CN111987429A - 一种超宽带全向辐射充气式天线 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超宽带全向辐射充气式天线,属于舰载通信系统领域,包括:上导体辐射结构、上下导体加固装置及下导体馈电装置;上导体辐射结构为圆锥结构;下导体馈电装置为圆柱与半球的结合形;上下导体加固装置在上导体辐射结构与下导体馈电装置的外层,为双向套筒结构将上导体辐射结构与下导体馈电装置套接,并与上导体辐射结构和下导体馈电装置相连接,使上导体辐射结构与下导体馈电装置成为一个整体。本发明具有超宽带特性,频带范围为190MHz‑440MHz,方向附图具有全向特性,带内增益大于2.4dB,最大可达3.4dB,天线可升至30米以上高空稳定工作。
Description
技术领域
本发明属于舰载通信系统领域,更具体地,涉及一种底部馈电的超宽带全向辐射的充气式天线。
背景技术
由于在实际运用中,接收天线(发射天线)需要工作在较宽的频带内去接收信号(发射信号),且要求方向附图需要在频带范围内波动较小,在当代纷扰的电磁环境中有一定的稳定性,通信距离要足够远(噪声系数要小),链路质量要足够高,接收(发射)电平足够大。但一般的天线频带较窄,且在频率较低时方向附图,反射系数等受到地面的影响,且近地电磁环境复杂,通信距离受地球曲率等的影响,造成信号失真,丢失,噪声系数过大,效率过低,在军,民等运用上这一缺点还需要改进。实现一种具有超宽带特性,离地具有一定高度以抗地面干扰及提高链路质量的天线。
参考官伯然,吴静文等人2016年在微波学报期刊上发表的文章“一种低轮廓大功率超高频宽带天线”提出了一种超宽带,紧凑全向天线,虽然天线增益达到6.23dBi,频带范围800-1500MHz,但仍未解决近地面链路质量影响的通信距离问题,在远距离传输时为使用者造成不便。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提出了一种超宽带全向辐射充气式天线,由此解决近地面链路质量影响的通信距离的技术问题。
为实现上述目的,本发明提供了一种超宽带全向辐射充气式天线,包括:上导体辐射结构、上下导体加固装置及下导体馈电装置;
所述上导体辐射结构为圆锥结构;所述下导体馈电装置为圆柱与半球的结合形;
所述上下导体加固装置在所述上导体辐射结构与所述下导体馈电装置的外层,为双向套筒结构将所述上导体辐射结构与所述下导体馈电装置套接,并与所述上导体辐射结构和所述下导体馈电装置相连接,使所述上导体辐射结构与所述下导体馈电装置成为一个整体。
优选地,所述上下导体加固装置包括:上套筒结构、辅助一体化结构、下套筒结构、加固通柱结构、第一铆钉孔、第二铆钉孔及中套筒结构;
其中,所述上下导体加固装置的与上套筒结构固定的辅助一体化结构置于所述上导体辐射结构的内部,所述上下导体加固装置的上套筒结构置于所述上导体辐射结构外部,以利用所述上下导体加固装置的上套筒结构、所述上下导体加固装置的置于所述上导体辐射结构内部的与上套筒结构固定的辅助一体化结构将所述上导体辐射结构夹在中间并通过所述上下导体加固装置的与所述上导体辐射结构连接的第一铆钉孔加载铆钉相固定;
通过中套筒结构过渡到所述上下导体加固装置的下套筒结构,并沿中心线放置若干组上下导体加固装置的上套筒与下套筒连接加固通柱结构,每组包括若干个通柱结构;
所述上下导体加固装置的下套筒结构套于所述下导体馈电装置外并通过所述上下导体加固装置的与所述下导体馈电装置连接的第二铆钉孔加载铆钉相固定;
上下导体加固装置的上套筒结构、上下导体加固装置的置于上导体辐射结构内部的与上套筒固定的辅助一体化结构、上下导体加固装置的下套筒结构、上下导体加固装置的上套筒及下套筒连接加固通柱结构,紧密连接成一个整体,具有较强的抗扭转能力。
优选地,所述下导体馈电装置采用中空结构,并为了加强结构强度,在内部纵向放置若干个纵向肋板,横向放置若干个横向肋板,并在肋板上打若干肋板孔。
优选地,所述上下导体加固装置的上套筒结构、上下导体加固装置的下套筒结构、为上下导体加固装置的上套筒和下套筒连接加固通柱结构均采用3D打印技术树脂材料,上下导体加固装置的置于上导体辐射结构内部的与上套筒固定的辅助一体化结构,为具有一定强度的铜质结构。
优选地,所述下导体馈电装置采用3D打印技术树脂材料,在外层紧密覆盖一层铜膜,与电缆的外导体相连,电缆伸入下导体馈电装置底部的馈电通孔,伸出后将电缆屏蔽层剥离露出内导体与上导体辐射结构相连接,实现馈电。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,能够取得下列有益效果:
