CN107482309A - 一种双v型侧挂式调频广播圆极化天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双V型侧挂式调频广播圆极化天线，包括辐射模块、馈电短路模块和开路线电容模块；所述辐射模块包括具有相同结构的第一振子和第二振子，二者具有一定角度的张口，且张口相对分别位于相交叉成一定角度的两平面上，且二者之间的端点相距一定距离通过导体连接；所述馈电短路模块包括馈电短路环。本发明的有益效果：通过在天线匹配输入端串入开路线电容进行补偿，即得到很好的阻抗匹配，展宽了天线的电压驻波比带宽，使天线能多频道多工应用；同时此天线可在垂直方向布阵以提高天线系统增益达到良好覆盖。

Description

一种双V型侧挂式调频广播圆极化天线

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种双V型侧挂式调频广播圆极化天线。

背景技术

近年来，天线作为无线通信系统的前端设备，对通信质量的好坏起着极其重要的作用；在现代无线通信系统中，单纯的线极化天线已很难满足人们的需求，全向圆极化天线的应用越来越广泛；在很多系统中都要求使用全向圆极化天线来实现圆极化无线电波信号的全方位覆盖或者接收任意方向任意极化的来波；此外，方向性图的全向性，使其被广泛应用于遥感遥测、通信、雷达、电子侦察与电子干扰、广播电视等多个领域：在遥感遥测和航空航天通信设备中，采用全向圆极化天线，可以减小信号的漏失，还能有效的消除由电离层法拉第旋转效应引起的极化畸变影响；在高速运动甚至剧烈摆动或滚动的物体上，如航天器、飞机、舰船、汽车等，使用全向圆极化天线，可以在任何运动状态下都能够接收到无线电信号；在广播电视系统中采用全向圆极化天线，能够有效地扩大信号覆盖范围，并且能够在一定程度上克服重影重音等问题。

圆极化天线的实用意义主要体现在一：圆极化天线可接收任意极化的来波且其辐射波也可由任意极化天线收到，故电子侦察和干扰中普遍采用圆极化天线；二：在通信、雷达的极化分集工作和电子对抗等应用中广泛利用圆极化天线的旋向正交性；三：圆极化波入射到对称目标(如平面、球面等)时旋向逆转，因此圆极化天线应用于移动通信、GPS等能抑制雨雾干扰和抗多径反射。

目前，圆极化天线的制作大致可以划分为三种方法；第一种方法为互补振子实现圆极化；第二种方法为使用旋转结构，如微带平面旋转天线和立体结构的螺旋天线；第三种方法为在辐射贴片或介质谐振腔上产生交叉偶极子，这两个交叉偶极子的模极化和相位正交；然而目前多数圆极化天线的相对带宽一般只有百分之几；这将很难满足通信系统对于带宽的要求，且目前圆极化天线在一定的带宽内电感分量较大，因此会存在调试困难、电压驻波比带宽不宽、一副天线不能多频道多工应用以及圆极化天线垂直方向布阵覆盖问题。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有双V型侧挂式调频广播圆极化天线存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明目的是提供一种双V型侧挂式调频广播圆极化天线，能够使得圆极化天线在变异的伽马匹配(或三角形匹配)后，在天线匹配输入端串入开路线电容进行补偿，即得到很好的阻抗匹配，展宽了天线的电压驻波比带宽，使天线能多频道多工应用，且此天线可在垂直方向布阵以提高天线系统增益达到良好覆盖。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种双V型侧挂式调频广播圆极化天线，包括辐射模块、馈电短路模块和开路线电容模块；所述辐射模块包括具有相同结构的第一振子和第二振子，二者具有一定角度的张口，且张口相对分别位于相交叉成一定角度的两平面上，且二者之间的端点相距一定距离通过导体连接；所述馈电短路模块包括馈电短路环，所述第一振子和所述第二振子之间相邻的振臂通过所述馈电短路环连接；所述开路线电容模块包括串入于所述馈电短路环和所述导体之间的电容元件，天线开路线中产生的输入阻抗与所述电容元件之间进行电容补偿。

