CN104078752A - 一种车载短波通信天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种车载短波通信天线，包括半环鞭、加载网络、终端加载电阻、天调系统、电缆和反射板；半环鞭由第一鞭臂和第二鞭臂组成，第一鞭臂和第二鞭臂的第一端分别连接于加载网络的两端，加载网络位于半环鞭的顶部用于改善半环鞭上的电流分布，终端加载电阻连接于第二鞭臂的第二端和反射板之间进一步改善半环鞭上的电流分布，天调系统安装在反射板上用于协调馈电电缆的输出端与半环鞭的输入端之间的关系，天调系统的输入端连接电缆的输出端，天调系统的输出端连接第一鞭臂的第二端。本发明提出的一种车载短波通信天线，体积小，便于携带，同时，采用近垂直入射天波传播通信方式解决了短波通信盲区的问题。

Description

一种车载短波通信天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种车载短波通信天线。
背景技术
随着科学技术的飞速发展，社会已经进入了信息时代，信息的快速而广泛的传递形成了信息社会最重要的特征。以现代无线通信、卫星通信、舰船通信以及雷达信息为代表的各种无线传递方式对电子技术的应用提出了越来越高的要求。随着无线通信中语音业务、窄带和宽带数据业务、卫星广播、卫星定位的兴起，移动通信产品市场需求的日益膨胀，只有那些体积小，携带方便，高灵敏度，高稳定性的无线通信产品才能满足需求。天线作为通信设备中的前端部件，对通信质量起着至关重要的作用，传统的天线形式和功能在一定程度上不能跟上电子器件小型化发展的需求，这种与现代信息传递要求相适应的天线的发展方向是小尺寸、宽频带、高效率、大容量、多功能等。因此，与无线电设备发展趋势相适应，宽频带天线的研究也日益活跃，成为天线学科研究领域中的一个重要分支。
短波(2～30MHz)通信设备紧凑，通信距离远，建立速度快，抗摧毁性强，是军事通信中最基本的通信手段。但是，短波通信存在明显的盲区效应。例如，使用常见的短波车载天线，地波传播距离一般最远达20～30公里，在实际中，由于高山或建筑物的遮挡，也会出现在5km外接收不到信号的情况；而天波从电离层反射落地的最短距离一般约为100公里，这样在地波极限与天波传播最短距离之间就形成了通信“盲区”。传统上盲区处于30～480公里之间，这一区域在战术通信中十分重要，但在这一区域建立短波通信却比较困难。
发明内容
基于背景技术提出的技术问题，本发明提出了一种车载短波通信天线，体积小，便于携带，同时，采用近垂直入射天波传播通信方式解决了短波通信盲区的问题。
本发明提出的一种车载短波通信天线，包括半环鞭、加载网络、终端加载电阻、天调系统、电缆和反射板；
半环鞭由第一鞭臂和第二鞭臂组成，第一鞭臂和第二鞭臂的第一端分别连接于加载网络的两端，加载网络位于半环鞭的顶部用于改善半环鞭上的电流分布，终端加载电阻连接于第二鞭臂的第二端和反射板之间进一步改善半环鞭上的电流分布，天调系统安装在反射板上用于协调馈电电缆的输出端与半环鞭的输入端之间的关系，天调系统的输入端连接电缆的输出端，天调系统的输出端连接第一鞭臂的第二端；
天调系统包含阻抗变换器、LC串并联电路、控制开关，其中，电感器L并联于阻抗变换器和控制开关之间，电容器C与电感器L一一对应，每一个电感器L的输入端通过一个电容器C接地，阻抗变换器和LC串并联电路组成无源网络作为阻抗匹配电路，控制开关用于控制不同频率段电信号接入阻抗匹配电路进行分频段匹配；
在工作状态下，电缆向电调系统馈电提供电信号I1输入，控制开关控制电信号I1进入阻抗匹配电路，阻抗匹配电路对电信号I1进行阻抗匹配后输出电信号I2，电信号I2输入半环鞭,加载网络和终端加载电阻对半环鞭上的电流分布进行改善，半环鞭辐射信号，反射板加强辐射信号的强度。
优选地，加载网络为RLC并联等效网络。
优选地，通过控制半环鞭的截面直径d及半环鞭环形结构的半径D控制天线的辐射效率及方向图特性。
优选地，第一鞭臂和第二鞭臂均为金属材质。
优选地，反射板为金属板。
优选地，阻抗变换器为变压器。
优选地，加载网络通过螺纹结构连接第一鞭臂和第二鞭臂。
优选地，终端加载电阻通过螺纹固定在反射板上。
本发明提供的宽带短波半环NVIS天线，该天线工作于短波波段，驻波系数小，具有全向辐射特性，能够提供有效的NVIS通信，解决地波极限与天波传输之间的“盲区”问题，且体积较小、结构稳定、风阻系数小、轮廓低、雷达散射截面积小，该天线很适合应用作车载天线。
附图说明
图1为本发明提出的一种车载短波通信天线的结构图；
图2为一种天调系统的电路图。
具体实施方式
本实施例采用的是宽带短波NVIS(Near Vertical Incidence Skywave，近垂直入射天波)半环鞭天线设计方案。参照图1，本实施例中的车载短波通信天线，包括半环鞭1、加载网络2、终端加载电阻3、天调系统4、电缆5和反射板6。
