CN102386477A - 一种垂直极化宽带uhf波段天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂直极化宽带UHF波段天线，天线罩为中空的圆柱形筒状结构，上端为封闭面，下端开口，反射底盘为台阶圆柱体，中心处开有一个通孔，其中放置绝缘垫片，有源阵子整体采用矩形铝条弯折成U型结构，两边对称分布，顶端为开口部分，有源阵子垂直于反射底盘的上表面，射频连接件的内导体穿过绝缘垫片和有源阵子底部的安装孔通固定连接；采用金属铝制成圆柱形短路条，安装于有源阵子两臂上所开的通孔处，射频连接件将50欧的铜轴电缆与天线连接。本发明使得天线满足垂直极化、全向辐射要求，天线增益达2dB，天线3dB波束宽度为65°，驻波2以下频带宽度近20％。

Description

一种垂直极化宽带UHF波段天线

技术领域

本发明涉及一种宽频带UHF波段天线。

背景技术

目前，一般车载、机载等便携式高速移动平台上UHF波段通信及测控系统天线多以“J”型偶极子或盘锥天线为主。“J”型偶极子天线以四分之三波长的主阵子为天线的基本辐射单元，通过主阵子旁边引入四分之一波长的匹配阵子结构完成整体系统与50欧姆馈电的匹配。根据普通偶极子匹配模式W.B.Freely最早在《A Two meter JAntenna》(W.B.Freely，A Two meter J Antenna[J]QST，April，1977)一文中提出了对该天线的设计。“J”型偶极子天线具有结构简单，容易调谐等特性，但是它往往工作频带带宽较窄(小于5％)，一般情况下为点频工作，通过普通的增加带宽措施难以起到效果，在UHF频段尤其无法满足宽带通信的要求。另一种盘锥天线由一个导体圆盘和一个导体圆锥构成。天线圆盘直径与椎体高度近似为二分之一波长，因此在较低频段工作时天线整体安装尺寸偏大，架设及安装很难满足移动平台上小型化、便携化的要求。而在移动测控通信领域中，UHF通信频率范围内，为扩展通信控制距离，满足天线垂直极化辐射、宽频带通信要求，同时也要满足小型化、制作安装简便等特性，新的垂直极化、全向、宽频带，具有较高增益的移动测控通信天线的设计日趋重要。

发明内容

为了克服现有技术不能满足UHF波段通信系统天线在高速移动平台上小型化安装要求的不足，本发明提供一种垂直极化宽带UHF波段天线，通过在变形的偶极子天线上引入数个短路条，以较小的电流平衡反射底盘(小于二分之一波长)和安装结构达到了在UHF波段内宽频带工作的要求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括天线罩、有源阵子、短路条、绝缘垫片、反射底盘和射频连接件。天线罩使用环氧层压玻璃布制作，为中空的圆柱形筒状结构，上端为封闭面，下端开口，天线罩壁厚为天线工作波长的千分之一，在距天线罩下端千分之二波长处，天线罩壁的圆周方向上等间距开有若干个固定孔。天线罩的直径为二分之一波长，高度为四分之三波长。反射底盘为天线系统的电流平衡匹配部件，并对天线阵子起到支撑及固定作用，其整体设计为台阶圆柱体，上圆柱直径尺寸在二分之一波长，下圆柱直径尺寸比上圆柱直径大百分之二波长，上圆柱与下圆柱厚度之和应保证与射频连接件的内导体伸出上圆柱表面至少8mm。在反射底盘的上圆柱的圆周方向上开有与天线罩的固定孔相对应的固定孔。反射底盘中心处开有一个通孔，通孔直径要求与射频连接件内部的绝缘介质直径相同，其中放置绝缘垫片，绝缘垫片的上表面高出反射底盘的上表面千分之三波长的高度，此高度也为天线有源阵子与反射底盘之间的间隙，最终尺寸可根据实际情况优化计算获得，绝缘垫片起到对天线有源阵子的支撑和防止与反射底盘短路的作用。反射底盘起到对天线匹配及对天线方向图的调整作用。有源阵子整体采用矩形铝条弯折成“U”型结构，两边对称分布，顶端为开口部分，底端为连接部分，折角呈90度，弯折后两边长度相同形成有源阵子的两个辐射臂，并保证对折后两边之间间距为百分之五波长。铝条整体长度为二分之一波长，宽度为百分之二波长，厚度不做具体要求以尽量轻薄、坚固为准。在有源阵子两臂对称部分从顶端向下千分之六波长距离起，依次间隔八分之一波长距离开有四个通孔，其底端中心处开有固定安装用的通孔。有源阵子垂直于反射底盘的上表面，其底部端面与绝缘垫片表面相切，射频连接件的内导体穿过绝缘垫片和有源阵子底部的安装孔通固定连接。采用金属铝制成圆柱形短路条，短路条两端各挖一个直径比短路条直径小1mm，深2mm的凹坑作为与有源阵子铆接的部件。短路条起到对有源阵子支撑和短路连接的作用，并安装于有源阵子两臂上所开的通孔处，各短路条之间间距与有源阵子两臂上的孔位相对应，短路条长度应满足有源阵子两臂间距尺寸。射频连接件起到将50欧的铜轴电缆与天线可靠连接的作用。上文所述的波长为天线的工作波长。