作为本发明所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线的一种优选方案，其中：所述第一振子和所述第二振子外形均为V型结构，且振子的两个振臂的长度为0.235λ，且二者所处平面间较大的夹角为100度，两所述端点相距的距离为0.25λ，其中λ为波长。

作为本发明所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线的一种优选方案，其中：还包括馈电模块，包括设置于所述导体延伸末端的馈电头，所述导体具有支撑天线及线路馈电的作用。

作为本发明所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线的一种优选方案，其中：还包括支撑模块，包括与水平面垂直的支撑杆、安装底座以及固定组件；所述支撑杆通过被所述安装底座垂直固定于地面，且所述导体的延伸端通过固定组件固定于所述支撑杆上，形成天线侧挂式的结构。

作为本发明所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线的一种优选方案，其中：至少一组天线侧挂于所述支撑杆上，多组天线在垂直方向上的布阵覆盖提高垂直增益，且每组之间中心轴之间的距离为0.7λ-0.9λ，其中λ为波长。

作为本发明所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线的一种优选方案，其中：该天线的频率范围为低频段：87-99MHz、中频段：92-104MHz以及高频段：95-108MHz。

作为本发明所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线的一种优选方案，其中：该天线的电压驻波比＜1.15,电压驻波比＜1.20，且增益为-1.5dBd/单元、输入阻抗为50Ω。

作为本发明所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线的一种优选方案，其中：所述第一振子、所述第二振子、所述导体以及所述馈电短路环均由具有导电性的金属合金制成。

作为本发明所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线的一种优选方案，其中：所述馈电短路环为具有一定弧度的导电片。

作为本发明所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线的一种优选方案，其中：所述第一振子和第二振子张口的角度以及所在平面构成的角度能够根据应用环境对应设定。

本发明的有益效果：本发明提供的双V型侧挂式调频广播圆极化天线通过在天线匹配输入端串入开路线电容进行补偿，即得到很好的阻抗匹配，展宽了天线的电压驻波比带宽，使天线能多频道多工应用；同时此天线可在垂直方向布阵以提高天线系统增益达到良好覆盖。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明第一种实施例所述双V型侧挂式调频广播圆极化天线的整体结构俯视示意图；

图2为本发明图1所示的等效电路图；

图3所示为本发明第一种实施例所述双V型侧挂式调频广播圆极化天线在水平面的方向图；

图4所示为本发明第一种实施例所述双V型侧挂式调频广播圆极化天线在垂直面的方向图；

图5所示为本发明第一种实施例所述双V型侧挂式调频广播圆极化天线在一个频段内的电压驻波比图；

图6所示为本发明第一种实施例所述双V型侧挂式调频广播圆极化天线在另一个频段内的电压驻波比图；

图7所示为本发明第一种实施例所述双V型侧挂式调频广播圆极化天线在又一个频段内的电压驻波比图；

图8所示为本发明第二种实施例所述双V型侧挂式调频广播圆极化天线的整体结构示意图；

图9所示为本发明第三种实施例所述双V型侧挂式调频广播圆极化天线的整体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

