CN108461905A - 开放套筒振子天线 - Google Patents

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周成哲
于嘉嵬
黄东
杨芳
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q19/00—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic
    • H01Q19/10—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces
    • H01Q19/106—Combinations of primary active antenna elements and units with secondary devices, e.g. with quasi-optical devices, for giving the antenna a desired directional characteristic using reflecting surfaces using two or more intersecting plane surfaces, e.g. corner reflector antennas

Abstract

本发明涉及开放套筒振子天线，包括U型反射板、开放套筒振子单元，在U型反射板为开有U型通槽的板，U型通槽设置有多个开放套筒振子单元且通过隔离杆隔开；开放振子单元包括主振子臂，两个主振子臂对称且水平设置，对称中心电设置有双线对称平衡器，双线对称平衡器的下端安装在U型反射板的槽底；开放振子单元还包括副振子臂，两个副振子臂平行设置在主振子臂的两侧，副振子臂的两端通过绝缘板固定在主振子臂上；主振子臂的下方绝缘板位置处设置有支撑杆，支撑杆上端将主振子臂支撑而下端连接在U型反射板上。本发明达到的有益效果是：既能实现结构形式简单、又能实现特定带宽且达到宽波束，同时还能满足特定增益。

Description

开放套筒振子天线
技术领域
本发明涉及天线技术领域，特别是开放套筒振子天线。
背景技术
技侦系统体制要求天线系统本身具有频带宽、增益高、波束覆盖范围尽可能大等特性。因此，具有宽频带、高增益和宽波束的天线为满足技侦体制的要求创造了条件。
可以实现宽频带的天线单元很多，但一般结构尺寸相对复杂，如对数周期天线、双锥天线、螺旋天线等。但这几种形式振子臂尺寸过大，对于工程实现来说有一定困难，且当天线单元数量较多时，会增加天线重量，给工程运输及安装架设带来不便，无法满足特定的需求。常见的宽带振子形式有套筒振子、锥形振子等，无法满足既保证天线单元结构简单，工作频带又宽的要求。
为了改善振子的阻抗匹配，并且可以进行平衡馈电，巴伦采取了双线对称式平衡器结构。双线对称式平衡变换器本身即起到平衡馈电的作用，同时也可以起到阻抗变换的作用，即实现馈电插座处阻抗和振子本身特性阻抗的λ/4阻抗变换，这种普通振子的带宽较窄，虽然可以通过加粗振子臂及优化对称式平衡变换器来使带宽得到一定程度的提高，但从根本上无法改变普通振子窄带宽的属性。
锥形振子主要使振子臂上各点到馈电点的距离与其直径之比保持不变，也就是随着振子臂长度的增加，振子臂的直径相应加粗，采用这样的形式会使得天线沿振子臂轴向各点的特性阻抗保持相同。采用这种形式，振子臂的末端尺寸相比馈电端大很多。这样会导致振子臂末端尺寸及重量增加，相比普通振子，使得天线的整体尺寸增大，同时也给安装固定及加工带来一定的难度。天线加载主要通过将电抗元件或网络置于天线的某一部分中以提高天线的带宽。但是这种天线由于电抗元件的加入，往往会带来一定的损耗，从而降低了天线的效率。
普通的套筒振子，虽然可以增加天线的带宽，但是振子臂的横向截面尺寸很大，相比锥形振子而言，并没有什么优势。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供结构简答、具有有益的宽频特性的开放套筒振子天线。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：开放套筒振子天线，包括U型反射板、开放套筒振子单元，在U型反射板为开有U型通槽的板，U型通槽沿槽方向均匀地设置有多个开放套筒振子单元，相邻开放套筒振子单元之间设置有隔离杆，隔离杆呈竖直管状；
所述的开放振子单元包括主振子臂，两个主振子臂均水平设置且对称设置，两个主振子臂在对称点处的端头呈圆锥形，两个主振子臂的对称点处竖直设置有双线对称平衡器，双线对称平衡器的下端通过支撑座安装在U型反射板的槽底；
所述的开放振子单元还包括副振子臂，两个副振子臂平行设置在主振子臂的两侧，副振子臂的两端通过绝缘板固定在主振子臂上；
所述的主振子臂的下方绝缘板位置处设置有支撑杆，支撑杆上端将主振子臂支撑而下端连接在U型反射板上。