所述的绝缘垫片为特氟隆材质的圆柱体，直径与反射底盘中心通孔直径相同，厚度大于反射底盘上圆柱的厚度千分之三波长尺寸(该尺寸可根据实际情况优化设定)，中心开有一个直径与射频连接件内导体直径大小相同的通孔。

为减轻天线的整体重量，又能保证天线的结构强度，反射底盘采用硬质铝材料。

根据射频连接件安装要求在反射底盘的中心孔位的四周开四个通孔，此通孔位置应考虑避让过有源阵子的安装孔，又能满足本身的安装要求。

本发明的有益效果是：由于采用中心馈电方式，将二分之一波长的有源阵子压缩对折降低天线的整体轮廓，并作为天线辐射的主体。在相对的阵子两臂上采用若干个短路条起到平衡电流，展宽频带，匹配驻波的作用。而全新设计的反射底盘，起到更进一步的平衡电流，控制天线辐射方向的作用。通过采用以上设计使得天线满足垂直极化、全向辐射要求，天线增益达2dB，天线3dB波束宽度为65°，驻波2以下频带宽度近20％。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明新型垂直极化宽频带UHF波段天线结构的示意图。

图2是本发明新型垂直极化宽频带UHF波段天线安装结构装置示意图。

图3是本发明新型垂直极化宽频带UHF波段天线结构装置的装配效果图。

图4是本发明新型垂直极化宽频带UHF波段天线结构的底视图。

图5是本发明新型垂直极化宽频带UHF波段天线结构的顶视图。

图中，1.天线罩，2.有源阵子，3.短路条，4.绝缘垫片，5.天线阵子固定安装螺栓组件，6.反射底盘，7.天线罩固定螺栓组件，8.射频连接器固定螺栓组件，9.射频连接件。

具体实施方式

通过不断地优化调整有源阵子的高度、两臂之间的间距、臂的宽度，有源阵子与反射底盘间距及反射底盘大小可以获得满足驻波及方向图要求的天线方案，具体实施方式如下：

图1为本发明新型垂直极化宽频带UHF波段天线结构的示意图。天线罩1采用厚度为1mm厚的环氧层压玻璃布制作，天线罩内径为80mm，外径为82mm，高度为198mm。