如图1所示为本发明第一种实施例所述双V型侧挂式调频广播圆极化天线的整体结构示意图，图1中所示为本实施例中天线的俯视视角示图，为了实现对圆极化天线线路内产生的输入阻抗进行电容补偿，从而提高增益，该天线包括辐射模块、馈电短路模块和开路线电容模块，其中辐射模块能够产生无线极化电磁波，无线电波是一种能量传输形式，在传播过程中，电场和磁场在空间是相互垂直的，同时这两者又都垂直于传播方向，无线电波和光波一样，无线电波在空气中的传播速度略小于光速，因此它近似等于光速；无线电波在空间传播时，其电场方向是按一定的规律而变化的，这种现象称为无线电波的极化，无线电波的电场方向称为电波的极化方向，如果电波的电场方向垂直于地面，我们就称它为垂直极化波，如果电波的电场方向与地面平行，则称它为水平极化波；如果电波在传播过程中电场的方向是旋转的，其为椭圆极化波，而旋转过程中，如果电场的幅度，即大小保持不变，其为圆极化波；向传播的方向上看去顺时针方向旋转的为右旋圆极化波，反时针方向旋转的为左旋圆极化波；此处的辐射模块能够产生全向的椭圆和圆极化波，进一步具体的，辐射模块还包括具有相同结构的第一振子100、第二振子200以及导体300，其中第一振子100和第二振子200具有相同的结构，为一定角度张口的V型振子，且两个V型振子张口相对分别位于相交叉成一定角度的两平面上，二者之间的端点S相距一定距离通过导体300连接，该端点S为组成V型振子的两个振臂的相交点，构成对称的振子天线，振子天线是天线上的元器件，具有导向和放大电磁波的作用，使天线接收到的电磁信号更强；天线振子是用导电性较好的金属合金制造的；振子有的是杆状的形状，也有的结构较复杂，一般是很多个振子平行排列在天线上，在本实施例中，第一振子100和第二振子200为金属合金制成的V型振子，第一振子100和第二振子200外形均为V型结构，并且张口相对的对称设置，且振子的两个振臂的长度为0.235λ，且二者所处平面间较大的夹角为100度，两端点S相距的距离为0.25λ，其中λ为波长。当然此处的V型只是一种优化，还可以是具有开口的其他框架结构，能够将电磁波信号导向及放大，该V型振子的开口角度以及两个V型振子所在平面之间构成的相交叉的夹角能够根据不同的环境进行调整设定，且此处的第一振子100和第二振子200的V型开口相对，二者之间相距的距离决定导体300的长短，导体300同样作为本实施例的一种优选，采用导电性能较好的合金材料制成，其与外端的输入端连接，即连接外端的馈电端，当该导体300上载有交变电流时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导体300的长短和形状相关，当导线的长度增大到可与波长相比拟时，导线上的电流就会大大增加，因而就能形成较强的辐射，而通过导体300上设置的双V型的对称振子，即能够加强和导向电磁波。

进一步的，第一振子100和第二振子200之间相邻的振臂被馈电短路模块中的馈电短路环400导通，本实施例中作为优化，馈电短路环400为具有一定弧度的导片；当导体300连接外端馈电端时，即连接天线和发射(或接收)机输出(或输入)端的导线称为传输线或者馈线，即天线和馈电的连线端，且馈电点两端的感应信号电压与信号电流之比，称为天线的输入阻抗，输入阻抗有电阻分量和电抗分量，输入阻抗的电抗分量会减少从天线进入馈线的有效信号功率，因此必须使电抗分量尽可能的为零，使得天线的输入阻抗为纯电阻，在本实施例中，该天线的输入阻抗为50Ω；而无论是发射天线还是接收天线，它们总是在一定的工作频率范围内，通常工作在中心频率时天线所能输送的功率最大，偏离中心频率时输送的功率都将减小，据此可以定义天线的带宽，带宽又叫频宽，是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输中可以传递数据的能力，在模拟设备中，频宽通常以每秒传送周期或赫兹(Hz)来表示。再进一步的，馈线终端所接负载阻抗Z等于馈线特性阻抗Z时，称为馈线终端是匹配连接的，且当使用的终端负载示天线时，如果天线振子的输入阻抗随频率的变化就较小，容易和馈线保持匹配，这时即振子的工作频率就较宽，反之则较窄；在实际工作中，天线的输入阻抗还会受周围物体存在和杂散电容的影响，为了是馈线和天线能够得到较好的匹配，在架设天线时需要通过测量，适当的调整天线的结构或者是加装匹配装置；而当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波，馈线上传输的是行波，馈线上各处的电压幅度相等，馈线上任一点的阻抗都等于它的特性阻抗，而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量，入射波的一部分能量反射回来形成反射波；馈线上会同时存在入射波和反射波，两者叠加，在入射波和反射波相位相同的地方振幅相加最大，形成波节；其他各点的振幅则介于波幅与波节之间，这种合成波称为驻波；反射波和入射波幅度之比叫做反射系数，驻波波幅电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，即电压驻波比，终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于1，匹配也就越好。当天线通过传输线馈电，而与发射机或接收机连接时，会存在两个问题，天线阻抗与传输线阻抗匹配和天线上电流平衡的问题；目前通过在天线与传输线之间采用阻抗匹配网络，但采用阻抗匹配网络虽然可以实现良好匹配，但增加了结构尺寸和成本；又或者是改变馈电结构调节天线输入阻抗，即改变馈电的位置，馈电点越靠近振子端点，阻抗越大，当振子长度小于半波长时改变馈电位置不影响方向图，但大于半波长时，对方向图也会有影响，因此在本实施例中采用电容补偿的方式得到良好的阻抗匹配。

