单极天线一实施例的结构示意图。如图所示，本发明短波全频段单极天线，包括笼形振子1、桅杆2、具有规定长度的折合振子接地导线3，所述笼形振子1包括多个振子线11和振子环12，所述振子线11相互平行纵向延伸，振子环12与振子线11垂直相交，振子线11和振子环12共同组成一个笼形的结构。在所述笼形振子的下端连接竖立于地面上的绝缘支撑件13，绝缘支撑件13起到支撑笼形振子和绝缘的作用。桅杆3从中间穿过笼形振子1，振子线11两端的延长线分别连接至桅杆2，使笼形振子1的顶部和底部呈圆锥形，这样笼形振子1与桅杆2构成单极天线。振子线11的材料为铜线，振子环12采用镀锌钢管，振子环12通过支撑杆与桅杆2固定。桅杆2由三节镀锌钢管连接而成。桅杆2通过拉线5固定，拉线5为不锈钢钢丝绳，拉线5与地锚6或地锥连接，可通过索具螺旋扣调节拉线松紧程度，在本实施例中，天线桅杆2配有一层三方拉线和三套拉线固定地锚装置。在本发明中，折合振子接地导线3的一端与所述笼形振子1顶部相连接，其另一端接地。这样，根据地面镜像及折合振子天线原理，接地导线3与笼形振子1、桅杆2构成了接近半波长的折合振子天线，使单极天线在低端频率的阻抗得到提高，在高端频率的阻抗得到降低，改善了天线带宽，使天线频带宽度进一步展宽，实现国内所有的短波广播频率(5.9MHz-21.85MHz)全波段工作，增强了地波全向发射能力。另外，折合振子接地导线3有对雷电直接接地作用，使天线顶部接受的雷电高压直接入地，具有最佳的防雷效果，提高了天线的安全性。

进一步的，所述折合振子接地导线3为1～3根，天线在低频率(5.9MHz)时，根据地面镜像原理，形成了低频段的折合振子天线，经实验证明，由此可提高低频段阻抗。但折合振子接地导线的数量也不限于此，可以根据实际工况增加或减少其数量。

进一步的，所述折合振子接地导线3的长度限定在规定范围，即折合振子接地导线3的长度与天线的高度之和等于0.4入至0.5入(其中：入为5.9MHz对应波长)，使高频时天线阻抗变小，实验证明在高频时不加折合振子接地导线3阻抗在80欧姆，而增加折合振子接地导线3时相当于将天线并联了电感使阻抗降低更接近50欧姆，匹配程度更好；更主要的是使低频时形成单极折合振子天线，由于半波折合振子天线特性阻抗高，使低频时天线阻抗变大，实验证明在不加接折合振子接地导线3时低频阻抗在10欧姆左右，加接折合振子接地导线3后阻抗增大到30欧姆，使阻抗更接近50欧姆，匹配程度更好。

进一步的，根据折合振子原理及地面镜像原理，能够计算得出整个单极天线的高度小于或等于10m，使得地波覆盖增益较大。

进一步的，本发明采用宽带调配技术，于所述笼形振子下方设置调配箱7，该调配箱7与所述笼形振子1连接，调配箱7采用无耗元件组成调配网络，使天线得到良好的匹配，并且天线的调配箱外置更便于调配。

进一步的，所述单极天线还包括地网8，所述地网8由多根铜线呈辐射状分布而成，每根所述铜线的一端与地网中心圆盘连接，另一端与固定地锥连接。地网8以天线为中心，360度成辐射状铺设，地网线埋入地表下200mm，地网半径为15m，地网由60根Ф2.0mm铜线组成。

进一步的，所述单极天线还包括活动底座4，由槽钢拼接而成，所述槽钢采用螺钉固定在地面上，使得天线架设简便不需要预置混凝土底座，同时还增加了天线架设的机动性，可以随意改动天线架设地点。

表1为本实例的笼形天线的主要技术指标。

表1：

内容	参数
		工作频率	5.9MHz-26MHz
功率容量	≥2kW
		馈线功率容量	≥2kW
极化	垂直极化
		方向性	全向
输入阻抗	50Ω
		驻波比(SWR)	≤2.0
增益	≥3.0dBi
		输入接口	L29头
天线重量	500kg
		天线高度	10m、7m
占地面积	30mx30m
		工作温度	-40℃～55℃
抗风能力	10级风能正常工作
		地网辐射半径	15m
防雷功能	具备

