CN109742517A - 一种应用于s频段单极子天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结构稳定的S频段单极子天线，该天线包括异形金属单极子、圆环介质垫片、台阶式介质隔离垫片、金属底板、金属垫片以及同轴馈电连接器；所述异形金属单极子上下部一体化，中间有螺纹孔；所述圆环介质垫片中间有通孔，上部紧邻异形金属单极子底部，下部紧邻同轴连接器介质层；所述台阶式介质隔离垫片中间有孔洞，可以依次压住异形金属单极子及圆环介质垫片；所述金属底板直接压接在台阶式介质隔离垫片；所述金属底板上部设有螺钉孔，用于天线与载体固定连接，下部螺钉孔用于金属底板与金属垫片连接；所述金属垫片中间有通孔；所述同轴馈电连接器，穿过圆环介质垫片与异形金属单极子内螺纹旋拧连接，金属垫片通过螺钉固定连接。

Description

一种应用于S频段单极子天线

技术领域

本发明属于微波天线技术领域，具体涉及一种应用于S频段单极子天线。

背景技术

单极子天线较多地应用于一点多址通信中，广泛地应用于军事、航天、遥控、遥测领域。应用于S频段的单极子天线大多采用旋拧形式，将柱状单极子连接器直接旋拧在载体相应的连接器上，采用此种形式虽然安装简便，但是天线结构非常不稳定，当载体速度较快或者所处环境风速较大时，天线极易折断。考虑到上述情况，有必要为实际S频段通信平台开发一种天线形式，提供比现有的天线设计更理想的电磁特性及结构特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构稳定的S频段单极子天线，旨在解决天线在恶劣环境中易于折断的问题。

本发明一种结构稳定的S频段单极子天线，其中，该天线包括异形金属单极子、圆环介质垫片、介质隔离垫片、金属底板、金属垫片以及同轴馈电连接器；所述的异形单极子成阶梯柱状结构，下部半径大于上部半径；所述圆环介质垫片设置在同轴连接器与所述的异形单极子下部端面之间；所述介质隔离垫片成中空的阶梯柱状，下部半径大于上部半径，异形单极子穿过介质隔离垫片的阶梯式孔洞并从上部穿出，异形单极子的下部与介质隔离垫片的孔洞阶梯部分匹配，并相互卡合；所述金属底板中间有阶梯式孔洞，并与介质隔离垫片外部匹配，介质隔离垫片设置在阶梯式孔洞内；金属底板的下端面与金属垫片固定；所述金属垫片为中间有通孔圆柱形，同轴馈电连接器穿过金属垫片、金属底板以及介质隔离垫片并与异形单极子固定。

根据本发明的结构稳定的S频段单极子天线的一实施例，其中，所述金属垫片的通孔周边有螺钉孔用于与连接器以及金属底板固定。

根据本发明的结构稳定的S频段单极子天线的一实施例，其中，所述同轴馈电连接器通过螺纹与异形金属单极子内螺纹旋拧。

根据本发明的结构稳定的S频段单极子天线的一实施例，其中，所述同轴馈电连接器的法兰与金属垫片通过螺钉连接，同轴馈电连接器的同轴接头输出的能量从馈电端馈入，进而激起天线表面电流。

