CN105306086B - 一种短波自调谐收发桅杆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种短波自调谐收发桅杆，包括级联的上部调谐辐射体、中部调谐辐射体和底部调谐辐射体，实现了整体的联动调谐。当触点滑动时，感性负载的感抗在实时发生变化，感性负载与辐射体的容抗形成谐振。当感抗变大时桅杆调谐在短波低端，当感抗减小时桅杆调谐在短波高端。本发明可在HF频段内自行调谐，完成大功率发射，亦可接收短波信号，同时可进行UHF和L波段信号收发，能够覆盖多个无线电频段，进行短波自动调谐综合优化，改善电磁环境，增强系统可靠性，且占用空间小、模块化设计，有助于多功能集成互换。

Description

一种短波自调谐收发桅杆

技术领域

本发明涉及通信、导航等技术领域，特别涉及一种短波自调谐收发桅杆系统的技术构架。

背景技术

自从无线电通信获得成功，短波通信就诞生了。短波信道是一种在时域、频域、空域上都有变化的色散的信道，这种信道的不稳定性使短波具有频带窄、容量小、速率低、相互干扰严重的特点。对电波的传播规律的认识和掌握是短波通信应用的首要前提和重要基础。人们对电离层特性及其对短波传播的影响规律的认识的深化推动了短波通信技术与应用的飞跃。

短波通信动作频率低，元器件要求低，技术成熟，制造简单，设备体积小，价格便宜，在商业、交通、工业、邮政等国民经济各个部门中得到广泛的应用。世界各国都制定了相应的发展计划，短波通信迎来了又一个高速发展的新阶段。

目前通信、导航平台系统对无线信号的收发通道依赖性十分强烈。我国许多通信台站、车辆、船只乃至建筑屋顶架设了许多GPS、UHF、HF等天线及射频网络，这种林立的天线造成了复杂的电磁环境和大量的资源浪费，尤其在移动平台上这一矛盾更加突出。为了提高工作效率，改善电磁环境，许多用户期望将各种系统的收发天线进行有效的整合，将平台传感器集成一体化设计。独立的短波天线，尤其是大功率发射天线体积较大，在一些小平台上使用不便，更无法和UHF等频段天线集成。短波宽带天线、无源金属体加天调的方式均不能解决这类问题。

这就引出了一种短波自调谐收发天线、综合集成、收发隔离等一系列科学问题。现有技术中，部分采用外置大电机进行升降调谐，体积较大，与其它频段系统集成时原有各自辐射体系统性能将大大下降，甚至失效。为了保证HF辐射体相对尺寸较小，电磁特性良好，且能与UHF、L等波段有效集成正常工作，有必要设计一种短波自调谐收发桅杆。该系统可在HF频段内自行调谐，完成大功率发射，亦可接收短波信号，同时可进行UHF和L波段信号收发。系统在固定高度和直径下实现了电磁辐射体、调谐体、射频网络的有效架构集成，且能验证集成收发的有效性。目前，国内文献中尚未有短波自调谐收发集成桅杆的技术报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种短波自调谐收发桅杆，给出了短波辐射体和调谐体一体化集成设计的实现方法和技术构架，可在HF频段内自行调谐，完成大功率发射，亦可接收短波信号，同时可进行UHF和L波段信号收发，能够覆盖多个无线电频段，进行短波自动调谐综合优化，改善电磁环境，增强系统可靠性，且占用空间小、模块化设计，有助于多功能集成互换。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括级联的上部调谐辐射体、中部调谐辐射体和底部调谐辐射体；

所述的上部调谐辐射体包括同轴嵌套的外部辐射体、中部辐射体和内部辐射体，外部辐射体、中部辐射体和内部辐射体均为中空圆柱体，两个调谐机构分别被传动带带动，在外部辐射体和中部辐射体之间以及中部辐射体和内部辐射体之间上下移动，使得调谐机构接触外部辐射体、中部辐射体和内部辐射体的不同位置，传动带由控制开关控制；

所述的中部调谐辐射体主体为调谐线圈，通过线圈支撑体固定为中空柱体，两端通过连接法兰固接上部调谐辐射体和底部调谐辐射体，调谐线圈内部平行于轴线安装有滑动导轨，滑块能够沿滑动导轨上下滑动，调谐机构固接在滑块上并随滑块的运动接触调谐线圈的不同位置；

