CN103915680B - 一种宽带Delta型加载折合阵子天线及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种宽带Delta型加载折合阵子天线，该天线包括：两个辐射臂、一个末端加载单元、支撑杆和输入端口，所述两个辐射臂为彼此对称的两个半三角形，其中，每个辐射臂由两段呈半三角形且平行对称的辐射线和一个加载单元构成；所述辐射线由两条呈半三角形且平行对称的金属线末端电性连接构成；所述辐射臂由所述支撑杆张成半三角形状；所述加载单元电性连接在所述辐射臂的两段辐射线之间；所述两个辐射臂各有两个末端，所述末端加载单元与所述两个辐射臂各自的一个末端电性连接；所述两个辐射臂各自的另外一个末端引出作为所述天线的馈电端。本发明具有结构简单、尺寸小、安装便捷等特点，适合于场地尺寸受限的固定观测或移动观测使用。

Description

一种宽带Delta型加载折合阵子天线及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种应用于宽带高频测距雷达领域的天线，尤其是一种小型化宽带Delta型加载折合阵子天线及其制作方法。

背景技术

宽带天线是测距雷达系统中一个重要的组成部分，它的性能直接影响着雷达系统的整体性能。宽带高频测距雷达系统多采用宽带扫频编码信号或线性调频信号，因此要求天线应具有良好的辐射特性和宽带阻抗特性。目前宽带高频测距雷达常用的天线形式有电阻加载Delta天线，电阻加载折合阵子天线以及对数周期天线等。在电离层探测等实际应用中，对于安装场地有诸多限制，要求天线尺寸尽可能小且便于安装。目前用于电离层探测的宽带天线尺寸都很大，如工作在高频段的电阻加载水平折合阵子天线长约30m，占地面积较大，且其低频段辐射特性很差。因此，开发一种小型化的宽带天线，对于推动宽带高频测距雷达技术的发展和应用有着十分积极的作用。

发明内容

本发明的目的在于改善现有技术存在的不足，提供一种小型化宽带Delta型加载折合阵子天线。

本发明提供了一种宽带Delta型加载折合阵子天线，其包括：第一辐射臂(21)、第二辐射臂(22)、第一加载单元(31)、第二加载单元(32)、末端加载单元(4)、输入端口(1)和多个支撑杆(511～513、521～523)，其中：

所述第一辐射臂(21)为半三角形，其由两段呈半三角形且平行对称的第一前辐射线(21a)、第一后辐射线(21b)和第一加载单元(31)构成；所述第一前辐射线(21a)由两条呈半三角形且平行对称的金属线(211)、(212)末端电性连接构成，所述第一后辐射线(21b)由两条呈半三角形且平行对称的金属线(213)、(214)末端电性连接构成；所述第一辐射臂(21)由三个所述支撑杆(511)、(512)、(513)张成半三角形状；所述第一加载单元(31)电性连接在所述第一前辐射线(21a)、第一后辐射线(21b)下开口端的两个末端之间；

所述第二辐射臂(22)为与所述第一辐射臂(22)左右对称的半三角形，其由两段呈半三角形且平行对称的第二前辐射线(22a)、第二后辐射线(22b)和第二加载单元(32)构成；所述二前辐射线(22a)由两条呈半三角形且平行对称的金属线(221)、(222)末端电性连接构成，所述二后辐射线(22b)由两条呈半三角形且平行对称的金属线(223)、(224)末端电性连接构成；所述辐射臂(22)由三个所述支撑杆(521)、(522)、(523)张成半三角形状；所述第二加载单元(32)电性连接在所述第二前辐射线(22a)、第二后辐射线(22b)下开口端的两个末端之间；

所述末端加载单元(4)与所述第一前辐射线(21a)、第二后辐射线(22b)上开口端的两个末端电性连接；

所述第二前辐射线(22a)、第一后辐射线(21b)上开口端的两个末端引出后组成输入端口(1)，作为所述天线的馈电端，用于信号的输入。

本发明还公开了一种所述宽带Delta型加载折合阵子天线的制作方法，其包括：

制作四条金属线(211)、(212)、(213)、(214)，然后将所述四条金属线(211)、(212)、(213)、(214)按预定间距平行固定在三个所述支撑杆(511)、(512)、(513)上，然后将前侧相邻两条所述金属线(211)、(212)的末端彼此电性连接在一起组成第一前辐射线(21a)，将后侧相邻两条所述金属线(213)、(214)的末端彼此电性连接在一起组成第一后辐射线(21b)，然后在所述第一前辐射线(21a)和第一后辐射线(21b)之间电性连接第一加载单元(31)；

