CN107492705B - 折合振子天线 - Google Patents

Abstract

一种折合振子天线，包括：支架；两个支撑结构，对称设置在支架的左侧和右侧，各支撑结构包括圆管以及非金属圆盖，非金属圆盖套设于圆管靠近支架的一端以将圆管与支架固定；两个辐射臂，各辐射臂包括：金属圆盖和两个金属条带，金属圆盖套设于圆管远离支架的一端；两个金属条带对称设置于圆管的上表面和下表面，且金属条带与金属圆盖电性连接；两个输入端，由每个辐射臂的圆管的上表面或下表面的金属条带引出；以及两个加载端，由每个辐射臂两个金属条带中除引出作为输入端的另一金属条带引出。本发明的折合振子天线实现了支撑结构与天线的一体化，具有重量轻、结构简单、可收拢的优点，可用作地面移动及星载平台上高频雷达的天线。

Description

折合振子天线

技术领域

本发明涉及宽带高频测距雷达领域，尤其涉及一种折合振子天线。

背景技术

宽带天线是测距雷达系统中一个重要的组成部分，它的性能对雷达系统的整体性能有着重要的影响。宽带高频测距雷达系统多采用宽带扫频编码信号或线性调频信号，因此要求天线应具有良好的辐射特性和宽带阻抗特性。天线能否便捷地收拢和展开决定着雷达系统可否应用于地面移动或星载平台。移动平台要求天线及其支撑结构需要实现一体化设计以降低重量，并能够收拢以减小体积。目前宽带高频测距雷达常用的天线形式多为电阻加载型线天线，其刚性支撑结构重量大且无法收拢。在电离层地面机动探测和电离层顶部探测等实际应用中，对天线的轻量化、快速收拢展开等特性有着迫切的需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种折合振子天线，以解决上述的至少一项技术问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种折合振子天线，包括：

支架；

两个支撑结构，对称设置在支架的左侧和右侧，各支撑结构包括圆管以及非金属圆盖，非金属圆盖套设于圆管靠近支架的一端以将圆管与支架固定；

两个辐射臂，各辐射臂包括：金属圆盖和两个金属条带，金属圆盖套设于圆管远离支架的一端；两个金属条带对称设置于圆管的上表面和下表面，且金属条带与金属圆盖电性连接；

两个输入端，由每个辐射臂的圆管的上表面或下表面的金属条带引出；以及

两个加载端，由每个辐射臂两个金属条带中除引出作为输入端的另一金属条带引出。

在本发明的一些实施例中，所述输入端的输入阻抗大于200Ω。

在本发明的一些实施例中，所述圆管可以由多层绝缘层和金属层组成，所述金属层贴覆在多层绝缘层的内壁上。

在本发明的一些实施例中，所述加载端设置可以有一个电阻。

在本发明的一些实施例中，所述支架的长度小于等于50cm。

在本发明的一些实施例中，所述金属条带的长度大于750cm，宽度大于1cm，同一辐射臂上的两个金属条带的间距大于5cm。

在本发明的一些实施例中，所述圆管的长度大于750cm，外径大于10cm，壁厚大于0.5mm；其中，所述圆管的金属层的壁厚大于0.3mm。

在本发明的一些实施例中，所述支撑结构可以为充气式支撑结构。

(三)有益效果

本发明的折合振子天线相较于现有技术，具有以下优点：

1、辐射臂位于支撑结构上，实现了天线的一体化，具有小型化、重量轻、结构简单的特点。

2、该支撑结构位于支架的左右两侧，可方便地收拢、展开，该折合振子天线具有方便展开、收拢的特点。

3、辐射臂的金属条带和金属圆盖电性连接，加载端口接入加载电阻，可以改善辐射臂上的电流分布，还能展宽天线的工作带宽。

附图说明

图1为本发明实施例的折合振子天线的结构示意图。

图2为本发明实施例的圆管的结构示意图。

图3为本发明实施例的折合振子天线的电压驻波比曲线图。

图4为本发明实施例的折合振子天线的增益曲线图。

具体实施方式

基于现有技术中的宽带高频测距雷达常用的天线形式多为电阻加载型线天线，其刚性支撑结构重量大且无法收拢的技术问题，本发明提供了一种支撑结构实现一体化设计的宽带天线，对于推动车载/星载宽带高频测距雷达技术的发展和应用有着十分积极的作用。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1为本发明实施例的折合振子天线的结构示意图，如图1所示，该折合振子天线整体呈倒V形，该折合振子天线包括：支架9、两个支撑结构4、两个辐射臂2、输入端1和加载端3。

