CN102544762A

CN102544762A - 适合近中远通信距离使用的全向短波高增益天线阵

Info

Publication number: CN102544762A
Application number: CN2012100142516A
Authority: CN
Inventors: 俱新德; 陶伟; 刘军州; 赵玉军; 张培团; 时长永
Original assignee: SHAANXI HAITONG ANTENNA CO Ltd
Current assignee: SHAANXI HAITONG ANTENNA CO Ltd
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2032-01-17
Also published as: CN102544762B

Abstract

本发明提出一种全向短波高增益天线阵，主要解决现有短波台站天线占地面积大、数量少、增益低的问题。其包括垂直极化天线和水平极化天线，该垂直极化天线，采用由多副角反射器天线(4)或对数周期天线(61)和支撑杆构成的全向圆形阵列天线；该水平极化天线，包括由两副二元正交水平极化分支笼形阵列天线(7)组成的低频段水平极化天线(3)和由多副结构相同的二元水平极化分支笼形天线(51)构成高频段水平极化天线(5)，低频段水平极化天线(3)和高频段水平极化天线(5)分别固定在全向圆形阵列天线的上面和圆周上。本发明具有占地面积少，天线增益高的优点，可作为近、中、远距离的通信天线。

Description

适合近中远通信距离使用的全向短波高增益天线阵

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体说是适合近中远距离通信使用的组合全向高增益短波天线阵。

背景技术

短波是民用军用实现近中远距离通信最重要的手段之一，在信息化高速发展的当今，由于电磁环境变得越来越恶劣，为了抗干扰，实现可靠的短波通信，就必须增大短波天线的增益，除选用增益高的单元短波天线外，但最有效的方法用单元高增益短波天线组阵，但已有技术除用于远距离数量极少的水平同相天线阵外，而大多数用于近中远距离的短波通信天线均为多副单元天线，如一单元笼形天线、分支笼形天线、双锥单极子天线、用有耗元件加载的三线和四线短波宽带天线、扇锥天线和伞锥天线，这些天线不仅增益低，而且在收发信台站天线场占地面积大，天线数量少，另外由于地价昂贵，新建天线场很难找到大的场地安装架设天线。在有限大的场地上不能为用户提供多副短波宽带天线。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种适合近中远通信距离使用的全向短波高增益天线阵，通过双极化组合阵列天线技术，提高天线增益，并通过天线层叠共杆架设，减少占地面积，在有限的场地上，同时实现共站架设多副宽带高增益短波天线阵，以满足多个用户需要多副短波宽带天线的要求。

为实现上述目的，本发明包括以下两种技术方案：

技术方案1：

本发明的全向短波高增益天线阵，包括垂直极化天线和水平极化天线，其中：

垂直极化天线，采用由N副角反射器天线4和支撑杆构成的全向圆形阵列天线2，4≤N≤12；

水平极化天线，包括低频段水平极化天线3和高频段水平极化天线5两部分，该低频段水平极化天线3由两副二元正交水平极化分支笼形阵列天线7和8构成，该高频段水平极化天线5采用由N副结构相同的二元水平极化分支笼形天线51构成，4≤N≤12；

所述的低频段水平极化天线3固定在全向圆形阵列天线2的上面；高频段水平极化天线5固定在全向圆形阵列天线2圆周上。

上述全向短波高增益天线阵，其中角反射器天线4由角反射器21、宽带双锥单极子辐射单元59及支撑杆组成；角反射器21，由夹角为a的两个金属网面组成，宽带双锥单极子辐射单元59位于两个网面之间，90°≤a≤30°。

所述金属网面进一步由多根垂直金属线和拉线44组成，这些垂直金属线以间隔为0.1λ_min均匀排列在拉线44下部，其中λ_min为最高工作频率对应的波长；所述宽带双锥单极子辐射单元59由高度H＝0.6λ₀，最大直径D＝0.3λ₀的双锥单极子和同轴线构成。

上述全向短波高增益天线阵，其中N个角反射器的支撑杆共设为N+1根，其中一根作为中心共用支撑杆，其余N根作为外围支撑杆，且等间距布局形成直径2R为12λ_max的圆形支架，拉线44固定在该中心杆与外围支撑杆之间，该中心支撑杆与4根外围支撑杆的高度为H1；其余N-4外围支撑杆高度均为H2＝1.5λ_max，H1是H2的1.25倍。

上述全向短波高增益天线阵，其中两副二元正交水平极化分支笼形阵列天线7和8固定在高度为H1的支撑杆的顶端；N副结构相同的二元水平极化分支笼形天线51固定在所有外围支撑杆的1.5λ_max高度处。