制作出四条金属线(221)、(222)、(223)、(224)，然后将所述四条金属线(221)、(222)、(223)、(224)按预定间距平行固定在另外三个所述支撑杆(521)、(522)、(523)上，然后将其中前侧相邻的两条所述金属线(221)、(222)的末端彼此电性连接在一起组成第一前辐射线(22a)，将后侧相邻的两条所述金属线(223)、(224)的末端彼此电性连接在一起组成第一后辐射线(22b)，然后在所述第二前辐射线(22a)和第二后辐射线(22b)之间电性连接第二加载单元(32)；

将第一辐射臂(21)两开口端处的第一支撑杆(511)和第三支撑杆(513)分别固定在第一立柱(6)的顶部和底部，将第二辐射臂(22)的两开口端处的第四支撑住(521)和第六支撑杆(523)分别固定在第一立柱(6)的顶部和底部，并将第一辐射臂(21)闭合端处的第二支撑杆(512)和第二辐射臂(22)闭合端处的第五支撑杆(522)分别固定在对称分布在第一立柱(6)左右两边的第二立柱(71)和第三立柱(72)的顶部；

在所述第一前辐射线(21a)、第二后辐射线(22b)上开口端的两个末端电性连接末端加载单元(4)；

将所述第二前辐射线(22a)、第一后辐射线(21b)上开口端的两个末端引出后组成输入端口。

本发明天线可以满足宽带高频测距雷达系统的要求，具有小型化、宽频带、辐射特性好等特点。

附图说明

图1是根据本发明一实施例的小型化宽带Delta型加载折合阵子天线的立体示意图；

图2是根据本发明一实施例的小型化宽带Delta型加载折合阵子天线的电压驻波比曲线图；

图3是根据本发明一实施例的小型化宽带Delta型加载折合阵子天线的增益曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

图1是根据本发明一实施例的小型化宽带Delta(三角)型加载折合阵子天线的立体示意图，如图1所示，该小型化宽带加载型折合阵子天线包括：第一辐射臂21、第二辐射臂22、第一加载单元31、第二加载单元32、末端加载单元4、第一支撑杆511、第二支撑杆512、第三支撑杆513、第四支撑杆521、第五支撑杆522、第六支撑杆523和输入端口1，其中：

所述第一辐射臂21为半三角形，其由呈半三角形且前后平行对称的第一前辐射线21a、第一后辐射线21b和第一加载单元31构成；所述辐射线21a由呈半三角形且前后平行对称的金属线211、212的末端电性连接构成，所述第一后辐射线21b由呈半三角形且前后平行对称的金属线213、214的末端电性连接构成，用于改善所述第一辐射臂21上的电流分布，展宽天线的工作带宽；所述第一加载单元31电性连接在所述第一前辐射线21a和第一后辐射线21b下开口端的两个末端之间，用于减小所述第一辐射臂21上的反射电流，以改善天线的电压驻波比特性和辐射波形，展宽天线的工作带宽；所述加载单元中电阻、电容、电感大小通过优化设计获得；所述第一前辐射线21a和第一后辐射线21b上开口端的两个末端支撑连接在第一支撑杆511上，所述第一前辐射线21a和第一后辐射线21b的闭合端两个末端支撑连接在第二支撑杆512，所述第一前辐射线21a和第一后辐射线21b下开口端的两个末端支撑连接在第三支撑杆513上。

