CN1037476C - 宽带中馈鞭天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽带中馈天线。
该天线主要解决现有鞭天线效率低，自动天线调谐速度慢，不能适应短波超短波跳频电台要求的问题。采用在非对称中馈鞭天线的馈电点串入非调谐式宽带无源无耗天线阻抗匹配器的方案。使天线不仅在最低工作频率的电尺寸相对比较小，而且频带宽，电压驻波比低。在短波3.9∶1～4.3∶1的带宽内、电压驻波比VSWR≤2.0，在短波及超短波的5∶1～9∶1的带宽内，电压驻波比VSWR≤3.0。
本发明天线具有结构简单、体积小、成本低、电压驻波比小、辐射效率高等特点，可广泛用作宽带短波及超短波电台，特别是跳频电台的发射和接收天线。

Description

宽带中馈鞭天线
本发明涉及天线类，特别是一种宽带中馈鞭天线。
随着现代通信技术尤其是战术军事通信技术的迅速发展，短波和超短波宽带跳频电台的不断问世，迫切需要能与其配套使用的体积小、效率高、电压驻波比小的宽带鞭天线。目前，在短波波段广泛使用的带有自动天线调谐器的10米鞭天线，由于该天线的调谐速度只能达到秒级，跟不上跳频电台的跳频速度，加之自动天线调谐器本身的插损所造成的辐射效率降低等问题，因而已远远不能适应短波宽带跳频电台的需要。
1981年美国公布的4302760专利就是针对解决跳频电台的天线而提出。该天线是一个高为3.4米，上幅射体由若干个长短不等的金属线组成，且带有非调式阻抗匹配器的中馈鞭天线。该天线从不需要调谐这一点上看虽说能满足宽带跳频电台的要求，但却又由于其阻抗匹配器是有耗元件，即由含铁氧体磁环组成的网路。因而又存在着带宽窄、电压驻波比(VSWR)大，即在2.9∶1的带宽内，只能使天线的VSWR≤3.5，不能与宽带跳频电台配套使用的缺点。此外，由于这种天线在最低工作频率30MHz时，天线VSWR≤3.5的最小电尺寸为h/λL＝0.34(h：天线高度，λL：最低工作频率的波长)，如果按模型天线理论，把该天线用到短波的最低频率3MHz上，则天线的实际高度应为34米，这在实际中是难以实现的，因此该天线的最大缺陷是不能应用到短波频段。
本发明的目的在于避免上述已有天线的不足，提供一种电尺寸相对短、频带宽、电压驻波比小，既可适用短波又可适用超短波，特别是作宽带跳频电台的发射和接收鞭天线。
本发明采用了宽带中馈鞭天线的技术方案。其关键是在不对称馈电中馈鞭天线的馈电点，串入了一个由无源无耗宽频带阻抗变换器和一个宽带电抗补偿线圈组成的宽带天线阻抗匹配器，且在天线的底部设有一绝缘板，避免天线及连接电缆接头的外导体直接接地，达到了该天线在4∶1左右的带宽内电压驻波比VSWR≤2.0。
本发明具有如下优点：
(1)本发明由于采用无源无耗宽带天线阻抗匹配器，因而在短波的高频段和低频段，即分别在4.3∶1和3.9∶1的频带范围内，不需要调谐，就能实现电压驻波比VSWR≤2.0，满足了宽带短波跳频电台对天线电压驻波比提出的要求。同时由于天线阻抗匹配器几乎无耗，所以既提高了天线的辐射效率，又使天线阻抗匹配器具有以超小型体积承受大功率的能力。此外由于本发明的天线在电压驻波比VSWR≤3.0的最小电尺寸h/λL≈0.15，因此如果最低工作频率分别到3MHz和5MHz，则天线的实际高度分别为15m和9m，这种高度在许多场合均可实现。
(2)本发明所采用的宽带天线阻抗变换器与10m鞭天线的自动天线匹配器相比，除了前者能与宽带短波及超短波跳频电台配合使用外(后者不能用于宽带跳频电台)，且体积、重量、价格均为10m鞭天线的几十分之一到几万分之一还不足500g。