本发明基于单塔天线和折合振子天线理论，设计最佳辐射场形的天线形式，采用笼形振子，实现阻抗、天线带宽和垂直面场形的的最优设计。实现5.9MHz-21.85MHz的超宽带宽和提高天线整个频段发射效率。本发明采用了宽带调谐达到馈线与天线的宽带匹配，使天线馈线发射损耗大大降低得以提高天线的整体发射效率，实验数据表明本发明的天线效率可达到80％-95％。天线底部阻抗为30Ω-80Ω，降低了天线的底部电压，避免高压打火从而提高了天线的安全性。

如图2A、2B所示，本发明在使用低端频率时，为提高低频段阻抗，将单极天线顶端引入1根至3根折合振子接地导线3入地，根据地面镜像原理，形成了低频段的折合振子天线，结合了折合振子形式的单极天线使天线在低端频率的阻抗得到提高，使得低端频率的输入阻抗更接近50欧姆。

如图3A、3B所示，本发明在使用高端频率时，折合振子接地导线3相当于高感抗，经过该导线的电流很小，相当于接入天线顶部一个高感抗与天线并联，经过1/2波长变换，相当于在天线底部并联了高感抗，由于天线振子本身存在感抗(大于1/2波长时，天线阻抗大于75欧姆并有较大感抗)，并联后使输入阻抗降低，更接近50欧姆。

这样，本发明由于结合了折合振子形式的单极天线使天线在低端频率的阻抗得到提高，使天线在高端频率的阻抗得到降低，使高端和低端频率的输入阻抗更接近50欧姆，改善了天线带宽，实现5.9MHz-21.85MHz的超宽带宽。采用了宽带调谐技术达到馈线与天线的宽带匹配。

天线底部阻抗为30欧姆-80欧姆，使得天线的底部电压降低，避免高压打火提高了天线的安全性。

请参考图4，为本发明短波全频段单极天线另一实施例的结构示意图。如图4所示，所述单极天线还包括有横支撑9和斜支撑10，横支撑9的一端与桅杆连接，另一端与振子环连接，用于将笼形振子固定在桅杆上。斜支撑10的一端与桅杆连接，另一端与横支撑9连接，用于对横支撑9起支撑作用，此种结构可以使笼形振子的重量分散在横支撑9和斜支撑10上，使得笼形振子的结构更加牢固。在本实施例中，横支撑9和斜支撑10采用的是镀锌钢管，横支撑9和斜支撑10的数量不受限制，可以按实际需要设置。

综上所示，本发明采用单极天线作为短波垂直极化地波全向发射天线的基本体制，又利用了折合振子天线的的宽频带特性，将两种天线有机结合，使得天线的频带进一步增宽，该短波垂直极化地波全向发射天线在短波广播频段具有较强的地波全向发射能力。并且，天线顶部通过折合振子接地导线与地面直接连接具有最佳防雷效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种短波全频段单极天线，其特征在于，所述短波全频段单极天线至少包括，

2.如权利要求1所述的短波全频段单极天线，其特征在于，所述折合振子接地导线为1～3根。

3.如权利要求1所述的短波全频段单极天线，其特征在于，所述笼形振子的两端为锥形。

4.如权利要求1或2或3所述的短波全频段单极天线，其特征在于，所述笼形振子还包括：

横支撑件，其一端与所述桅杆连接，其另一端与所述振子环连接；

斜支撑件，其一端与所述桅杆连接，另一端与所述横支撑连接。

5.如权利要求1所述的短波全频段单极天线，其特征在于，所述单极天线的高度小于或等于10m。

6.如权利要求1所述的短波全频段单极天线，其特征在于，所述单极天线还包括调配箱，该调配箱设置于所述笼形振子下方并与所述笼形振子连接。

7.如权利要求6所述的短波全频段单极天线，其特征在于，所述单极天线还包括地网，所述地网由多根铜线呈辐射状分布而成，每根所述铜线的一端与地网中心圆盘连接，另一端与固定地锥连接。

8.如权利要求1所述的短波全频段单极天线，其特征在于，所述单极天线还包括拉线，其一端与所述桅杆连接，另一端固定在地锚上。

9.如权利要求1所述的短波全频段单极天线，其特征在于，所述单极天线还包括活动底座，由槽钢拼接而成，所述槽钢采用螺钉固定在地面上。

10.如权利要求4所述的短波全频段单极天线，其特征在于，所述振子线为铜线；所述振子环、桅杆、横支撑件和斜支撑件均为镀锌钢管。