所述第二辐射臂22为与所述第一辐射臂21左右对称的半三角形，其由呈半三角形且前后平行对称的第二前辐射线22a、第二后辐射线22b和第二加载单元32构成；所述第二前辐射线22a由呈半三角形且前后平行对称的金属线221、222末端电性连接构成，所述第二后辐射线22b由呈半三角形且前后平行对称的金属线223、224末端电性连接构成，用于改善所述辐射臂22上的电流分布，展宽天线的工作带宽；所述第二加载单元32电性连接在所述辐射线22a、22b下开口端的两个末端之间，用于减小所述辐射臂22上的反射电流，以改善天线的电压驻波比特性和辐射波形，展宽天线的工作带宽；所述加载单元中电阻、电容、电感大小通过优化设计获得；所述第二前辐射线22a和第二后辐射线22b上开口端的两个末端支撑连接在第四支撑杆521上，所述第二前辐射线22a和第二后辐射线22b的闭合端的两个末端支撑连接在第五支撑杆522上，所述第二前辐射线22a和第二后辐射线22b下开口端的两个末端支撑连接在第六支撑杆523上。

所述第一、第二辐射臂21、22通过绝缘绳索与第一支撑立柱6、第二支撑立柱71、第三支撑立柱72固定在一起，以张成两个对称的半三角形，具体地，所述第一辐射臂21两开口端处的第一支撑臂511和第三支撑臂513通过绝缘绳索分别连接在第一支撑立柱6的顶部和底部，所述第一辐射臂21闭口端处的第二支撑杆512连接在第二支撑立柱71的顶部；所述第二辐射臂22两开口端处的第四支撑臂521和第六支撑臂523通过绝缘绳索分别连接在第一支撑立柱6的顶部和底部，所述第二辐射臂22闭口端处的第五支撑杆522连接在第三支撑立柱72的顶部，所述第二立柱71和第三立柱72对称分布在第一立柱6的左右两边。

所述末端加载单元4与所述第一前辐射线21a、第二后辐射线22b顶端两个末端电性连接，用以减小辐射臂21、22末端的反射电流，以改善天线的电压驻波比特性和辐射波形，展宽天线的工作带宽；所述加载单元中电阻、电容、电感大小通过优化设计获得。

所述第二前辐射线22a、第一后辐射线21b上开口端两个末端引出后组成输入端口1，作为所述天线的馈电端，可连接发射机或接收机，用于信号的输入。

所述天线工作时，所述输入端口1外接信号源，外加的激励信号通过输入端口1，传输到辐射臂21、22上，并通过辐射臂21、22向周围空间辐射出去。

本发明还公开了一种宽带Delta型加载折合阵子天线的制作方法，其包括：

制作第一辐射臂，具体为：制作所述第一辐射臂21时首先制作金属线211、212、213、214，然后将所述金属线211、212、213、214按间距固定在所述支撑杆511、512、513上，然后将前侧相邻两条所述金属线211、212的末端彼此电性连接在一起组成第一前辐射线21a，将后侧相邻两条所述金属线213、214的末端彼此电性连接在一起组成第一后辐射线21b，然后在辐射线21a、21b之间电性连接第一加载单元31。

制作第二辐射臂，具体为：制作所述第二辐射臂22时首先制作半三角形金属线221、222、223、224，然后将所述金属线221、222、223、224按间距固定在所述支撑杆521、522、523上，然后将所述金属线221、222的末端彼此电性连接在一起组成第二前辐射线22a，将所述金属线223、224的末端彼此电性连接在一起组成第二后辐射线22b，然后在辐射线22a、22b之间电性连接第二加载单元32。

将第一辐射臂两开口端处的第一支撑杆511和第三支撑杆513分别固定在第一立柱6的顶部和底部，将第二辐射臂的两开口端处的第四支撑住521和第六支撑杆523分别固定在第一立柱6的顶部和底部，并将第一辐射臂闭合端处的第二支撑杆512和第二辐射臂闭合端处的第五支撑杆522分别固定在对称分布在第一立柱6左右两边的第二立柱71和第三立柱72的顶部；

