CN113437482A - 一种vhf和uhf波段天线 - Google Patents

一种vhf和uhf波段天线 Download PDF

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CN113437482A CN202010209595.7A CN202010209595A CN113437482A CN 113437482 A CN113437482 A CN 113437482A CN 202010209595 A CN202010209595 A CN 202010209595A CN 113437482 A CN113437482 A CN 113437482A
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范人贵
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Abstract

本发明提供了一种VHF和UHF波段天线，其包括：顶加载板、导电地板和辐射体，所述辐射体设置于顶加载板和导电地板之间。所述辐射体包括至少一个连接部和至少一个弯折部，所述至少一个连接部与至少一个弯折部连接；所述至少一个弯折部的顶端和底端分别与顶加载板和导电地板连接；所述辐射体的两侧开设有至少两个缝隙。该VHF和UHF波段天线实现了天线的小型化、宽带化，同时具有较高的增益和良好的辐射方向图，可用于机载VHF/UHF通信系统。

Description

一种VHF和UHF波段天线
【技术领域】
本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种VHF和UHF波段天线。
【背景技术】
单极子天线作为一种全向天线，具有优良的辐射性能，在很多通信设备中广泛使用。地面电台、车载电台、单兵背包及舰船、飞机上都配备了各式单极子天线。在VHF/UHF频段，全向单极子天线的尺寸一般比较大，不利于天线的安装隐蔽，对于机载刀型天线还要受制于其气动外形，因此需对单极子天线进行宽带小型化。现有的单极子天线难以同时满足宽带化、小型化和高增益。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是提供一种VHF和UHF波段天线，其能实现天线的小型化、宽带化，同时具有较高的增益和良好的辐射方向图，可用于机载VHF/UHF通信系统。
为解决上述技术问题，本发明一实施例提供了一种VHF和UHF波段天线，其包括：
顶加载板；
导电地板；以及
辐射体，设置于所述顶加载板和导电地板之间；
所述辐射体包括至少一个连接部和至少一个弯折部，所述至少一个连接部与至少一个弯折部连接；所述至少一个弯折部的顶端和底端分别与顶加载板和导电地板连接；所述辐射体的两侧开设有至少两个缝隙。
优选地，所述至少一个弯折部为直角弯折部。
优选地，所述至少一个弯折部包括第一弯折部、第二弯折部和第三弯折部；所述至少一个连接部包括第一连接部、第二连接部、第三连接部和第四连接部；
所述第一弯折部连接于第一连接部和第二连接部之间，所述第二弯折部连接于第二连接部和第三连接部之间，所述第三弯折部连接于第三连接部和第四连接部之间。
优选地，所述第二弯折部的顶端和底端分别与顶加载板和导电地板连接，所述第二连接部的顶端和底端分别与顶加载板和导电地板连接；所述第三连接部的顶端和底端分别与顶加载板和导电地板连接；所述第一弯折部、第三弯折部、第一连接部和第四连接部的底端都与导电地板连接。
优选地，所述第二连接部包括与第一弯折部连接的第一连接板以及与第二弯折部连接的第二连接板，所述第二连接板的长度大于第一连接板的长度；所述第一连接板的底端与导电地板连接，所述第二连接板的顶端和底端分别与顶加载板和导电地板连接；
所述第三连接部包括与第二弯折部连接的第三连接板以及与第三弯折部连接的第四连接板，所述第三连接板的长度大于第四连接板的长度；所述第三连接板的顶端和底端分别与顶加载板和导电地板连接，所述第四连接板的底端与导电地板连接。
优选地，所述至少两个缝隙包括第一缝隙和第二缝隙；所述第一缝隙开设于第一连接部、第一弯折部和第二连接部并且依次贯穿第一连接部、第一弯折部和第二连接部；所述第二缝隙开设于第四连接部。
优选地，所述VHF和UHF波段天线还包括：
至少两个耦合片，设置在所述辐射体的两侧；所述至少两个耦合片的底端都与导电地板连接。
优选地，所述顶加载板的形状为圆形或椭圆形。
优选地，所述第一弯折部包括第一导电片20a以及平行设置的第二导电片22a和第三导电片24a,第一导电片20a垂直连接于第二导电片22a和第三导电片24a之间；第二导电片22a与第一连接部垂直连接，第三导电片24a与第二连接部垂直连接；第三导电片24a的长度等于第二导电片22a的长度，第三导电片24a的宽度大于第二导电片22a的宽度；
所述第二弯折部包括第一导电片以及平行设置的第二导电片和第三导电片,第一导电片垂直连接于第二导电片和第三导电片之间；第二导电片与第二连接部垂直连接，第三导电片与第三连接部垂直连接；第三导电片的长度和宽度分别等于第二导电片的长度和宽度；
所述第三弯折部包括第一导电片20b以及平行设置的第二导电片22b和第三导电片24b,第一导电片20b垂直连接于第二导电片22b和第三导电片24b之间；第二导电片22b与第三连接部垂直连接，第四导电片24b与第四连接部垂直连接；第三导电片24b的长度等于第二导电片22b的长度，第二导电片22b的宽度大于第三导电片24b的宽度。
