CN111641031A - 一种具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，其包括天线罩、金属底板、带线功分网络组件、介质支柱、天线辐射体、天线连接器和避雷针；带线功分网络组件安装于金属底板的顶面；介质支柱安装于带线功分网络组件的顶面；天线辐射体成螺旋状缠绕于介质支柱的圆周面上；天线辐射体的底部与带线功分网络组件焊接，天线辐射体的顶部固定在介质支柱的顶部；天线连接器安装于金属底板的底面，其内芯与带线功分网络组件焊接；避雷针的一端穿过介质支柱的轴心与金属底板匹配连接，避雷针的另一端穿过天线罩并向天线罩外侧伸出。本发明能同时实现防雷电、大功率容量、宽波束、圆极化的辐射特性，适用于机场地面站的飞机通信。

Description

一种具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，涉及一种具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线。
背景技术
圆极化天线(CP)尤其是在低频的时候，具有法拉第效应小，链路可靠性高，对多径失真的抗扰性更好，与任意线极化天线通信的效率特别高的优点。对于安装在机场地面站用于飞机通信的天线系统，由于飞机可以从任何方向朝天线飞行，因此宽波束的圆极化天线应用尤其广泛。对于远程通信，要求天线能够进行大功率传输，并且要安装在较高的位置。然而，大功率天线需要特殊的带状线来设计馈电网络，而安装在高处的天线又容易受到雷击。为了防雷，需要在天线上安装避雷设备，传统的天线形式天线性能受避雷针的影响很大，很难实现宽波束特性。
发明内容
针对上述背景技术中存在的问题，本发明提出了一种结构设计简单、合理，能同时实现防雷电、大功率容量、宽波束、圆极化的辐射特性，适用于机场地面站的飞机通信的具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线。
本发明的技术方案如下：
上述的具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，包括天线罩及匹配安装于所述天线罩一端的金属底板；所述天线还包括带线功分网络组件、介质支柱、天线辐射体、天线连接器和避雷针；所述带线功分网络组件匹配安装于所述金属底板的顶面；所述介质支柱匹配安装于所述带线功分网络组件的顶面；所述天线辐射体采用螺旋线，其成螺旋状缠绕于所述介质支柱的圆周面上；所述天线辐射体的底部与所述带线功分网络组件焊接，所述天线辐射体的顶部固定在所述介质支柱的顶部；所述天线连接器匹配安装于所述金属底板的底面，其内芯与所述带线功分网络组件焊接；所述避雷针的一端穿过所述介质支柱的轴心与所述金属底板匹配连接，所述避雷针的另一端穿过所述天线罩并向所述天线罩外侧伸出。
所述具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，其中：所述带线功分网络组件包括下金属压板、下介质基板、功分馈电网络、上介质基板和上金属压板；所述下金属压板匹配叠加固定于所述金属底板的顶面；所述下介质基板匹配叠加固定于所述下金属压板的顶面；所述功分馈电网络内嵌于所述下介质基板的顶面；所述功分馈电网络具有馈电网络输入端口和馈电网络输出端口；所述上介质基板匹配叠加固定于所述下介质基板的顶面并将所述功分馈电网络完全覆盖；所述上金属压板匹配叠加固定于所述上介质基板的顶面。
所述具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，其中：所述天线连接器的内芯与所述馈电网络输入端口焊接在一起。
所述具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，其中：所述介质支柱匹配安装于所述上金属压板的顶面中部，其圆周面按照螺旋线缠绕轨迹开设有导线槽；所述天线辐射体采用螺旋线且匹配嵌设于所述导线槽内，所述天线辐射体的底部与所述功馈电网络输出端口焊接。
所述具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，其中：所述螺旋线采用直径2mm的紫铜线缠绕而成，螺旋线为0.9圈，高度为106mm时确保天线获得良好的宽波束圆极化性能；增加底部0.25圈螺旋线直径增加到6mm进行阻抗匹配，确保整个天线阻抗匹配以及螺旋天线的辐射效率。