所述的主振子臂的长度为150～200mm，副振子臂的长度为40～70mm，主振子臂和副振子臂的直径相同且均为20～30mm，主振子臂和副振子臂之间的间距为30～40mm，双线对称平衡器高度为80～120mm。
所述的绝缘板与副振子臂的端面接触且通过止动螺钉相连，主振子臂穿过绝缘板且通过销子将两者固定连接。
所述的绝缘板为环氧玻璃布层压板。
所述的支撑杆为环氧玻璃布杆。
所述的主振子臂和副振子臂内部的零件均选用铜棒。
根据天线所要求的增益、俯仰面波束宽度及相应的尺寸要求，采取了四元线形阵列形式，阵元间距略大于最高频的波长。这是因为天线的带宽很宽，需要同时兼顾低频和高频的电性能，虽然在高频处会导致远区副瓣的增大，甚至出现栅瓣，高频的增益会有一定的损失，但低频的增益可以得到兼顾。由于天线在方位面有覆盖120°的要求，因此，增加了U型反射板以控制天线的波束宽度。为了降低线阵中单元的互耦，设置有隔离杆，通过调整隔离杆的高度也可以控制辐射特性和阻抗特性，从而保证天线的性能。
为了达到所需11dBi的增益指标，天线采用线性阵列，这种单元结构形式简单，极化纯度高。考虑到天线需要达到90％以上的带宽，振子需要进行优化改进，同时要实现波束宽度在120度范围内增益要在6.5dBi以上的技术指标，U型反射板来控制天线的波束宽度。这样，通过对天线系统辐射特性各方面的优化设计，实现所需的电性能指标。
本发明具有以下优点：既展宽了频带又具有简单可靠的结构形式，U型反射板的设置用以控制天线的波束宽度，同时实现了可以达到所需增益单元数量的最小化；本方案中的套筒振子天线，只增加了横向尺寸，而纵向尺寸并没有增加，虽然宽带略有降低，但尺寸和重量会减小很多，实现在较大宽带内的谐振和匹配，具有优异的宽频特性。便于工程实现，且可解决维护困难，不便安装等一系列实际工程问题。同时本天线的宽波束和高增益性能很好的满足了技侦天线系统的特定要求。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为开放套筒振子单元的结构示意图；
图3为开放套筒振子天线的S参数曲线图；
图4为普通套筒振子天线的S参数曲线图；
图中：1-U型反射板，2-开放套筒振子单元，3-隔离杆，4-主振子臂，5-双线对称平衡器，6-副振子臂，7-绝缘板，8-支撑杆。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1和图2所示，开放套筒振子天线，包括U型反射板1、开放套筒振子单元2，在U型反射板1为开有U型通槽的板，U型通槽沿槽方向均匀地设置有多个开放套筒振子单元2，相邻开放套筒振子单元2之间设置有隔离杆3，隔离杆3呈竖直管状；
所述的开放振子单元2包括主振子臂4，两个主振子臂4均水平设置且对称设置，两个主振子臂4在对称点处的端头呈圆锥形，两个主振子臂4的对称点处竖直设置有双线对称平衡器 5，双线对称平衡器5的下端通过支撑座安装在U型反射板的槽底；
所述的开放振子单元2还包括副振子臂6，两个副振子臂6平行设置在主振子臂4的两侧，副振子臂6的两端通过绝缘板7固定在主振子臂4上；
所述的主振子臂4的下方绝缘板7位置处设置有支撑杆8，支撑杆8上端将主振子臂4支撑而下端连接在U型反射板1上。
本实施例中，所述的主振子臂4的长度为150～200mm，副振子臂6的长度为40～70mm，主振子臂4和副振子臂6的直径相同且均为20～30mm，主振子臂4和副振子臂6之间的间距为30～40mm，双线对称平衡器5高度为80～120mm。
为了防止副振子臂6的松脱和滑动，所述的绝缘板7与副振子臂6的端面接触且通过止动螺钉相连，主振子臂4穿过绝缘板7且通过销子将两者固定连接。
考虑结构强度及对电性能的影响，所述的绝缘板7为环氧玻璃布层压板。所述的支撑杆 8为环氧玻璃布杆。
所述的主振子臂4和副振子臂6内部的内导体、插芯等内部零件选用铜棒，一般选用 HPb59-1，有弹性要求的选用QSi3-1，有焊接需求的零部件，使用H62铜合金。加工完成后，振子表面进行三防处理，喷涂三防漆。
所述的振子天线采用四元先行阵列形式。
选取500MHz～1350MHz的工作频段，分别对普通套筒振子天线和对本方案中开放套筒振子天线进行S参数曲线测试，测试结果见图3和图4。可以看出普通套筒振子天线在频带超出810MHz后驻波已经大于2.5(对应S11约为-7.4dB)。本方案的开放套筒振子天线中，可以看出，在500MHz-1350MHz的频段内，天线的S参数均在-10dB(对应驻波为1.92)以下。说明本方案中的开放套筒振子天线形式具有优异的宽频特性，并且天线的结构形式较为简单，只是在普通套筒振子天线振子臂(即本方案中的主振子臂4)两侧增加了“副振子”(即副振子臂6)，这种形式是套筒振子的一种变形结构，由于主振子臂4和副振子臂6结构之间并没有形成包围封闭的结构，因此，称其为“开放”套筒振子形式。
并对两者的驻波、增益、波束宽度方面进行测试对比，选取普通套筒振子天线的指标要求作为对比基础，测试对比结果见表1。
表1：高增益宽波束天线电性能指标测试记录表

