CN104617387A - Vhf波段与x波段复合天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有结构复用的天线系统，主要解决VHF波段天线和X波段天线复合的问题，其步骤是：1)设计X波段天线以及X波段天线支撑装置；2)在已经完成设计的X波段天线以及X波段天线支撑装置中选择合适的断点，用于VHF频段天线馈电；3)根据X波段天线支撑装置优化VHF频段天线；4)添加VHF频段天线馈电装置的保护措施，使VHF天线在恶劣环境下正常工作；5)本发明是利用X波段天线的结构件形成VHF波段天线，在基本不增加结构件的情况下实现了X波段天线和VHF波段天线复合。本发明具有结构简单，可靠性高，成本低，空间利用率高的优点，可广泛用于通讯及火控系统。

Description

VHF波段与X波段复合天线

技术领域

本发明属于天线技术领域，涉及一种VHF与X双波段复合的天线，可用于大型舰船或其他较大载体的天线。

背景技术

在短波通信过程中，通常希望通信用天线能够在水平面内形成一个全向的方向图，较为常见的通信天线形式有半波阵子天线和带地面反射板的单极子天线等，而带地面反射板的单极子天线可以看作是特殊的半波阵子天线。半波阵子天线的工作原理如图1所示，信号源通过高频接头对半波阵子的两臂馈以等幅反相的高频电流，高频电流通过半波阵子的两臂形成有效辐射得到远场方向图。

在某些通信天线的安装架设过程当中要求整个安装和驱动系统具有较高的可靠性、较小的架设空间以及多个高架系统之间不存在相互影响。这就要求通信天线与其它一个或者多个天线进行复合。现阶段通信天线与其它天线进行复合主要有物理上的复合和电气上的复合两种，物理上的复合是将通信天线与被复合天线固定在同一个安装固定设备的不同高度上，通过高度上的区分将通信天线与其它天线之间的影响降到最小，因而此种结构上较为复杂。电气上的复合是在多个工作频段上设计均能够工作的双频段或者多频段天线，此方法使用一个射频接头对天线馈电，通过天线内部复杂的馈电电路实现天线的双频或者多频工作，但是此种天线的工作频率一般只限制在倍频附近，不能用于工作在相差较远的两个频率的天线之间的复合，通常这种情况下多频段之间的馈线或天线本体会产生较强的相互影响。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种VHF波段与X波段复合天线，以扩展天线的工作频率，同时满足通信系统和火控系统的需求，避免两个系统的天线互相影响。

实现本发明目的的技术思路是：利用X波段天线以及X波段天线支撑结构和伺服机构设计VHF波段天线，形成X与VHF双波段复合天线。

根据上述思路，本发明包括：X波段天线、支撑结构和伺服机构，支撑结构固定在X波段天线与伺服机构之间，其特征在于：

支撑结构中添加有介质材料并固定有高频接头，该高频插头的外壳与伺服机构连接，内芯与X波段天线相连，该介质材料将X波段天线与伺服机构从电气上分成上下两部分，使X波段天线与伺服机构分别形成VHF波段天线的上下两臂。

上所述VHF波段与X波段复合天线，其特征在于：伺服机构外添加有扼流套，用于限制电流在伺服机构上的流动状态。

上述VHF波段与X波段复合天线，其特征在于：伺服机构的高度：h＞λ/10，λ为工作波长。

上述VHF波段与X波段复合天线，其特征在于：扼流套的长度为：l＝(1+0.225/(ln(2π/λ*a)))*λ/4，

式中，λ为工作波长，a为扼流套的半径，b＜a＜b+λ/10，b为伺服机构的半径。

上述VHF波段与X波段复合天线，其特征在于：介质材料选用介电常数在2～6之间的耐磨材料。

上述VHF波段与X波段复合天线，其特征在于：支撑结构的采用圆柱体结构，其半径c的取值为：λ/10＜c＜λ/4，λ为工作波长。

上述VHF波段与X波段复合天线，其特征在于X波段天线、支撑结构和伺服机构的外壳均采用金属。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.结构简单。本发明不需要重新设计复杂的结构，只是对原天线系统进行简单的电气分离，在基本不增加结构件的情况下利用X波段天线及其附属部件就可实现VHF天线功能。

2.性能可靠。本发明的复合形式由于是借助于x波段的外形及其附属部件实现VHF波段，两个频段没有共同的馈电装置或共用天线本体部分，即两个波段没有共同的信号通道，因而这种复合天线的两个频段互不影响，也就是说VHF波段的实现完全不影响X波段的天线性能。

3.可靠性高，本发明基本上没有增加额外的结构件，因此复合以后的天线可靠性与X波段天线可靠性基本持平，并且省去额外设计VHF天线所带来的可靠性问题，隐形的消除了VHF天线所必须的支撑架等影响。

4.空间利用率高，本发明将VHF波段天线和X波段天线复合在一起，节省了空间。

5.成本低。本发明将VHF波段天线和X波段天线复合在一起后共用一套支撑和传动装置，在原天线基础上简单改造即形成双波段天线，大大降低了成本。

附图说明

图1现有VHF波段天线原理图；

图2是本发明VHF波段和X波段复合天线结构图。

图3是本发明的VHF波段天线馈电结构图。

图4VHF波段天线不加扼流套时的辐射方向图。

图5VHF波段天线加扼流套时的辐射方向图。

图6VHF波段天线与X波段天线在VHF波段的隔离度曲线图。

图中，1--普通半波阵子的辐射臂，2--射频信号源，3--VHF波段天线馈电结构图，4--X波段天线，5--介质材料，6--为扼流套，7--X波段天线支撑装置，8--VHF波段天线射频接头，9--VHF波段天线射频接头内芯。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的结构进行详细描述。