技术方案2：

本发明的全向短波高增益天线阵，包括垂直极化天线合水平极化天线，其中：

垂直极化天线，采用由N副对数周期天线61和支撑杆22构成的高频段全向圆形阵列天线60，4≤N≤12；

水平极化天线，包括低频段水平极化天线3和高频段水平极化天线5两部分，该低频段水平极化天线3由两副二元正交水平极化分支笼形阵列天线7和8构成，该高频段水平极化天线采用由多副结构相同的二元水平极化分支笼形天线51构成的全向圆形阵列天线5；

上述高频段全向圆形阵列天线60，其中所述的对数周期天线61由多根垂直金属线和同轴线构成。

上述全向短波高增益天线阵，其中所述低频段水平极化天线3和高频段水平极化天线5共用支撑杆24、26、28、30，由于支撑杆24、26、28、30和支撑杆23、25、27、29的高度不同，即支撑杆24、26、28、30比支撑杆23、25、27、29高，且高频段水平极化天线5位于高频段全向圆形阵列天线60的圆周上，因而高频段全向圆形阵列天线60，低频段水平极化天线3和高频段水平极化天线5，三者之间形成空间层叠结构。本发明具有如下优点：

1.本发明由于用两副正交二元水平分支笼形天线组阵，构成高仰角低频段水平极化天线，提高了天线的增益。

2.本发明由于用宽带垂直极化角反射器天线或对数周期天线作为高频段短波垂直极化定向天线，都是高增益天线，提高了通信距离。

3.本发明由于用多副二元水平分支笼形天线构成高频段水平极化天线，利用中低仰角，通过天波反射，可全方位完成中远距离通信任务。

4.本发明由于用低频段水平极化天线3固定在全向圆形阵列天线2的上面；高频段水平极化天线5固定在全向圆形阵列天线2圆周上，既节约了安装架设天线的场地及支撑杆，又使天线的数量增加，而且高仰角和低仰角均具有全向性。

5.垂直极化天线和水平极化天线均为网线结构，不仅风阻小，造价低。而且易承受大功率。

6.两副低频段二元水平极化分支笼形天线彼此垂直，它们又与垂直极化角反射器天线或对数周期天线垂直，8副高频段二元水平分支笼形天线也与垂直极化角反射器天线或垂直极化对数周期天线垂直，虽然与低频段二元水平分支笼形天线不垂直，但夹角也有68°，而且它们不位于同一层，因而相互影响很小。因而能需要多副短波宽带天线的要求。供多个用户使用。

7.采用增益高的单元天线和阵列天线技术来克服已有技术天线增益低的缺点；采用双极化组合阵列天线，在有限大的场地上，同时实现共站架设多副宽带高增益短波天线阵，克服已有技术天线数量少、占地面积大，新建场地地价昂贵的缺点；采用天线层叠共杆架设来减小分散单层架设天线的费用。

仿真结果表明：在(8～30)MHz频段内使用的垂直极化天线，电压驻波比≤3.0，平均增益≥8.0dBi。高、低频段二元水平分支笼形天线在各自的工作频段内，电压驻波比≤3.0，平均增益≥10.0dBi。