所述具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，其中：所述功分馈电网络采用0.5mm厚的铜带。
所述具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，其中：所述馈电网络输出端口的阻抗为80Ω。
有益效果：
本发明具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线结构设计简单、合理，具有易于安装，能同时实现防雷电、大功率容量、宽波束、圆极化的辐射特性，适用于机场地面站的飞机通信；其中，在天线中心安装有避雷针的结构下，优化螺旋线的匝数和高度，能确保天线实现良好的宽波束圆极化特性；在介质支柱上开设导线槽，使天线辐射体即螺旋线无法上下滑动，保证了天线性能的稳定性；螺旋线的底部增加0.25圈匹配枝节，改善了天线的阻抗特性，提高了螺旋线的辐射效率；功分馈电网络采用厚铜带，确保了天线大功率的需求，馈电网络输出端口阻抗设计为80Ω，确保与螺旋线输入阻抗相匹配，保证了天线的带宽要求；螺旋线的底部0.25圈螺旋线直径增加到6mm进行阻抗匹配，确保整个天线阻抗匹配以及螺旋天线的辐射效率；以上设计使得本发明与以往的宽波束天线相比，在满足天线驻波带宽及圆极化增益特性前提下，同时兼顾了天线的大功率、宽波束特性以及防雷功能。
附图说明
图1为本发明具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线的结构示意图；
图2为本发明具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线的图1中A区域的放大图；
图3为本发明具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线的功分馈电网络的结构示意图；
图4为本发明具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线的带内电压驻波比实测图。
图5为本发明具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线的中心点增益实测图。
具体实施方式
如图1至5所示，本发明具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，包括天线罩1、金属底板2、带线功分网络组件3、介质支柱4、天线辐射体5、天线连接器6和避雷针7。
该天线罩1的底部成开口状，顶部封闭，内部具有容置空间。
该金属底板2匹配安装于该天线罩1的底部开口处且中部开设有避雷针安装孔21。
该带线功分网络组件3匹配安装于该金属底板2的顶面，其包括下金属压板31、下介质基板32、功分馈电网络33、上介质基板34和上金属压板35；该下金属压板31匹配叠加固定于该金属底板2的顶面；该下介质基板32匹配叠加固定于该下金属压板31的顶面。该功分馈电网络33内嵌于该下介质基板32的顶面；该功分馈电网络33采用0.5mm厚的铜带通过机械加工的方法制造，保证天线大功率的需求，保证天线带宽要求；该功分馈电网络33具有馈电网络输入端口331和馈电网络输出端口332；该功分馈电网络33的馈电网络输出端口332阻抗设计为80Ω，确保与天线辐射体5的输入阻抗相匹配。该上介质基板34匹配叠加固定于该下介质基板32的顶面并将功分馈电网络33完全覆盖；该上金属压板35匹配叠加固定于该上介质基板34的顶面；其中，该下金属压板31、下介质基板32、上介质基板34和上金属压板35的两端相互叠加后通过紧固件36匹配叠加固定于该金属底板2的顶面。
该介质支柱4匹配安装于该带线功分网络组件3的上金属压板35顶面中部；其中，该介质支柱4采用增强尼龙材料通过3D打印工艺加工而成，圆周面按照螺旋线缠绕轨迹开设有导线槽41，确保天线辐射体5不会在介质支柱4表面滑动。