(1)本发明相较于传统超宽带天线,具有在低频带频带较宽;
(2)本发明在全向辐射特性,且全向辐射特性良好;
(3)本发明重量较轻,可以与气球共形,升至30米以上高空工作,且工作稳定;
(4)本发明天线效率较高,具有较高的增益;
(5)本发明的类同轴阻抗匹配端口可以直接连SMA头,方便连接使用。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种天线结构;
图2是本发明实施例提供的一种具体结构示意图;
图3是本发明实施例提供的一种上下导体加固装置;
图4是本发明实施例提供的一种底部馈电的超宽带全向辐射的充气式天线剖面图;
图5是本发明实施例提供的一种底部馈电的超宽带全向辐射的充气式天线方向图;
图6是本发明实施例提供的一种底部馈电的超宽带全向辐射的充气式天线增益曲线;
图7是本发明实施例提供的一种底部馈电的超宽带全向辐射的充气式天线反射系数;
其中,1为上导体辐射结构,2为上下导体加固装置,3为下导体馈电装置,4为上套筒结构,5为辅助一体化结构,6为下套筒结构,7为加固通柱结构,8为第一铆钉孔,9为第二铆钉孔,10为中套筒结构,11为横向肋板,12为纵向肋板,13为肋板孔,14为馈电通孔。
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,以下结合附图及实施例,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。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明实例中,“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明针对无人艇艇间通信距离受视距限制,范围有限的情况,研究提供了一种底部馈电的具有在高空情形下稳定辐射特性的超宽带全向辐射充气式天线,包括:上导体圆锥辐射结构,下导体馈电装置,上下导体加固装置;上下导体加固装置在上下导体外层,为一类双向套筒结构将上下导体套接,并用螺柱与上下导体相连接,使上下导体成为一个整体。本发明具有超宽带特性fmax/fmin=2.5,频带范围为190MHz-440MHz,方向附图具有全向特性,带内增益大于2.4dB,最大可达3.4dB,天线可升至30米以上高空稳定工作。
如图1,图2,图3及图4所示,本发明实施例所提供的底部馈电的超宽带全向辐射的充气式天线,包括:1为上导体辐射结构,2为上下导体加固装置,3为下导体馈电装置,上导体辐射结构1与下导体馈电装置3通过上下导体加固装置2相连接,具体连接方法为:通过上下导体加固装置2的置于上导体辐射结构1内部的与上套筒4固定的辅助一体化结构5置于上导体辐射结构1的内部,上下导体加固装置2的上套筒结构4置于上导体辐射结构1外部,即利用上下导体加固装置2的上套筒结构4,上下导体加固装置2的置于上导体辐射结构内部的与上套筒固定的辅助一体化结构5将上导体辐射结构1夹在中间并通过上下导体加固装置2的与上导体辐射结构1连接的第一铆钉孔8加载铆钉相固定。通过中套筒结构10过渡到上下导体加固装置的下套筒结构6,为了加强支撑强度,沿中心线放置三组上下导体加固装置的上,下套筒连接加固通柱结构7,每组两个。上下导体加固装置的下套筒结构6套于下导体馈电装置3外并通过上下导体加固装置的与下导体馈电装置3连接的第二铆钉孔9加载铆钉相固定。上下导体加固装置的上套筒结构4,上下导体加固装置的置于上导体辐射结构内部的与上套筒固定的辅助一体化结构5,上下导体加固装置的下套筒结构6,上下导体加固装置的上,下套筒连接加固通柱结构7,紧密连接成一个整体,具有较强的抗扭转能力。
进一步地,为减小重量以实现高空飞行能力,下导体馈电装置3采用中空结构,并为了加强结构强度,在内部纵向放置6个纵向肋板12,横向放置2个横向肋板11,并在肋板上打若干肋板孔13。
进一步地,上下导体加固装置的上套筒结构4,上下导体加固装置的下套筒结构6,为上下导体加固装置的上,下套筒连接加固通柱结构7,采用3D打印技术树脂材料,介电常数为3,上下导体加固装置的置于上导体辐射结构内部的与上套筒固定的辅助一体化结构5,为具有一定强度的铜质结构。
进一步地,下导体馈电装置3采用3D打印技术树脂材料,介电常数为3,在外层紧密覆盖一层铜膜,与电缆的外导体相连,电缆伸入下导体馈电装置3底部的馈电通孔14,伸出后将电缆屏蔽层剥离露出内导体与1上导体辐射结构相连接,实现馈电。