优选地，所述VHF和UHF波段天线还包括：
宽带匹配网络，连接于50Ω同轴端口与所述至少一个弯折部的天线馈电端之间；
所述宽带匹配网络包括电感L1、电容C1、电感L2、电容C2、电容C3、电感L3、电感L4、电容C4、电感L5、电容C5和电感L6；电感L1与电容C1并联连接于50Ω同轴端口与电容C3的一端；电感L2与电容C2并联连接于电容C3的一端与地之间；电感L4、电感L5和电容C5依次串联连接于电容C3的另一端与所述天线馈电端之间；电感L3的一端连接于电容C3与电感L4之间，电感L3的另一端接地；电容C4的一端连接于电感L4与电感L5之间，电容C4的另一端接地；电感L6的一端连接于电容C5与所述天线馈电端之间；电感L6的另一端接地。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：提出了一种基于集总元器件加载匹配技术的单极子天线，对其顶部加载金属盘式结构，对辐射体进行弯折，辐射体不同位置开矩形缝隙，并引入套筒天线结构如金属耦合片，实现了天线的小型化、宽带化，同时具有较高的增益和良好的辐射方向图，可用于机载VHF/UHF通信系统。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一种实施例的VHF和UHF波段天线的立体图。
图2为图1所示VHF和UHF波段天线的辐射体的立体图。
图3为本发明一种实施例的宽带匹配网络的电路结构图。
图4为图1所示VHF和UHF波段天线的电压驻波比的仿真图。
图5(a)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝flow时的H面增益方向图。
图5(b)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝f1时的H面增益方向图。
图5(c)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝f2时的H面增益方向图。
图5(d)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝f3时的H面增益方向图。
图5(e)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝f4时的H面增益方向图。
图5(f)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝f5时的H面增益方向图。
图5(g)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝f6时的H面增益方向图。
图5(h)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝fhigh时的H面增益方向图。
【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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为一种实施例的VHF和UHF波段天线100的立体图。图2为图1所示VHF和UHF波段天线100的辐射体10的立体图。如图1和图2所示，VHF和UHF波段天线100包括辐射体10、顶加载板80和导电地板90。在本实施例中，辐射体10为全金属结构，顶加载板80也为全金属结构，导电地板90为金属地板。
具体地，在本发明的一个实施例中，所述顶加载板80的形状为圆形或椭圆形。
辐射体10，设置于所述顶加载板80和导电地板90之间。
辐射体10包括至少一个连接部和至少一个弯折部，所述至少一个连接部与所述至少一个弯折部连接；所述至少一个弯折部的顶端和底端分别与顶加载板80和导电地板90连接；辐射体10的两侧开设有至少两个缝隙。
在本实施例中，所述至少一个弯折部为直角弯折部。
在本实施例中，所述至少两个缝隙都为矩形缝隙。
具体地，在本发明的一个实施例中，每个弯折部包括第一导电片202以及平行设置的第二导电片204和第三导电片206，所述第一导电片202垂直连接于第二导电片204和第三导电片206之间。
所述至少一个弯折部包括第一弯折部120、第二弯折部122和第三弯折部124。所述至少一个连接部包括第一连接部130、第二连接部132、第三连接部134和第四连接部136。
第一弯折部120连接于第一连接部130和第二连接部132之间，第二弯折部122连接于第二连接部132和第三连接部134之间，第三弯折部124连接于第三连接部134和第四连接部136之间。
第二弯折部122的顶端和底端分别与顶加载板80和导电地板90连接，第二连接部132的顶端和底端分别与顶加载板80和导电地板90连接，第三连接部134的顶端和底端分别与顶加载板80和导电地板90连接。第一弯折部120、第三弯折部124、第一连接部130和第四连接部136的底端都与导电地板90连接。具体地，第一弯折部120、第三弯折部124、第一连接部130和第四连接部136的顶端都没有与顶加载板80连接。