以下参照附图详细说明本发明的结构原理。
图1是本发明的结构原理图
图2是本发明7m高天线在短波高频段实测的电压驻波比曲线图
图3是本发明13m高天线在短波低频段实测的电压驻波比曲线图
图4是本发明2m高天线在30～88MHz频带的实测电压驻波比曲线图
参照图1本发明主要由无耗无源宽带天线阻抗匹配器1和天线上辐射体2、下辐射体3组成。其中上辐射体2是一根导体，下辐射体3由金属管5和同轴线4构成，阻抗匹配器1是由阻抗变换器和电抗补偿元件构成，串连在上下辐射体之间。金属管5的下端通过金属法兰盘9与同轴插座6相接，同轴插座6的上端与同轴线4的下端相接。同轴线4的上端外皮与金属管5在a点相连接，并与阻抗匹配器的引出线22相连接。同轴线4的内导体与宽带天线阻抗匹配器的另一引出线33相接。阻抗匹配器的上端引出线11与天线上辐射体2相接。天线下辐射体3通过金属法兰盘9与绝缘板7相连，使用时天线通过绝缘板与地面相接，或与位于地面上的金属三角架相接。阻抗匹配器1套装在绝缘管8中，绝缘管8外套在上下辐射体之间。其作用主要是连接天线上下辐射体，增强结构强度，此外还起到保护天线馈电点避免外界环境影响的作用。
实验表明，上辐射体2的高度h1大于下辐射体3的高度h2，且成一定比例时，天线的电性能才比较好，例如，在短波波段h1/h2＝1.4时，在4.3∶1的频带内，天线的VSWR≤2.0，在h1/h2＝2.4时，在5∶1～9∶1频带内，65％～80％的频率点上，天线的VSWR≤2.0，其余VSWR≤3.0。实验还表明，若天线及馈电电缆接头的外导体直接接地时，天线的电压驻波比将变坏。宽带天线阻抗匹配器的尺寸随工作频率的增大而减小。
为了在4～30MHz的频带范围内，天线的电压驻波比须小于2，本发明在短波频段的应用实例，采用了两根宽带中馈鞭天线，其中一根高7m，复盖7～30MHz频段，另一根高13m，复盖3.6～16MHz频段，使用时可以通过电子开关控制两根天线工作。
图2表明了7m高中馈鞭天线架设在地面上的实测电压驻波比曲线，在7～30MHz的频带内，电压驻波比VSWR≤2.0。图3表明了13m高中馈鞭天线架设在三角架上的实测数据。由图可见，在3.9～15.9MHz的频带内，电压驻波比VSWR≤2.0，在40～3MHz频带内VSWR≤3.0。VSWR≤2的最低工作频率为3.9MHz，此时天线的最小电尺寸为h/λL＝0.169。
图4是本发明在军用通信频段30～88MHz，2m高天线的实测电压驻波比曲线。在20～100MHz的频带范围内电压驻波比VSWR≤3.0。

Claims (2)

1.一种中馈鞭天线，包括阻抗匹配器(1)，上辐射体(2)，下辐射体(3)以及馈电点，上辐射体(2)采用一根导体，下辐射体采用金属管(5)和同轴线(4)构成，金属管(5)的下端通过金属法兰盘(9)与同轴插座(6)相接，同轴线(4)的上下端分别与同轴插座(6)的上端和金属管心的a点相接，其特征在于：
a.馈电点设在上下辐射体的非对称处，即上辐射体(2)长于下辐射体(3)的位置；
b.阻抗匹配器是由一个无源无耗阻抗变换器和一个宽带电抗补偿元件构成，串接在上下辐射体的馈电点；
c.下辐射体(3)及馈电电缆接头的外导体通过绝缘板(7)接地。
2.根据权利要求1所述的中馈鞭天线，其特征在于阻抗匹配器(1)的下端引出线(22)和(33)分别与同轴线(4)的上端外皮和同轴线(4)的内导体相接，阻性匹配器(1)的上端引出线(11)与天线上辐射体(2)相接。
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