CN111641030A - 一种车载短波无盲区天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车载短波无盲区天线，它涉及短波天线通信设备技术领域。它包括有车载短波环形天线、矢量天线调谐器和电动倒伏机构，车载短波环形天线由辐射环、底座、撑杆和耦合环组成，所述辐射环由第一节辐射环天线杆、第二节辐射环天线杆、第三节辐射环天线杆和第四节辐射环天线杆拼接而成；所述的耦合环由第一耦合环天线杆、第二耦合环天线杆与撑杆上的上端接头及下端接头对接弯曲而成，下端接头通过数据线与底座连接；所述的底座由外壳、撑架、网络模块和盖板组成，外壳与盖板组成的壳体内部安装有撑架、网络模块。本发明结构紧凑，体积小，效率高、损耗低，安装简单，具备全方位的无盲区通信，同时抗干扰性强，应用前景广阔。

Description

一种车载短波无盲区天线

技术领域

本发明涉及的是短波天线通信设备技术领域，具体涉及一种车载短波无盲区天线。

背景技术

短波通信的盲区是地波传播远极限和天波跳距之间的区域，因此消除盲区有两种途径：①增加地波的传播距离。地波的传播距离与天线的物理环境、工作波长、辐射功率及其效率有密切关系；②缩短天波反射的落地距离。抬高天线对电离层的入射仰角，可缩短落地距离，当入射仰角为90°时，天波落地的距离可为0，理论上就不存在盲区。常用的车载短波电台一般为125W，若为增加地波距离提高功率，电磁兼容，电源，散热等代价相对较高。相对而言，通过增加地波的传播距离达到改善或消除盲区的目的难度较大，成本较高；而提高天线的仰角，技术上更容易得以实现，成本也相对较低。

目前短波通讯最大的缺点是存在通信盲区，克服通信盲区的方法就是采用NVIS传播方式。常用的车载NVIS天线有鞭天线和环天线。为了实现良好的NVIS，需要将鞭天线斜置，导致鞭天线存在一定的方向性，方向图存在波瓣分裂，通信效果不理想，尤其机动通信效果更差。半环NVIS天线天线目前应用比较广泛，但是其在工作频率增大时，其最大辐射方向会逐渐偏离天顶方向，导致NVIS效果并不理想，且半环天线对安装要求比较高，安装在车顶后，要求车顶平整，才能要良好的通信效果。将环天线设计成车载式对环天线的结构提出了更高的要求，既要满足环形天线特有的形状，符合NVIS天线要求主瓣辐射在60-90°内高仰角均匀辐射，又要克服环形天线体积大、结构复杂的缺点。如何探索新结构、新形式，采用新技术，结合新材料和工艺使环形天线结构紧凑是其实现车载的关键。基于此，设计一种新型的车载短波无盲区天线尤为必要。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种车载短波无盲区天线，结构紧凑，设计合理，体积小，效率高、损耗低，安装简单、无盲区，抗干扰性强，易于推广使用。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种车载短波无盲区天线，包括车载短波环形天线、矢量天线调谐器和电动倒伏机构，车载短波环形天线通过矢量天线调谐器连接至电台，车载短波环形天线上装配有电动倒伏机构；所述的车载短波环形天线由辐射环、底座、撑杆和耦合环组成，所述辐射环由第一节辐射环天线杆、第二节辐射环天线杆、第三节辐射环天线杆和第四节辐射环天线杆拼接而成，所述第一节辐射环天线杆的末端与第二节辐射环天线杆的头端相连，第一节辐射环天线杆的头端插接在底座的连接头内，第二节辐射环天线杆的末端插接在撑杆的杆接头内，所述第四节辐射环天线杆的末端与第三节辐射环天线杆的头端相连，第四节辐射环天线杆的头端插接在底座的连接头内，第三节辐射环天线杆的末端插接在撑杆的杆接头内；所述的耦合环由第一耦合环天线杆、第二耦合环天线杆与撑杆上的上端接头及下端接头对接弯曲而成，下端接头通过数据线与底座连接；所述的底座由外壳、撑架、网络模块和盖板组成，外壳与盖板组成的壳体内部安装有撑架、网络模块。

作为优选，所述的第一节辐射环天线杆、第四节辐射环天线杆均采用A型天线杆，第二节辐射环天线杆、第三节辐射环天线杆均采用B型天线杆，A型天线杆与B型天线杆的内部结构相同、均由非金属管支撑、中间为铜网、外围包裹有碳素纤维，使得天线杆既有良好的导电性，且质轻、强韧、可弹性弯曲，A型天线杆与B型天线杆接头形式不同，两者采用上套下的的圆螺纹连接结构，即A型天线杆的末端与B型天线杆的头端通过螺纹旋接。

