CN103346386B - 一种用于飞机通信的全向宽带附形天线 - Google Patents

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Abstract

一种用于飞机通信的全向宽带附形天线，它涉及一种全向宽带附形天线，具体涉及一种用于飞机通信的全向宽带附形天线。本发明为了解决现有宽带天线的高度不能满足飞机表面天线的安装要求，圆形及方形片天线不能覆盖多个通信频带的问题。本发明的金属地板的中部设有背馈腔，金属锥台设置在背馈腔地面的中部，圆环形金属片设置在背馈腔内，圆形金属片设置在圆环形金属片的中部，圆形金属片的外边缘与圆环形金属片的内边缘形成环形缝隙，圆环形金属片的下表面与背馈腔的底面通过四个金属圆柱连接，同轴线的上端由下至上依次穿过背馈腔的底面、金属锥台，同轴线的外导体与金属锥台接触，同轴线的芯线的上端与圆形金属片下表面的中部连接。本发明用于无线电领域。

Description

一种用于飞机通信的全向宽带附形天线
技术领域
本发明涉及一种全向宽带附形天线，具体涉及一种用于飞机通信的全向宽带附形天线。
背景技术
在飞机通信系统中，对天线的带宽和全向性都有严格的要求，同时为了使天线能够适当的安装在飞机的外部表面，就需要天线具有尽可能小的纵向尺寸和恰当的附形结构。为了满足通信系统对带宽的要求，研究人员提出了很多具有全向辐射特性的宽带天线，但是天线的纵向尺寸一般都在1/2λ0到1/4λ0之间，λ0为中心频率波长，这种高度不能满足飞机表面天线的安装要求。一系列的圆形及方形片天线，通过不同的馈电方式能够一定程度的减小天线的纵向高度。但这种天线的缺点是，由于其工作频率是由其外部尺寸决定的，故难以展宽频带。通过在圆形或方形金属片上开槽及在其周围添加短路线可以将频带展宽至40％，但是依旧不能满足覆盖多个通信频带的要求。
发明内容
本发明为解决现有宽带天线的高度不能满足飞机表面天线的安装要求，圆形及方形片天线不能覆盖多个通信频带的问题，进而提出一种用于飞机通信的全向宽带附形天线。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括圆形金属片、圆环形金属片、金属锥台、金属地板、同轴线和四个金属圆柱，金属地板的中部设有背馈腔，金属锥台设置在背馈腔地面的中部，圆环形金属片设置在背馈腔内，且圆环形金属片位于金属锥台的上方，圆形金属片设置在圆环形金属片的中部，且圆形金属片的上表面与圆环形金属片的上表面位于同一平面，圆形金属片的外边缘与圆环形金属片的内边缘形成环形缝隙，圆环形金属片的下表面与背馈腔的底面通过四个金属圆柱连接，且四个金属圆柱呈矩形设置，同轴线的上端由下至上依次穿过背馈腔的底面、金属锥台，同轴线的外导体与金属锥台接触，同轴线的芯线的上端与圆形金属片下表面的中部连接。
本发明的有益效果是：本发明通过在圆形金属片及背馈腔底板之间加入金属锥台，构成了辐射缝隙到底板之间距离的渐变结构，因此有效的拓展了高频段的带宽，本发明的中心频率到达1.34GHz，阻抗带宽达到0.8GHz～1.87GHz，相对带宽达到80％，天线高度达到0.11λ0，比现有宽带附形天线的相对带宽提高了一倍以上。通过背馈腔对辐射波的反射汇聚作用，天线的增益也相应提高了；本发明的高度能够满足飞机表面天线的安装要求，且能覆盖多个通信频带。同时本发明天线辐射角度为360°，在工作频带内保持全向辐射，工作特性稳定。本发明结构精简，易于加工。
附图说明
图1是本发明的立体剖视图，图2是本发明的主剖视图，图3是圆形金属片半径取不同值时本发明的反射系数图，图中Rinner表示圆形金属片的半径，Frequency表示频率，图4是加背馈腔前和不加背馈腔本发明增益的仿真结果图，图中Frequency表示频率，图5是背馈腔半径取不同值时本发明的反射系数图，图中Frequency表示频率，图6是天线选择最佳参数时的仿真结构示意图，图中Frequency表示频率，图7是本发明在不同频率下E面的辐射方向图，图8是本发明在不同频率下H面的辐射方向图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线包括圆形金属片1、圆环形金属片2、金属锥台3、金属地板4、同轴线5和四个金属圆柱6，金属地板4的中部设有背馈腔4-1，金属锥台3设置在背馈腔4-1地面的中部，圆环形金属片2设置在背馈腔4-1内，且圆环形金属片2位于金属锥台3的上方，圆形金属片1设置在圆环形金属片2的中部，且圆形金属片1的上表面与圆环形金属片2的上表面位于同一平面，圆形金属片1的外边缘与圆环形金属片2的内边缘形成环形缝隙7，圆环形金属片2的下表面与背馈腔4-1的底面通过四个金属圆柱6连接，且四个金属圆柱6呈矩形设置，同轴线5的上端由下至上依次穿过背馈腔4-1的底面、金属锥台3，同轴线5的外导体与金属锥台3接触，同轴线5的芯线的上端与圆形金属片1下表面的中部连接。
本实施方式中四个金属圆柱6将圆环形金属片2与金属地板4连接形成谐振回路。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线的圆形金属片1的半径为5.0mm～5.5mm，圆形金属片1的厚度为0.5mm～1mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线的圆环形金属片2的内径为6.0mm～6.5mm，圆环形金属片2的外径为44.5mm～45mm，圆环形金属片2的厚度为0.5mm～1mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线的金属锥台3上表面的半径为4.5mm～5mm，金属锥台3下表面的半径为27.5mm～28mm，金属锥台3的高度为9.5mm～10mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线的背馈腔4-1的半径为115mm～120mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线的每个金属圆柱6的高度为20mm～25mm，每个金属圆柱6的半径为0.5mm～0.7mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线的圆形金属片1的半径为5.5mm，圆形金属片1的厚度为1mm，圆环形金属片2的内径为6.5mm，圆环形金属片2的外径为45mm，圆环形金属片2的厚度为1mm，金属锥台3上表面的半径为5mm，金属锥台3下表面的半径为28mm，金属锥台3的高度为10mm，背馈腔4-1的半径为120mm，每个金属圆柱6的高度为25mm，每个金属圆柱6的半径为0.7mm。
结合图3至图8说明本实施方式的技术效果：保持环形缝隙7的宽度不变的条件下，对不同的圆形金属片1半径进行仿真，其反射系数如图3所示，可以看出通过改变环形缝隙7的尺寸，天线的带宽改变较大，主要是由于改变环形缝隙7的尺寸影响其等效电感，由此改变了天线等效回路的参数分布，故对低频段产生影响。由于高频段电磁波是通过缝隙辐射产生的，故环形缝隙7的尺寸变化也对高频段产生一定的影响，因此，对圆形金属片3的调节非常重要。对同样的天线结果加入背馈腔4-1前后的仿真结果进行对比，如图4所示，在天线工作频带内，天线的增益增加了1dB。对，背馈腔4-1的半径进行扫描仿真，反射系数的仿真结果如图5所示，由于背馈腔4-1的结构限制，通常其直径约为工作中心频率波长的一半，因此随着背馈腔4-1半径的减小，天线阻抗带宽明显减小，因此天线的小型化主要受背馈腔4-1参数的限制，通过对天线参数调节仿真，最终得出天线的最佳参数为：圆形金属片1的半径为5.5mm，圆形金属片1的厚度为1mm，圆环形金属片2的内径为6.5mm，圆环形金属片2的外径为45mm，圆环形金属片2的厚度为1mm，金属锥台3上表面的半径为5mm，金属锥台3下表面的半径为28mm，金属锥台3的高为10mm，背馈腔4-1的半径为120mm，每个金属圆柱6的高度为25mm，每个金属圆柱6的半径为0.7mm，其仿真结果如图6所示，采用上述参数可使天线的中心频率到达1.34GHz，阻抗带宽达到0.8GHz～1.87GHz，相对带宽达到80％，天线高度达到0.11λ0，λ0为中心频率的波长。从图7和图8中可以看出本实施方式所述天线具有良好的全向辐射特性。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