所述的底部桅杆调谐辐射体包括辐射体和射频网络，所述的辐射体包括同轴嵌套的外部辐射体、中间辐射体和内部辐射体，外部辐射体、中间辐射体和内部辐射体均为中空圆柱体；辐射体通过连接法兰固接中部调谐辐射体。

所述的上部调谐辐射体上端依次级联UHF波段收发单元和L波段单元，构成短波自调谐收发桅杆集成体系，内部辐射体沿轴线贯穿短波自调谐收发桅杆和UHF波段收发单元环节。

所述的内部辐射体中敷设馈线、控制线、电源线，射频信号沿内部辐射体上下传输。

所述底部桅杆调谐辐射体的外部辐射体和中间辐射体之间安装有组件及安装板、天线及调谐线圈、开关、匹配网络、控制电路、开关电路和接口电路，完成对上端HF的调谐、UHF的收发和L波段的收发转换。

所述底部桅杆调谐辐射体的底端开有射频口，实现HF频段内的自动调谐，短波自调谐收发桅杆级联UHF波段收发单元和L波段单元后，通过射频口实现功能切换。

本发明的有益效果是：

第一、短波自调谐收发桅杆在HF频段中调谐工作良好，参见短波调谐驻波测试曲线一(如图9所示)和短波调谐驻波测试曲线二(如图10所示)；

第二、UHF通信系统在集成的系统中驻波带宽优良，收发通道工作正常，参见UHF段驻波曲线(如图12所示)；

第三、卫导天线及辅助系统在集成的系统中工作良好，参见L波段驻波曲线(如图11所示)；

第四、短波自调谐抽测数据效果良好，如下表所示：

表1 部分调谐测试数据

频率(MHz)	电压驻波比
		1.556	1.1
1.9	1.2
		2.58	1.1
3.88	1.45
		8.56	1.1
9.01	1.1
		9.575	1.2
10.02	1.5
		11.07	1.7
11.25	1.65
		12.21	1.47

第五、电调机构调谐良好，有效地实施了辐射体和调谐体的有机融合和快速转换；

第六、集成桅杆收发转换良好，测试性能与模型理论分析值吻合，组合性高，技术可移植性强，可应用于多种平台需要，实现短波自调谐、多系统天线射频综合集成。

附图说明

图1是短波自调谐收发桅杆三维模型图；

图2是短波自调谐收发桅杆集成体系图；

图3是短波自调谐收发桅杆分解图；

图4是上部辐射体分解示意图一；

图5是上部辐射体分解示意图二；

图6是中部调谐辐射体分解示意图一；

图7是中部调谐辐射体分解示意图二；

图8是底部桅杆调谐辐射体分解示意图；

图9是短波调谐驻波测试曲线一；

图10是短波调谐驻波测试曲线二；

图11是L波段驻波曲线；

图12是UHF段驻波曲线；

图中，1为短波自调谐收发桅杆，2为上部调谐辐射体，3为中部调谐辐射体，4为底部调谐辐射体，5为整体级联构成，6为UHF波段收发单元环节，7为L波段单元环节，8为控制开关，9为固定法兰，10为外部辐射体，11为中部辐射体，12为内部辐射体，13为传动导轨，14为传动带，15为调谐机构，16为调谐接触点，17为传动带，18为调谐机构，19为连接法兰，20为调谐线圈，21为线圈支撑体，22为调谐机构，23滑动导轨，24为滑块，25为调谐机构，26为调谐触点，27调谐线圈，28为连接法兰，29为外部辐射体，30为中间辐射体，31为内部辐射体，32为组件及安装版，33为天线及调谐线圈，34为开关，35为匹配网络，36为控制电路，37为开关电路，38为接口电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

短波自调谐收发桅杆集成体系图如图2，由L波段单元环节7、UHF波段收发单元环节6和短波自调谐收发桅杆1级联构成，图中中部虚线为中心穿杆，进行部分负荷，且上下传输射频和控制信号电缆。