根据本发明的结构稳定的S频段单极子天线的一实施例，其中，所述异形单极子材料为铝。

根据本发明的结构稳定的S频段单极子天线的一实施例，其中，台阶式介质隔离垫片依次压住异形金属单极子及圆环介质垫片。

根据本发明的结构稳定的S频段单极子天线的一实施例，其中，所述金属底板为上部为薄立方体结构，下部为圆柱形阶梯结构。

根据本发明的结构稳定的S频段单极子天线的一实施例，其中，所述圆环介质垫片材料为聚四氟乙烯。

根据本发明的结构稳定的S频段单极子天线的一实施例，其中，如权利要求1所述的一种结构稳定的S频段单极子天线，所述台阶式介质隔离垫片材料为聚四氟乙烯。

根据本发明的结构稳定的S频段单极子天线的一实施例，其中，如权利要求1所述的一种结构稳定的S频段单极子天线，金属垫片材料为铝。

本天线应用场合灵活，它可单独作天线用，也可用作反射面天线的馈源或者阵列的单元。

附图说明

图1是本发明天线总体结构示意图。

图2是本发明天线的剖面图。

图3是本发明天线的仰视图。

图4是本发明天线的驻波比与频率的关系。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

图1是本发明天线总体结构示意图，图2是本发明天线的剖面图，图3是本发明天线的仰视图，参见图1至图3所示，本发明是一种结构稳定的S频段单极子天线，由异形金属单极子1、圆环介质垫片2、台阶式介质隔离垫片3、金属底板4、金属垫片5以及同轴馈电连接器6 共同构成。异形金属单极子1形状似一个倒置的盘头螺丝钉，上部为细柱状结构，下部也为柱状结构，但是直径较大，上下部分为一体化设计，中间有螺纹孔，异形金属单极子1凸出金属底板4的高度为20mm，其上部分直径为4mm，此处所述的金属是指铝；圆环介质垫片2中间有通孔，圆环外直径与异形金属单极子1下部分直径大小相同且同轴，圆环内直径与同轴连接器内芯6.c直径一致，上部紧邻异形金属单极子底部，下部紧邻同轴连接器介质层6.b，此处所述的介质是聚四氟乙烯；台阶式介质隔离垫片3由两层“台阶式”结构组成，上部分直径小、下部分直径大，中间有两层“台阶式”孔洞，也是上部分直径小、下部分直径大，孔洞上部分直径与异形金属单极子1上部分直径一致，孔洞下部分直径与异形金属单极子1下部分直径及圆环介质垫片2外直径一致，台阶式介质隔离垫片3可以依次压住异形金属单极子1及圆环介质垫片2，此处所述的介质聚四氟乙烯；金属底板 4也是阶梯式结构，上部分为薄立方体、下部分为圆柱形，中间有阶梯式孔洞，其尺寸与台阶式介质隔离垫片3外部一致，可以直接压接在台阶式介质隔离垫片3上(过盈配合固定)，金属底板4上部有四个螺钉孔7～10，用于天线与载体固连，金属底板4下部的螺钉孔，用于金属底板4与金属垫片5通过螺钉15～18固连，此处所述的金属是指铝；金属垫片5为圆柱形，金属垫片5的中间有通孔，可以使得同轴连接器介质6.b直接插入(过盈配合固定)，金属垫片5的通孔周边有螺钉孔，用于同轴连接器6与金属垫片5通过螺钉11～14固连，此处所述的金属是指铝；天线采用SMA型同轴连接器连接6馈电，同轴连接器连接6 选用陕西华达科技股份有限公司的JSMA-KFD153-3，其特殊之处在于伸出的内芯有螺纹6.e，同轴连接器内芯6.c依次穿过圆环介质垫片2 与异形金属单极子1内螺纹旋拧连接，同轴连接器法兰6.d与金属垫片 5通过螺钉11～14固连。

如图1至图3所示，在本发明中，异形金属单极子1是起辐射作用的最主要部件，用于向空间辐射电磁波，当发射信号时，同轴连接器 6通过连接的同轴电缆输入外接发射机的发射信号，同轴接头输出的能量激起异形金属单极子1上的表面电流，从而产生辐射；由于异形金属单极子1、圆环介质垫片2、台阶式介质隔离垫片3、金属底板4 之间采用多层压接结构，使得天线结构稳定、不易折断；由于所采用的异形金属单极子直径较大，使得天线可以发射较宽带宽范围内的垂直极化电磁波；由于引入了多层非金属介质，即圆环介质垫片2、台阶式介质隔离垫片3，在不增加天线尺寸的情况下分隔开天线的辐射结构异形金属单极子1与金属底板4，使得同轴连接器6能够有效的激励天线电流；由于整个天线结构中异形金属单极子1、圆环介质垫片2、台阶式介质隔离垫片3在结构上均成中心轴对称分布，可以使得天线在水平面360度范围内辐射场均匀分布；由于全天线为旋拧式结构，没有任何焊点或其它粘连装置，使得天线的一致性良好，便于天线的批量生产。

