CN111755796A - 基于金属材质公路设施的短波天线装置及实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于金属材质公路设施的短波天线装置及实现方法，该短波天线装置包括短波天线单元，短波天线单元包括金属天线辐射体、馈电单元和固定单元，金属天线辐射体由金属材质的公路设施构成，金属天线辐射体用于实现短波信号的接收与发送，馈电单元与金属天线辐射体连接，馈电单元用于对金属天线辐射体进行馈电，金属天线辐射体和馈电单元均设置在固定单元上，固定单元用于将金属天线辐射体固定设置在地面上。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中短波天线隐蔽性差、部署用时长且成本高的技术问题。

Description

基于金属材质公路设施的短波天线装置及实现方法

技术领域

本发明涉及短波天线技术领域，尤其涉及一种基于金属材质公路设施的短波天线装置及实现方法。

背景技术

目前，短波(波长10米至100米)已广泛用于军事、工业以及民用等领域。短波在应急通信领域有举足轻重的应用价值，具有通信距离远的优点；短波在海洋表面传播时衰减较小，还被用来进行海上低空警戒、监视等应用。由于工作波长较大，短波天线的物理尺寸一般较大，目标明显易遭破坏，且难以快速及时布置和建设，部署成本较高。

此外，由多个短波天线构成的短波阵列天线具有高增益、电扫描技术特点，可以有效地提高通信或探测系统的作用距离和作用范围，被越来越多的应用。然而，短波阵列天线单元间的距离一般较大，因此大型短波天线阵列的占地面积更大，部署更加不方便。

发明内容

本发明提供了一种基于金属材质公路设施的短波天线装置及实现方法，能够解决现有技术中短波天线隐蔽性差、占地面积大、部署用时长且成本高的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种基于金属材质公路设施的短波天线，短波天线装置包括短波天线单元，短波天线单元包括：金属天线辐射体，金属天线辐射体由金属材质的公路设施构成，金属天线辐射体用于实现短波信号的接收与发送；馈电单元，馈电单元与金属天线辐射体连接，馈电单元用于对金属天线辐射体进行馈电；固定单元，金属天线辐射体和馈电单元均设置在固定单元上，固定单元用于将金属天线辐射体固定设置在地面上。

进一步地，金属天线辐射体的长度L与金属天线辐射体的波长λ之间的关系为L≥0.1λ。

进一步地，金属天线辐射体包括金属路灯杆。

进一步地，金属天线辐射体包括第一金属路灯杆段和第二金属路灯杆段，第一金属路灯杆段与第二金属路灯杆段呈夹角设置，第一金属路灯杆段的长度L1与第二金属路灯杆段的长度L2的总和与金属天线辐射体的波长λ之间的关系为L1+L2≥0.1λ。

进一步地，短波天线单元还包括阻抗匹配单元，阻抗匹配单元与馈电单元连接，阻抗匹配单元用于提高金属天线辐射体的宽带阻抗匹配特性。

进一步地，阻抗匹配单元包括阻抗匹配网络和馈电巴伦，阻抗匹配网络和馈电巴伦连接，阻抗匹配网络用于实现天线的调谐，馈电巴伦用于实现天线的阻抗匹配。

进一步地，阻抗匹配网络包括至少一个电容和至少一个电感，至少一个电容并联连接，至少一个电感串联连接，至少一个并联连接的电容与至少一个串联连接的电感相连接，馈电巴伦包括高频变压器，馈电巴伦用于实现阻抗匹配网络输出阻抗的阻抗变换以及平衡不平衡变换。

进一步地，短波天线装置包括多个均匀间隔设置的短波天线单元，多个短波天线单元所构成的结构形状包括直线、方形或圆形。

进一步地，多个短波天线单元中的任意两个相邻的短波天线单元之间的间距D与金属天线辐射体的波长λ以及最大扫描角θ之间的关系为D＜λ/(1+sin(θ))。

根据本发明的又一方面，提供了一种基于金属材质公路设施的短波天线装置的实现方法，实现方法包括：从金属材质的公路设施中选取多个均匀间隔设置的公路设施作为金属天线辐射体，任意一个金属天线辐射体的长度L与金属天线辐射体的波长λ之间的关系为L≥0.1λ，多个短波天线单元中的任意两个相邻的短波天线单元之间的间距D与金属天线辐射体的波长λ以及最大扫描角θ之间的关系为D＜λ/(1+sin(θ))；将多个馈电单元的一端与多个金属天线辐射体一一对应连接，将多个馈电单元的另一端与多个阻抗匹配单元一一对应连接，通过金属天线辐射体完成短波信号的接收与发送。

