CN103268978B - 一种小型化短波宽带全向高仰角通讯天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化短波宽带全向高仰角通讯天线，该天线包括两行四列共八个底座，每行相邻外侧和内侧的底座之间以横向振子I连接，每一底座上都安装有竖向振子I，对内侧的四个竖向振子I，在同行的竖向振子I之间连接电阻加载的负载组件，对外侧的四个竖向振子I，则在其上继续安装竖向振子II，四个竖向振子II之间，交叉安装有两个横向振子II，横向振子II的交叉点处安装有阻抗变换器。本发明所公开的天线结构简单，便于生产；尺寸小，可方便的架设场地狭小的地方，辐射方向图为在中低频时为高仰角，适合中近距离通讯，在高频时辐射方向图的仰角为低仰角，又可满足远距离通讯要求；即同时满足远中近距离的通讯要求。

Description

一种小型化短波宽带全向高仰角通讯天线

技术领域

本发明涉及短波通讯技术领域，尤其涉及该领域中的一种小型化短波宽带全向高仰角通讯天线。

背景技术

尽管现代通讯技术已经非常完备，但传统的短波通讯仍有着其不可替代的优势，而短波天线是短波通讯必备的设备。天线的性能很大程度上决定着通讯系统的性能。尽管人类的技术日新月异，但几十年来，短波天线技术，却并无大的进展。短波天线的大几何尺寸，高增益，全向性，辐射仰角等之间的彼此制约的矛盾，难以得到解决或很好的平衡。

常用短波通讯天线简介及优缺点比较：

1）对数周期天线

对数周期天线的优点是增益高，方向性强，可通率高，适合远距离点对点通讯；缺点是，尺寸大，不具有全向性，不适合近距离通讯，需要专门的架设场地。一般用于大基站通讯。

2）多模多馈天线

多模多馈天线的优点是增益较高，全向，适合远中近通讯。缺点是天线的架设场地较大，一般需要上千平方的场地。一般用于大基站通讯。

3）水平三线天线

水平三线天线是常用的高仰角，水平极化天线，优点是，结构简单，价格低廉。缺点是：尺寸较长，天线体一般长约30米至40米，并需要支撑杆，通讯距离和架高相关，定向通讯，不具有全向性。一般用于小基站通讯。

4）鞭天线

鞭天线是最常用的短波天线，优点是：结构简单，价格低廉，占地小，可方便的架设在如楼顶等地方。适合近距离和远距离通讯，但由于存在天波和地波之间的通讯盲区，不适合中距离的通讯。鞭天线分调谐鞭和宽带鞭，宽带鞭无需天调，但效率较低；调谐鞭效率较高，但需要配备天调。另外鞭天线属于垂直极化天线，它的抗干扰能力比水平极化天线要弱，在架设时需要铺设地网，天气的变化会对地面电导率产生影响，从而天线的辐射方向图会发生变化。一般用于小基站通讯。

5）环天线

环天线的优点是：尺寸小，辐射方向图是高仰角，适合中近距离通讯，可以车载。缺点是：效率太低，可通率较低，不具有全向性，低频时可靠性较差，天调存在死点。一般用于移动车载通讯。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是解决了短波天线的大尺寸，高增益，全向性，高仰角，宽带之间的矛盾，较好的平衡了上述性能。

本发明采用如下技术方案：

一种小型化短波宽带全向高仰角通讯天线，该天线包括两行四列共八个底座，每行相邻外侧和内侧的底座之间以横向振子I连接，每一底座上都安装有竖向振子I，对内侧的四个竖向振子I，在同行的竖向振子I之间连接电阻加载的负载组件，对外侧的四个竖向振子I，则在其上继续安装竖向振子II，四个竖向振子II之间，交叉安装有两个横向振子II，横向振子II的交叉点处安装有阻抗变换器。

进一步的，在每列的竖向振子I之间安装金属支撑，在每行相邻外侧和内侧的竖向振子I之间安装绝缘支撑，在横向振子II和内侧金属支撑之间也安装有绝缘支撑。

进一步的，底座由钢支撑座和绝缘管两部分组成，钢支撑座由无缝钢管和加强筋以及底板焊接而成，绝缘管用螺栓与钢支撑座连接。

进一步的，负载组件包括电阻、绝缘接头、铝接头和振子，绝缘接头同时作为电阻的盒罩，铝接头用来连接绝缘接头和振子，并用带绝缘外皮的跳线将电阻与振子连接起来，通过振子两端的接头将负载组件安装到竖向振子I之间。

