CN102751569A - 一种限制空间安装的低成本宽带垂直极化uhf波段天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种限制空间安装的低成本宽带垂直极化UHF波段天线，包括天线阵子、正向直连连接电缆、反向平衡连接线、线缆固定卡子和射频连接件，天线辐射阵子本体采用普通单面PCB覆铜板加工制作，采用正反向平衡馈电原理设计天线与50欧射频电缆的馈电端口，通过优化天线阵子结构及馈电端口的尺寸达到了在UHF波段内天线与50欧射频电缆实现简单直连并宽频带工作的要求。
Description
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，常用便携式移动平台上UHF波段通信线多以“J”型偶极子、盘锥或偶极子天线为主。“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 J Antenna》（W.B.Freely，A Two meter J Antenna[J]QS T,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。普通偶极子天线不论是采用套筒，还是反射地网形式，工作在UHF频带时其物理安装尺寸均偏大，Brown G.H.和O.M.Woodward(Brown G.H.,O.M.Woodward,Experimentally Determined Radiation Characteristics of Conical and Triangular Antennas[J],RCAReview，Vol.13,December 1952,PP.425-452.)提出一种“蝶”型超宽带偶极子天线，但是该天线采用平行双线馈电不能满足于普通50欧姆的射频同轴电缆直接匹配互联的需求。另外，在有些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，除了满足天线垂直极化辐射、宽频带通信要求，同时也必须满足隐蔽式、限制空间、小型化等特性，新的垂直极化、全向、宽频带，尤其是限制空间安装的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在UHF波段通信系统天线在移动平台上限制空间、小型化安装的要求，本发明提供一种限制空间安装的低成本宽频带UHF波段天线，天线辐射阵子本体采用普通单面PCB覆铜板加工制作，采用正反向平衡馈电原理设计天线与50欧射频电缆的馈电端口，通过优化天线阵子结构及馈电端口的尺寸达到了在UHF 波段内天线与50欧射频电缆实现简单直连并宽频带工作的要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括天线阵子、正向直连连接电缆、反向平衡连接线、线缆固定卡子和射频连接件。天线阵子采用单面覆铜PCB板，天线辐射本体由覆铜面刻蚀形成；天线辐射阵子由左右镜像对称的两节构成，每节均分为上、下两部分，每节高度均为四分之一波长；每节的顶端到其高度的三分之二处构成上面部分，呈矩形，宽度为八分之一波长；每节高度的三分之二处到其底端构成下面部分，由上至下呈三角形收口渐变形式；两节底端间距为波长的百分之二，在两节底端一侧距离百分之二处，对称于天线辐射阵子的几何中心线两边各开有一个通孔作为天线馈电电缆的固定安装孔，两通孔间距为1.5倍天线馈电电缆外绝缘层的直径。每节底端中心向上百分之二波长处开有一个天线的馈电通孔，天线辐射阵子金属边沿到天线阵子外沿的距离为百分之五波长。天线馈电电缆位于含有天线馈电电缆固定安装孔位的一侧，电缆与天线连接的一端将外导体层、中间介质层和中心导体逐层剥离出来，外漏的中心导体向一侧呈90度角弯折，并从天线阵子无覆铜的一面穿入任意一个天线辐射阵子的馈电通孔后与该节天线辐射阵子锡焊。剥取一节与该天线馈电电缆型号相同的电缆的中心导体构成反向平衡连接线，其剥取长度为百分之五波长，并从一端往上百分之二波长处向一侧呈90度弯折，被弯折部分长度为百分之三波长，将其百分之二波长部分与天线馈电电缆外漏的外导体层均匀锡焊，被弯折的百分之三波长部分与天线馈电电缆外漏并被弯折的中心导体部分在同一平面内，弯折方向相反，其余部分从天线阵子无覆铜的一面穿入另一个天线阵子的馈电通孔后与该节天线辐射阵子锡焊。天线馈电电缆在电缆上端靠近外漏的外导体下端通过线缆固定卡子固定在天线阵子无覆铜的一面。
所述的天线阵子采用FR-4型号的单面覆铜PCB板。
所述的天线馈电电缆采用满足SMA-JB3系列接头安装要求的50欧同轴馈电电缆。
所述的天线馈电电缆剥离后，外导体层外漏长度为百分之二波长，中间介质层外漏长度高于外导体层1mm，中心导体外漏长度为百分之三波长。
