CN108281748A - 一种vhf超宽带椭圆极化发射天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种VHF超宽带椭圆极化发射天线，包括主天线、辅天线和天线杆，主天线由四个折合振子固连形成，折合振子采用不锈钢管一体折弯加工成一个矩形，馈电在长边中点；四个折合阵子均布在一个圆周上，相邻的两个折合振子相互垂直，每个折合振子的轴线偏离水平方向18°。连接每个振子的传输线长度为25mm，且在馈线顶端并联一段长度为56mm的传输线，在馈线上反向加一段长度为30mm的扼流管；辅天线与主天线结构相同，辅天线与主天线垂直距离为60mm，通过可拆卸关节与天线杆同轴连接。本发明能够同时发射垂直、水平极化波，并同时实现两方向的功率分配，适用于军民两用机场地面电台发射机信号的发射，提高机场使用率。

Description

一种VHF超宽带椭圆极化发射天线
技术领域
本发明涉及一种VHF频段发射天线。
背景技术
波的极化是描述电磁波在空间传播时，其电场矢量方向随时间变化的情况。天线作为电磁波在自由空间的导行装置，其极化方式对其接收及发射具有至关重要的影响。天线的极化方式可分为线极化、圆极化和椭圆极化，其中线极化又分为水平极化及垂直极化。根据电磁波的传播特性，水平极化的天线只能(接收/发射)水平极化波，垂直极化天线只能(接收/发射)垂直极化波，而圆极化和椭圆极化天线除了可接收或发射圆极化或椭圆极化波之外，还可(接收/发射)线极化波，即水平极化及垂直极化波。正是由于上述特性，圆极化、椭圆极化天线在通讯、军事、定位导航、遥测遥感等各个方面已经获得了广泛的应用。
目前国内机场通信的发射天线采用两种形式：其中军用机场采用垂直极化的发射天线，而民用机场通信的发射天线均采用水平极化的发射天线。而此种天线的分布方式，导致军用机场及民用机场的地面电台发射天线无法复用，造成了一定程度上的资源浪费。随着国内军民两用飞机的数量成倍增多，机场资源显得愈发紧张。为了响应国家“军民融合”政策的号召，提高应对各种突发事件的能力，通过研制军民两用的地面电台发射天线，提高机场使用率显得势在必行。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种VHF超宽带椭圆极化发射天线，能够实现一副天线同时发射垂直、水平极化波，并同时实现两方向的功率分配，可适用于军民两用机场地面电台发射机信号的发射，提高机场使用率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种VHF超宽带椭圆极化发射天线，包括主天线、辅天线和天线杆；所述的主天线由四个折合振子固连形成，折合振子采用不锈钢管一体折弯加工成一个矩形，长度为1140mm，宽度为30mm，馈电在长边中点；四个折合阵子均布在一个圆周上，相邻的两个折合振子相互垂直，每个折合振子的轴线偏离水平方向18°。连接每个振子的传输线长度为25mm，并且在馈线顶端并联一段长度为56mm的传输线作为阻抗变换使用，在馈线上反向加一段长度为30mm的扼流管作扼流处理；辅天线与主天线结构相同，辅天线与主天线垂直距离为60mm，通过可拆卸关节与天线杆同轴连接。
所述的天线杆采用直径45mm的玻璃钢管通过转接法兰与支撑杆连接；支撑杆采用热镀锌处理的无缝钢管，通过安装法兰固接预埋件，支撑杆四周增加钢丝拉绳进行强化固定。
本发明的有益效果是：
第一，所设计的天线覆盖118MHz-156MHz，其中水平极化覆盖108MHz-118MHz，垂直极化覆盖118MHz-156MHz，相对带宽达到了28.8％，具备超宽带特性(相对带宽大于25％)，解决了VHF通信天线带宽窄的难题；
第二，实现了一副天线同时具备发射水平和垂直极化波的能力；
第三，解决了垂直方向和水平方向发射功率分配问题，可根据不同需求分配相应方向的发射功率；
第四，双通道设计，副主天线作为备份，若主通道损坏，可使用备用天线进行通信。
附图说明
图1是半波折合振子示意图
图2是倾斜振子组阵示意图
图3是本发明的天线结构及固定示意图。
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。
本发明具备超带宽\可发射椭圆极化波的特点，并可实现水平方向和垂直方向的发射功率分配，主要适用于机场地面电台发射机信号的发射，是地面设备的重要组成部分之一。