进一步的，绝缘接头上包括有两个腰形孔。

进一步的，两个横向振子II之间以绝缘接头对接，安装板与绝缘接头连接，阻抗变换器安装在安装板上，两个横向振子II分别经带有绝缘外皮的跳线电连接到阻抗变换器两侧的接线柱上。

本发明所公开的小型化短波宽带全向高仰角通讯天线具有下列优点：

1）天线结构简单，便于生产；尺寸小，可方便的架设在楼顶等场地狭小的地方，无需基础或只需简易基础；

2）辐射方向图为在中低频时为高仰角，适合中近距离通讯，在高频时辐射方向图的仰角为低仰角，又可满足远距离通讯要求；即同时满足远中近距离的通讯要求；

3）增益典型值2dBi，可满足一般需要；

4）辐射方向图为全向，不圆度典型值小于3dB；

5）无需铺设地网，辐射方向图稳定，不受天气影响；

6）天线阻抗为宽带特性，无需天调，适合跳频通讯；

7）天线架设方便，无需架塔等高空作业；

8）天线外形为框型，抗风能力较强，较美观；

9）天线为水平极化，抗干扰能力较强；

10）根据目前的通讯实验结果表明，可实现0km至3000km的全向，无盲区通讯。

附图说明

图1是本发明实施例1所公开的通讯天线的电气基本构成示意图；

图2是本发明实施例2所公开的通讯天线的结构示意图；

图3是本发明实施例2所公开的通讯天线的右视图；

图4是本发明实施例2所公开的通讯天线的俯视图；

图5是本发明实施例2所公开的通讯天线底座的结构示意图；

图6是本发明实施例2所公开的通讯天线负载组件的结构示意图；

图7是本发明实施例2所公开的通讯天线阻抗变换器的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种小型化短波宽带全向高仰角通讯天线，该天线包括两行四列共八个底座1，每行相邻外侧和内侧的底座之间以横向振子I2连接，每一底座上都安装有竖向振子I3，对内侧的四个竖向振子I，在同行的竖向振子I之间连接电阻加载的负载组件4，对外侧的四个竖向振子I，则在其上继续安装竖向振子II5，四个竖向振子II之间，交叉安装有两个横向振子II6，横向振子II的交叉点处安装有阻抗变换器7。

实施例2，如图2-4所示，本实施例在实施例1的基础上，在每列的竖向振子I之间安装金属支撑8，在每行相邻外侧和内侧的竖向振子I之间安装绝缘支撑9，在横向振子II和内侧金属支撑之间也安装有绝缘支撑9，金属支撑和绝缘支撑可以根据需要设置多个。

如图5所示，底座由钢支撑座和绝缘管两部分组成，钢支撑座由无缝钢管和加强筋以及底板焊接而成，绝缘管用螺栓与钢支撑座连接。

如图6所示，负载组件包括电阻、绝缘接头、铝接头和振子，绝缘接头同时作为电阻的盒罩，铝接头用来连接绝缘接头和振子，并用带绝缘外皮的跳线将电阻与振子连接起来，通过振子两端的接头将负载组件安装到竖向振子I之间。绝缘接头上包括有两个腰形孔。

如图7所示，两个横向振子II之间以绝缘接头对接，安装板与绝缘接头连接，阻抗变换器安装在安装板上，两个横向振子II分别经带有绝缘外皮的跳线电连接到阻抗变换器两侧的接线柱上。具体的说，本实施例所公开的小型化短波宽带全向高仰角通讯天线还包括如下技术内容：

（1）选用材料

天线振子选用20#无缝钢管，其它连接件、底座等钢件选用Q235，绝缘材料选用经过胶木化处理的玻璃钢材料，紧固件采用不锈钢件，这些材料本身具有很好的防腐性能及抗老化性能。

（2）表面处理

对20#无缝钢管、Q235等钢件，先渡锌处理，然后涂三防漆（704环氧锌黄底漆/613氯化橡胶面漆）防护。玻璃钢件胶木化处理，以提高防腐性能和防污能力。

（3）电器件的三防处理

对于裸露在空气中的电子装置，如阻抗变换器须采取防水防腐措施。

对于裸露在空气中的各电连接处，为防止接触面氧化或进水，采用多层防水密封措施：先用绝缘自粘胶带缠绕2～3层后，再用绝缘防水胶带缠绕2～3层，必要时涂抹硅橡胶。如：振子跳线两端、振子端线的两端连接其它结构件的电连接处，采用绝缘自粘胶带和绝缘防水胶带各缠绕2～3层；馈线与阻抗变换器的电连接处，采用绝缘自粘胶带和绝缘防水胶带各缠绕2～3层后，涂抹硅橡胶。