所述的线缆固定卡子为特氟隆材质的立方体，厚度为5mm，长度为百分之五波长，宽度为百分之二波长，在几何中心处两边各开有一个直径为M3大小的通孔，两通孔间距为1.5倍天线馈电电缆外绝缘层的直径。其将天线馈电电缆通过天线阵子上对应天线馈电电缆固定安装孔，将天线馈电电缆固定安装。
所述的射频连接件为SMA-KB3射频连接件。
本发明的有益效果是：由于采用中心反向平衡馈电方式，阵子辐射体渐变形过渡设计起到平衡电流，扩展工作带宽，控制天线辐射方向的作用。另外，采用PCB板设计使得天线在纵向的安装尺寸要求较小，满足了隐蔽式、狭窄空间安装的要求。通过采用以上设计使得天线满足在UHF工作频段垂直极化、全向辐射要求，天线增益达1.5dB，天线3dB波束宽度为65°，驻波2以下频带宽度近25%。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明的爆炸示意图；
图3是本发明的底视图；
图4是本发明的侧视图；
图5是本发明的驻波比图；
图6是本发明的E面方向图；
图中，1.天线阵子，2.正向直连连接电缆，3.反向平衡连接线，4.线缆固定卡子，5.线缆固定卡子安装螺栓组件，6.射频连接件。
具体实施方式
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括天线阵子、正向直连连接电缆、反向平衡连接线、线缆固定卡子和射频连接件。天线阵子采用普通FR-4型号的单面覆铜PCB板制作，天线辐射本体由覆铜面刻蚀形成。天线辐射阵子由左右镜像对称的两节构成，每节的形式一样分为上、下两部分，两部分总高度均为四分之一波长。由单节阵子的顶端到单节阵子总高度的三分之二处构成上面部分，其总体呈矩形，宽度为八分之一波长。由单节阵子总高度的三分之二处到单节阵子底端构成单节阵子的下面部分。下面部分的总高度占单节阵子总高度的三分之一，从单节阵子总高度的三分之二处到单节阵子的底端呈三角形收口渐变形式，此三角型的夹角度数由天线优化计算结果确定。两节天线辐射阵子底端之间间距为波长的百分之二，在两节天线辐射阵子底端一侧，距离为百分之二的天线阵子上对称于几何中心线两边各开有一个直径为M3的通孔作为天线馈电电缆的固定安装孔，两通孔间距为1.5倍天线馈电电缆外绝缘层的直径。从单节阵子底端中心处向上百分之二波长处开有一个直径为1mm的通孔，作为 天线的馈电通孔，天线辐射阵子金属边沿到天线阵子边外沿的距离为百分之五波长。天线馈电电缆位于含有天线馈电电缆固定安装孔位的一侧，采用标准的能够满足SMA-JB3系列接头安装要求的50欧同轴馈电电缆，电缆上端（与天线连接端）须将外导体层、中间介质层和中心导体逐层剥离出来使外导体层外漏长度为百分之二波长，中间介质层外漏长度应高于外导体层1mm，中心导体外漏长度为百分之三波长。外漏的中心导体应在不伤害外漏的中间介质层的情况下向一侧呈90度角弯折，并从天线阵子背面（无覆铜的一面）穿入任意一个天线阵子的馈电通孔后与该节天线辐射阵子锡焊。再单独剥取一节与该天线馈电同轴电缆型号相同的电缆中的中心导体构成反向平衡连接线，其剥取长度为百分之五波长，并从一端往上百分之二波长处向一侧呈90度弯折，被弯折部分长度为百分之三波长，将其百分之二波长部分与天线馈电电缆外漏的外导体层均匀锡焊，并保证其被弯折的百分之三波长部分与天线馈电电缆外漏并被弯折的中心导体部分在同一平面内，弯折方向相反，再将其余部分从天线阵子背面（无覆铜的一面）穿入另一个天线阵子的馈电通孔后与该节天线辐射阵子锡焊。天线馈电电缆在电缆上端靠近外漏的外导体下端通过线缆固定卡子被固定安装在天线阵子背面（无覆铜的一面）。
所述的线缆固定卡子为特氟隆材质的立方体，厚度为5mm，长度为百分之五波长，宽度为百分之二波长，在几何中心处两边各开有一个直径为M3大小的通孔，两通孔间距为1.5倍天线馈电电缆外绝缘层的直径。其将天线馈电电缆通过天线阵子上对应天线馈电电缆固定安装孔，将天线馈电电缆固定安装。
所述的射频连接件为市售的SMA-KB3射频连接件。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
通过不断地优化调整天线阵子的总高度、单节阵子中上面矩形部分与下面三角形部分的高度及三角形部分的夹角度数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为本发明一种限制空间安装的低成本宽带垂直极化UHF波段天线结构的示意图。天线阵子1采用厚度为1.5mm，覆铜厚度为0.035mm，长为197mm，宽为64mm的单面FR4型号的PCB板。天线阵子辐射体总高度为87mm，上面矩形部分长62mm,宽为44mm,下面三角形夹角为45度。两节天线辐射阵子底端之间间距为10mm，在两节天线辐射阵子底端一侧，距离为15mm的天线阵子上对称于几何中心线两边各开有一个直 径为M3的通孔作为正向直连连接电缆2的固定安装孔，两通孔间距为6mm。从单节阵子底端中心处向上8mm处开有一个直径为1mm的通孔，作为天线的馈电通孔，天线辐射阵子金属边沿到天线阵子边外沿的距离为10mm。
