CN112216962A - 一种可调频接地环天线工作方式 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调频接地环天线工作方式，包括主辐射体、接地板、可变电容、匹配网络和连接导线，所述主辐射体为圆环状固定在接地板上方，所述连接导线其中一条两端分别与接地板与馈电点处的同轴线的外皮相连，另一条两端分别与接地板和主辐射体的末端相连，所述匹配网络一端通过连接导线与馈电点处的同轴线的内芯连接，另一端通过连接导线与主辐射体的初始端连接。该可调频接地环天线工作方式，本发明在满足电压驻波比及带宽要求的同时，能够极大降低天线高度和缩小天线的体积，且为平面结构，能够很好的与载体共形，便于工程安装，同时本天线采用无耗可变电容加载，可以随时调整天线性能，辐射效率高。
Description
技术领域
本发明涉及环形天线技术领域，具体为一种可调频接地环天线工作方式。
背景技术
环形天线在一定频段内工作类似于垂直地面放置的短波偶极子天线，偶极子天线的结构简单，一般采用中馈或者底馈形式，较易获得较宽阻抗带宽和方向图带宽，波束具有全向性，因此，偶极子天线被广泛应用于船舰等短波通信中。
现有偶极子天线的结构中，为了获得随工作波长变化比较平缓的输入阻抗特性，需要进行集中阻抗加载，造成天线效率降低，可承受功率小，且现有偶极子天线为了展宽带宽而单纯增加辐射体直径，造成天线直径过大，无法实现小型化，此外，偶极子天线为了达到设计目标要求，高度一般都为几米甚至十几米，难以与载体共形，因此无法满足短波天线小型化的发展要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可调频接地环天线工作方式，以解决上述背景技术中提出的现有偶极子天线的结构中，为了获得随工作波长变化比较平缓的输入阻抗特性，需要进行集中阻抗加载，造成天线效率降低，可承受功率小，且现有偶极子天线为了展宽带宽而单纯增加辐射体直径，造成天线直径过大，无法实现小型化，此外，偶极子天线为了达到设计目标要求，高度一般都为几米甚至十几米，难以与载体共形，因此无法满足短波天线小型化的发展要求的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可调频接地环天线工作方式，包括主辐射体、接地板、可变电容、匹配网络和连接导线，所述主辐射体为圆环状固定在接地板上方，所述连接导线其中一条两端分别与接地板与馈电点处的同轴线的外皮相连，另一条两端分别与接地板和主辐射体的末端相连，所述匹配网络一端通过连接导线与馈电点处的同轴线的内芯连接，另一端通过连接导线与主辐射体的初始端连接，所述可变电容加载在主辐射体中。
优选的，所述主辐射体为圆环状，且主辐射体与接地板相互平行，并且主辐射体与接地板直径相同，更进一步的，主辐射体为直径1.2m的环天线，其与直径1.2m的接地板相接，由于理想导体平面上天线的镜像效应，主辐射体与接地板的距离越近对天线性能影响越大，天线工作在5MHz-25MHz频段上，为小环天线，可通过加载电抗改善其性能，再加上匹配网络达到指标要求。
优选的，所述主辐射体上加载可变电容使得天线的尺寸大大减小，仅为0.04λ0╳0.04λ0╳0.03λ0。
优选的，所述接地板俯视为圆形结构，且接地板通过连接导线与主辐射体焊接连接。
优选的，所述匹配网络左端通过连接导线与馈电点处的同轴线的内芯连接，右端通过连接导线与主辐射体的初始端连接，电容C的值为472.6pF,电感L的值为1.32μH，电阻R的值为160Ω，电感和电阻并联。
优选的，所述可变电容加载在主辐射体上距离馈电点圆环周长的1/4处，小环天线在短波频段内阻抗呈感性，加载可变电容可产生谐振。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：该可调频接地环天线工作方式，
1、本发明在满足电压驻波比和带宽要求的同时，能够极大降低天线高度和减少天线占用空间；
2、本发明对在主辐射体上进行了可变电容加载，可随时调整天线阻抗特性，从而调整天线性能；
3、可变电容加载在主辐射体上距离馈电点圆环周长的1/4处，小环天线在短波频段内阻抗呈感性，加载可变电容可产生谐振，从而有效改善带宽性能，同时，电容值可以随时调整，从而改变谐振点，得到一定频段内更好的电压驻波比性能，特别是低频的性能；天线结构非常简单，且为平面结构，易与载体共形、便于工程安装。
附图说明
图1为本发明立体结构示意图；
图2为本发明俯视结构示意图；
图3为本发明右视结构示意图；
图4为本发明电路图结构示意图；
图5为本发明加载后天线回波损耗仿真示意图；
图6为本发明加载后5MHz频点处方向仿真示意图；
图7为本发明加载后10MHz频点处方向仿真示意图；
图8为本发明加载后15MHz频点处方向仿真示意图；
图9为本发明加载后20MHz频点处方向仿真示意图；
图10为本发明加载后天线增益仿真示意图；
图11为本发明加载后天线增益5MHz频点处水平面方向图仿真示意图；
图12为本发明加载后天线增益20MHz频点处水平面方向图仿真示意图；
图13为本发明5MHz频点处3dB波束宽度仿真示意图；
图14为本发明匹配电路损耗仿真示意图；
图15为本发明匹配后各频点增益示意表；
图16为本发明匹配后增益曲线仿真示意图；
图17为本发明加载C＝50PF电容匹配后驻波比仿真示意图；
图18为本发明加载C＝100PF电容匹配后驻波比仿真示意图；
图19为本发明加载C＝3NF电容匹配后驻波比仿真示意图。