具体地，在本发明的一个实施例中，第一弯折部120包括第一导电片20a以及平行设置的第二导电片22a和第三导电片24a,第一导电片20a垂直连接于第二导电片22a和第三导电片24a之间；第二导电片22a与第一连接部130垂直连接，第三导电片24a与第二连接部132垂直连接；第三导电片24a的长度等于第二导电片22a的长度，第三导电片24a的宽度大于第二导电片22a的宽度。
具体地，在本发明的一个实施例中，第二弯折部122包括第一导电片以及平行设置的第二导电片和第三导电片,第一导电片垂直连接于第二导电片和第三导电片之间；第二导电片与第二连接部132垂直连接，第三导电片与第三连接部134垂直连接；第三导电片的长度和宽度分别等于第二导电片的长度和宽度。
具体地，在本发明的一个实施例中，第三弯折部124包括第一导电片20b以及平行设置的第二导电片22b和第三导电片24b,第一导电片20b垂直连接于第二导电片22b和第三导电片24b之间；第二导电片22b与第三连接部134垂直连接，第四导电片24b与第四连接部136垂直连接；第三导电片24b的长度等于第二导电片22b的长度，第二导电片22b的宽度大于第三导电片24b的宽度。
所述至少两个缝隙包括第一缝隙180和第二缝隙190；第一缝隙180开设于第一连接部130、第一弯折部120和第二连接部132并且依次贯穿第一连接部130、第一弯折部120和第二连接部132；
第二缝隙190开设于第四连接部136。
具体地，第二连接部132包括与第一弯折部120连接的第一连接板以及与第二弯折部122连接的第二连接板，第二连接板的长度大于第一连接板的长度；所述第一连接板的底端与导电地板90连接，所述第二连接板的顶端和底端分别与顶加载板80和导电地板90连接。
具体地，第三连接部134包括与第二弯折部122连接的第三连接板以及与第三弯折部124连接的第四连接板，所述第三连接板的长度大于第四连接板的长度；所述第三连接板的顶端和底端分别与顶加载板80和导电地板90连接，所述第四连接板的底端与导电地板90连接。具体地，所述第一连接板和第四连接板的顶端都没有与顶加载板80连接。
进一步地，所述VHF和UHF波段天线100还包括至少两个耦合片50和60，至少两个耦合片50和60设置在辐射体10的两侧；所述至少两个耦合片50和60的底端都与导电地板90连接。所述至少两个耦合片50和60的顶端都没有与顶加载板80连接。在本实施例中，至少两个耦合片50和60的形状都是矩形。在本实施例中，至少两个耦合片50和60都为全金属结构。
图3为本发明一种实施例的宽带匹配网络的电路结构图。请参阅图3，进一步地，所述VHF和UHF波段天线100还包括宽带匹配网络，所述宽带匹配网络连接于50Ω同轴端口与所述至少一个弯折部的天线馈电端190之间。具体地，天线馈电端190设置在第二弯折部122上。
所述宽带匹配网络包括电感L1、电容C1、电感L2、电容C2、电容C3、电感L3、电感L4、电容C4、电感L5、电容C5和电感L6；电感L1与电容C1并联连接于50Ω同轴端口与电容C3的一端；电感L2与电容C2并联连接于电容C3的一端与地之间；电感L4、电感L5和电容C5依次串联连接于电容C3的另一端与天线馈电端190之间；电感L3的一端连接于电容C3与电感L4之间，电感L3的另一端接地；电容C4的一端连接于电感L4与电感L5之间，电容C4的另一端接地；电感L6的一端连接于电容C5与天线馈电端190之间；电感L6的另一端接地。
在本实施例中，VHF和UHF波段天线100的高度为0.09～0.095
Figure BDA0002422360650000071
VHF和UHF波段天线100的宽度W为0.108～0.115
Figure BDA0002422360650000072
VHF和UHF波段天线100的宽度W为0.013～0.117
Figure BDA0002422360650000073
其中
Figure BDA0002422360650000074
flow为电磁波的最低频率，
Figure BDA0002422360650000081
为电磁波的最低频率对应的波长，c为真空中的光速。
图4为图1所示VHF和UHF波段天线100的电压驻波比的仿真图。从图4中可以看出，VHF和UHF波段天线100工作在VHF和UHF频段实现了3倍频带宽(fhigh/flow＝3)(VSWR≤3)，可满足短波超短波通信需求。
图5(a)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝flow时的H面增益方向图。图5(b)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝f1时的H面增益方向图。图5(c)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝f2时的H面增益方向图。图5(d)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝f3时的H面增益方向图。图5(e)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝f4时的H面增益方向图。图5(f)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝f5时的H面增益方向图。图5(g)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝f6时的H面增益方向图。图5(h)为本发明VHF和UHF波段天线100在f＝fhigh时的H面增益方向图。其中，flow为天线100的最低工作频率，fhigh为天线100的最高工作频率。从图5(a)～图5(h)中可以看出，VHF和UHF波段天线100在H面具有很好的全向性及较高的增益。