图2是本发明一种限制空间安装的低成本宽带垂直极化UHF波段天线结构装置示意图。正向直连连接电缆2上端（与天线连接端）须将外导体层、中间介质层和中心导体逐层剥离出来使外导体层外漏长度为10mm，中间介质层外漏长度应高于外导体层1mm，中心导体外漏长度为12mm。外漏的中心导体应在不伤害外漏的中间介质层的情况下向一侧呈90度角弯折，并从天线阵子背面（无覆铜的一面）穿入任意一个天线阵子的馈电通孔后与该节天线辐射阵子锡焊。再单独剥取一节与正向直连连接电缆2型号相同的电缆中的中心导体构成反向平衡连接线3，其剥取长度为16mm，并从一端往上10mm处向一侧呈90度弯折，被弯折部分长度为6mm，将其10mm长部分与天线馈电电缆外漏的外导体层均匀锡焊，并保证其被弯折的6mm部分与正向直连连接电缆2外漏并被弯折的中心导体部分在同一平面内，弯折方向相反，再将其余部分从天线阵子1背面（无覆铜的一面）穿入另一个天线阵子1的馈电通孔后与该节天线辐射阵子锡焊。射频连接件6SMA-KB3为市售标准射频连接件，通过线缆固定卡子4和安装螺栓组件5固定安装天线阵子1上。
线缆固定卡子4为特氟隆材质的立方体，厚度为5mm，长度为15mm，宽度为10mm，在几何中心处两边各开有一个直径为M3大小的通孔，两通孔间距为6mm。其将正向直连连接电缆2通过天线阵子上对应正向直连连接电缆2固定安装孔，将正向直连连接电缆2固定安装。
Claims (6)
1.一种限制空间安装的低成本宽带垂直极化UHF波段天线，包括天线阵子、正向直连连接电缆、反向平衡连接线、线缆固定卡子和射频连接件，其特征在于：天线阵子采用单面覆铜PCB板，天线辐射本体由覆铜面刻蚀形成；天线辐射阵子由左右镜像对称的两节构成，每节均分为上、下两部分，每节高度均为四分之一波长；每节的顶端到其高度的三分之二处构成上面部分，呈矩形，宽度为八分之一波长；每节高度的三分之二处到其底端构成下面部分，由上至下呈三角形收口渐变形式；两节底端间距为波长的百分之二，在两节底端一侧距离百分之二处，对称于天线辐射阵子的几何中心线两边各开有一个通孔作为天线馈电电缆的固定安装孔，两通孔间距为1.5倍天线馈电电缆外绝缘层的直径；每节底端中心向上百分之二波长处开有一个天线的馈电通孔，天线辐射阵子金属边沿到天线阵子外沿的距离为百分之五波长；天线馈电电缆位于含有天线馈电电缆固定安装孔位的一侧，电缆与天线连接的一端将外导体层、中间介质层和中心导体逐层剥离出来，外漏的中心导体向一侧呈90度角弯折，并从天线阵子无覆铜的一面穿入任意一个天线辐射阵子的馈电通孔后与该节天线辐射阵子锡焊；剥取一节与该天线馈电电缆型号相同的电缆的中心导体构成反向平衡连接线，其剥取长度为百分之五波长，并从一端往上百分之二波长处向一侧呈90度弯折，被弯折部分长度为百分之三波长，将其百分之二波长部分与天线馈电电缆外漏的外导体层均匀锡焊，被弯折的百分之三波长部分与天线馈电电缆外漏并被弯折的中心导体部分在同一平面内，弯折方向相反，其余部分从天线阵子无覆铜的一面穿入另一个天线阵子的馈电通孔后与该节天线辐射阵子锡焊；天线馈电电缆在电缆上端靠近外漏的外导体下端通过线缆固定卡子固定在天线阵子无覆铜的一面。
2.根据权利要求1所述的限制空间安装的低成本宽带垂直极化UHF波段天线，其特征在于：所述的天线阵子采用FR-4型号的单面覆铜PCB板。
3.根据权利要求1所述的限制空间安装的低成本宽带垂直极化UHF波段天线，其特征在于：所述的天线馈电电缆采用满足SMA-JB3系列接头安装要求的50欧同轴馈电电缆。
4.根据权利要求1所述的限制空间安装的低成本宽带垂直极化UHF波段天线，其特征在于：所述的天线馈电电缆剥离后，外导体层外漏长度为百分之二波长，中间介质层外漏长度高于外导体层1mm，中心导体外漏长度为百分之三波长。
5.根据权利要求1所述的限制空间安装的低成本宽带垂直极化UHF波段天线，其特征在于：所述的线缆固定卡子为特氟隆材质的立方体，厚度为5mm，长度为百分之五波长，宽度为百分之二波长，在几何中心处两边各开有一个直径为M3大小的通孔，两通孔间距为1.5倍天线馈电电缆外绝缘层的直径。
6.根据权利要求1所述的限制空间安装的低成本宽带垂直极化UHF波段天线，其特征在于：所述的射频连接件为SMA-KB3射频连接件。
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