一.技术原理

参照图1，理论上的半波阵子天线包括两个臂和一个馈电装置，通过馈电装置使其两个臂上形成幅度相等、相位相反的电场分布。如图1所示的两个圆柱形物体1和高频接头2，两个圆柱形分别构成天线辐射体的两个臂，高频接头为馈电装置，其外壳和内芯分别与辐射体的两个臂相连，高频信号从高频接头2灌入，在圆柱形物体1中的两臂形成幅度相等、相位相反的电场分布。

基于以上半波振子天线的原理，本发明用X波段天线与其伺服机构分别做为半波振子天线的两臂，在X波段天线支撑装置中加入高频接头，芯分别与X波段天线和伺服机构相连，这样就实现了一个VHF波段的半波振子天线。

二.天线结构

参照图2，本发明的VHF波段和X波段复合天线，包括X波段天线、X波段天线支撑结构、伺服机构、介质材料、高频接头以及扼流套。X波段天线根据需要自行设计，下面详细介绍VHF波段天线形成过程：

步骤1VHF波段天线上半部分

将介质材料的外形做成带裙边的空心环形或圆柱形或其他中空带裙边的形状，具体形状应能嵌套在X波段天线支撑装置中间；裙边应介于X波段天线与X波段天线支撑装置中间，并能达到隔断X波段天线与X波段天线支撑装置之间直流电的目的；介质材料的硬度和厚度应能达到支撑X波段天线重量或其他要求的目的；介质材料与X波段天线支撑装置应机械良好装配；

将X波段天线支撑装置与介质材料连接后，将高频接头与介质材料或X波段天线支撑装置机械牢固装配，由于高频接头外壳与X波段天线支撑装置需要电气上的连接关系，此处可在装配的地方将介质材料打孔或挖去一部分，直接将高频接头外壳与X波段天线支撑装置连接或用导体连接(注意高频接头内芯不要连到外壳或导线上)；利用导线(不局限于导线，任何导体都可以)将高频头内芯延伸出来并连接到X波段天线；

将X波段天线机械装配到X波段天线支撑装置上，这样形成了VHF波段天线的上半部分。

步骤2形成VHF波段天线下半部分

将X波段天线支撑装置与伺服机构机械连接则形成形成VHF波段天线下半部分，此处注意一定要保证良好的电气上的连接，必要时可用三用表检测连接情况。

步骤3伺服部分扼流套的加装

对称阵子为典型的谐振天线，一般情况下，上述步骤形成的天线性能都会有这样那样的缺陷，所以在工程上都需要加上一个扼流套。

由于扼流套是金属的，加在X波段天线一侧时可能影响X波段天线的工作情况，所以本发明选择加在伺服机构外测，调整扼流套的长度为

l＝(1+0.225/(ln(2π/λ*a)))*λ/4

式中，λ为工作波长，a为伺服机构的半径，可以使VHF波段对称阵子在对应的频率的得到较好的辐射特性。

扼流套应该为圆形或圆柱形，套在伺服机构外围，扼流套与伺服机构之间可填充必要的介质。

三.天线的性能结果

VHF波段天线不加扼流套和加扼流套的增益方向图对比，参见图4和图5，图中可看出增益明显增大，方向图的不圆度明显减小。

VHF波段天线与X波段天线在VHF波段的隔离度情况，参见图6所示，图中仿真隔离度曲线显示隔离度明显大于70dB。其中，纵坐标标示幅度，横坐标标示频率。

Claims (7)

1.VHF波段与X波段复合天线，包括X波段天线(4)、支撑结构(5)和伺服机构(7)，支撑结构(5)固定在X波段天线(4)与伺服机构(7)之间，其特征在于：

支撑结构(5)中添加有介质材料(3)并固定有高频接头(8)，该高频插头(8)的外壳与伺服机构(7)连接，内芯与X波段天线(4)相连，该介质材料(3)将X波段天线(4)与伺服机构(7)从电气上分成上下两部分，使X波段天线(4)与伺服机构(7)分别形成VHF波段天线的上下两臂。

2.根据权利要求1所述的VHF波段与X波段复合天线，其特征在于：伺服机构(7)外添加有扼流套(6)，用于限制电流在伺服机构(7)上的流动状态。

3.根据权利要求1所述的VHF波段与X波段复合天线，其特征在于：伺服机构(7)的高度：h＞λ/10，λ为工作波长。

4.根据权利要求2所述的VHF波段与X波段复合天线，其特征在于：扼流套(6)的长度为：

l＝(1+0.225/(ln(2π/λ*a)))*λ/4，

式中，λ为工作波长，a为扼流套(6)的半径，b＜a＜b+λ/10，b为伺服机构(7)的半径。

5.根据权利要求1所述的VHF波段与X波段复合天线，其特征在于：介质材料(3)选用介电常数在2～6之间的耐磨材料。

6.根据权利要求1所述的VHF波段与X波段复合天线，其特征在于：支撑结构(5)的采用圆柱体结构，其半径c的取值为：λ/10＜c＜λ/4，λ为工作波长。

7.根据权利要求1～6所述的任意之VHF波段与X波段复合天线，其特征在于X波段天线(4)、支撑结构(5)和伺服机构(7)的外壳均采用金属。