由上述说明可知，使用根据本发明的VHF和UHF波段天线100，提出了一种基于集总元器件加载匹配技术的单极子天线，对其顶部加载金属盘式结构，辐射体设有弯折部，辐射体不同位置开矩形缝隙，并引入套筒结构，实现了天线的小型化、宽带化，同时具有较高的增益和良好的辐射方向图，可用于机载VHF/UHF通信系统。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种VHF和UHF波段天线，其特征在于，包括：
顶加载板；
导电地板；以及
辐射体，设置于所述顶加载板和导电地板之间；
所述辐射体包括至少一个连接部和至少一个弯折部，所述至少一个连接部与至少一个弯折部连接；所述至少一个弯折部的顶端和底端分别与顶加载板和导电地板连接；所述辐射体的两侧开设有至少两个缝隙。
2.根据权利要求1所述的VHF和UHF波段天线，其特征在于：所述至少一个弯折部为直角弯折部。
3.根据权利要求1所述的VHF和UHF波段天线，其特征在于：所述至少一个弯折部包括第一弯折部、第二弯折部和第三弯折部；所述至少一个连接部包括第一连接部、第二连接部、第三连接部和第四连接部；
所述第一弯折部连接于第一连接部和第二连接部之间，所述第二弯折部连接于第二连接部和第三连接部之间，所述第三弯折部连接于第三连接部和第四连接部之间；所述第二弯折部的顶端和底端分别与顶加载板和导电地板连接。
4.根据权利要求3所述的VHF和UHF波段天线，其特征在于：所述第二连接部的顶端和底端分别与顶加载板和导电地板连接；所述第三连接部的顶端和底端分别与顶加载板和导电地板连接；所述第一弯折部、第三弯折部、第一连接部和第四连接部的底端都与导电地板连接。
5.根据权利要求4所述的VHF和UHF波段天线，其特征在于，所述第二连接部包括与第一弯折部连接的第一连接板以及与第二弯折部连接的第二连接板，所述第二连接板的长度大于第一连接板的长度；所述第一连接板的底端与导电地板连接，所述第二连接板的顶端和底端分别与顶加载板和导电地板连接；
所述第三连接部包括与第二弯折部连接的第三连接板以及与第三弯折部连接的第四连接板，所述第三连接板的长度大于第四连接板的长度；所述第三连接板的顶端和底端分别与顶加载板和导电地板连接，所述第四连接板的底端与导电地板连接。
6.根据权利要求4所述的VHF和UHF波段天线，其特征在于，所述至少两个缝隙包括第一缝隙和第二缝隙；所述第一缝隙开设于第一连接部、第一弯折部和第二连接部并且依次贯穿第一连接部、第一弯折部和第二连接部；所述第二缝隙开设于第四连接部。
7.根据权利要求1所述的VHF和UHF波段天线，其特征在于，还包括：
至少两个耦合片，设置在所述辐射体的两侧；所述至少两个耦合片的底端都与导电地板连接。
8.根据权利要求1所述的VHF和UHF波段天线，其特征在于：所述顶加载板的形状为圆形或椭圆形。
9.根据权利要求4所述的VHF和UHF波段天线，其特征在于：
所述第一弯折部包括第一导电片20a以及平行设置的第二导电片22a和第三导电片24a,第一导电片20a垂直连接于第二导电片22a和第三导电片24a之间；第二导电片22a与第一连接部垂直连接，第三导电片24a与第二连接部垂直连接；第三导电片24a的长度等于第二导电片22a的长度，第三导电片24a的宽度大于第二导电片22a的宽度；
所述第二弯折部包括第一导电片以及平行设置的第二导电片和第三导电片,第一导电片垂直连接于第二导电片和第三导电片之间；第二导电片与第二连接部垂直连接，第三导电片与第三连接部垂直连接；第三导电片的长度和宽度分别等于第二导电片的长度和宽度；
所述第三弯折部包括第一导电片20b以及平行设置的第二导电片22b和第三导电片24b,第一导电片20b垂直连接于第二导电片22b和第三导电片24b之间；第二导电片22b与第三连接部垂直连接，第四导电片24b与第四连接部垂直连接；第三导电片24b的长度等于第二导电片22b的长度，第二导电片22b的宽度大于第三导电片24b的宽度。
10.根据权利要求1所述的VHF和UHF波段天线，其特征在于，还包括：
宽带匹配网络，连接于50Ω同轴端口与所述至少一个弯折部的天线馈电端之间；
所述宽带匹配网络包括电感L1、电容C1、电感L2、电容C2、电容C3、电感L3、电感L4、电容C4、电感L5、电容C5和电感L6；电感L1与电容C1并联连接于50Ω同轴端口与电容C3的一端；电感L2与电容C2并联连接于电容C3的一端与地之间；电感L4、电感L5和电容C5依次串联连接于电容C3的另一端与所述天线馈电端之间；电感L3的一端连接于电容C3与电感L4之间，电感L3的另一端接地；电容C4的一端连接于电感L4与电感L5之间，电容C4的另一端接地；电感L6的一端连接于电容C5与所述天线馈电端之间；电感L6的另一端接地。
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