图4是本发明天线的驻波比VSWR与频率的关系。驻波比是天线的一个重要性能参数，它反映了被测天线的阻抗特性，也决定了天线的阻抗带宽。参见图4所示，本发明天线的工作频段在S波段，在3.12GHz～3.7GHz的宽频范围内，天线的驻波比均小于2，这说明在该频段内天线可以良好的与50Ω同轴电缆匹配，相对带宽约为17％，从而保证天线具有较宽的阻抗带宽。

天线在水平面360度的范围内辐射场均匀全向分布，不圆度小于 0.5dB；当频率在3.12GHz～3.7GHz范围内波动时，水平面方向图几乎保持不变，都能保持良好的全向辐射特征。

本发明设计的天线结构可采用方形金属底板4，且尺寸可根据应用需求适当调整，同时也可根据实际需求采用圆形底板，底板形状改变，基本不会影响天线性能；本发明设计的天线除工作在S频段外，可根据需要等比缩短异形金属单极子1的尺寸，使其工作在S频段以上的频段(>4GHz)；此外，本天线应用场合灵活，它可单独作天线用，也可用作反射面天线的馈源或者阵列的单元。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种结构稳定的S频段单极子天线，其特征在于，该天线包括异形金属单极子、圆环介质垫片、介质隔离垫片、金属底板、金属垫片以及同轴馈电连接器；

所述的异形单极子成阶梯柱状结构，下部半径大于上部半径；所述圆环介质垫片设置在同轴连接器与所述的异形单极子下部端面之间；

所述介质隔离垫片成中空的阶梯柱状，下部半径大于上部半径，异形单极子穿过介质隔离垫片的阶梯式孔洞并从上部穿出，异形单极子的下部与介质隔离垫片的孔洞阶梯部分匹配，并相互卡合；

所述金属底板中间有阶梯式孔洞，并与介质隔离垫片外部匹配，介质隔离垫片设置在阶梯式孔洞内；金属底板的下端面与金属垫片固定；

所述金属垫片为中间有通孔圆柱形，同轴馈电连接器穿过金属垫片、金属底板以及介质隔离垫片并与异形单极子固定。

2.如权利要求1所述的结构稳定的S频段单极子天线，其特征在于，所述金属垫片的通孔周边有螺钉孔用于与连接器以及金属底板固定。

3.如权利要求1所述的结构稳定的S频段单极子天线，其特征在于，所述同轴馈电连接器通过螺纹与异形金属单极子内螺纹旋拧。

4.如权利要求1所述的结构稳定的S频段单极子天线，其特征在于，所述同轴馈电连接器的法兰与金属垫片通过螺钉连接，同轴馈电连接器的同轴接头输出的能量从馈电端馈入，进而激起天线表面电流。

5.如权利要求1所述的一种结构稳定的S频段单极子天线，其特征在于，所述异形单极子材料为铝。

6.如权利要求1所述的一种结构稳定的S频段单极子天线，其特征在于，台阶式介质隔离垫片依次压住异形金属单极子及圆环介质垫片。

7.如权利要求1所述的一种结构稳定的S频段单极子天线，其特征在于，所述金属底板为上部为薄立方体结构，下部为圆柱形阶梯结构。

8.如权利要求1所述的一种结构稳定的S频段单极子天线，其特征在于，所述圆环介质垫片材料为聚四氟乙烯。

9.如权利要求1所述的一种结构稳定的S频段单极子天线，其特征在于，如权利要求1所述的一种结构稳定的S频段单极子天线，所述台阶式介质隔离垫片材料为聚四氟乙烯。

10.如权利要求1所述的一种结构稳定的S频段单极子天线，其特征在于，如权利要求1所述的一种结构稳定的S频段单极子天线，金属垫片材料为铝。