CN107681273B - 一种共馈电巴伦结构的三频天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种共馈电巴伦结构的三频天线，包括天线辐射振子、外导体、内导体、馈电连接片和天线底座。本发明采用UHF频段和VHF频段共馈电巴伦结构方式工作。其实现了天线馈电方式简化，解决了UHF频段和VHF频段馈电巴伦互耦带来的轴比差的问题，通过末端下折加载实现天线小型化，并且天线的波束角度及增益不变。

Description

一种共馈电巴伦结构的三频天线
技术领域
本发明属于电离层探测技术领域，尤其涉及一种共馈电巴伦结构的三频天线。
背景技术
在对称振子实现天线圆极化辐射领域，传统的馈电方式是一对对称振子需要4根馈电巴伦结构，其中2根作为硬同轴内外导体馈电巴伦结构，另外两根确保对称振子在同一高度上，同时保证与短路地回路保持四分之一波长，实现不平衡-平衡转换设计。
因此，在振子天线实现三频圆极化辐射方式工作时，需要三组共计12根馈电巴伦结构，这将给天线结构设计和星体布局带来极大不便，并将导致三个频率间互耦现象严重，进而使天线轴比特性降低，影响天线电性能指标。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提出一种共馈电巴伦结构的三频天线，其实现VHF和UHF频段共馈电巴伦方式工作，简化了天线馈电结构，提高了天线的抗力学环境性能。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种共馈电巴伦结构的三频天线，包括L、UHF、VHF频段辐射振子，L、UHF、VHF频段馈电巴伦，馈电连接片以及天线底座；
所述L、UHF、VHF频段馈电巴伦分别包括4根L、UHF、VHF频段外导体，其中2根所述L、UHF、VHF频段外导体内分别设置有L、UHF、VHF频段内导体；4根所述L频段外导体和4根所述UHF频段外导体安装在所述天线底座上，4根所述VHF频段外导体的下端分别与4根所述UHF频段外导体的上端同轴连接；所述L、UHF、VHF频段辐射振子的一端分别与所述L、UHF、VHF频段外导体的顶部水平固定连接，而所述VHF频段辐射振子的另一端下折加载；2根所述L、UHF、VHF频段内导体的顶端分别由所述馈电连接片与对向的所述L、UHF、VHF频段辐射振子连接，底端分别与SMA电连接器相连。
作为本发明的一种共馈电巴伦结构的三频天线的改进，三频天线还包括第一介质支撑板，所述第一介质支撑板通过第一螺钉固定在所述VHF频段外导体的下端和所述UHF频段外导体的上端之间，所述第一介质支撑板用于支撑固定所述UHF频段外导体和所述VHF频段外导体。
作为本发明的一种共馈电巴伦结构的三频天线的改进，三频天线还包括第二介质支撑板，所述第二介质支撑板设在所述VHF频段辐射振子和所述VHF频段外导体之间，用于支撑固定所述VHF频段辐射振子和所述VHF频段外导体。
作为本发明的一种共馈电巴伦结构的三频天线的改进，所述第一介质支撑板和/或所述第二介质支撑板由聚酰亚胺材料制成。
作为本发明的一种共馈电巴伦结构的三频天线的改进，所述L、UHF、VHF频段内导体的顶端与馈电连接片的连接处设有聚酰亚胺垫片，所述聚酰亚胺垫片用于固定、定位所述L、UHF、VHF频段内导体并且使所述L、UHF、VHF频段内导体与所述L、UHF、VHF频段外导体绝缘。
作为本发明的一种共馈电巴伦结构的三频天线的改进，所述馈电连接片为铜质连接片。
作为本发明的一种共馈电巴伦结构的三频天线的改进，2根所述L、UHF、VHF频段内导体的底端通过包裹有聚酰亚胺介质套的馈电插针与所述SMA电连接器插接连接。
作为本发明的一种共馈电巴伦结构的三频天线的改进，三频天线还包括支撑座，所述支撑座安装在所述天线底板上，所述VHF频段辐射振子的另一端下折加载且与所述支撑座固定连接。
作为本发明的一种共馈电巴伦结构的三频天线的改进，所述支撑座由玻璃钢材料制成。
作为本发明的一种共馈电巴伦结构的三频天线的改进，三频天线还包括支撑筒，所述L频段辐射振子位于所述支撑筒内部，所述UHF频段辐射振子伸出所述支撑筒，所述VHF频段辐射振子完全露出所述支撑筒，位于所述支撑筒的顶部。
作为本发明的一种共馈电巴伦结构的三频天线的改进，所述支撑筒的顶部和所述VHF频段辐射振子通过第二螺钉连接，所述第二螺钉用于固定所述VHF频段辐射振子。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：