应用本发明的技术方案，提供了一种基于金属材质公路设施的短波天线装置，该短波天线装置利用我国现有的公路设施资源，在完全不影响其正常功能及使用的前提下，将金属材质的公路设施作为金属天线辐射体，通过馈电单元向金属天线辐射体进行馈电，通过金属天线辐射体实现短波信号的接收与发送，此种方式能够实现金属天线辐射体的辐射功能，使用现有的公路设施资源能够减少天线装置的占地面积，达到强隐蔽性以及快速部署实现的效果。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的基于金属材质公路设施的短波天线的结构示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的基于金属材质公路设施的短波天线装置的结构示意图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的阻抗匹配单元的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、金属天线辐射体；11、第一金属路灯杆段；12、第二金属路灯杆段；20、馈电单元；30、固定单元；40、阻抗匹配单元；41、阻抗匹配网络；42、馈电巴伦；100、短波天线单元；200、地面。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1所示，根据本发明的具体实施例提供了一种基于金属材质公路设施的短波天线装置，该短波天线装置包括短波天线单元100，短波天线单元100包括金属天线辐射体10、馈电单元20和固定单元30，金属天线辐射体10由金属材质的公路设施构成，金属天线辐射体10用于实现短波信号的接收与发送，馈电单元20与金属天线辐射体10连接，馈电单元20用于对金属天线辐射体10进行馈电，金属天线辐射体10和馈电单元20均设置在固定单元30上，固定单元30用于将金属天线辐射体10固定设置在地面上。

应用此种配置方式，提供了一种基于金属材质公路设施的短波天线装置，该短波天线装置利用我国现有的公路设施资源，在完全不影响其正常功能及使用的前提下，将金属材质的公路设施作为金属天线辐射体，通过馈电单元向金属天线辐射体进行馈电，通过金属天线辐射体实现短波信号的接收与发送，此种方式能够实现金属天线辐射体的辐射功能，使用现有的公路设施资源能够减少天线装置的占地面积，达到强隐蔽性以及快速部署实现的效果。

此外，本发明所说的金属材质的公路设施是指从公路设施中选取部分金属材质设施段作为金属天线辐射体，而并非是指公路设施整体均是由金属材质构成的。在具体应用中，公路设施既可以包括金属材质段，也可包括非金属材质段，本发明所说的金属材质的公路设施特指从公路设施中选取部分金属材质设施段作为金属天线辐射体。

在本发明中，为了保证天线工作在短波某一频段，可将金属天线辐射体10的L与金属天线辐射体10的波长λ之间的关系配置为L≥0.1λ。

具体地，在本发明中，金属天线辐射体10包括金属路灯杆。如图1所示，短波天线单元100采用垂直单极子天线形式，并通过阻抗匹配等实现良好的工作特效。金属天线辐射体10包括第一金属路灯杆段11和第二金属路灯杆段12，第一金属路灯杆段11与第二金属路灯杆段12呈夹角设置，第一金属路灯杆段11的长度L1与第二金属路灯杆段12的长度L2的总和与金属天线辐射体10的波长之间的关系为L1+L2≥0.1λ。馈电单元20包括射频连接器或射频电缆，如果采用射频连接器作为馈电单元20，射频连接器可采用SMA型、N型等任何形式。