该天线辐射体5采用螺旋线，其匹配嵌设于该介质支柱4的导线槽41并通过导线槽41成螺旋状缠绕于该介质支柱4的圆周面上；该螺旋线采用直径2mm的紫铜线缠绕而成，螺旋线缠绕匝数为0.9圈，绕介质支柱4缠绕垂直高度为106mm时确保天线获得良好的宽波束圆极化性能；螺旋线的底部与该带线功分网络组件3的功分馈电网络33的功馈电网络输出端口332焊接，螺旋线的顶部固定在介质支柱4的顶部边缘；螺旋线的底部缠绕75mm长度的铜线，使螺旋线的底部直径增加到6mm进行阻抗匹配，确保整个天线阻抗匹配以及螺旋天线的辐射效率。
该天线连接器6匹配安装于该金属底板2的底面，其内芯与功分馈电网络33的馈电网络输入端口331焊接在一起。
该避雷针7的一端穿过介质支柱4的轴心与金属底板2中部的安装孔21通过螺纹匹配连接，该避雷针42的另一端穿过天线罩1的顶端并向天线罩1外侧伸出，保证天线具有雷电防护功能。该避雷针7采用20mm直径的铝材加工而成。
本发明的天线在微波暗室进行实际测试，在整个L频段工作频带1410MHz-1460MHz范围内，天线电压驻波比小于2，法向增益增益大于4.9dBi，±60°增益大于0.9dB；测试结果符合地面站天线的指标要求，表1列出了主要指标与典型频点的关系。
表1 主要指标统计
Figure BDA0002534651690000061
本发明结构设计简单、合理，能同时实现防雷电、大功率容量、宽波束、圆极化的辐射特性，适用于机场地面站的飞机通信。

Claims (7)

1.一种具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，包括天线罩及匹配安装于所述天线罩一端的金属底板；其特征在于：所述天线还包括带线功分网络组件、介质支柱、天线辐射体、天线连接器和避雷针；
所述带线功分网络组件匹配安装于所述金属底板的顶面；
所述介质支柱匹配安装于所述带线功分网络组件的顶面；
所述天线辐射体采用螺旋线，其成螺旋状缠绕于所述介质支柱的圆周面上；所述天线辐射体的底部与所述带线功分网络组件焊接，所述天线辐射体的顶部固定在所述介质支柱的顶部；
所述天线连接器匹配安装于所述金属底板的底面，其内芯与所述带线功分网络组件焊接；
所述避雷针的一端穿过所述介质支柱的轴心与所述金属底板匹配连接，所述避雷针的另一端穿过所述天线罩并向所述天线罩外侧伸出。
2.如权利要求1所述的具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，其特征在于：所述带线功分网络组件包括下金属压板、下介质基板、功分馈电网络、上介质基板和上金属压板；
所述下金属压板匹配叠加固定于所述金属底板的顶面；
所述下介质基板匹配叠加固定于所述下金属压板的顶面；
所述功分馈电网络内嵌于所述下介质基板的顶面；所述功分馈电网络具有馈电网络输入端口和馈电网络输出端口；
所述上介质基板匹配叠加固定于所述下介质基板的顶面并将所述功分馈电网络完全覆盖；
所述上金属压板匹配叠加固定于所述上介质基板的顶面。
3.如权利要求2所述的具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，其特征在于：所述天线连接器的内芯与所述馈电网络输入端口焊接在一起。
4.如权利要求2所述的具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，其特征在于：所述介质支柱匹配安装于所述上金属压板的顶面中部，其圆周面按照螺旋线缠绕轨迹开设有导线槽；
所述天线辐射体采用螺旋线且匹配嵌设于所述导线槽内，所述天线辐射体的底部与所述功馈电网络输出端口焊接。
5.如权利要求4所述的具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，其特征在于：所述螺旋线采用直径2mm的紫铜线缠绕而成；所述螺旋线缠绕匝数为0.9圈，绕所述介质支柱的缠绕垂直高度为106mm时，所述天线具备宽波束圆极化性能；所述螺旋线的底部缠绕75mm长度的铜线，使所述螺旋线的底部直径增加到6mm进行阻抗匹配。
6.如权利要求2所述的具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，其特征在于：所述功分馈电网络采用0.5mm厚的铜带。
7.如权利要求2所述的具有防雷功能的高功率宽波束圆极化天线，其特征在于：所述馈电网络输出端口的阻抗为80Ω。
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