CN105337041A - 一种基于菱形振子的全频段电视发射天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于菱形振子的全频段电视发射天线，偶极子组阵为菱形偶极子组阵，由4对菱形偶极子共轴排列组成；多节宽带可调功分器馈电网络分为垂直部分和水平部分，水平部分与反射板平行，垂直部分与水平部分外导体之间通过方形铜块连接，方形铜块固定在反射板上；多节宽带可调功分馈电网络输出端外导体与带状平行线内侧带条相连，内导体探出与带状平行线外侧带条相连；巴伦传输线一端与带状平行线外侧带条中心处相连，另一端与方形铜块相连。本发明采用菱形偶极子组阵并联馈电方式，使驻波比小于1.2的工作带宽达到360MHz以上，实现了全频段发射功能；并且承受功率大，制作成本低，特别适用于分米波波段地面电视发射系统。

Description

一种基于菱形振子的全频段电视发射天线

技术领域

本发明涉及一种全频段电视发射天线，尤其涉及一种应用于分米波波段地面电视发射系统的菱形振子水平极化组阵天线。

背景技术

天线与其馈电设备是收、发设备与空间无线电波连接的重要环节，是将发射机的功率变换为电磁波，向远处传播的重要装置。建立一个理想的小型电视差转台，除了具有高质量的电视差转机外，还必须有性能良好的发射与接收天线。采用高质量的天线，可以有效地利用发射机的功率并降低对接收机的要求。随着全球电视数字化和移动化步伐的不断加快，我国近几年数字电视发展迅速，已在大多数大中型城市开通了数字电视业务，在这场广播、电视数字化和移动化的革命中，研究开发适应高性能移动数字电视的发射与接收天线是提高地面数字电视覆盖率的重要环节。

随着地面数字电视的发展，需要宽频带、大功率、高增益、低成本的发射天线应用于地面数字电视发射系统。目前，用于我国地面数字电视系统的发射天线有缝隙天线、蝙蝠翼天线等，这些天线的加工和调试都比较复杂，因此成本较高。因偶极子天线具有结构简单、分析方便、加工成本低和成品率高等优点，一直得到广泛应用。然而，偶极子天线存在两个主要问题：由于偶极子天线是平衡结构，而同轴线为非平衡结构，因而承受功率小；同时由于偶极子天线为全向天线，并且有很大的3dB张角，所以增益低。以上两个问题极大地限制了偶极子天线的应用范围。

申请号为201120395353.8(申请日为2011年10月17日)的中国专利公开了“一种基于圆盘振子的水平极化数字电视发射天线”，实现了偶极子天线在地面数字电视发射天线系统中的应用，其工作带宽达到了56MHz以上。

发明内容

本发明提供了一种基于菱形振子的全频段电视发射天线，采用菱形偶极子组阵并联馈电方式，使驻波比小于1.2的工作带宽达到360MHz以上，，实现了全频段发射功能；并且承受功率大，制作成本低，特别适用于分米波波段地面电视发射系统。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种基于菱形振子的全频段电视发射天线，包括由偶极子组阵、多节宽带可调功分馈电网络、带状平行线巴伦馈电结构、反射板和输入连接器组成的发射天线，偶极子组阵的中心线与水平面平行构成水平极化天线阵；带状平行线巴伦馈电结构由带状平行线及巴伦传输线组成，带状平行线两端分别与同侧的偶极子相连接，输入连接器的外导体固定在反射板上，内导体穿透反射板与多节宽带可调功分馈电网络输入端相连接；所述偶极子组阵为菱形偶极子组阵，由4对菱形偶极子共轴排列组成；多节宽带可调功分器馈电网络分为垂直部分和水平部分，水平部分与反射板平行，垂直部分与水平部分外导体之间通过方形铜块连接，方形铜块固定在反射板上；多节宽带可调功分馈电网络输出端外导体与带状平行线内侧带条相连，内导体探出与带状平行线外侧带条相连；巴伦传输线一端与带状平行线外侧带条中心处相连，另一端与方形铜块相连。