在所述第一前辐射线21a、第二后辐射线22b上开口端的两个末端电性连接末端加载单元4；

将所述第二前辐射线22a、第一后辐射线21b上开口端的两个末端引出后组成输入端口。

所述第一加载单元31、第二加载单元32和末端加载单元4分别由一个电阻、一个电感、一个电容并联组成；

在图1所示的本发明一实施例中，所述第一辐射臂21为半三角形，所述组成第一辐射臂21的半三角形第一前辐射线21a、第二后辐射线21b的间距可在20cm-100cm之间选取，最佳值为80cm，所述半三角形的底边长度即闭口端和下开口端处的距离可在500cm-2000cm之间选取，最佳值为750cm，高即上、下开口端之间的距离可在300cm-1000cm之间选取，最佳值为400cm。

所述半三角形第一前辐射线21a由两条平行对称的金属线211、212组成，所述金属线211、212的间距可在10cm-50cm之间选取，最佳值为20cm。

在图1所示的本发明一实施例中，所述第二辐射臂22为半三角形，所述组成第二辐射臂22的半三角形第二前辐射线22a、第二后辐射线22b的间距可在20cm-100cm之间选取，最佳值为80cm，所述半三角形的底边长度即闭口端和下开口端处的距离可在500cm-2000cm之间选取，最佳值为750cm，高即上、下开口端之间的距离可在300cm-1000cm之间选取，最佳值为400cm。

所述半三角形辐射线22a由两条平行对称的金属线221、222组成，所述金属线221、222的间距可在10cm-50cm之间选取，最佳值为20cm。

在图1所示的本发明一实施例中，所述第一、第二辐射臂21、22通过绝缘绳索与支撑立柱6、71、72固定在一起，以张成两个对称的半三角形。

所述第一～第六支撑杆为空心介质管，长度为110cm，内径为15mm，外径为20mm。

所述输入端口1的输入阻抗设计为450欧姆，其大小主要与所述第一加载单元、第二加载单元及末端加载单元的电阻大小有关。

本发明工作时，所述输入端口1外接信号源，外加的激励信号通过输入端口1传输到辐射臂21、22上，并通过辐射臂21、22向周围空间辐射出去，实现雷达测距的功能。

如图2所示，为根据本发明一实施例的小型化宽带Delta型加载折合阵子天线的电压驻波比曲线图，图中，横坐标代表频率变量，单位为MHz；纵坐标代表幅度变量。在该实施例中，小型化宽带Delta型加载折合阵子天线的工作频带是3-30MHz，从图2中可以看出，本发明天线的电压驻波比在频带内都小于2.5。

如图3所示，为根据本发明一实施例的小型化宽带Delta型加载折合阵子天线的增益曲线图，图中，横坐标代表频率变量，单位为MHz；纵坐标代表增益，单位为dBi。在该实施例中，小型化宽带Delta型加载折合阵子天线的工作频带是3-30MHz，从图3中可以看出，本发明天线的增益在通带内最高大于-19dB。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种宽带Delta型加载折合阵子天线，其特征在于，该天线包括：第一辐射臂(21)、第二辐射臂(22)、第一加载单元(31)、第二加载单元(32)、末端加载单元(4)、输入端口(1)和多个支撑杆(511～513、521～523)，其中：

所述第一辐射臂(21)为半三角形，其由两段呈半三角形且平行对称的第一前辐射线(21a)、第一后辐射线(21b)和第一加载单元(31)构成；所述第一前辐射线(21a)由两条呈半三角形且平行对称的金属线(211)、(212)末端电性连接构成，所述第一后辐射线(21b)由两条呈半三角形且平行对称的金属线(213)、(214)末端电性连接构成；所述第一辐射臂(21)由三个所述支撑杆(511)、(512)、(513)张成半三角形状；所述第一加载单元(31)电性连接在所述第一前辐射线(21a)、第一后辐射线(21b)下开口端的两个末端之间；

所述第二辐射臂(22)为与所述第一辐射臂(21)左右对称的半三角形，其由两段呈半三角形且平行对称的第二前辐射线(22a)、第二后辐射线(22b)和第二加载单元(32)构成；所述第二前辐射线(22a)由两条呈半三角形且平行对称的金属线(221)、(222)末端电性连接构成，所述第二后辐射线(22b)由两条呈半三角形且平行对称的金属线(223)、(224)末端电性连接构成；所述第二辐射臂(22)由三个所述支撑杆(521)、(522)、(523)张成半三角形状；所述第二加载单元(32)电性连接在所述第二前辐射线(22a)、第二后辐射线(22b)下开口端的两个末端之间；