作为优选，所述的A型天线杆与B型天线杆的连接处套有防水橡胶垫，以保护接头，防止氧化，减小接触电阻。

作为优选，所述的辐射环采用玻璃纤维辐射环，辐射环的直径为1.7m，周长约5.34米，为方便储存和运输；所述耦合环采用玻璃纤维耦合环，耦合环的直径为0.76m，周长约2.38米。

作为优选，所述的撑杆由两节玻璃钢杆、鼓形弹簧和杆接头组成，玻璃钢杆的直径为25mm，两节玻璃钢杆旋接为撑杆的杆体，杆体的一端安装有杆接头，杆体的另一端安装有鼓形弹簧；所述的杆接头采用铜合金杆接头，杆接头与第二节辐射环天线杆、第三节辐射环天线杆的连接处采用滚花螺钉固定。

作为优选，所述的撑架采用马步式的撑架架构，具有较好的承载强度和稳定性，撑架通过铝合金制件拼接而成，所述外壳为非金属件，外壳表面设置有耦合环接口、辐射环接口、数据口和天调接口，所述盖板采用铝板。

作为优选，本装置利用天线耦合以及车载短波环形天线中的匹配网络实现2-10MHz粗调谐，其中70％的频点直接调谐成功，30％的频点由矢量天线调谐器进行简单细调，在10-30MHz频段上车载短波环形天线负责转化环天线阻抗形式为鞭天线阻抗形式；该系统采用耦合匹配环形天线，并使用天线调谐器进行阻抗细调谐，在整个工作频带内实现合理的阻抗特性分布，提高天线的辐射效率，使得整个频带上提供接近理想的全向辐射。

本发明的有益效果：本装置结构紧凑，具有高效率、低损耗、无盲区和抗干扰的优点，其辐射效率高于鞭天线以及同尺寸半环天线，而对于安装维护困难的半环天线，只需要较少的时间和空间即可安装，安装简单，且系统安装不需要金属地面作为反射面，无需特殊的安装设备，重量轻、物理轮廓低，有助减少天线放置，在具备全方位无盲区通信的同时，能够减少与其他高频和所有V/UHF鞭形天线的共址干扰，应用前景广阔。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明车载短波环形天线的结构示意图；

图2为本发明辐射环的拼接示意图；

图3为本发明A型天线杆与B型天线杆的结构示意图；

图4为本发明A型天线杆与B型天线杆的连接示意图；

图5为本发明辐射环与底座及撑杆的连接示意图；

图6为本发明耦合环的连接示意图；

图7为本发明撑杆的结构示意图；

图8为本发明底座的结构示意图；

图9为本发明底座的接口示意图；

图10为本发明的应用示意图；

图11为本发明磁环天线形式示意图；

图12为本发明磁环天线的等效电路示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参照图1-12，本具体实施方式采用以下技术方案：一种车载短波无盲区天线，包括车载短波环形天线1、矢量天线调谐器2和电动倒伏机构，车载短波环形天线1通过矢量天线调谐器2连接至电台，车载短波环形天线1上装配有电动倒伏机构。其中，所述的车载短波环形天线1由辐射环101、底座102、撑杆103和耦合环104四部分组成，辐射环101的直径为1.7m，周长约5.34米，方便储存和运输，耦合环104的直径为0.76m，周长约2.38米，所述底座102内含有环形天线专用网络。

所述辐射环101由第一节辐射环天线杆101-1、第二节辐射环天线杆101-2、第三节辐射环天线杆101-3和第四节辐射环天线杆101-4拼接而成，其中第一节辐射环天线杆101-1、第四节辐射环天线杆101-4均采用A型天线杆，第二节辐射环天线杆101-2、第三节辐射环天线杆101-3均采用B型天线杆，A型天线杆与B型天线杆的内部结构相同，均由非金属管支撑、中间为铜网、外围包裹有碳素纤维，使得天线杆既有良好的导电性，且质轻、强韧、可弹性弯曲；A型天线杆与B型天线杆接头形式不同，两者采用上阴下阳(上套下)的的圆螺纹连接结构，即A型天线杆的末端与B型天线杆的头端通过螺纹旋接(图4)。具体到本天线结构(图5)，第一节辐射环天线杆101-1的末端与第二节辐射环天线杆101-2的头端相连，两天线杆连接好后，第一节辐射环天线杆101-1的头端插接在底座102的连接头内；第二节辐射环天线杆101-2的末端插接在撑杆103的杆接头103-1内，所述第四节辐射环天线杆101-4的末端与第三节辐射环天线杆101-3的头端相连，两天线杆连接好后，第四节辐射环天线杆101-4的头端插接在底座102的连接头内，第三节辐射环天线杆101-3的末端插接在撑杆103的杆接头103-1内。