图2、3是本发明新型垂直极化宽频带UHF波段天线安装结构装置及装配示意图。距天线罩1底端1.5mm处，在天线罩端面的圆周方向上开有6个等间距标称为M1.6的定位孔。有源阵子2整体采用长为780mm，宽为8mm，厚度为2mm的矩形铝条弯折成“U”型结构，两边对称分布，顶端为开口部分，底端为连接部分，折角呈90度，弯折后两边长度相同，形成有源阵子的两个辐射臂，臂高380mm，两臂之间间距为20mm。在有源阵子2两臂上从顶端向下4mm处开始，对称依次间隔50mm开有四个直径大小为4mm的孔，并在有源阵子2底端中心部位开有大小为M3孔径的固定安装孔。射频连接件采用N-50KF-C 9，其内芯穿过绝缘垫片4和有源阵子2的底端孔并通过天线阵子固定安装螺栓组件5与有源阵子2紧密连接。采用金属铝制作短路条3，共有四个，形状为圆柱体直径为4mm，长度为26mm，两端各挖一个直径为3mm，深2mm的凹坑作为铆接器件。将短路条3安装于有源阵子2上对应的安装孔处，并与有源阵子2铆接上起到支撑辐射臂和调谐天线的作用。绝缘垫片4为特氟隆材质的圆柱体，直径为14mm，厚度为4mm，中心开有一个直径为M3大小的通孔。绝缘垫片4置于反射底盘6中心的安装孔内，起到对有源阵子2的支撑及绝缘隔离作用。反射底盘6设计为台阶圆柱体，两层圆柱总厚度为5mm，上圆柱厚3.5mm，下圆柱厚度为1.5mm。上圆柱直径80mm起到主要的调整方向图及电流平衡作用，下圆台直径为100mm起到对天线罩1固定支撑的作用。反射底盘6中心处开有一个通孔，直径为15mm，为绝缘垫片4的预留放置孔及射频连接件9N-50KF-C内导体的安装预留孔。在中心孔位的四周开有四个直径大小为3.5mm的通孔，各相邻的通孔中心间距为18.2mm，并保证各通孔的中心与反射底盘6上的中心孔的中心相距均为12.9mm，这四个通孔作为射频连接件9N-50KF-C的定位安装孔。反射底盘6中，上圆柱距下圆柱上表面1.5mm处开有与天线罩6个定位孔位置相同的6个定位孔，并通过天线罩固定螺栓组件7固定。射频连接件9N-50KF-C为市售标准射频连接件，通过射频连接器固定螺栓组件8固定安装于反射底盘6上。

Claims (4)

1.一种垂直极化宽带UHF波段天线，包括天线罩、有源阵子、短路条、绝缘垫片、反射底盘和射频连接件，其特征在于：天线罩使用环氧层压玻璃布制作，为中空的圆柱形筒状结构，上端为封闭面，下端开口，天线罩壁厚为天线工作波长的千分之一，在距天线罩下端千分之二波长处，天线罩壁的圆周方向上等间距开有若干个固定孔，天线罩的直径为二分之一波长，高度为四分之三波长；反射底盘为台阶圆柱体，上圆柱直径尺寸在二分之一波长，下圆柱直径尺寸比上圆柱直径大百分之二波长，上圆柱与下圆柱厚度之和保证与射频连接件的内导体伸出上圆柱表面至少8mm，在反射底盘的上圆柱的圆周方向上开有与天线罩的固定孔相对应的固定孔，反射底盘中心处开有一个通孔，通孔直径与射频连接件内部的绝缘介质直径相同，其中放置绝缘垫片，绝缘垫片的上表面高出反射底盘的上表面千分之三波长的高度；有源阵子整体采用矩形铝条弯折成U型结构，两边对称分布，顶端为开口部分，底端为连接部分，折角呈90度，弯折后两边长度相同形成有源阵子的两个辐射臂，并保证对折后两边之间间距为百分之五波长，铝条整体长度为二分之一波长，宽度为百分之二波长，在有源阵子两臂对称部分从顶端向下千分之六波长距离起，依次间隔八分之一波长距离开有四个通孔，其底端中心处开有固定安装用的通孔，有源阵子垂直于反射底盘的上表面，其底部端面与绝缘垫片表面相切，射频连接件的内导体穿过绝缘垫片和有源阵子底部的安装孔通固定连接；采用金属铝制成圆柱形短路条，短路条两端各挖一个直径比短路条直径小1mm，深2mm的凹坑作为与有源阵子铆接的部件，短路条安装于有源阵子两臂上所开的通孔处，各短路条之间间距与有源阵子两臂上的孔位相对应；射频连接件将50欧的铜轴电缆与天线连接；所述的波长为天线的工作波长。

2.根据权利要求1所述的垂直极化宽带UHF波段天线，其特征在于：所述的绝缘垫片为特氟隆材质的圆柱体，直径与反射底盘中心通孔直径相同，厚度大于反射底盘上圆柱的厚度千分之三波长尺寸。

3.根据权利要求1所述的垂直极化宽带UHF波段天线，其特征在于：所述的反射底盘采用硬质铝材料。

4.根据权利要求1所述的垂直极化宽带UHF波段天线，其特征在于：所述的反射底盘的中心孔位的四周开四个避让过有源阵子安装孔的通孔。

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