所述发射天线的技术指标为：

频率范围：470～870MHz；

工作带宽：≥230MHz；

VSWR：≤1.1∶1；

输入功率：≤1.0Kw；

天线增益：≥13.0dB；

增益前后比：≥20.0dB；

半功率波束宽度：水平面55°～59°，垂直面20°～22°。

所述多节宽带可调功分器馈电网络为多节同轴功分器，各枝节的长度与直径均可调节。

所述多节宽带可调功分器馈电网络的内导体和外导体之间由间隔的聚四氟乙烯环作为支撑。

所述菱形偶极子组阵的阵元平面与反射板之间的距离为四分之一波长。

所述的带状平行线由半波长金属带条平行放置构成。

所述巴伦传输线长度为四分之一波长。

所述输入连接器为L27型连接器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

采用菱形偶极子组阵并联馈电方式，使驻波比小于1.2的工作带宽达到360MHz以上，实现了全频段发射功能；并且承受功率大，制作成本低，特别适用于分米波波段地面电视发射系统。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明实施例的电压驻波比实测图；

图4是本发明实施例的辐射特性图。

图中：1.菱形偶极子组阵2.带状平行线3.输入连接器4.多节宽带可调功分器馈电网络5.反射板6.巴伦传输线7.支柱

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

见图1-图2，是本发明的结构示意图。本发明一种基于菱形振子的全频段电视发射天线，包括由偶极子组阵、多节宽带可调功分馈电网络4、带状平行线巴伦馈电结构、反射板5和输入连接器3组成的发射天线，偶极子组阵的中心线与水平面平行构成水平极化天线阵；带状平行线巴伦馈电结构由带状平行线2及巴伦传输线6组成，带状平行线2两端分别与同侧的偶极子相连接，输入连接器3的外导体固定在反射板5上，内导体穿透反射板5与多节宽带可调功分馈电网络4输入端相连接；所述偶极子组阵为菱形偶极子组阵1，由4对菱形偶极子共轴排列组成，菱形偶极子通过支柱7支撑；多节宽带可调功分器馈电网络4分为垂直部分和水平部分，水平部分与反射板5平行，垂直部分与水平部分外导体之间通过方形铜块连接，方形铜块固定在反射板5上；多节宽带可调功分馈电网络4输出端外导体与带状平行线2内侧带条相连，内导体探出与带状平行线2外侧带条相连；巴伦传输线6一端与带状平行线2外侧带条中心处相连，另一端与方形铜块相连。

所述发射天线的技术指标为：

频率范围：470～870MHz；

工作带宽：≥230MHz；

极化方式：水平极化；

VSWR：≤1.1∶1；

输入功率：≤1.0Kw；

天线增益：≥13.0dB；

增益前后比：≥20.0dB；

半功率波束宽度：水平面55°～59°，垂直面20°～22°。

所述多节宽带可调功分器馈电网络4为多节同轴功分器，各枝节的长度与直径均可调节。

所述多节宽带可调功分器馈电网络4的内导体和外导体之间由间隔的聚四氟乙烯环作为支撑。

所述菱形偶极子组阵1的阵元平面与反射板5之间的距离为四分之一波长。

所述的带状平行线2由半波长金属带条平行放置构成。

所述巴伦传输线6长度为四分之一波长。

所述输入连接器3为L27型连接器。

本发明一种基于菱形振子的全频段电视发射天线的工作原理为：

菱形偶极子组阵1采用等幅同相馈电，每个菱形偶极子馈电幅度和相位均相同，这可以保证天线方向性图的主向不随频率的改变而变化，使天线在很宽的频带内保持增益的稳定性。4对菱形偶极子组成的四偶极子天线由于是并联馈电，可以分解为左右两个对称的二偶极子天线，二偶极子天线采用带状平行双线结构向两端菱形偶极子并联馈电。

带状平行线2长度为二分之一波长，两端菱形偶极子天线馈电点离开中心四分之一波长处是并联馈电，在中心处插入陷波电路，可以使中心处并联电抗起到相互抵消的作用，因此可以展宽天线的频带宽度。

菱形偶极子组阵1的阵元平面与反射板5之间的距离为四分之一波长，此时天线辐射出的电磁波一部分直接辐射出去，另一部分经过四分之一波长传输到反射板5处，产生90°相位差，电磁波在反射板5处发生反射时，会产生180°的相位差，再经过四分之一波长到达阵元平面位置处，又产生90°的相位差。此时共形成360°的相位差，即天线辐射出的电磁波在上空传输时其相位均相同。

本发明采用能承受大功率的L27型连接器馈电，输入连接器3的外导体固定在反射板5上，内导体穿透反射板5与多节宽带可调功分馈电网络4输入端相连接。采用多节宽带可调功分器馈电网络4，通过调节各枝节的长度和直径达到宽带阻抗匹配，可有效提高菱形振子组阵天线工作频带内输入阻抗的平整度，改善输入阻抗的频带特性。