Claims (7)

1.开放套筒振子天线，其特征在于：包括U型反射板（1）、开放套筒振子单元（2），在U型反射板（1）为开有U型通槽的板，U型通槽沿槽方向均匀地设置有多个开放套筒振子单元（2），相邻开放套筒振子单元（2）之间设置有隔离杆（3），隔离杆（3）呈竖直管状；
所述的开放振子单元（2）包括主振子臂（4），两个主振子臂（4）均水平设置且对称设置，两个主振子臂（4）在对称点处的端头呈圆锥形，两个主振子臂（4）的对称点处竖直设置有双线对称平衡器（5），双线对称平衡器（5）的下端通过支撑座安装在U型反射板的槽底；
所述的开放振子单元（2）还包括副振子臂（6），两个副振子臂（6）平行设置在主振子臂（4）的两侧，副振子臂（6）的两端通过绝缘板（7）固定在主振子臂（4）上；
所述的主振子臂（4）的下方绝缘板（7）位置处设置有支撑杆（8），支撑杆（8）上端将主振子臂（4）支撑而下端连接在U型反射板（1）上。
2.根据权利要求1所述的开放套筒振子天线，其特征在于：所述的主振子臂（4）的长度为150~200mm，副振子臂（6）的长度为40~70mm，主振子臂（4）和副振子臂（6）的直径相同且均为20~30mm，主振子臂（4）和副振子臂（6）之间的间距为30~40mm，双线对称平衡器（5）高度为80~120mm。
3.根据权利要求1所述的开放套筒振子天线，其特征在于：所述的绝缘板（7）与副振子臂（6）的端面接触且通过止动螺钉相连，主振子臂（4）穿过绝缘板（7）且通过销子将两者固定连接。
4.根据权利要求3所述的开放套筒振子天线，其特征在于：所述的绝缘板（7）为环氧玻璃布层压板。
5.根据权利要求1所述的开放套筒振子天线，其特征在于：所述的支撑杆（8）为环氧玻璃布杆。
6.根据权利要求1所述的开放套筒振子天线，其特征在于：所述的主振子臂（4）和副振子臂（6）内部的零件均选用铜棒。
7.根据权利要求1所述的开放套筒振子天线，其特征在于：所述的振子天线采用四元先行阵列形式。
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