进一步地，在本发明中，为了提高金属天线辐射体的宽带阻抗匹配特性，可将短波天线单元100配置为还包括阻抗匹配单元40，阻抗匹配单元40与馈电单元20连接，阻抗匹配单元40用于提高金属天线辐射体10的宽带阻抗匹配特性。具体地，在本发明中，阻抗匹配单元40包括阻抗匹配网络41和馈电巴伦42，阻抗匹配网络41和馈电巴伦42连接，阻抗匹配网络41用于实现天线的调谐，馈电巴伦42用于实现天线的阻抗匹配。

此外，在本发明中，为了实现天线的调谐，可将阻抗匹配网络41配置为包括至少一个电容和至少一个电感，至少一个电容并联连接，至少一个电感串联连接，至少一个并联连接的电容与至少一个串联连接的电感相连接。作为本发明的一个具体实施例，如图3所示，阻抗匹配网络41包括两个电容和一个电感，两个电容并联连接，并联连接后的电容与电感串联连接，通过电容与电感共同作用以实现天线的调谐。作为本发明的其他实施例，阻抗匹配网络61中电容和电感的数量不作限制，可根据实际需要进行选择。

进一步地，在本发明中，为了实现短波天线单元100的阻抗变换以及更好的阻抗匹配，可将馈电巴伦42配置为包括高频变压器，馈电巴伦42用于实现阻抗匹配网络41输出阻抗的阻抗变换以及平衡不平衡变换。

进一步地，在本发明中，为了提高短波天线装置的扫描性能，可将短波天线装置配置为包括多个均匀间隔设置的短波天线单元100，多个短波天线单元100所构成的结构形状包括直线、方形或圆形。

应用此种配置方式，该短波天线装置通过在水平面内按照一定间距和形状均匀间隔设置多个短波天线单元，通过控制每个短波天线单元的相位关系实现波束在水平面一定范围内的扫描。此外，该短波天线装置利用我国现有的公路设施资源，在完全不影响其正常功能及使用的前提下，将金属材质的公路设施作为金属天线辐射体，通过馈电单元向金属天线辐射体进行馈电，通过金属天线辐射体实现短波信号的接收与发送，此种方式能够实现短波天线装置的辐射功能，达到强隐蔽性以及快速部署实现的效果。本发明所提供的短波天线装置与现有技术相比，具有以下优点。

第一，本发明的短波天线装置具有高隐蔽性。本发明天线装置与路灯杆等公路设施融为一体，具有极高的隐蔽性，避免在战时成为首要的攻击目标，生存概率大大提升。

第二，本发明的短波天线装置成本低、建设简单且能够快速部署。本发明的天线装置充分利用现有公路设施，成本极低，建设简单，对现有公路设施进行改造或少部分替换，也可以在新建设施时预先考虑。

第三，本发明的短波天线装置设计灵活，天线性能高。公路设施等一般具有几公里至几百公里长度可用，可灵活设计天线阵列的规模，天线增益与作用范围高。

第四，本发明的短波天线装置能够节省空间。本发明的短波天线借用公路设施资源，不需额外占用土地空间，大大节省土地资源。

第五，本发明的短波天线装置资源丰富、分布广。由于可改造或新建的公路设施数量多，且分布广泛，有利于天线的建造和部署。

进一步地，在本发明中，为了保证天线扫描性能，防止天线装置扫描范围过小或者出现栅瓣，可将多个短波天线单元中的任意两个相邻的短波天线单元之间的间距D与金属天线辐射体10的波长以及最大扫描角之间的关系配置为D＜λ/(1+sin(θ))。

根据本发明的又一方面，提供了一种基于金属材质公路设施的短波天线装置的实现方法，该实现方法包括：从金属材质的公路设施中选取多个均匀间隔设置的公路设施作为金属天线辐射体10，任意一个金属天线辐射体10的长度L与金属天线辐射体10的波长λ之间的关系为L≥0.1λ，多个短波天线单元中的任意两个相邻的短波天线单元之间的间距D与金属天线辐射体10的波长λ以及最大扫描角θ之间的关系为D＜λ/(1+sin(θ))；将多个馈电单元20的一端与多个金属天线辐射体10一一对应连接，将多个馈电单元20的另一端与多个阻抗匹配单元40一一对应连接，通过金属天线辐射体10完成短波信号的接收与发送。