本发明提供的三频天线，利用简单的结构设计，在保证天线电性能的前提下，实现了VHF与UHF频段共馈电巴伦公式工作，简化了天线馈电结构，提高了天线的抗力学环境性能；
本发明提供的三频天线，对辐射振子进行末端弯折加载设计，解决了VHF频段辐射振子安装空间受限的问题，实现了天线的小型化设计。
附图说明
图1为本发明的一种共馈电巴伦结构的三频天线结构图；
图2为本发明的馈电巴伦结构图，其中图2a为L频段馈电结构图；图2b为UHF频段馈电结构图；图2c为VHF频段馈电结构图；
图3为本发明的设计仿真辐射方向图，其中图3a为VHF频段仿真增益方向图；图3b为UHF频段仿真增益方向图；图3c为L频段仿真增益方向图；
图4为本发明的实测辐射方向图，其中图4a为VHF频段实测增益方向图；图4b为UHF频段实测增益方向图；图4c为L频段实测增益方向图。
图中，1-天线底板；2-馈电连接片；3-支撑座；4-L频段外导体；5-L频段辐射振子；6-UHF频段外导体；7-UHF频段辐射振子；8-VHF频段外导体；9-VHF频段辐射振子；10-支撑筒；11-第一介质支撑板；12-聚酰亚胺垫片。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。
结合图1、图2a至图2c所示，一种共馈电巴伦结构的三频天线，包括L、UHF、VHF频段辐射振子9，L、UHF、VHF频段馈电巴伦，馈电连接片2以及天线底座1。
L频段馈电巴伦包括4根L频段外导体4，其中2根L频段外导体4内设有L频段内导体，作为硬同轴内外导体馈电巴伦结构，另外两根L频段导体确保对称的L频段辐射振子5在同一高度上；UHF频段馈电巴伦和VHF频段馈电巴伦的结构按照L频段馈电巴伦的结构类比。
4根L频段外导体4和4根UHF频段外导体6安装在天线底座1上，4根VHF频段外导体8的下端分别与4根UHF频段外导体6的上端同轴连接。该设计中，利用简单的结构设计，在保证天线电性能的前提下，实现了VHF和UHF频段共馈电巴伦方式工作，既简化了天线馈电结构，又提高了天线的抗力学环境性能。
L频段辐射振子5的一端分别与L频段外导体4的顶部水平固定连接。UHF频段辐射振子7、VHF频段辐射振子9与L频段辐射振子5的连接方式相同。该设计中，利用L、UHF和VHF频段辐射振子组合设计，实现L、UHF、VHF三频段同时工作。针对VHF频段辐射振子9安装空间受限的问题，VHF频段辐射振子9采用末端弯折加载的方式，实现了天线小型化设计。
2根L频段内导体的顶端由各自的馈电连接片2与对向的L频段辐射振子5连接，底端分别与SMA电连接器连接，以此实现圆极化馈电。UHF频段内导体、VHF频段内导体与L频段内导体的连接方式相同。
本发明还包括第一介质支撑板11，第一介质支撑板11通过第一螺钉固定在VHF频段外导体8的下端和UHF频段外导体6的上端之间，第一介质支撑板11起到支撑作用，同时保证馈电连接片2位置准确，馈电可靠、稳定。该设计中，第一螺钉可以由聚酰亚胺材料制成，但不以此为限。
本发明还包括第二介质支撑板，第二介质支撑板设在VHF频段辐射振子9和VHF频段外导体8之间，第二介质支撑板起到支撑作用，同时保证馈电连接片2位置准确，馈电可靠、稳定。
其中，第一介质支撑板11和/或第二介质支撑板由聚酰亚胺材料制成。
L频段内导体的顶端与馈电连接片2的连接处设有聚酰亚胺垫片12，聚酰亚胺垫片12用于固定和定位L频段内导体并且使L频段内导体与L频段外导体4绝缘。UHF频段内导体、VHF频段内导体和L频段内导体与馈电连接片2的连接方式相同。其中，馈电连接片2为铜质连接片。
每个L频段内导体的底端通过馈电插针与SMA电连接器电连接，而馈电插针包裹有聚酰亚胺介质套。UHF频段内导体、VHF频段内导体和L频段内导体与SMA电连接器的连接方式相同。
本发明还包括支撑座3，支撑座3安装在天线底板上，VHF频段辐射振子9的另一端下折加载并且与支撑座3固定连接。其中，支撑座3由玻璃钢材料制成。
L、UHF、VHF频段辐射振子9的一端分别与L、UHF、VHF频段外导体8的顶部螺纹连接。
4根VHF频段外导体8的下端分别与4根UHF频段外导体6的上端同轴螺纹连接。
4个L频段外导体4与底面法兰一起成形，底面法兰通过钛合金螺钉固定在天线底板上。