（4）天线安装架设方案

天线安装约需2～4人，大约2小时能安装完毕。天线安装分以下几步进行。

检查所有零部件、材料、设备、工具等的齐全性及其技术状况，结构件不得有锈蚀、压痕、破损及其它运输中所出现的损坏，重点检查振子、负载组件、阻抗变换器组件等部件。

天线为方形框架结构，以天线中心前后、左右完全对称。可以先组装天线一半，然后对接起来。天线高约5m，为方便安装，可先把天线按放倒状态组装，再推立起来。

天线重约150Kg，如果有4人安装，可以在放倒状态把整个天线组装再推立起来；如果安装人数为2～3人，整体推立重约150Kg的天线比较困难，可先在放倒状态组装天线外部框架，推立起来后再组装内部高约2m的框架。因此，天线框架组装分2种方案。

4人安装天线方案，天线框架组装步骤如下：

A.取出天线零部件，按类放好；

B.按照装配图从下到上依次依次组装天线框架；

C.在天线顶部用阻抗变换器组件通过Φ6螺栓把天线对接起来；

D.安装负载组件；

E.接电缆，电缆头注意用绝缘自粘胶带和绝缘防水胶带缠绕防护；

F.通过以上步骤，天线整体组装完毕。

2至3人安装天线方案，天线框架组装步骤如下：

A.取出天线零部件，按类放好；

B.按照装配图从下到上依次依次组装天线外围框架；

C.在天线顶部用阻抗变换器组件通过Φ6螺栓把天线对接起来；

D.把绝缘支撑上端安装在阻抗变换器组件上的连接板上；

E.接电缆，电缆头注意用绝缘自粘胶带和绝缘防水胶带缠绕防护。

F.按6.2立天线；

G.组装内部高约2m的框架；

H.安装负载组件。

天线立起后，用卷尺核查天线底座间距，并调整天线主轴垂直度和天线顶端垂度

（5）固定天线。

如果地面允许打膨胀螺栓，天线通过底座用Φ8膨胀螺栓固定在地面；如果场地原因不能打膨胀螺栓，可以做基础或做相应的接口来固定天线。

（6）强度计算与检验

风荷计算

基本风压： ${\mathrm{\ω}}_0=\frac{v^2}{16}=640N/m^2$ （其中v=32m/s）

计算风压：ω_i=β_zμ_sμ_zω₀

式中：β_z—Z高度处的风振系数

      μ_s—风荷载体型系数

      μ_z—风压沿高度变化系数（按B类地面粗糙度选取）

风荷参数及结果

主要结构件的均布风压

天线材料力学性能

经过软件力学仿真，上述结构设计和选材，其抗风等级可达到10级风正常工作，12级风不破坏。

Claims (6)

1.一种小型化短波宽带全向高仰角通讯天线，其特征在于：该天线包括两行四列共八个底座，每行相邻外侧和内侧的底座之间以横向振子I连接，每一底座上都安装有竖向振子I，对内侧的四个竖向振子I，在同行的竖向振子I之间连接电阻加载的负载组件，对外侧的四个竖向振子I，则在其上继续安装竖向振子II，四个竖向振子II之间，交叉安装有两个横向振子II，横向振子II的交叉点处安装有阻抗变换器。

2.根据权利要求1所述的小型化短波宽带全向高仰角通讯天线，其特征在于：在每列的竖向振子I之间安装金属支撑，在每行相邻外侧和内侧的竖向振子I之间安装绝缘支撑，在横向振子II和内侧金属支撑之间也安装有绝缘支撑。

3.根据权利要求1所述的小型化短波宽带全向高仰角通讯天线，其特征在于：底座由钢支撑座和绝缘管两部分组成，钢支撑座由无缝钢管和加强筋以及底板焊接而成，绝缘管用螺栓与钢支撑座连接。

4.根据权利要求1所述的小型化短波宽带全向高仰角通讯天线，其特征在于：负载组件包括电阻、绝缘接头、铝接头和振子，绝缘接头同时作为电阻的盒罩，铝接头用来连接绝缘接头和振子，并用带绝缘外皮的跳线将电阻与振子连接起来，通过振子两端的接头将负载组件安装到竖向振子I之间。

5.根据权利要求4所述的小型化短波宽带全向高仰角通讯天线，其特征在于：绝缘接头上包括有两个腰形孔。

6.根据权利要求1所述的小型化短波宽带全向高仰角通讯天线，其特征在于：两个横向振子II之间以绝缘接头对接，安装板与绝缘接头连接，阻抗变换器安装在安装板上，两个横向振子II分别经带有绝缘外皮的跳线电连接到阻抗变换器两侧的接线柱上。