CN111276802A - 一种分形可重构车载短波天线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分形可重构车载短波天线，包括两个接地装置，在两个接地装置之间从上到下依次安装三个天线体，所述天线体的形式包括但不限于方形天线体、环形天线体和三角形天线体，各天线体之间通过一根竖杆连接固定。本发明所公开的分形可重构车载短波天线，运用分形技术解决了无盲区车载半环天线增益低难题。运用可重构技术减小车载天线受车体结构、材料和布局限制难题，进一步提高了车载天线效率和增益。

Description

一种分形可重构车载短波天线
技术领域
本发明属于通信及电磁干扰研究领域，特别涉及该领域中的一种分形可重构车载电小尺寸短波天线。
背景技术
车载短波天线中最常用的是半环天线、三环天线和鞭天线，它们安装使用方便、易机动，是解决“动中通”的重要手段。
鞭天线在车载上广泛使用是主要由其电气性能决定的(效率较高、增益约5.15dBi)，可以满足远距离通信要求。鞭天线在高仰角方向辐射很弱，在天波最近落地点(约100km)与地波最远点(十几公里)之间不能衔接。
半环天线已在车载上广泛使用，具有辐射效率高、辐射方向图好等优点，能够实现高度机动的全天候、全方位、各种距离、无盲区通信等要求。半环天线虽覆盖了短波通信中地波和天线之间的盲区，但以牺牲3～30MHz频段内远距离通信效果为代价，远距离覆盖不足。在低频段，由于半环天线为电小尺寸，其增益具有较小等特点，不利于复杂电磁环境的应用要求。另半环天线的输入阻抗随频率变化较剧烈，增加了天线调谐器的复杂度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种分形可重构车载短波天线。
本发明采用如下技术方案：
一种分形可重构车载短波天线，其改进之处在于：包括两个接地装置，在两个接地装置之间从上到下依次安装三个天线体，所述天线体的形式包括但不限于方形天线体、环形天线体和三角形天线体，各天线体之间通过一根竖杆连接固定。
进一步的，上面的是方形天线体，中间和下面的是三角形天线体，竖杆穿过中间三角形天线体的顶角，竖杆的顶端与上面方形天线体的顶部横杆相连接，竖杆的底端与下面三角形天线体的顶角相连接。
进一步的，天线的尺寸为高1.75米，宽1.8米。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的分形可重构车载短波天线，运用分形技术解决了无盲区车载半环天线增益低难题。运用可重构技术减小车载天线受车体结构、材料和布局限制难题，进一步提高了车载天线效率和增益。
本发明所公开的天线形式填补了国内外短波车载天线空白；解决了现有车载天线效率低、受车体结构、材料和布局限制难题，保障1000公里内短波无盲区通信，为复杂电磁环境下的行进通信提供了可能和条件。
该天线的设计方法更具有科学研究价值和军事应用前景，为类似机动天线提供了一种新的技术路线，也为其它系统的应用提供了有力支持。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开天线的结构示意图；
图2是分形车载环天线的方向图；
图3是分形天线在高频端应用可重构技术后的方向图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，本实施例公开了一种分形可重构车载短波天线，包括两个接地装置4，在两个接地装置之间从上到下依次安装三个天线体，所述天线体的形式包括但不限于方形天线体、环形天线体和三角形天线体，各天线体之间通过一根竖杆连接固定。
如图1所示，在本实施例中，上面的是方形天线体1，中间和下面的是三角形天线体，竖杆穿过中间三角形天线体2的顶角，竖杆的顶端与上面方形天线体的顶部横杆相连接，竖杆的底端与下面三角形天线体3的顶角相连接。
根据各自结构体末端状态，可构成不同类型的TE/TM电小天线。对于方形天线体，如末端与接地装置短接，此时方形天线体(TM)演变为环状天线(TE)。调整方形天线体和三角形天线体各自端口状态，可以提高环天线的有效面积，进而提高电小环天线的增益。
受车载天线空间尺寸限制，不容许天线占有体积太大，造成天线带宽太窄或效率较低，产生这一问题的根本原因是天线尺寸减小后辐射电阻太低。因此本实施例的电小天线具有良好的辐射阻抗，以实现天馈线和设备之间最大能量传输，降低设备损耗和天调存储数量。
为保障车载天线无盲区和远距离通信，需要天线辐射角与电离层环境之间的良好匹配。因此本实施例运用TE/TM电小天线之间组合的可重构电小天线。可重构天线可提高系统在复杂环境下的通信效果。
(1)高增益分形电小环天线：
除常规电小半环天线外，宽带双电小环天线具有独特宽带特性，在其它通信系统得到使用。它由两个共面的圆环组成，小环放置在大环内面，小环由传输线馈电，通过电感耦合激励外面的大环，虽然该环具有良好的馈电，但该天线增益较低，且具有一定方向性。三环谐振天线在天线体中部增加可调电容等器件，使得天线出现并联谐振，进而提高电小天线增益；该天线特点是对环境参数的敏感度较高，调谐难度较大。本实施例的环天线采用多种电小TE/TM天线组合，提高电小方向增益，最大尺寸为1.75米(高)×1.8米(宽)。
下表是计算的天线输入阻抗，并和原车载天线进行对比：
Figure BDA0002381823140000031
Figure BDA0002381823140000041
从上表中知道，新研制的电小环天线Q值比原车载天线大。从相关文献知道，电小天线增益受到天线体积尺寸约束，如要提高电小天线增益，则需提高天线Q值。图2是分形车载环天线的方向图，图中标出了最大方向系数。
下表统计了传统半环天线和分形环天线的增益：
Figure BDA0002381823140000042
从上表中知道，分形环天线的增益明显优于传统半环天线。由于在分形天线体中没有可调器件，因此电气性能受外界环境(车体等)影响较小。
(2)可重构车载天线：
从分形天线和半环天线计算结果知道，随工作频率的增加其增益差值减小，这时因为高频时环电流发生变化。为改善环天线高频特性，本实施例提出综合运用可重构技术对天线体中的电流进行调整，以便提高车载天线高频段增益。下表给出了在分形天线基础上采用可重构技术后的输入阻抗。
Figure BDA0002381823140000051
Figure BDA0002381823140000061
从上表中知道，采用重构技术后天线端口输入阻抗避免了并联谐振产生，便于后续调谐装置的研制和设计。图3是分形天线在高频端应用可重构技术后的方向图。
下表统计了传统半环天线和可重构天线在部分频点的方向系数。
Figure BDA0002381823140000062
从上表中知道，分形环天线采用可重构技术后的增益明显优于传统半环天线。
综上计算和分析，电小天线采用分形关键技术和可重构技术后，有效改善了现有车载电气特性，可以满足高度机动中的全天候、全方位、各种距离和无盲区通信要求，为短波电台的广泛应用提供了可靠的优良平台。

Claims (3)

1.一种分形可重构车载短波天线，其特征在于：包括两个接地装置，在两个接地装置之间从上到下依次安装三个天线体，所述天线体的形式包括但不限于方形天线体、环形天线体和三角形天线体，各天线体之间通过一根竖杆连接固定。
2.根据权利要求1所述分形可重构车载短波天线，其特征在于：上面的是方形天线体，中间和下面的是三角形天线体，竖杆穿过中间三角形天线体的顶角，竖杆的顶端与上面方形天线体的顶部横杆相连接，竖杆的底端与下面三角形天线体的顶角相连接。
3.根据权利要求1所述分形可重构车载短波天线，其特征在于：天线的尺寸为高1.75米，宽1.8米。
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