CN111641033B - 一种双工高功率全向赋形天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双工高功率全向赋形天线，其包括金属腔体、天线罩、PCB基板、双工器、低频辐射体和高频辐射体；双工器由双工器外壳、双工电路、SMA连接器、TNC型连接器和内置元器件组成；双工电路的高频接线端子和低频接线端子均向双工器外壳的一端外侧穿出；SMA连接器安装在高频接线端子和低频接线端子上；TNC型连接器安装于双工器外壳的另一端外侧并与双工电路锡焊焊接；内置元器件安装在位于双工器外壳内侧的双工电路上；低频辐射体与低频接线端子连接；高频辐射体与高频接线端子连接。本发明结构设计简单、合理，具有重量轻、可双工工作、全向高增益、方向图赋形和高功率容量的优点，易于车载或路基平台安装。

Description

一种双工高功率全向赋形天线
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种双工高功率全向赋形天线。
背景技术
天线是无线电通信系统中用于发射和接收无线电信号的重要装置，先进的平台往往配备有多个工作在不同频率的通信系统，在这种情况下，如果单个天线装置具备有多频段工作的能力，便可为平台节省出更多的空间资源和载荷资源。双工电路可将工作在不同频段的天线合路至一个总口输入/输出，现有的双工电路均存在功率容量偏小，设计成本偏高的症结。因此，如何实现性价比高、可大功率工作的双工器成为了设计多工天线的核心问题。
另外，在无线通信系统中，天线不同方位和俯仰面的增益量值决定着通信距离。全向天线的辐射单元一般是变形而来单极子或者对称振子天线，当系统期望得到较高的水平面增益时，需将这些辐射单元在竖直方向按照算定的距离等间距组阵，当期望得到较高的水平面增益的同时又要得到俯仰面一定角度的方向图赋形时，需将这些辐射单元在竖直方向按照算定的非等间距组阵。因此，在全向高增益要求的系统中，辐射单元如何组阵和组阵之后如何实现馈电成为了该类天线设计的关键技术。
发明内容
针对上述背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种结构设计合理、紧凑，能同时实现轻量化、可双工工作、全向高增益、方向图赋形和高功率目的的双工高功率全向赋形天线。
本发明的技术方案如下：
上述的双工高功率全向赋形天线，包括金属腔体和安装于所述金属腔体一端的天线罩；所述金属腔体与所述天线罩装配后形成一个容置空间；所述天线还包括PCB基板、双工器、低频辐射体和高频辐射体；所述PCB基板匹配安装于所述容置空间内；所述双工器匹配固定安装在所述金属腔体内部，其由双工器外壳、双工电路、SMA连接器、TNC型连接器和内置元器件组成；所述PCB基板的一端伸入所述双工器外壳内侧且印制有所述双工电路；所述双工电路的高频接线端子和低频接线端子均向所述双工器外壳的一端外侧穿出；所述SMA连接器匹配安装在向所述双工器外壳外侧穿出的所述高频接线端子和低频接线端子上；所述TNC型连接器匹配安装于所述双工器外壳的另一端外侧，其一端伸入所述双工器外壳内侧并与所述双工电路锡焊焊接；所述内置元器件匹配安装在位于所述双工器外壳内侧的所述双工电路上；所述低频辐射体固定在所述金属腔体内侧且与所述低频接线端子匹配连接；所述高频辐射体与所述低频辐射体装配连接在一起，所述高频辐射体与所述高频接线端子匹配连接。
所述双工高功率全向赋形天线，其中：所述低频辐射体由低频馈电线缆、低频对称振子阵列和低频中间渐变馈线组成；所述低频对称振子阵列和所述低频中间渐变馈线分别匹配印制在所述PCB基板的正反面；所述低频馈电线缆的一端连接所述低频接线端子，另一端连接所述低频中间渐变馈线，以实现所述低频接线端子与所述低频中间渐变馈线的馈点连接。
所述双工高功率全向赋形天线，其中：所述低频对称振子阵列采用二阵元等间距排列，以实现水平面全向高增益方向图；所述低频对称振子阵列和所述低频中间渐变馈线均采用6OZ敷铜铜厚结构；所述低频馈电线缆采用功率为300W的线缆。
所述双工高功率全向赋形天线，其中：所述高频辐射体由高频馈电线缆、高频对称振子阵列和高频中间渐变馈线组成；所述高频对称振子阵列和所述高频中间渐变馈线分别匹配印制在所述PCB基板的正反面；所述高频馈电线缆的一端连接所述高频接线端子，另一端连接所述高频中间渐变馈线，以实现所述高频接线端子与所述高频中间渐变馈线的馈点连接。
所述双工高功率全向赋形天线，其中：所述高频对称振子阵列采用四元非等间距排列，以实现水平面全向高增益和俯仰面赋形；所述高频对称振子阵列和所述高频中间渐变馈线均采用6OZ敷铜铜厚结构；所述高频馈电线缆采用功率为300W的线缆。