短波自调谐收发桅杆的三维模型见图1，包括上部调谐辐射体2、中部调谐辐射体3和底部调谐辐射体4。图3为短波自调谐收发桅杆的分解图。

所述的上部调谐辐射体包括同轴嵌套的外部辐射体、中部辐射体和内部辐射体，外部辐射体、中部辐射体和内部辐射体均为中空圆柱体，两个调谐机构分别被传动带带动，在外部辐射体和中部辐射体之间以及中部辐射体和内部辐射体之间上下移动，使得调谐机构接触外部辐射体、中部辐射体和内部辐射体的不同位置，传动带由控制开关控制；

所述的中部调谐辐射体主体为调谐线圈，通过线圈支撑体固定为中空柱体，两端通过连接法兰固接上部调谐辐射体和底部调谐辐射体，调谐线圈内部平行于轴线安装有滑动导轨，滑块能够沿滑动导轨上下滑动，调谐机构固接在滑块上并随滑块的运动接触调谐线圈的不同位置；

所述的底部桅杆调谐辐射体包括辐射体和射频网络，所述的辐射体包括同轴嵌套的外部辐射体、中间辐射体和内部辐射体，外部辐射体、中间辐射体和内部辐射体均为中空圆柱体；辐射体通过连接法兰固接中部调谐辐射体。

将上部调谐辐射体分解为图4和图5。图4所示部分包括控制开关8、固定法兰9、外部辐射体10、中部辐射体11和内部辐射体12。图5所示部分包括传动导轨13、传动带14、调谐机构15、调谐接触点16、传动带17和调谐机构18。

中部调谐辐射体主体为螺旋线圈，分解为图6和图7。图6所示部分包括连接法兰19、调谐线圈20、线圈支撑体21和调谐机构22。图7所示部分包括滑动导轨23、滑块24调谐机构25调谐触点26和调谐线圈27。

底部桅杆调谐辐射体由辐射体和射频网络组成，分解结构如图8所示，包括连接法兰28、外部辐射体29、中间辐射体30、部辐射体31、组件及安装版32、天线及调谐线圈33、开关34、匹配网络35、控制电路36、开关电路37和接口电路38。

所述的多系统自调谐收发桅杆集成体总高度小于5米，半径小于0.1米。所述的上部调谐辐射体高度小于2米，中部调谐辐射体主体高度小于1米，底部桅杆调谐辐射体高度小于1米。

本发明重点在短波自调谐收发桅杆部分的技术实现方法和框架结构，获得的结果包括以下内容：

自调谐收发桅杆技术是提升短波通信电磁效能的一项新技术，将自调谐收发天线与UHF等系统进行综合是一项原始创新。

所述的短波自调谐收发桅杆经过上部调谐辐射体、中部调谐辐射体、底部桅杆调谐辐射体的级联，实现了整体的联动调谐。从桅杆底端的射频口可以实现HF频段内的自动调谐。

短波调谐体级联UHF收发辐射体和L波段收发辐射体后，从桅杆底端的射频口可以实现功能切换。相应的馈线、控制线、电源线能够在中心穿管内敷设。本发明解决了收发天线穿杆问题。

本发明构建了HF、UHF、L波段传感器电磁布局方式，给出了合理的桅杆电磁结构。本发明通过综合优化设计实现了桅杆综合天线。对现有的HF收发、UHF收发、L波段收发等辐射体和射频单元可以进局部重构。

本发明的实施例中，短波覆盖了15个倍频程，在预设调谐之前，根据低段、中段、高段频率预期，通过上部调谐辐射体上下端的开关选择辐射体。图4中8控制开关选择内外接触。9为固定法兰承接上下UHF和HF桅杆体。10为外套筒体，实现部分容性天线体。11为内部套筒体，实现另一部分容性天线体。12为内部穿杆，实现内部容性补偿辐射体。图5中13的传动导轨用来上下滑动，实现15调谐机构与10与11的动态连接。14和17的传动带实现18的调谐机构上16调谐接触点可以根据限位开关的指示进行上下移动。

中部调谐辐射体主体为调谐线圈，调谐线圈既是辐射体又是感性调谐体。图6中19的连接法兰承接上部辐射体与螺旋体的结构支撑。同样底部法兰功能相同。20是调谐线圈主体、21是线圈支撑体、22是调谐机构。图7中24滑块在23滑动导轨上滑动。26调谐触点在25调谐机构的顶点端电接触27调谐线圈，当触点上下滑动时，感性负载的感抗在实时发生变化。感性负载与辐射体的容抗形成谐振。当感抗变大时桅杆调谐在短波低端，当感抗减小时桅杆调谐在短波高端。