值得注意的是，所述的第一节辐射环天线杆101-1与第二节辐射环天线杆101-2的连接处、第四节辐射环天线杆101-4与第三节辐射环天线杆101-3的连接处均套有防水橡胶垫101-5，以保护接头，防止氧化，减小接触电阻。

所述的耦合环104由第一耦合环天线杆104-1、第二耦合环天线杆104-2与撑杆103上的上端接头103-2及下端接头103-3对接弯曲而成，下端接头103-3通过数据线与底座102连接，耦合环104结构形式和辐射环天线杆一致。

所述的撑杆103由两节玻璃钢杆103-4、鼓形弹簧103-5和杆接头103-1组成，玻璃钢杆103-4的直径为25mm，两节玻璃钢杆103-4旋接为撑杆的杆体，杆体的一端安装有杆接头103-1，杆体的另一端安装有鼓形弹簧103-5；所述的杆接头103-1采用铜合金杆接头，杆接头103-1与第二节辐射环天线杆101-2、第三节辐射环天线杆101-3的连接处通过滚花螺钉固定。

所述的底座102由外壳102-1、撑架102-2、网络模块102-3和盖板102-4组成，外壳102-1与盖板102-4组成的壳体内部安装有撑架102-2、网络模块102-3，所述撑架102-2作为整个天线的主受力件，采用马步式的撑架架构，具有较好的承载强度和稳定性，该撑架通过铝合金制件拼接而成；所述外壳102-1为非金属件，外壳102-1表面设置有耦合环接口102-5、辐射环接口102-6、数据口102-7和天调接口102-8；所述盖板102-4采用铝板，当网络模块102-3装进撑架102-2里后，接好线，再将盖板102-4盖上。

此外，所述的辐射环101、耦合环104均采用玻璃纤维作为环形天线的辐射元件，辐射、导电性能优良，可拆开直立收纳，且玻璃纤维材料相对于天线杆轻很多，大大减轻总重量，便于携带使用。

本具体实施方式采用耦合匹配环形天线，并使用天线调谐器进行阻抗细调谐，利用天线耦合以及车载短波环形天线中的匹配网络实现2-10MHz粗调谐(70％的频点直接调谐成功，30％频点需要矢量天线调谐器进行简单细调)，在10-30MHz频段上车载短波环形天线负责转化环天线阻抗形式为鞭天线阻抗形式，在整个工作频带内实现合理的阻抗特性分布，提高天线的辐射效率，使得整个频带上提供接近理想的全向辐射，为短波语音及数据通信无盲区、实现全天候中距离通信提供有效保障。车载短波环形天线在匹配网络设计中采用全高Q值ATC电容以及全真空继电器设计，提高了网络的匹配效率以及可靠性，具有体积小、重量轻、调谐时间短、调谐后匹配网络效率更高等优点。

车载短波环形天线1属磁环天线，又称为电流环天线或小环天线，是一种磁单极子天线，其近场能量中磁场强度要比电场强度大的多，由于磁力线的闭合结构使得磁环天线对架设环境不敏感，架设高度对天线性能影响小，环形天线具有电流环结构的窄带谐振特性，常见形式由两个共面的双电流环构成(图11)，其等效电路如图12，磁环天线工作在串联LC谐振状态，通过调谐电容C使天线工作在相应谐振频率上，其内部的耦合环由传输线馈电，通过等效电感变压器耦合激励外面的大环，当处于谐振状态时，由外面的大环辐射能量。

车载短波环形天线1搭配通用接口，具备适配多种矢量天线调谐器2的能力，矢量天线调谐器2为通用型器件，即可以匹配专属的全环天线，也可以对目前装备的其它类型天线进行匹配。匹配天线类型包括全环天线、多种鞭状天线(6米鞭、10米鞭)、倒L天线和双极天线，可装车使用、也可固定使用。相比于原有天线调谐器，矢量天线调谐器具有体积小、重量轻、调谐时间短、调谐后匹配网络效率更高等优点。电动倒伏机构为选配通用部件，可根据客户的需求可以灵活装备，具有体积小、重量轻、结构紧凑可靠的优点，电动倒伏机构根据标准车载电源与接口进行设计，可适配多种车载天线。