所述双工高功率全向赋形天线，其中：所述天线罩与所述金属腔一端端部通过环氧树脂胶固定连接。
所述双工高功率全向赋形天线，其中：所述双工器外壳为铝材质结构且由壳体和壳盖组成；所述壳体的一侧呈开口状且开口处通过紧固件匹配安装有壳盖。
有益效果：
本发明双工高功率全向赋形天线结构设计合理、紧凑，具有轻量化、双工工作、全向增益高、方向图赋形、功率容量大等优点，与以往的全向天线相比可在同一结构体内实现多频段工作，得到了高水平的远场辐射增益方向图特性；其中，双工器结构创新设计可实现了高频和低频的大功率单端口馈电；低频辐射体由等间距均匀排布对称振子阵列、中间渐变馈电线和低频馈电线缆组成，可实现低频天线的驻波要求和远场水平全向高增益辐射特性；低频馈电线缆能实现双工器的低频接线端子与低频中间渐变馈线的馈点连接；高频辐射体由非等间距排布的对称振子阵列、中间渐变馈电线和低频馈电线缆组成，可实现高频天线的驻波比要求、远场水平全向高增益辐射特性和方向图俯仰面赋形；高频馈电线缆能实现双工器的高频接线端子与高频中间渐变馈线的馈点连接；低频对称振子阵列和高频对称振子阵列采用6OZ敷铜铜厚结构设计，均保证了天线的大功率工作要求；低频馈电线缆和高频馈电线缆均为300W的大功率线缆，可保证高频天线电路的功率容量。
附图说明
图1为本发明双工高功率全向赋形天线的俯视图；
图2为本发明双工高功率全向赋形天线去掉天线罩后的仰视图；
图3为本发明双工高功率全向赋形天线去掉天线罩后的主视图；
图4为本发明双工高功率全向赋形天线的双工器、低频辐射体和高频辐射体装配后的结构示意图；
图5为本发明双工高功率全向赋形天线的双工器、低频辐射体和高频辐射体装配后的另一结构示意图；
图6为本发明双工高功率全向赋形天线的低频辐射体和高频辐射体在PCB基板正面上的位置图；
图7为本发明双工高功率全向赋形天线的低频辐射体和高频辐射体在PCB基板反面上的位置图；
图8为本发明双工高功率全向赋形天线的外观图；
图9为本发明双工高功率全向赋形天线的右视图；
图10为本发明双工高功率全向赋形天线在低频段电压驻波比实测图；
图11为本发明双工高功率全向赋形天线在高频段电压驻波比实测图。
具体实施方式
如图1至11所示，本发明双工高功率全向赋形天线，包括金属腔体1、天线罩2、PCB基板3、双工器4、低频辐射体5和高频辐射体6。
该金属腔体1为管状结构且由不锈钢材质机加制成，其一端轴向端口匹配固定安装有天线罩2，另一端轴向端口通过紧固件匹配安装有腔体底盖11。
该天线罩2由玻璃钢开模制成且与金属腔体1一端是通过环氧树脂胶固定连接；该金属腔体1与该天线罩2装配后形成有容置空间。
该PCB基板3匹配安装于该金属腔体1与该天线罩2装配后形成的容置空间内。
该双工器4通过螺钉匹配固定安装在该金属腔体1内部，其由双工器外壳41、双工电路42、SMA连接器43、TNC型连接器44和内置元器件45组成，可实现天线的单端口双频段馈电。
该双工器外壳41为铝材质结构且位于该金属腔体1的另一端内侧，其由壳体411和壳盖412组成；该壳体411一侧呈开口状且开口处通过紧固件匹配安装有壳盖412；该PCB基板3的一端伸入该双工器外壳41的壳体411内侧。
该双工电路42印制在PCB基板3伸入双工器外壳41内侧的一端，该双工电路42的高频接线端子和低频接线端子均向该双工器外壳41一端外侧穿出；该SMA连接器43匹配安装于该双工电路42向双工器外壳41外侧穿出的高频接线端子和低频接线端子上；该TNC型连接器44匹配安装于该双工器外壳41的另一端外侧，其一端伸入双工器外壳41内侧与双工电路42锡焊焊接；该内置元器件45匹配安装在位于双工器外壳41内侧的双工电路42上。
该低频辐射体5整体通过螺钉固定在金属腔体1内侧，其由低频馈电线缆51、低频对称振子阵列52和低频中间渐变馈线53组成，可实现低频天线的驻波要求和远场水平全向高增益辐射特性。其中，该低频馈电线缆51为加粗低损耗功率线缆，其一端连接于该双工电路42伸出双工器外壳41外侧的低频接线端子；该低频对称振子阵列52和低频中间渐变馈线53分别匹配印制在PCB基板3的正反面；该低频对称振子阵列52采用二阵元等间距排列实现水平面全向高增益方向图；该低频中间渐变馈线53用于实现阻抗匹配馈电且与该低频馈电线缆51的另一端匹配连接；该低频馈电线缆51用于实现双工器4的低频接线端子与低频中间渐变馈线53的馈点连接；同时，该低频对称振子阵列52和低频中间渐变馈线53均采用6OZ敷铜铜厚结构设计，该低频馈电线缆51为300W的大功率线缆，可保证低频天线电路的功率容量。