本发明的目的，特征及优点，下面结合附图作详细说明。

附图说明

图1是本发明的第一实施例中的整体结构图；

图2是本发明第一实施例中的垂直极化天线结构图；

图3是图2中的一个角反射器天线结构图；

图4是本本发明的第一实施例中低频段水平极化天线结构图；

图5是本发明的第一实施例中的高频段水平极化天线结构图；

图6是图5中的一个二元水平极化分支笼形天线51的结构图；

图7是本发明的第二实施例中的整体结构图；

图8是本发明第二实施例中的垂直极化天线结构图；

图9是本发明第二实施例中的对数周期天线结构图。

具体实施方式

实施例1

参照图1，本发明的全向短波高增益天线阵，包括垂直极化天线和水平极化天线，其中：

所述垂直极化天线，采用由N副角反射器天线4构成的全向圆形阵列天线2，4≤N≤12，本实例给出8副角反射器天线，但不限于8副。所述全向圆形阵列天线2的结构，如图2所示，它由在8～30MHz频段频段内8副结构尺寸完全相同的角反射器天线4连接而成。每副角反射器天线4的结构如图3所示，它包括角反射器21、宽带双锥单极子辐射单元59及支撑杆。该角反射器21，由夹角为a的两个金属网面组成，90°≤a≤30°，金属网面由多根垂直金属线组成；该宽带双锥单极子辐射单元59位于两个网面之间，它由高度H＝0.6λ₀，最大直径D＝0.3λ₀的双锥单极子和同轴线构成，λ₀为8～30MHz频段的中心波长。N个角反射器的支撑杆共设为N+1根，其中一根作为中心共用支撑杆，其余N根作为外围支撑杆，且等间距布局形成直径2R为12λ_max的圆形支架，λ_max为8～30MHz频段的中心波长，这些支撑杆的高度分为两种，其中中心支撑杆与4根外围支撑杆的高度为H1；其余N-4外围支撑杆高度均为H2＝1.5λ_min，H1是H2的1.25倍。中心共用支撑杆与每个外围支撑杆之间设有拉线，每个拉线的下面设有多根垂直金属线，这些垂直金属线以0.1λ_min的间隔均匀排列。

本实施例给出8副角反射器天线，如图2所示，8副角反射器通过9根支撑杆固定，其中支撑杆22为中心共用支撑杆，其余8根支撑杆23、24、25、26、27、28、29、30作为外围支撑杆以等间距布局成直径2R为12λ_max的圆形支架，支撑杆22，24，26，28，30的高度均为H1，支撑杆23，25，27，29的高度均为H2，λ_min为30MHz频段所对应的波长。中心支撑杆22与外围支撑杆23、24、25、26、27、28、29、30之间均设有拉线44，垂直金属线的一端与拉线44固定，另一端用地锚固定，其中λ_min为最高工作频率对应的波长。

所述水平极化天线，由低频段水平极化天线3和高频段水平极化天线5两部分构成。其中低频段水平极化天线3如图4所示，它由在3～15MHz低频频段内两副结构尺寸完全相同的二元水平极化分支笼形阵列天线7和8构成，该二元水平极化分支笼形阵列天线7和8正交架设，且二元水平极化分支笼形阵列天线7的一端固定在外围支撑杆26顶端，另一端固定在外围支撑杆30顶端，二元水平极化分支笼形阵列天线8的一端固定在外围支撑杆24顶端，另一端固定在外围支撑杆28顶端，两者的交点处固定在中心支撑杆22的顶端。

高频段水平极化天线5，由N副结构尺寸完全相同的二元水平极化分支笼形天线51构成，4≤N≤12，这些二元水平极化分支笼形天线51依次水平固定在上述由外围支撑杆形成直径2R为12λ_max的圆形支架上。

本实施例给出8副二元水平极化分支笼形天线51，但不限于8副，如图5所示，每副二元水平极化分支笼形天线51由在8～30MHz高频频段内的两个分支笼形天线42和43并联组阵构成，如图6所示。该8副结构尺寸完全相同二元水平极化分支笼形天线，固定在外围支撑杆23、24、25、26、27、28、29、30的1.5λ_max高度处。此处低频段水平极化天线3和高频段水平极化天线5共用支撑杆24、26、28、30，由于支撑杆24、26、28、30和支撑杆23、25、27、29的高度不同，即支撑杆24、26、28、30比支撑杆23、25、27、29高，且高频段水平极化天线5位于全向圆形阵列天线2的圆周上，因而全向圆形阵列天线2，低频段水平极化天线3和高频段水平极化天线5，三者之间形成空间层叠结构。

实施例2

参照图7，本发明的全向短波高增益天线阵，包括垂直极化天线和水平极化天线，其中：

垂直极化天线，采用由N副对数周期天线61构成的高频段全向圆形阵列天线60，4≤N≤12，本实例给出8副对数周期天线，但不限于8副。

每副对数周期天线61的结构如图9所示，它由多根垂直金属线和馈线支撑杆22构成。所述高频段全向圆形阵列天线60的结构，如图8所示，它由在8～30MHz频段频段内8副结构尺寸完全相同的对数周期天线61连接而成。8副对数周期天线61的结构尺寸完全相同，并以45°等间距布局在直径2R为12λ_max的圆周上。位于中心支撑杆22作为每个对数周期天线共用支撑杆。

水平极化天线，由低频段水平极化天线3和高频段水平极化天线5两部分构成。所述低频段水平极化天线3，由在3～15MHz低频频段内两副结构相同的二元正交水平极化分支笼形阵列天线7和8构成。所述高频段水平极化天线5，由等间距位于直径2R为12λ_max圆周上的N副二元水平极化分支笼形天线51构成，4≤N≤12，本实例给出8副二元水平极化分支笼形天线，但不限于8副。每个二元水平极化分支笼形天线结构相同。该二元水平极化分支笼形天线51，由在8～30MHz高频频段内的两个分支笼形天线42和43构成。