应用此种配置方式，提供了一种基于金属材质公路设施的短波天线装置的实现方法，通过应用该短波天线装置的实现方法能够得到一种基于金属材质公路设施的短波天线装置，该短波天线装置通过在水平面内按照一定间距和形状均匀间隔设置多个短波天线单元，通过控制每个短波天线单元的相位关系实现波束在水平面一定范围内的扫描。此外，该短波天线装置利用我国现有的公路设施资源，在完全不影响其正常功能及使用的前提下，将金属材质的公路设施作为金属天线辐射体，通过馈电单元向金属天线辐射体进行馈电，通过金属天线辐射体实现短波信号的接收与发送，此种方式能够实现短波天线装置的辐射功能，达到强隐蔽性以及快速部署实现的效果。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图3对本发明的基于金属材质公路设施的短波天线装置进行详细说明。

如图1至图3所示，根据本发明的具体实施例提供了一种基于金属材质公路设施的短波天线装置，该短波天线装置多个均匀间隔设置的短波天线单元100，该短波天线单元100包括金属天线辐射体10、馈电单元20和固定单元30，金属天线辐射体10由金属材质的公路设施构成，金属天线辐射体10用于实现短波信号的接收与发送，馈电单元20与金属天线辐射体10连接，馈电单元20用于对金属天线辐射体10进行馈电，馈电单元20采用射频连接器，射频连接器可采用SMA型、N型等任何形式，也可直接采用射频电缆。金属天线辐射体10和馈电单元20均设置在固定单元30上，固定单元30用于将金属天线辐射体10固定设置在地面200上。

图1示出了由公路侧路灯杆构成的短波天线装置，路灯杆总长度为L1+L2，该短波天线单元为单极子天线形式，短波天线单元100的工作波长为λ，短波天线单元100的工作波长λ与路灯杆的长度之间的关系为L1+L2≈0.25λ。路灯杆底部安装于绝缘固定单元30，目的是实现与大地的隔离绝缘以及固定。绝缘固定单元30可以为混凝土块等物体。

在馈电位置处采用阻抗匹配单元40提高天线的宽带阻抗匹配特性。阻抗匹配单元40与馈电单元20连接，阻抗匹配单元40用于提高金属天线辐射体的宽带阻抗匹配特性。具体地，在本发明中，阻抗匹配单元40包括阻抗匹配网络41和馈电巴伦42，阻抗匹配网络41和馈电巴伦42连接，阻抗匹配网络41用于实现天线的调谐，馈电巴伦42用于实现天线的阻抗匹配。

图2所示为单条高速公路上利用路灯杆构成短波天线装置的结构示意图。短波天线装置为一维水平阵列，根据天线设计原理，为了保证天线的扫描性能，短波天线单元100之间的间距D一般为0.2λ至0.7λ，其中，λ为天线工作波长。通过对每个短波天线单元100的相位控制，能够实现水平面最大2θ角域范围内的波束扫描。多个短波天线单元100中任意两个相邻短波天线单元100之间的间距D与最大扫描角θ需满足D＜λ/(1+sin(θ))，该短波天线装置是通过对原有的部分路灯杆按照D为间隔进行更换实现的。

作为本发明的其他实施例，也可利用多条公路，对多条公路上的路灯杆进行改进，从而构成圆形阵列、方形阵列等其他形式的短波天线装置，其原理与直线型的短波天线装置相同，本发明不再详细描述。

综上所述，本发明提供了一种短波天线装置，该短波天线装置通过在水平面内按照一定间距和形状均匀间隔设置多个短波天线单元，通过控制每个短波天线单元的相位关系实现波束在水平面一定范围内的扫描。此外，该短波天线装置利用我国现有的公路设施资源，在完全不影响其正常功能及使用的前提下，将金属材质的公路设施作为金属天线辐射体，通过馈电单元向金属天线辐射体进行馈电，通过金属天线辐射体实现短波信号的接收与发送，此种方式能够实现短波天线装置的辐射功能，达到强隐蔽性以及快速部署实现的效果。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于金属材质公路设施的短波天线装置，其特征在于，所述短波天线装置包括短波天线单元，所述短波天线单元包括：