该高频辐射体6通过螺钉与低频辐射体5装配连接在一起，该高频辐射体6由高频馈电线缆61、高频对称振子阵列62和高频中间渐变馈线63组成，可实现高频天线的驻波比要求、远场水平全向高增益辐射特性和方向图俯仰面赋形。其中，该高频馈电线缆61为加粗低损耗功率线缆，其一端连接于该双工电路42伸出双工器外壳41外侧的高频接线端子；该高频对称振子阵列62和高频中间渐变馈线63分别匹配印制在PCB基板3的正反面；该高频对称振子阵列62采用四元非等间距排列实现水平面全向高增益和俯仰面赋形；该高频中间渐变馈线63用于实现阻抗匹配馈电且与该高频馈电线缆61的另一端匹配连接；该高频馈电线缆61用于实现双工器4的高频接线端子与高频中间渐变馈线63的馈点连接；同时，该高频对称振子阵列62和高频中间渐变馈线63均采用6OZ敷铜铜厚设计，该高频馈电线缆61为300W的大功率线缆，可保证高频天线电路的功率容量。
本发明的天线，经过实测，在635-680MHz范围内，如图4，天线电压驻波比小于1.7，全向增益大于3.5dBi，不圆度小于±0.9dB；在1475-1525MHz范围内，如图5，天线电压驻波比小于1.8，全向增益大于4.5dBi，俯仰面赋形角度覆盖水平面至40°仰角范围，符合全向军用天线的指标要求。表1列出了低频天线主要指标与典型频点的关系，表2列出了高频天线主要指标与典型频点的关系。
表1低频天线指标
表2高频天线指标
本发明结构设计合理、紧凑，能同时实现轻量化、可双工工作、全向高增益、方向图赋形和高功率目的。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种双工高功率全向赋形天线，包括金属腔体和天线罩；所述金属腔体的一端匹配固定安装有所述天线罩；所述金属腔体与所述天线罩装配后形成一个容置空间；其特征在于：所述天线还包括PCB基板、双工器、低频辐射体和高频辐射体；
所述PCB基板匹配安装于所述容置空间内；
所述双工器匹配固定安装在所述金属腔体内部，其由双工器外壳、双工电路、SMA连接器、TNC型连接器和内置元器件组成；所述PCB基板的一端伸入所述双工器外壳内侧且印制有所述双工电路；所述双工电路的高频接线端子和低频接线端子均向所述双工器外壳的一端外侧穿出；所述SMA连接器匹配安装在向所述双工器外壳外侧穿出的所述高频接线端子和低频接线端子上；所述TNC型连接器匹配安装于所述双工器外壳的另一端外侧，其一端伸入所述双工器外壳内侧并与所述双工电路锡焊焊接；所述内置元器件匹配安装在位于所述双工器外壳内侧的所述双工电路上；
所述低频辐射体固定在所述金属腔体内侧且与所述低频接线端子匹配连接；所述高频辐射体与所述低频辐射体装配连接在一起，所述高频辐射体与所述高频接线端子匹配连接。
2.如权利要求1所述的双工高功率全向赋形天线，其特征在于：所述低频辐射体由低频馈电线缆、低频对称振子阵列和低频中间渐变馈线组成；所述低频对称振子阵列和所述低频中间渐变馈线分别匹配印制在所述PCB基板的正反面；所述低频馈电线缆的一端连接所述低频接线端子，另一端连接所述低频中间渐变馈线，以实现所述低频接线端子与所述低频中间渐变馈线的馈点连接。
3.如权利要求2所述的双工高功率全向赋形天线，其特征在于：所述低频对称振子阵列采用二阵元等间距排列，以实现水平面全向高增益方向图；所述低频对称振子阵列和所述低频中间渐变馈线均采用6OZ敷铜铜厚结构；所述低频馈电线缆采用功率为300W的线缆。
4.如权利要求1所述的双工高功率全向赋形天线，其特征在于：所述高频辐射体由高频馈电线缆、高频对称振子阵列和高频中间渐变馈线组成；所述高频对称振子阵列和所述高频中间渐变馈线分别匹配印制在所述PCB基板的正反面；所述高频馈电线缆的一端连接所述高频接线端子，另一端连接所述高频中间渐变馈线，以实现所述高频接线端子与所述高频中间渐变馈线的馈点连接。
5.如权利要求4所述的双工高功率全向赋形天线，其特征在于：所述高频对称振子阵列采用四元非等间距排列，以实现水平面全向高增益和俯仰面赋形；所述高频对称振子阵列和所述高频中间渐变馈线均采用6OZ敷铜铜厚结构；所述高频馈电线缆采用功率为300W的线缆。
6.如权利要求1所述的双工高功率全向赋形天线，其特征在于：所述天线罩与所述金属腔一端通过环氧树脂胶固定连接。
7.如权利要求1所述的双工高功率全向赋形天线，其特征在于：所述双工器外壳为铝材质结构且由壳体和壳盖组成；所述壳体的一侧呈开口状且开口处通过紧固件匹配安装有壳盖。
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