因此要获得良好的电性能阻抗就需要匹配，在本实施例中，该天线还包括开路线电容模块，不利用天线自身的分布参数电容进行补偿匹配，而是在天线匹配输入端直接串入开路线电容，即电容元件500，进行补偿，即得到很好的阻抗匹配，展宽了天线的电压驻波比带宽，使天线能多频道多工应用，参照图2所示为本实施例的等效电路图，串入开路线电容前的天线等效电路如图2中虚线部分所示，其中，Z为天线的等效输入阻抗，L为与天线的等效并联电感，a'b'端的输入阻抗为Za'b'。取适当的L值，使Za'b'的实部电阻在尽可能大的带宽内等于或接近50欧姆，这时Za'b'的虚部将呈现一感抗，即Za'b'＝50+jX，由此可见，在天线的输入端串入一相等的容抗，即可使天线与信源得到良好匹配，展宽了天线的电压驻波比带宽，使天线能多频道多工应用；且该天线的工作频率范围为低频段：87-99MHz、中频段：92-104MHz以及高频段：95-108MHz；该天线的电压驻波比＜1.15(Δf＜4MHz)、电压驻波比＜1.20(Δf＜6MHz)，且增益为-1.5dBd/单元、输入阻抗为50Ω；增益是指输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的场强的平方之比，即功率之比，增益一般与天线的方向图有关。

而如图3所示为本实施例中串入电容元件500后该天线在水平面的方向图，以及如图4为本实施例中串入电容元件500后垂直面的方向图；天线的方向性是指天线向一定方向辐射电磁波的能力，对于接收天线而言，方向性表示天线对不同方向传来的电波所具有的接收能力，天线的方向性的特性曲线通常用方向图来表示，方向图能够用来说明天线在空间各个方向上所具有的发射和接收电磁波的能力。如图5～7所示分别为串入电容元件500后该天线与信源匹配在不同频段的位于87-108MHZ中电压驻波比的测量结果图，因此串入电容元件500进行电容补偿，天线的电压驻波比＜1.15(Δf＜4MHz)、电压驻波比＜1.20(Δf＜6MHz)，即得到很好的阻抗匹配，展宽了天线的电压驻波比带宽，使天线能多频道多工应用。