支架9的形状一般为长方体，可根据安装平台的限制条件进行修改，为保证强度，支架选用金属材料，但天线需与之绝缘安装。从电性角度考虑，支架的长度应当尽量小，考虑到安装平台的限制及工程安装的可操作性，支架长度一般来说小于等于50cm。

两个支撑结构4，对称地设置在所述支架9的左侧和右侧。该支撑结构4包括圆管6和非金属圆盖7，且非金属圆盖7套设于所述圆管6靠近支架9的一端，从而将圆管6与支架9固定。

图2为本发明实施例的圆管6的结构示意图，如图2所示，该圆管6由多层绝缘层和金属层组成，所述金属层贴覆在多层绝缘层的内壁上。天线的长度影响其辐射效率和辐射方向图，对于宽带天线而言，为保证低频端有一定的辐射效率，同时保证高频段的辐射方向图不会产生凹陷，还需考虑长度对于支撑结构强度的影响，因此圆管长度的选择必须有所限制；从减小重量和体积的角度考虑，圆管的壁厚和外径应当尽量小，但为保证支撑强度和天线的电性能，壁厚和外径尺寸应有所限制；所述圆管6的长度大于750cm，外径大于10cm，壁厚大于0.5mm；其中，所述圆管6的金属层的壁厚大于0.3mm。

在本实施例中，所述圆管6与金属圆盖8及非金属圆盖7构成一个封闭的空心圆柱体，所述空心圆柱体为自支撑型或充气支撑型；所述自支撑型是指空心圆柱体的壁由非金属硬质材料构成，无法进行弯曲收拢；所述空心圆柱体优选使用气体支撑，如此该支撑结构4在抽真空后可与辐射臂2一同卷曲收拢。所述气体装在气瓶内，地面设备可用压缩空气，星载设备可用压缩氢气，展开时气瓶内的气体充向空心圆柱体，使其自动展开。所述支撑结构收拢时为阿基米德螺旋状，展开时为直线状。

两个辐射臂2，由支撑结构4支撑，由支架9固定在一起，能够根据所述支撑结构4张成水平折合形状。各所述辐射臂2包括：金属圆盖8和两个金属条带5，且金属条带5与金属圆盖8电性相连，用于改善所述辐射臂2上的电流分布，从而展宽天线的工作带宽。金属条带5分别平行对称地设置于所述圆管6的上表面和下表面，金属圆盖8套设于所述圆管6远离支架9的一端，从而增强支撑结构4的刚性。金属条带的长度决定于天线的工作频带，必须同时保证低频的辐射效率和高频的方向图特性；金属条带的宽度决定了其能够承受的电流大小，从而决定了发射功率的大小；同一辐射臂上两个金属条带之间的间距应当足够大，以获得更好的宽带阻抗特性，但为减小支撑结构的体积和重量，该间距必须有所限制。一般来说，所述金属条带5的长度大于750cm，宽度大于1cm，同一辐射臂2上的两个金属条带5的间距大于5cm。

该圆管6的上表面和下表面可以完全被金属条带5覆盖，也就是说，金属条带5也可以与非金属圆盖7连接；金属条带5也可以部分覆盖在该圆管6的上表面和下表面上，即，金属条带5未与非金属圆盖7接触，具体可以根据实际需求进行选择。