本具体实施方式采用整体结构更紧凑、匹配辐射环隐形的全环天线结构，具有高效率、低损耗、无盲区和抗干扰的优点，其辐射效率高于鞭天线以及同尺寸半环天线，相较于安装维护困难的半环天线，本天线重量轻、物理轮廓低，只需要较少的时间和空间即可安装，安装更简单，且系统安装不需要金属地面作为反射面，无需特殊的安装设备，有助减少天线放置的问题，十分适用于车载使用，同时，全环形的外形使其满足NVIS天线要求主瓣辐射在60-90°内高仰角均匀辐射，从而实现无盲区通信，且在具备全方位无盲区通信的同时，能够减少与其他高频和所有V/UHF鞭形天线的共址干扰，具有广阔的市场应用前景。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种车载短波无盲区天线，其特征在于，包括车载短波环形天线(1)、矢量天线调谐器(2)和电动倒伏机构，车载短波环形天线(1)通过矢量天线调谐器(2)连接至电台，车载短波环形天线(1)上装配有电动倒伏机构；所述的车载短波环形天线(1)由辐射环(101)、底座(102)、撑杆(103)和耦合环(104)组成，所述辐射环(101)由第一节辐射环天线杆(101-1)、第二节辐射环天线杆(101-2)、第三节辐射环天线杆(101-3)和第四节辐射环天线杆(101-4)拼接而成，所述第一节辐射环天线杆(101-1)的末端与第二节辐射环天线杆(101-2)的头端相连，第一节辐射环天线杆(101-1)的头端插接在底座(102)的连接头内，第二节辐射环天线杆(101-2)的末端插接在撑杆(103)的杆接头(103-1)内，所述第四节辐射环天线杆(101-4)的末端与第三节辐射环天线杆(101-3)的头端相连，第四节辐射环天线杆(101-4)的头端插接在底座(102)的连接头内，第三节辐射环天线杆(101-3)的末端插接在撑杆(103)的杆接头(103-1)内；所述的耦合环(104)由第一耦合环天线杆(104-1)、第二耦合环天线杆(104-2)与撑杆(103)上的上端接头(103-2)及下端接头(103-3)对接弯曲而成，下端接头(103-3)通过数据线与底座(102)连接；所述的底座(102)由外壳(102-1)、撑架(102-2)、网络模块(102-3)和盖板(102-4)组成，外壳(102-1)与盖板(102-4)组成的壳体内部安装有撑架(102-2)、网络模块(102-3)，外壳(102-1)表面设置有耦合环接口(102-5)、辐射环接口(102-6)、数据口(102-7)和天调接口(102-8)。

2.根据权利要求1所述的一种车载短波无盲区天线，其特征在于，所述的第一节辐射环天线杆(101-1)、第四节辐射环天线杆(101-4)均采用A型天线杆，第二节辐射环天线杆(101-2)、第三节辐射环天线杆(101-3)均采用B型天线杆，A型天线杆与B型天线杆的内部结构相同、均由非金属管支撑、外围包裹有碳素纤维，使得天线杆既有良好的导电性，且质轻、强韧、可弹性弯曲，A型天线杆与B型天线杆接头形式不同，两者采用上套下的的圆螺纹连接结构，即A型天线杆的末端与B型天线杆的头端通过螺纹旋接。

3.根据权利要求2所述的一种车载短波无盲区天线，其特征在于，所述的A型天线杆与B型天线杆的连接处套有保护接头、防止氧化的防水橡胶垫(101-5)。

4.根据权利要求1所述的一种车载短波无盲区天线，其特征在于，所述的辐射环(101)采用玻璃纤维辐射环，所述耦合环(104)采用玻璃纤维耦合环，辐射、导电性能优良，可拆开直立收纳，且减轻重量，便于携带。

5.根据权利要求1所述的一种车载短波无盲区天线，其特征在于，所述的撑杆(103)由两节玻璃钢杆(103-4)、鼓形弹簧(103-5)和杆接头(103-1)组成，两节玻璃钢杆(103-4)旋接为撑杆的杆体，杆体的一端安装有杆接头(103-1)，杆体的另一端安装有鼓形弹簧(103-5)。

6.根据权利要求5所述的一种车载短波无盲区天线，其特征在于，所述的玻璃钢杆(103-4)的直径为25mm，所述杆接头(103-1)采用铜合金杆接头，杆接头(103-1)与第二节辐射环天线杆(101-2)、第三节辐射环天线杆(101-3)的连接处采用滚花螺钉固定。

7.根据权利要求1所述的一种车载短波无盲区天线，其特征在于，所述的撑架(102-2)作为整个天线的主受力件，采用马步式的撑架架构，提高承载强度，撑架(102-2)通过铝合金制件拼接而成，所述的外壳(102-1)为非金属件，所述的盖板(102-4)采用铝板。

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