所述末端加载单元(4)与所述第一前辐射线(21a)、第二后辐射线(22b)上开口端的两个末端电性连接；

所述第二前辐射线(22a)、第一后辐射线(21b)上开口端的两个末端引出后组成输入端口(1)，作为所述天线的馈电端，用于信号的输入。

2.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，组成所述第一辐射臂(21)的两条半三角形的所述第一前辐射线(21a)、第二后辐射线(21b)的间距为20cm-100cm，所述半三角形的闭合端和下开口端之间的距离为500cm-2000cm，上、下开口端之间的距离为300cm-1000cm，所述第一加载单元(31)由一个电阻、一个电感、一个电容并联组成。

3.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，组成所述第二辐射臂(22)的两条半三角形的所述第二前辐射线(22a)、第二后辐射线(22b)的间距为20cm-100cm，所述半三角形的闭合端和下开口端之间的距离为500cm-2000cm，上、下开口端之间的距离为300cm-1000cm，所述第二加载单元(32)由一个电阻、一个电感、一个电容并联组成。

4.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，组成所述第一前辐射线(21a)的两条平行对称金属线(211)、(212)间距为10cm-50cm，组成所述第一后辐射线(21b)的两条平行对称金属线(213)、(214)间距为10cm-50cm；组成所述第二前辐射线(22a)的两条平行对称金属线(221)、(222)间距为10cm-50cm，组成所述第二后辐射线(22b)的两条平行对称金属线(223)、(224)间距为10cm-50cm。

5.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述末端加载单元(4)由一个电阻、一个电感、一个电容并联组成。

6.如权利要求1所述的天线，其特征在于，所述第一加载单元、第二加载单元和末端加载单元用于减少第一辐射臂和第二辐射臂末端的反射电流。

7.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述多个支撑杆(511)、(512)、(513)、(521)、(522)、(523)为空心介质管，长度为110cm，内径为15mm，外径为20mm。

8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于，所述输入端口(1)的输入阻抗为450欧姆。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的宽带Delta型加载折合阵子天线的制作方法，其包括：

制作四条金属线(211)、(212)、(213)、(214)，然后将所述四条金属线(211)、(212)、(213)、(214)按预定间距平行固定在三个所述支撑杆(511)、(512)、(513)上，然后将前侧相邻两条所述金属线(211)、(212)的末端彼此电性连接在一起组成第一前辐射线(21a)，将后侧相邻两条所述金属线(213)、(214)的末端彼此电性连接在一起组成第一后辐射线(21b)，然后在所述第一前辐射线(21a)和第一后辐射线(21b)之间电性连接第一加载单元(31)；

制作出四条金属线(221)、(222)、(223)、(224)，然后将所述四条金属线(221)、(222)、(223)、(224)按预定间距平行固定在另外三个所述支撑杆(521)、(522)、(523)上，然后将其中前侧相邻的两条所述金属线(221)、(222)的末端彼此电性连接在一起组成第二前辐射线(22a)，将后侧相邻的两条所述金属线(223)、(224)的末端彼此电性连接在一起组成第二后辐射线(22b)，然后在所述第二前辐射线(22a)和第二后辐射线(22b)之间电性连接第二加载单元(32)；

将第一辐射臂(21)两开口端处的第一支撑杆(511)和第三支撑杆(513)分别固定在第一立柱(6)的顶部和底部，将第二辐射臂(22)的两开口端处的第四支撑杆(521)和第六支撑杆(523)分别固定在第一立柱(6)的顶部和底部，并将第一辐射臂(21)闭合端处的第二支撑杆(512)和第二辐射臂(22)闭合端处的第五支撑杆(522)分别固定在对称分布在第一立柱(6)左右两边的第二立柱(71)和第三立柱(72)的顶部；

在所述第一前辐射线(21a)、第二后辐射线(22b)上开口端的两个末端电性连接末端加载单元(4)；

将所述第二前辐射线(22a)、第一后辐射线(21b)上开口端的两个末端引出后组成输入端口。