金属天线辐射体(10)，所述金属天线辐射体(10)由金属材质的公路设施构成，所述金属天线辐射体(10)用于实现短波信号的接收与发送；

馈电单元(20)，所述馈电单元(20)与所述金属天线辐射体(10)连接，所述馈电单元(20)用于对所述金属天线辐射体(10)进行馈电；

固定单元(30)，所述金属天线辐射体(10)和所述馈电单元(20)均设置在所述固定单元(30)上，所述固定单元(30)用于将所述金属天线辐射体(10)固定设置在地面上。

2.根据权利要求1所述的基于金属材质公路设施的短波天线装置，其特征在于，所述金属天线辐射体(10)的长度L与所述金属天线辐射体(10)的波长λ之间的关系为L≥0.1λ。

3.根据权利要求2所述的基于金属材质公路设施的短波天线装置，其特征在于，所述金属天线辐射体(10)包括金属路灯杆。

4.根据权利要求3所述的基于金属材质公路设施的短波天线装置，其特征在于，所述金属天线辐射体(10)包括第一金属路灯杆段(11)和第二金属路灯杆段(12)，所述第一金属路灯杆段(11)与所述第二金属路灯杆段(12)呈夹角设置，所述第一金属路灯杆段(11)的长度L1与所述第二金属路灯杆段(12)的长度L2的总和与所述金属天线辐射体(10)的波长λ之间的关系为L1+L2≥0.1λ。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于金属材质公路设施的短波天线装置，其特征在于，所述短波天线单元还包括阻抗匹配单元(40)，所述阻抗匹配单元(40)与所述馈电单元(20)连接，所述阻抗匹配单元(40)用于提高所述金属天线辐射体(10)的宽带阻抗匹配特性。

6.根据权利要求5的基于金属材质公路设施的短波天线装置，其特征在于，所述阻抗匹配单元(40)包括阻抗匹配网络(41)和馈电巴伦(42)，所述阻抗匹配网络(41)和所述馈电巴伦(42)连接，所述阻抗匹配网络(41)用于实现天线的调谐，所述馈电巴伦(42)用于实现天线的阻抗匹配。

7.根据权利要求6所述的基于金属材质公路设施的短波天线装置，其特征在于，所述阻抗匹配网络(41)包括至少一个电容和至少一个电感，至少一个所述电容并联连接，至少一个所述电感串联连接，至少一个并联连接的所述电容与至少一个串联连接的所述电感相连接，所述馈电巴伦(42)包括高频变压器，所述馈电巴伦(42)用于实现所述阻抗匹配网络(41)输出阻抗的阻抗变换以及平衡不平衡变换。

8.根据权利要求6所述的基于金属材质公路设施的短波天线装置，其特征在于，所述短波天线装置包括多个均匀间隔设置的所述短波天线单元，多个所述短波天线单元所构成的结构形状包括直线、方形或圆形。

9.根据权利要求8所述的基于金属材质公路设施的短波天线装置，其特征在于，多个所述短波天线单元中的任意两个相邻的所述短波天线单元之间的间距D与所述金属天线辐射体(10)的波长λ以及最大扫描角θ之间的关系为D＜λ/(1+sin(θ))。

10.一种基于金属材质公路设施的短波天线装置的实现方法，其特征在于，所述实现方法包括：

从金属材质的公路设施中选取多个均匀间隔设置的公路设施作为金属天线辐射体(10)，任意一个所述金属天线辐射体(10)的长度L与所述金属天线辐射体(10)的波长λ之间的关系为L≥0.1λ，多个所述短波天线单元中的任意两个相邻的所述短波天线单元之间的间距D与所述金属天线辐射体(10)的波长λ以及最大扫描角θ之间的关系为D＜λ/(1+sin(θ))；

将多个馈电单元(20)的一端与多个所述金属天线辐射体(10)一一对应连接，将多个馈电单元(20)的另一端与多个阻抗匹配单元(40)一一对应连接，通过所述金属天线辐射体(10)完成短波信号的接收与发送。

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