本发明所提供的底部馈电的超宽带全向辐射的充气式天线射频激励从底部的电缆结构馈入,由于巴比涅原理描述了具有互补结构和对偶源的两磁场问题的解之间的相互关系。在天线工程中用于从已知天线的辐射特性方便的导出其等效互补天线的辐射特性与自补特性可导致非频变性能。自补结构是通过平移和(或)旋转手段精确覆盖它的互补结构的结构。自补天线的输入附抗和它的互补天线的输入阻抗相等,因此,自补天线的输入阻抗与频率无关的基本原理指导,将上导体辐射结构1作为具有良好超宽带特性的圆锥结构,下导体馈电装置3设计为圆柱与半球的结合形,即具有了单锥天线平面地的特性,又具有了双锥天线的下导体过度结构,且由于底部馈电的超宽带全向辐射的充气式天线可实现高空飞行作业,下导体馈电结构3经过了小型化轻量化的设计,并通过平面圆柱体可以调节天线的电容,电感效应,实现阻抗带宽的超宽带特性。
如图5所示本实施例的仿真得到的中心谐振频率下的方向附图,从图5中可以看出,辐射主方向位于水平面,即θ=90°,且由于天线是圆周对称模型,天线的全向辐射特性良好。
如图6所示为本实例的仿真得到的频带范围内的增益曲线,可以看出,最小增益约为2.4dB,最大增益约为3.4dB,在整个频带内增益滚降较为平滑。
如图7所示为本实例的仿真得到的反射系数,可以看出,天线在190MHz-440MHz内反射系数小于-10dB,fmax/fmin=2.5,具有良好的超宽带特性,其中,fmax表示工作频段的上限值(本发明实施例中为440MHz),fmin表示工作频段的下限值(本发明实施例中为190MHz)。
需要指出,根据实施的需要,可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件,也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件,以实现本发明的目的。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种超宽带全向辐射充气式天线,其特征在于,包括:上导体辐射结构、上下导体加固装置及下导体馈电装置;
所述上导体辐射结构为圆锥结构;所述下导体馈电装置为圆柱与半球的结合形;
所述上下导体加固装置在所述上导体辐射结构与所述下导体馈电装置的外层,为双向套筒结构将所述上导体辐射结构与所述下导体馈电装置套接,并与所述上导体辐射结构和所述下导体馈电装置相连接,使所述上导体辐射结构与所述下导体馈电装置成为一个整体。
2.根据权利要求1所述的天线,其特征在于,所述上下导体加固装置包括:上套筒结构、辅助一体化结构、下套筒结构、通柱结构、第一铆钉孔、第二铆钉孔及中套筒结构;
其中,所述上下导体加固装置的与上套筒结构固定的辅助一体化结构置于所述上导体辐射结构的内部,所述上下导体加固装置的上套筒结构置于所述上导体辐射结构外部,以利用所述上下导体加固装置的上套筒结构、所述上下导体加固装置的置于所述上导体辐射结构内部的与上套筒结构固定的辅助一体化结构将所述上导体辐射结构夹在中间并通过所述上下导体加固装置的与所述上导体辐射结构连接的第一铆钉孔加载铆钉相固定;
通过中套筒结构过渡到所述上下导体加固装置的下套筒结构,并沿中心线放置若干组上下导体加固装置的上套筒与下套筒连接加固通柱结构,每组包括若干个通柱结构;
所述上下导体加固装置的下套筒结构套于所述下导体馈电装置外并通过所述上下导体加固装置的与所述下导体馈电装置连接的第二铆钉孔加载铆钉相固定;
上下导体加固装置的上套筒结构、上下导体加固装置的置于上导体辐射结构内部的与上套筒固定的辅助一体化结构、上下导体加固装置的下套筒结构、上下导体加固装置的上套筒及下套筒连接加固通柱结构,紧密连接成一个整体,具有较强的抗扭转能力。
3.根据权利要求1或2所述的天线,其特征在于,所述下导体馈电装置采用中空结构,并为了加强结构强度,在内部纵向放置若干个纵向肋板,横向放置若干个横向肋板,并在肋板上打若干肋板孔。
4.根据权利要求2所述的天线,其特征在于,所述上下导体加固装置的上套筒结构、上下导体加固装置的下套筒结构、为上下导体加固装置的上套筒和下套筒连接加固通柱结构均采用3D打印技术树脂材料,上下导体加固装置的置于上导体辐射结构内部的与上套筒固定的辅助一体化结构,为具有一定强度的铜质结构。
5.根据权利要求3所述的天线,其特征在于,所述下导体馈电装置采用3D打印技术树脂材料,在外层紧密覆盖一层铜膜,与电缆的外导体相连,电缆伸入下导体馈电装置底部的馈电通孔,伸出后将电缆屏蔽层剥离露出内导体与上导体辐射结构相连接,实现馈电。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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