图中：1、主辐射体；2、接地板；3、匹配电路；4、可变电容。
具体实施方式
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
请参阅图1-19，本发明提供一种技术方案：一种可调频接地环天线工作方式，包括主辐射体1、接地板2、可变电容4、匹配网络3和连接导线，主辐射体1为圆环状固定在接地板2上方，连接导线其中一条两端分别与接地板2与馈电点处的同轴线的外皮相连，另一条两端分别与接地板2和主辐射体1的末端相连，匹配网络3一端通过连接导线与馈电点处的同轴线的内芯连接，另一端通过连接导线与主辐射体1的初始端连接，可变电容4加载在主辐射体1中；
主辐射体1为圆环状，且主辐射体1与接地板2相互平行，并且主辐射体1与接地板2直径相同，更进一步的，主辐射体1为直径1.2m的环天线，其与直径1.2m的接地板2相接，由于理想导体平面上天线的镜像效应，主辐射体1与接地板2的距离越近对天线性能影响越大，天线工作在5MHz-25MHz频段上，为小环天线，可通过加载电抗改善其性能，再加上匹配网络3达到指标要求，主辐射体1上加载可变电容4使得天线的尺寸大大减小，仅为0.04λ0╳0.04λ0╳0.03λ0，可随时调整天线阻抗特性，从而调整天线性能，克服了一般偶极子天线设计好之后无法任意调整性能的缺点；天线整体为平面结构，相比一般偶极子天线高度可忽略不计，占用空间小，易与载体共形，实现了小型化，
接地板2俯视为圆形结构，且接地板2通过连接导线与主辐射体1焊接连接，提升了主辐射体1进行安装的稳定性；
匹配网络3左端通过连接导线与馈电点处的同轴线的内芯连接，右端通过连接导线与主辐射体1的初始端连接，电容C的值为472.6pF,电感L的值为1.32μH，电阻R的值为160Ω，电感和电阻并联，能够有效平衡馈电，使天线的工作带宽和电压驻波比满足要求；
可变电容4加载在主辐射体1上距离馈电点圆环周长的1/4处，小环天线在短波频段内阻抗呈感性，加载可变电容4可产生谐振，从而有效改善带宽性能，同时，电容值可以随时调整，从而改变谐振点，得到一定频段内更好的电压驻波比性能，特别是低频的性能；天线结构非常简单，且为平面结构，易与载体共形、便于工程安装。
工作方式：根据图1-4所示，为了满足该天线的工作带宽及电压驻波比的要求，主辐射体1圆环和接地板2直径均为1.2m，构成主辐射体1的导线长度为3.7m，其直径为6mm，距离接地板2有10cm；主辐射体1的末端通过连接导线与接地板2连接，将馈电点处的同轴线的外皮与接地板2通过连接导线连接；
匹配电路3左端通过连接导线与馈电点处的同轴线的内芯连接，右端通过连接导线与主辐射体1的初始端连接，电容C的值为472.6pF,电感L的值为1.32μH，电阻R的值为160Ω，电感和电阻并联，并用连接导线将其与同轴线的外皮连接，从而有效平衡馈电，使天线的工作带宽和电压驻波比满足要求；可变电容4加载在主辐射体1上距离馈电点圆环周长的1/4处，小环天线在短波频段内阻抗呈感性，加载可调电容4可产生谐振，从而有效改善带宽性能，同时，电容值可以随时调整，从而改变谐振点，得到一定频段内更好的电压驻波比性能，特别是低频的性能；天线结构非常简单，且为平面结构，易与载体共形、便于工程安装，这样一种可调频接地环天线工作方式方便人们的使用。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种可调频接地环天线工作方式，包括主辐射体(1)、接地板(2)、可变电容(4)、匹配网络(3)和连接导线，其特征是：所述主辐射体(1)为圆环状固定在接地板(2)上方，所述连接导线其中一条两端分别与接地板(2)与馈电点处的同轴线的外皮相连，另一条两端分别与接地板(2)和主辐射体(1)的末端相连，所述匹配网络(3)一端通过连接导线与馈电点处的同轴线的内芯连接，另一端通过连接导线与主辐射体(1)的初始端连接，所述可变电容(4)加载在主辐射体(1)中。
2.根据权利要求1所述的一种可调频接地环天线工作方式，其特征在于：所述主辐射体(1)为圆环状，且主辐射体(1)与接地板(2)相互平行，并且主辐射体(1)与接地板(2)直径相同，更进一步的，主辐射体(1)为直径1.2m的环天线，其与直径1.2m的接地板(2)相接，由于理想导体平面上天线的镜像效应，主辐射体(1)与接地板(2)的距离越近对天线性能影响越大，天线工作在5MHz-25MHz频段上，为小环天线，可通过加载电抗改善其性能，再加上匹配网络(3)达到指标要求。
3.根据权利要求2所述的一种可调频接地环天线工作方式，其特征在于：所述主辐射体(1)上加载可变电容(4)使得天线的尺寸大大减小，仅为0.04λ0╳0.04λ0╳0.03λ0。
4.根据权利要求1所述的一种可调频接地环天线工作方式，其特征在于：所述接地板(2)俯视为圆形结构，且接地板(2)通过连接导线与主辐射体(1)焊接连接。
5.根据权利要求1所述的一种可调频接地环天线工作方式，其特征在于：所述匹配网络(3)左端通过连接导线与馈电点处的同轴线的内芯连接，右端通过连接导线与主辐射体(1)的初始端连接，电容C的值为472.6pF,电感L的值为1.32μH，电阻R的值为160Ω，电感和电阻并联。
6.根据权利要求1所述的一种可调频接地环天线工作方式，其特征在于：所述可变电容(4)加载在主辐射体(1)上距离馈电点圆环周长的1/4处，小环天线在短波频段内阻抗呈感性，加载可变电容(4)可产生谐振。
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