半环鞭1由第一鞭臂1A和第二鞭臂1B组成，第一鞭臂1A和第二鞭臂1B的第一端分别通过螺纹结构连接于加载网络2的两端实现电信号的连通，第一鞭臂1A和第二鞭臂1B形成半环结构。第一鞭臂1A和第二鞭臂1B均为金属材质，半环鞭1作为天线的辐射器向外辐射电磁波，通过控制半环鞭1的截面直径d及半环鞭1环形结构的半径D可控制天线的辐射效率及方向图特性。加载网络2为RLC并联等效网络，其位于半环鞭1的顶部用于改善半环鞭1上的电流分布，从而改善天线的辐射特性和阻抗特性。
终端加载电阻3连接于第二鞭臂1B的第二端和反射板6之间并通过螺纹固定在反射板6上，终端加载电阻3进一步改善半环鞭1上的电流分布，从而进一步改善天线的辐射特性和阻抗特性。
反射板6为金属板，对半环鞭1的辐射信号进行发射增强。本实施例中，反射板6是汽车车顶板，即将天线与汽车合为一体。
天调系统4安装在反射板6上用于协调馈电电缆5的输出端与半环鞭1的输入端之间的关系，天调系统4的输入端连接电缆5的输出端，天调系统4的输出端连接第一鞭臂1A的第二端。
本实施例中天调系统4的电路图如图2所示。天调系统4包含变压器、LC串并联电路、控制开关30，其中，LC串并联电路由五个电感器L1、L2、L3、L4、L5和五个电容器C1、C2、C3、C4、C5组成。
五个电感器L并联于变压器和控制开关30之间，五个电感器L1、L2、L3、L4、L5支路分别对应连接变压器上线圈匝数比为N1、N2、N3、N4、N5的节点，以提供不同的变压比值。五个电感器L1、L2、L3、L4、L5的输入端分别通过五个电容器C1、C2、C3、C4、C5接地。
变压器相当于阻抗变换器，变压器和LC串并联电路组成无源网络作为阻抗匹配电路对电缆5输入的电信号进行阻抗匹配，控制开关30用于控制不同频率段电信号接入阻抗匹配电路进行分频段匹配。
天调系统4对电信号进行阻抗匹配，可以很大程度上提高发射效率，从而实现电信号的最大功率传输。而本实施例中将天线的工作频段分为五段进行分段匹配，可进一步降低天线输入端的VSWR(Voltage Standing Wave Ratio电压驻波比)，减小向天线馈电的回波损耗。
本实施在工作状态下，电缆5向电调系统4馈电提供电信号I1输入，控制开关30控制电信号I1进入阻抗匹配电路，阻抗匹配电路对电信号I1进行阻抗匹配后输出电信号I2，电信号I2输入半环鞭1,加载网络2和终端加载电阻3对半环鞭1上的电流分布进行改善，半环鞭1辐射信号，反射板6加强辐射信号的强度。
本实施例中提供的是一种宽带短波半环NVIS天线，该天线工作于短波波段(2～30MHz)，驻波系数小于1.5，具有全向辐射特性，通信距离可达0～1000km以上，除能够提供有效的NVIS通信外，还具有结构稳定、风阻系数小、轮廓低以及雷达散射截面积小等性能，使得该天线很适合应用作车载天线。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种车载短波通信天线，其特征在于，包括半环鞭(1)、加载网络(2)、终端加载电阻(3)、天调系统(4)、电缆(5)和反射板(6)；
半环鞭(1)由第一鞭臂(1A)和第二鞭臂(1B)组成，第一鞭臂(1A)和第二鞭臂(1B)的第一端分别连接于加载网络(2)的两端，加载网络(2)位于半环鞭(1)的顶部用于改善半环鞭(1)上的电流分布，终端加载电阻(3)连接于第二鞭臂(1B)的第二端和反射板(6)之间进一步改善半环鞭(1)上的电流分布，天调系统(4)安装在反射板(6)上用于协调馈电电缆(5)的输出端与半环鞭(1)的输入端之间的关系，天调系统(4)的输入端连接电缆(5)的输出端，天调系统(4)的输出端连接第一鞭臂(1A)的第二端；
天调系统(4)包含阻抗变换器、LC串并联电路、控制开关(30)，其中，电感器L并联于阻抗变换器和控制开关(30)之间，电容器C与电感器L一一对应，每一个电感器L的输入端通过一个电容器C接地，阻抗变换器和LC串并联电路组成无源网络作为阻抗匹配电路，控制开关(30)用于控制不同频率段电信号接入阻抗匹配电路进行分频段匹配；
在工作状态下，电缆(5)向电调系统(4)馈电提供电信号I1输入，控制开关(30)控制电信号I1进入阻抗匹配电路，阻抗匹配电路对电信号I1进行阻抗匹配后输出电信号I2，电信号I2输入半环鞭(1),加载网络(2)和终端加载电阻(3)对半环鞭(1)上的电流分布进行改善，半环鞭(1)辐射信号，反射板(6)加强辐射信号的强度。
2.如权利要求1所述的车载短波通信天线，其特征在于，加载网络(2)为RLC并联等效网络。
3.如权利要求1所述的车载短波通信天线，其特征在于，通过控制半环鞭(1)的截面直径d及半环鞭(1)环形结构的半径D控制天线的辐射效率及方向图特性。
4.如权利要求1所述的车载短波通信天线，其特征在于，第一鞭臂(1A)和第二鞭臂(1B)均为金属材质。
5.如权利要求1所述的车载短波通信天线，其特征在于，反射板(6)为金属板。
6.如权利要求1所述的车载短波通信天线，其特征在于，阻抗变换器为变压器。
7.如权利要求1所述的车载短波通信天线，其特征在于，加载网络(2)通过螺纹结构连接第一鞭臂(1A)和第二鞭臂(1B)。
8.如权利要求1所述的车载短波通信天线，其特征在于，终端加载电阻(3)通过螺纹固定在反射板(6)上。
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