多节宽带可调功分器馈电网络4分为垂直部分和水平部分，水平部分与反射板5平行，垂直部分与水平部分外导体之间通过方形铜块连接，方形铜块固定在反射板5上。多节宽带可调功分器馈电网络4水平部分长度共为一个波长，这可以保证左右两侧二偶极子天线阵之间的间距为一个波长，因此保证每对菱形偶极子天线之间的间距均为半个波长，保证天线方向性图的一致性。

巴伦传输线6一端与带状平行线2外侧带条中心处相连，另一端与多节宽带可调功分馈电网络4中方形铜块相连，巴伦传输线6长度为四分之一波长，起到平衡到不平衡变换和阻抗变换的作用，可以提高天线的功率承受能力。

采用菱形偶极振子组阵1的结构，可有效提高普通线状偶极子天线的阻抗带宽；采用同相馈电的菱形偶极子天线组阵1，同时加入反射板5，能够提高天线增益；通过巴伦馈电方式可有效提高天线的功率承受能力；采用多节宽带可调功分馈电网络4，可有效提高菱形振子组阵天线工作频带内输入阻抗的平整度，改善输入阻抗的频带特性。

【实施例】如图3所示，是本实施例的电压驻波比实测图；其中VSWR表示电压驻波比；Freq表示频率。在工作频带470～780MHz内，一种基于菱形振子的全频段电视发射天线输入端口的驻波比均小于1.1，说明输入端口匹配特性良好。通过轻微的调节多节宽带可调功分馈电网络4各节长度，可以明显的改善驻波比特性。

如图4所示，是本实施例的辐射特性图；其中竖轴方向表示增益，其单位为db，EPlane表示E面方向图，HPlane表示H面方向图。本实施例中，一种基于菱形振子的全频段电视发射天线在水平方向的半功率辐射角度为57°，在垂直方向的半功率辐射角度为21°，最大增益为13.75dB，前后比达到了20dB。

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)

1.一种基于菱形振子的全频段电视发射天线，包括由偶极子组阵、多节宽带可调功分馈电网络、带状平行线巴伦馈电结构、反射板和输入连接器组成的发射天线，偶极子组阵的中心线与水平面平行构成水平极化天线阵；带状平行线巴伦馈电结构由带状平行线及巴伦传输线组成，带状平行线两端分别与同侧的偶极子相连接，输入连接器的外导体固定在反射板上，内导体穿透反射板与多节宽带可调功分馈电网络输入端相连接；其特征在于，所述偶极子组阵为菱形偶极子组阵，由4对菱形偶极子共轴排列组成；多节宽带可调功分器馈电网络分为垂直部分和水平部分，水平部分与反射板平行，垂直部分与水平部分外导体之间通过方形铜块连接，方形铜块固定在反射板上；多节宽带可调功分馈电网络输出端外导体与带状平行线内侧带条相连，内导体探出与带状平行线外侧带条相连；巴伦传输线一端与带状平行线外侧带条中心处相连，另一端与方形铜块相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于菱形振子的全频段电视发射天线，其特征在于，所述发射天线的技术指标为：

频率范围：470～870MHz；

工作带宽：≥230MHz；

VSWR：≤1.1∶1；

输入功率：≤1.0Kw；

天线增益：≥13.0dB；

增益前后比：≥20.0dB；

半功率波束宽度：水平面55°～59°，垂直面20°～22°。

3.根据权利要求1所述的一种基于菱形振子的全频段电视发射天线，其特征在于，所述多节宽带可调功分器馈电网络为多节同轴功分器，各枝节的长度与直径均可调节。

4.根据权利要求1所述的一种基于菱形振子的全频段电视发射天线，其特征在于，所述多节宽带可调功分器馈电网络的内导体和外导体之间由间隔的聚四氟乙烯环作为支撑。

5.根据权利要求1所述的一种基于菱形振子的全频段电视发射天线，其特征在于，所述菱形偶极子组阵的阵元平面与反射板之间的距离为四分之一波长。

6.根据权利要求1所述的一种基于菱形振子的全频段电视发射天线，其特征在于，所述的带状平行线由半波长金属带条平行放置构成。

7.根据权利要求1所述的一种基于菱形振子的全频段电视发射天线，其特征在于，所述巴伦传输线长度为四分之一波长。

8.根据权利要求1所述的一种基于菱形振子的全频段电视发射天线，其特征在于，所述输入连接器为L27型连接。