本发明还包括支撑筒10，L频段辐射振子5位于支撑筒10内部，UHF频段辐射振子7伸出支撑筒10，VHF频段辐射振子9完成露出支撑筒10，位于支撑筒10的顶部，支撑筒10的顶部和VHF频段辐射振子9之间设置第二介质支撑板，起到支撑VHF频段外导体8和VHF频段辐射振子9的作用。支撑筒10和VHF频段辐射振子9固定连接，可以通过第二螺钉固定连接，以此改善VHF频段辐射振子9的抗力学环境性能。其中，第二螺钉优选为由聚酰亚胺材料制成。支撑筒10优选为由玻璃钢材料制成。
图3a至图3c给出了本实施例的三频天线的仿真设计结果，图4a至图4c给出了本实施例的三频天线的实测结果，实测结果和仿真设计结果基本一致，说明本发明具体实施例有效、真实。
本发明实现了天线馈电方式简化，比传统馈电方式减少了一组同轴馈电巴伦；本发明有效降低了天线重量；本发明解决了UHF频段馈电巴伦和VHF频段馈电巴伦互耦带来的轴比差的问题；本发明的VHF频段辐射振子9通过末端加载实现天线小型化，并实现天线的波束角度及增益不变。
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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种共馈电巴伦结构的三频天线，其特征在于，包括L、UHF、VHF频段辐射振子，L、UHF、VHF频段馈电巴伦，馈电连接片以及天线底座；
所述L、UHF、VHF频段馈电巴伦分别包括4根L、UHF、VHF频段外导体，其中2根所述L、UHF、VHF频段外导体内分别设置有L、UHF、VHF频段内导体；4根所述L频段外导体和4根所述UHF频段外导体安装在所述天线底座上，4根所述VHF频段外导体的下端分别与4根所述UHF频段外导体的上端同轴连接；所述L、UHF、VHF频段辐射振子的一端分别与所述L、UHF、VHF频段外导体的顶部水平固定连接，而所述VHF频段辐射振子的另一端下折加载；2根所述L、UHF、VHF频段内导体的顶端分别由所述馈电连接片与对向的所述L、UHF、VHF频段辐射振子连接，底端分别与SMA电连接器相连。
2.根据权利要求1所述的一种共馈电巴伦结构的三频天线，其特征在于，包括第一介质支撑板，所述第一介质支撑板通过第一螺钉固定在所述VHF频段外导体的下端和所述UHF频段外导体的上端之间，所述第一介质支撑板用于支撑和固定所述UHF频段外导体和所述VHF频段外导体。
3.根据权利要求2所述的一种共馈电巴伦结构的三频天线，其特征在于，包括第二介质支撑板，所述第二介质支撑板设在所述VHF频段辐射振子和所述VHF频段外导体之间，用于支撑和固定所述VHF频段辐射振子和所述VHF频段外导体。
4.根据权利要求3所述的一种共馈电巴伦结构的三频天线，其特征在于，所述第一介质支撑板和/或所述第二介质支撑板由聚酰亚胺材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种共馈电巴伦结构的三频天线，其特征在于，所述L、UHF、VHF频段内导体的顶端与馈电连接片的连接处设有聚酰亚胺垫片，所述聚酰亚胺垫片用于固定和定位所述L、UHF、VHF频段内导体并且使所述L、UHF、VHF频段内导体分别与所述L、UHF、VHF频段外导体绝缘。
6.根据权利要求5所述的一种共馈电巴伦结构的三频天线，其特征在于，所述馈电连接片为铜质连接片。
7.根据权利要求5所述的一种共馈电巴伦结构的三频天线，其特征在于，2根所述L、UHF、VHF频段内导体的底端通过包裹有聚酰亚胺介质套的馈电插针与所述SMA电连接器插接连接。
8.根据权利要求1所述的一种共馈电巴伦结构的三频天线，其特征在于，包括支撑座，所述支撑座安装在天线底板上，所述VHF频段辐射振子的另一端下折加载且与所述支撑座固定连接。
9.根据权利要求8所述的一种共馈电巴伦结构的三频天线，其特征在于，所述支撑座由玻璃钢材料制成。
10.根据权利要求1所述的一种共馈电巴伦结构的三频天线，其特征在于，包括支撑筒，所述L频段辐射振子位于所述支撑筒内部，所述UHF频段辐射振子伸出所述支撑筒，所述VHF频段辐射振子完全露出所述支撑筒，位于所述支撑筒的顶部。
11.根据权利要求10所述的一种共馈电巴伦结构的三频天线，其特征在于，所述支撑筒的顶部和所述VHF频段辐射振子通过第二螺钉连接，所述第二螺钉用于固定所述VHF频段辐射振子。
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