如图8所示为本发明第二种实施例所述双V型侧挂式调频广播圆极化天线的整体结构示意图，为了实现天线的侧挂结构，在本实施例中与第一种实施例不同之处在于：该天线还包括支撑模块，用于将天线侧挂，具体的，参照图8中俯视视角示意图，其包括与水平面垂直的支撑杆600、安装底座700以及固定组件；其中安装底座700固定在地面上，此处固定的方式例如：焊接或螺栓结构固定，而支撑杆600垂直于地面固定在安装底座700上，即固定于地面沿垂直地面向上的方向延伸，且导体300的延伸端通过固定组件固定于支撑杆600上，从而形成天线侧挂式的结构，本实施例中作为优化，该延伸的部分与导体300为一体设置，也即导体300延伸出一定部分被固定组件固定于支撑杆600，此处的固定组件例如可以是活动螺栓，便于拆卸以及根据环境因数对天线解雇进行调整；因此导体300不仅作为侧挂式的支撑结构，也同样为该天线的馈电结构，且本实施例中导体300延伸的末端上设置有馈电头301，用于电源连接天线中馈电线路的的接入端，使得导体300具有传送电能、供电的作用。

图9所示为本发明第三种实施例所述双V型侧挂式调频广播圆极化天线的整体结构示意图，为了实现该天线在垂直方向上的布置阵列，提高天线系统增益达到良好覆盖，在本实施例中与第二种实施例不同之处在于：至少一组上述天线侧挂于支撑杆600上，且多组天线在垂直方向上的布阵覆盖提高垂直增益，且每组之间中心轴之间的距离为0.7λ-0.9λ，其中λ为波长，即指的是每组之间导体300的中心轴距离；参照下图中所示为沿垂直方向上布阵的相关参数。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种双V型侧挂式调频广播圆极化天线，其特征在于：包括辐射模块、馈电短路模块和开路线电容模块；

所述辐射模块包括具有相同结构的第一振子(100)和第二振子(200)，二者具有一定角度的张口，且张口相对分别位于相交叉成一定角度的两平面上，且二者之间的端点(S)相距一定距离通过导体(300)连接；

所述馈电短路模块包括馈电短路环(400)，所述第一振子(100)和所述第二振子(200)之间相邻的振臂通过所述馈电短路环(400)连接；

所述开路线电容模块包括串入于所述馈电短路环(400)和所述导体(300)之间的电容元件(500)，天线开路线中产生的输入阻抗与所述电容元件(500)之间进行电容补偿。

2.如权利要求1所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线，其特征在于：所述第一振子(100)和所述第二振子(200)外形均为V型结构，且二者所处平面间较大的夹角为100度，两所述端点相距的距离为0.25λ，其中λ为波长。

3.如权利要求1或2所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线，其特征在于：还包括馈电模块，包括设置于所述导体(300)延伸末端的馈电头(301)，所述导体(300)具有支撑天线及线路馈电的作用。

4.如权利要求3所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线，其特征在于：还包括支撑模块，包括与水平面垂直的支撑杆(600)、安装底座(700)以及固定组件；

所述支撑杆(600)通过被所述安装底座(700)垂直固定于地面，且所述导体(300)的延伸端通过固定组件固定于所述支撑杆(600)上，形成天线侧挂式的结构。

5.如权利要求4所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线，其特征在于：至少一组天线侧挂于所述支撑杆(600)上，多组天线在垂直方向上的布阵覆盖提高垂直增益，且每组之间中心轴之间的距离为0.7λ-0.9λ，其中λ为波长。

6.如权利要求1、2、4或5任一所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线，其特征在于：该天线的频率范围为低频段：87-99MHz、中频段：92-104MHz以及高频段：95-108MHz。

7.如权利要求6所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线，其特征在于：该天线的电压驻波比＜1.15(Δf＜4MHz),电压驻波比＜1.20(Δf＜6MHz)，且增益为-1.5dBd/单元、输入阻抗为50Ω。

8.如权利要求7所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线，其特征在于：所述第一振子(100)、所述第二振子(200)、所述导体(300)以及所述馈电短路环(400)均由具有导电性的金属合金制成。

9.如权利要求6或7所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线，其特征在于：所述馈电短路环(400)为具有一定弧度的导电片。

10.如权利要求9所述的双V型侧挂式调频广播圆极化天线，其特征在于：所述第一振子(100)和第二振子(200)张口的角度以及所在平面构成的角度能够根据应用环境对应设定。