本发明结合VHF垂直极化通信天线的设计优势，提出了超宽带椭圆极化天线的设计方式。该设计既解决了VHF通信天线带宽窄的难题，又完成了垂直方向和水平方向发射功率分配问题，实现了一副天线同时具备发射水平和垂直极化波的能力。
本发明的技术方案主要包括：
1.根据发射天线的带宽要求选择天线单元进行组阵。在标准VHF垂直极化通信天线的基础上，通过将偶极子单元替换为折合振子，并适当加粗来实现天线的宽带特性。
2.用两对自由空间相距λ0/4且相互垂直的折合振子构成一个基本天线阵。
3.对天线阵进行馈电及扼流设计。
4.通过调整单元的角度和位置，可以实现水平极化和垂直极化不同占比的椭圆极化。
5.设计1路辅天线作为备份，若主通道损坏可利用辅助天线进行通信。
由于天线要求的带宽较宽，故选取半波折合振子为其天线单元，并适当加粗来实现天线的宽带特性。半波折合振子是常用的线天线之一，从形状上看，折合振子天线是一种异形对称振子天线，可以看成是将全波对称振子折合成一个窄长的矩形环，窄边长度远远小于宽边长度，且馈电在宽边的中心，通常折合振子的宽边长度取为半波长，这时折合振子可以看作为两个平行排列、间距很小、两端连接的两个同相半波对称振子组成。折合振子的输入电流是单个对称振子的输入电流的一半，而折合振子的输入阻抗相当于四个串联的对称振子与两个串联的短路传输线并联，半波折合振子的输入阻抗是半波对称振子的4倍，其单元的阻抗偏高阻，利于组阵。半波折合振子天线形式如图1。
天线的馈电装置采用并馈结构，以保证每个振子馈电点上输入电压的振幅和相位保持一致。连接各振子的传输线使用50Ω同轴线，其长度其中利用λ/4传输线的阻抗变换特性式中Zin为输入阻抗，ZL和Z0分别为传输线和天线的特性阻抗。任意圆极化波可以由两个振幅相等，相位相差90°的线极化波合成。倾斜对称振子天线利用两组自由空间相距λ0/4且相互垂直的半波对称振子构成一个基本天线阵，在水平面方向，其远场区电场幅度相同、相位差90°。倾斜折合振子的组阵方式附图2。
通过实验验证调整单元的角度和位置，实现水平极化和垂直极化不同占比的椭圆极化。添加一路辅助天线作为备份，若主通道损坏可利用辅助天线进行通信。
基于以上所述，本文对于机场地面电台提出一种新的发射天线——VHF超宽带椭圆极化发射天线，其结构形式如图3所示，包括由折合振子组成的主天线及辅天线、天线杆、转接法兰、支撑杆、固定钢丝绳、安装法兰及预埋件组成。折合振子采用不锈钢管一体折弯加工，长度为1140mm，宽度为30mm。天线阵由两组折合振子固定形成，排列在直径约为90mm的圆周上，具体结构见图2，每对折合振子相互垂直，倾斜角度为偏离水平方向18°。连接每个振子的传输线的长度为25mm，并且在馈线顶端并联一段长度为56mm的传输线作为阻抗变换使用。同时，在馈线上反向加一段长度为30mm的扼流管作扼流处理。辅天线与主天线结构形式相同，两者垂直距离为60mm，通过可拆卸关节与天线杆连接。天线杆采用直径45mm的玻璃钢管通过转接法兰与支撑杆连接。支撑杆采用热镀锌处理的无缝钢管，四周增加钢丝拉绳进行强化固定。
以上所述即本发明提出的VHF超宽带椭圆极化发射天线。采用本发明可形成VHF频段超宽带天线，实现该频段的宽带通信功能；同时采用本发明可通过一副天线同时具备发射水平和垂直极化波的能力，并且可根据不同需求分配相应方向的发射功率。本发明提出的天线适用于机场地面电台发射机信号的发射，具备广阔的应用前景。

Claims (2)

1.一种VHF超宽带椭圆极化发射天线，包括主天线、辅天线和天线杆，其特征在于：所述的主天线由四个折合振子固连形成，折合振子采用不锈钢管一体折弯加工成一个矩形，长度为1140mm，宽度为30mm，馈电在长边中点；四个折合阵子均布在一个圆周上，相邻的两个折合振子相互垂直，每个折合振子的轴线偏离水平方向18°。连接每个振子的传输线长度为25mm，并且在馈线顶端并联一段长度为56mm的传输线作为阻抗变换使用，在馈线上反向加一段长度为30mm的扼流管作扼流处理；辅天线与主天线结构相同，辅天线与主天线垂直距离为60mm，通过可拆卸关节与天线杆同轴连接。
2.根据权利要求1所述的VHF超宽带椭圆极化发射天线，其特征在于：所述的天线杆采用直径45mm的玻璃钢管通过转接法兰与支撑杆连接；支撑杆采用热镀锌处理的无缝钢管，通过安装法兰固接预埋件，支撑杆四周增加钢丝拉绳进行强化固定。
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