Claims (7)

1.一种用于飞机通信的全向宽带附形天线，其特征在于：所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线包括圆形金属片(1)、圆环形金属片(2)、金属锥台(3)、金属地板(4)、同轴线(5)和四个金属圆柱(6)，金属地板(4)的中部设有背馈腔(4-1)，背馈腔(4-1)是金属地板(4)上表面中部下凹的圆柱形凹槽，金属锥台(3)设置在背馈腔(4-1)地面的中部，圆环形金属片(2)设置在背馈腔(4-1)内，且圆环形金属片(2)位于金属锥台(3)的上方，四个金属圆柱(6)均设置在圆环金属片(2)下表面的边缘，圆形金属片(1)设置在圆环形金属片(2)的中部，且圆形金属片(1)的上表面与圆环形金属片(2)的上表面位于同一平面，圆形金属片(1)的外边缘与圆环形金属片(2)的内边缘形成环形缝隙(7)，圆环形金属片(2)的下表面与背馈腔(4-1)的底面通过四个金属圆柱(6)连接，且四个金属圆柱(6)呈矩形设置，同轴线(5)的上端由下至上依次穿过背馈腔(4-1)的底面、金属锥台(3)，同轴线(5)的外导体与金属锥台(3)接触，同轴线(5)的芯线的上端与圆形金属片(1)下表面的中部连接。
2.根据权利要求1所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线，其特征在于：圆形金属片(1)的半径为5.0mm～5.5mm，圆形金属片(1)的厚度为0.5mm～1mm。
3.根据权利要求1所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线，其特征在于：圆环形金属片(2)的内径为6.0mm～6.5mm，圆环形金属片(2)的外径为44.5mm～45mm，圆环形金属片(2)的厚度为0.5mm～1mm。
4.根据权利要求1所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线，其特征在于：金属锥台(3)上表面的半径为4.5mm～5mm，金属锥台(3)下表面的半径为27.5mm～28mm，金属锥台(3)的高度为9.5mm～10mm。
5.根据权利要求1所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线，其特征在于：背馈腔(4-1)的半径为115mm～120mm。
6.根据权利要求1所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线，其特征在于：每个金属圆柱(6)的高度为20mm～25mm，每个金属圆柱(6)的半径为0.5mm～0.7mm。
7.根据权利要求1、2、3、4、5或6所述一种用于飞机通信的全向宽带附形天线，其特征在于：圆形金属片(1)的半径为5.5mm，圆形金属片(1)的厚度为1mm，圆环形金属片(2)的内径为6.5mm，圆环形金属片(2)的外径为45mm，圆环形金属片(2)的厚度为1mm，金属锥台(3)上表面的半径为5mm，金属锥台(3)下表面的半径为28mm，金属锥台(3)的高度为10mm，背馈腔(4-1)的半径为120mm，每个金属圆柱(6)的高度为25mm，每个金属圆柱(6)的半径为0.7mm。
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