从两个辐射臂2的圆管6的上表面或者下表面的两个金属条带5通过引出导线引出两个端口，作为输入端1，也是天线的馈电端，用于信号的输入。所述输入端1的输入阻抗大于200Ω，以保证天线末端的反射电流能够被充分吸收，使得天线获得大的工作带宽。所述天线工作时，所述输入端1外接信号源，外加的激励信号通过输入端1，作为本发明天线的馈电端，可连接发射机或接收机，用于信号的输入。在本发明实施例中，所述输入端1的输入阻抗优选为450Ω。

从每个辐射臂2的两个金属条带5中除引出作为输入端1的另一金属条带5作为加载端3，以实现加载端3与金属条带5的电性连接，用于减小所述辐射臂2上的反射电流，以改善天线的电压驻波比特性和辐射波形，展宽天线的工作带宽。需要注意的是，加载端3和输入单元的端口应为辐射臂2的两个不同的上、下表面的金属条带5各自引出。

所述加载端3优选设置有一个电阻，该电阻通过引出导线与同一下表面或者上表面的两个金属条带5电性连接，可以减小辐射臂2上的反射电流。所述电阻通过优化设计获得，在保持其他参数不变的情形下，在一定范围内改变电阻的阻值，通过电磁仿真软件获得天线的阻抗特性和辐射特性，选择最佳特性对应的电阻值。

该折合振子天线的具体工作方式如下：输入端1外接信号源，外加的激励信号通过输入端1传输到辐射臂2上，自辐射臂2的上表面至下表面，最后向周围空间辐射出去，可以实现雷达测距的功能。

图3为本发明实施例的折合振子天线的电压驻波比曲线图，如图3所示，横坐标代表频率变量，单位为MHz；纵坐标代表幅度变量。在该实施例中，折合振子天线的工作频带是3～30MHz，从图3中可以看出，本发明天线的电压驻波比在频带内都小于2，5，大部分频点小于2，这能够保证天线输入端口的反射最小，从而使得能量更多地辐射出去。

图4为本发明实施例的折合振子天线的增益曲线图，如图4所示，图中，横坐标代表频率变量，单位为MHz；纵坐标代表增益，单位为dBi。在该实施例中，折合振子天线的工作频带是3～30MHz，从图4中可以看出，本发明天线的增益在通带内最高大于-21dB。这能够满足星载/车载电离层测高仪对于发射天线的性能要求。

由此可见，本发明提供的折合振子天线具有小型化、宽频带、轻量化、可收拢的特点，可以满足车载/星载宽带高频测距雷达系统的要求。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种折合振子天线，包括：

支架；

两个支撑结构，对称设置在所述支架的左侧和右侧，各所述支撑结构包括圆管以及非金属圆盖，所述非金属圆盖套设于所述圆管靠近支架的一端以将圆管与支架固定，所述圆管由多层绝缘层和金属层组成，金属层贴覆在多层绝缘层的内壁上；

两个辐射臂，各所述辐射臂包括：金属圆盖和两个金属条带，所述金属圆盖套设于所述圆管远离支架的一端；两个所述金属条带对称设置于所述圆管的上表面和下表面，且金属条带与所述金属圆盖电性连接；

两个输入端，由每个辐射臂的圆管的上表面或下表面的金属条带引出；以及

两个加载端，由每个辐射臂两个金属条带中除引出作为输入端的另一金属条带引出。

2.根据权利要求1所述的折合振子天线，其中，所述输入端的输入阻抗大于200Ω。

3.根据权利要求1所述的折合振子天线，其中，所述加载端设置有一个电阻。

4.根据权利要求1所述的折合振子天线，其中，所述支架的长度小于等于50cm。

5.根据权利要求1所述的折合振子天线，其中，所述金属条带的长度大于750cm，宽度大于1cm，同一辐射臂上的两个金属条带的间距大于5cm。

6.根据权利要求1所述的折合振子天线，其中，所述圆管的长度大于750cm，外径大于10cm，壁厚大于0.5mm；其中，所述圆管的金属层的壁厚大于0.3mm。

7.根据权利要求1所述的折合振子天线，其中，所述支撑结构为充气式支撑结构。