低频段水平极化天线3和高频段水平极化天线5共用支撑杆24、26、28、30，由于支撑杆24、26、28、30和支撑杆23、25、27、29的高度不同，即支撑杆24、26、28、30比支撑杆23、25、27、29高，且高频段水平极化天线5位于高频段全向圆形阵列天线60的圆周上，因而高频段全向圆形阵列天线60，低频段水平极化天线3和高频段水平极化天线5，三者之间形成空间层叠结构。

本发明由于垂直极化天线和水平极化天线极化正交，而且低频段水平极化天线3和高频段水平极化天线5处于不同层面，因而天线之间相互影响极小，能在相对小的场地上，将低频段水平极化天线3和高频段水平极化天线5进行组合，满足了多个用户需要多副短波宽带天线的要求。

Claims

1.一种适合近中远通信距离使用的全向短波高增益天线阵，包括垂直极化天线和水平极化天线，其特征在于：

垂直极化天线，采用由N副角反射器天线(4)连接构成的全向圆形阵列天线(2)，4≤N≤12；

水平极化天线，包括低频段水平极化天线(3)和高频段水平极化天线(5)两部分，该低频段水平极化天线(3)由两副二元正交水平极化分支笼形阵列天线(7)和(8)组成，该高频段水平极化天线(5)由N副结构相同的二元水平极化分支笼形天线(51)构成，4≤N≤12；

所述的低频段水平极化天线(3)固定在全向圆形阵列天线(2)的上面；高频段水平极化天线(5)固定在全向圆形阵列天线(2)圆周上，形成空间层叠结构。

2.根据权利要求1所述的全向短波高增益天线阵，其特征在于角反射器天线(4)由角反射器(21)、宽带双锥单极子辐射单元(59)及支撑杆组成；角反射器(21)，由夹角为a的两个金属网面组成，宽带双锥单极子辐射单元(59)位于两个网面之间，90°≤a≤30°。

3.根据权利要求2所述的全向短波高增益天线阵，其特征在于所述金属网面由多根垂直金属线和拉线(44)组成，这些垂直金属线以间隔为0.1λ_min均匀排列在拉线(44)下部，其中λ_min为最高工作频率对应的波长；所述宽带双锥单极子辐射单元(59)由高度H＝0.6λ₀，最大直径D＝0.3λ₀的双锥单极子和同轴线构成。

4.根据权利要求1所述的全向短波高增益天线阵，其特征在于所述正交二元水平极化分支笼形阵列天线(7)和(8)，均由在3～15MHz低频频段内的两个分支笼形天线连接而成。

5.根据权利要求1所述的全向短波高增益天线阵，其特征在于每个二元水平极化分支笼形天线(51)，由8～30MHz高频频段内的两个分支笼形天线(42)和(43)并联组阵构成。

6.根据权利要求2所述的全向短波高增益天线阵，其特征在于N个角反射器的支撑杆共设为N+1根，其中一根作为中心共用支撑杆，其余N根作为外围支撑杆，且等间距布局形成直径2R为12λ_max的圆形支架，拉线(44)固定在该中心杆与外围支撑杆之间。

7.根据权利要求6所述的全向短波高增益天线阵，其特征在于中心支撑杆与4根外围支撑杆的高度为H1；其余N-4外围支撑杆高度均为H2＝1.5λmax，H1是H2的1.25倍。

8.根据权利要求1或6所述的全向短波高增益天线阵，其特征在于两副二元正交水平极化分支笼形阵列天线(7)和(8)固定在高度为H1的支撑杆的顶端；N副结构相同的二元水平极化分支笼形天线(51)固定在所有外围支撑杆的1.5λmax高度处。

9.一种适合近中远通信距离使用的全向短波高增益天线阵，包括垂直极化天线和水平极化天线，其特征在于：

垂直极化天线，采用由N副对数周期天线(61)和支撑杆(22)构成的高频段全向圆形阵列天线(60)，4≤N≤12；

所述的低频段水平极化天线(3)固定在高频段全向圆形阵列天线(60)的上面；高频段水平极化天线(5)固定在高频段全向圆形阵列天线(60)圆周上，形成空间层叠结构。

10.根据权利要求9所述的全向短波高增益天线阵，其特征在于，对数周期天线(61)由多根垂直金属线和馈线构成。