底部桅杆调谐辐射体由辐射体和射频网络组成。28连接法兰承接中部螺旋线圈和29外部辐射体主体结构。30中间辐射体和31内部辐射体是构成与感性辐射体谐振的重要组成部分。32组件及安装板、33天线及调谐线圈、34开关、35匹配网络、36控制电路、37开关电路、38接口电路等部分在控制端的统一调度下完成对上端HF的调谐，UHF的收发、L波段收发转换等功能。

在短波接收时，桅杆体可以进行辐射体重构，采用有源共用接收。经过实物系统调试实验短波自调谐收发桅杆电磁集成效果突出，调谐转换良好。

本发明方案有如下特点：

自调谐收发桅杆技术是提升短波通信电磁效能的一项新技术，将收发天线体与调谐体进行一体化综合是一项原始创新。

发明中所述的短波自调谐收发桅杆经过上部调谐辐射体、中部调谐辐射体、底部桅杆调谐辐射体的级联，实现了整体的联动调谐。从桅杆底端的射频口可以实现HF频段内的自动调谐。当触点上下滑动时，感性负载的感抗在实时发生变化。感性负载与辐射体的容抗形成谐振。当感抗变大时桅杆调谐在短波低端，当感抗减小时桅杆调谐在短波高端。

短波调谐体级联UHF收发辐射体和L波段收发辐射体后，从桅杆底端的射频口可以实现功能切换。相应的馈线、控制线、电源线能够在中心穿管内敷设。本发明解决了收发天线穿杆问题。

本发明对现有的HF收发、UHF收发、L波段收发等辐射体和射频单元可以进局部重构。

根据上述说明，结合本领域技术可在多种平台上实现本发明工程设计方案。

Claims (5)

1.一种短波自调谐收发桅杆，包括级联的上部调谐辐射体、中部调谐辐射体和底部调谐辐射体，其特征在于：所述的上部调谐辐射体包括同轴嵌套的外部辐射体、中部辐射体和内部辐射体，外部辐射体、中部辐射体和内部辐射体均为中空圆柱体，两个调谐机构分别被传动带带动，在外部辐射体和中部辐射体之间以及中部辐射体和内部辐射体之间上下移动，使得调谐机构接触外部辐射体、中部辐射体和内部辐射体的不同位置，传动带由控制开关控制；所述的中部调谐辐射体主体为调谐线圈，通过线圈支撑体固定为中空柱体，两端通过连接法兰固接上部调谐辐射体和底部调谐辐射体，调谐线圈内部平行于轴线安装有滑动导轨，滑块能够沿滑动导轨上下滑动，调谐机构固接在滑块上并随滑块的运动接触调谐线圈的不同位置；所述的底部调谐辐射体包括辐射体和射频网络，所述的辐射体包括同轴嵌套的外部辐射体、中间辐射体和内部辐射体，外部辐射体、中间辐射体和内部辐射体均为中空圆柱体；辐射体通过连接法兰固接中部调谐辐射体。

2.根据权利要求1所述的短波自调谐收发桅杆，其特征在于：所述的上部调谐辐射体上端依次级联UHF波段收发单元和L波段单元，构成短波自调谐收发桅杆集成体系，上部调谐辐射体的内部辐射体沿轴线贯穿短波自调谐收发桅杆和UHF波段收发单元环节。

3.根据权利要求1所述的短波自调谐收发桅杆，其特征在于：所述上部调谐辐射体的内部辐射体和底部调谐辐射体的内部辐射体中敷设馈线、控制线、电源线，射频信号沿内部辐射体上下传输。

4.根据权利要求1所述的短波自调谐收发桅杆，其特征在于：所述底部调谐辐射体的外部辐射体和中间辐射体之间安装有组件及安装板、天线及调谐线圈、开关、匹配网络、控制电路、开关电路和接口电路，完成对上端HF的调谐、UHF的收发和L波段的收发转换。

5.根据权利要求1所述的短波自调谐收发桅杆，其特征在于：所述底部调谐辐射体的底端开有射频口，实现HF频段内的自动调谐，短波自调谐收发桅杆级联UHF波段收发单元和L波段单元后，通过射频口实现功能切换。