CN113659320B - 一种可重构鞭天线的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可重构鞭天线的设计方法，包括如下步骤：步骤一：建立笛卡尔坐标系建模计算鞭天线的立体方向图；步骤二：建立数据库；步骤三：计算确定需要的通信仰角、方位；步骤四：确定天线振子倒伏角度和方向；步骤五：调整天线振子的方向，使之与步骤四确定的天线振子方向相同；步骤六：调整鞭天线的天线振子倒伏角度，使之与步骤四确定的天线振子倒伏角度相等。本发明所公开的设计方法，操作简便、可靠可行，可根据通信频率、通信方位和作用距离对鞭天线的使用状态进行相应调整，天线辐射方向图也会产生相应变化，使鞭天线在近距离通信时具有较高的通信仰角。

Description

一种可重构鞭天线的设计方法
技术领域
本发明属于无线通信领域，特别涉及该领域中的一种可重构鞭天线的设计方法。
背景技术
短波无线电系统因具有抗毁性强、探测距离远、无需中继等优点，被广泛应用于雷达、通信、电磁环境监测、海态遥感、广播等领域。由于短波的波长较长，导致该频段的天线尺寸一般较大，这对天线的制作、安装、运输及隐蔽是非常不利的。天线的物理尺寸成为这一频段天线应用的主要瓶颈，使短波天线小型化成为一种发展趋势。
一定工作频率的无线电波在自由空间所对应的波长恒定，而天线性能又与自由空间波长密切相关，从理论上说，天线的工作频率越低，波长就越长，物理尺寸也越大，从这个角度来说，天线的小型化是一项十分困难的工作，需要综合各项战技指标对天线进行优化设计，才能尽可能挖掘天线的性能。
就短波频率而言，小型化天线以环天线和鞭天线为主。常规环天线具有高仰角辐射特性，在近距离通信场合获得了较好的应用，但这种天线效率低、增益小，通信距离有限。常规鞭天线直立使用，具有中低仰角全向辐射特性，以中远距离通信为主，由于其尺寸小、结构简单，综合性能优越获得了广泛使用，特别是在移动载体上。但鞭天线存在通信盲区，在近距离通信上普遍反应欠佳，如能改善其近距离通信效果，整体性能将得到大大提升。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种可重构鞭天线的设计方法。
本发明采用如下技术方案：
一种可重构鞭天线的设计方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
步骤一：基于鞭天线的尺寸、实际安装位置和安装使用场景，建立笛卡尔坐标系建模计算鞭天线在不同工作频率、振子不同倒伏角度情况下的立体方向图，天线振子倒伏角度为θ，倒伏范围0°＜θ＜180°，倒伏投影与x轴正半轴夹角为
Figure BDA0003205718360000011
步骤二：由步骤一确定的鞭天线立体方向图，确定鞭天线在不同工作频率下最大增益仰角、方位与天线振子倒伏角度、方向的对应关系，建立数据库；
步骤三：根据鞭天线当前所处位置的经纬度、通信目标位置的经纬度，计算确定需要的通信仰角、方位；
步骤四：根据预先选定的工作频率和步骤三确定的通信仰角、方位，从步骤二确定的数据库中查找该工作频率下与通信仰角、方位最接近的一组最大增益仰角、方位数据，由此确定天线振子倒伏角度和方向；
步骤五：调整天线振子的方向，使之与步骤四确定的天线振子方向相同；
步骤六：在步骤五的天线振子方向下，调整鞭天线的天线振子倒伏角度，使之与步骤四确定的天线振子倒伏角度相等。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的设计方法，操作简便、可靠可行，可根据通信频率、通信方位和作用距离对鞭天线的使用状态进行相应调整，天线辐射方向图也会产生相应变化，使鞭天线在近距离通信时具有较高的通信仰角，解决鞭天线的近距离通信盲区问题，而在中远距离通信时仍能继续具有中低仰角辐射特性优势且通信性能有进一步提升，从而扩展了鞭天线的通信能力，增强了鞭天线的应用能力，提高了鞭天线的利用率，有利于减少通信系统的天线使用量。
附图说明
图1是直立鞭天线(θ＝90°)的示意图；
图2是可重构鞭天线(0°＜θ＜180°)的示意图；
图3是可重构鞭天线
Figure BDA0003205718360000021
在15MHz时的立体方向图；
图4是可重构鞭天线
Figure BDA0003205718360000022
在15MHz时的立体方向图；
图5是可重构鞭天线
Figure BDA0003205718360000023
在15MHz时的立体方向图；
图6是可重构鞭天线
Figure BDA0003205718360000024
在15MHz时的立体方向图；
图7是可重构鞭天线
Figure BDA0003205718360000025
在15MHz时的立体方向图；
图8是可重构鞭天线
Figure BDA0003205718360000026
在15MHz时的立体方向图。
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，以下结合附图和实施例，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。
根据天线所需性能要求，将天线结构状态作相应调整，提升天线性能，改善通信效果，是天线设计的重要发展方向之一。环天线改变天线结构状态提升性能相对较困难，而鞭天线改变结构状态相对较容易，因常规鞭天线具有中低仰角全向辐射特性，造成常规鞭天线在近距离存在通信盲区，若发明一种可重构鞭天线的设计方法，能根据通信频率、通信方位和距离对天线的使用状态进行相应调整，使鞭天线在兼具中低仰角辐射特性的同时，在近距离通信时还能实现较高的通信仰角，可大大解决鞭天线的通信盲区问题，提升鞭天线的作用范围和利用率。
实施例1，本实施例公开了一种可重构鞭天线的设计方法，基于直立鞭天线在空旷的地面使用环境，根据通信频率、通信方位和距离对鞭天线的使用状态作相应调整，相应地鞭天线的辐射方向图会产生变化，使鞭天线的最大增益方向对准目标方向，即鞭天线在近距离通信时采用较高的通信仰角，在中远距离通信时则仍具有中低仰角辐射特性，这样鞭天线的近距离通信盲区问题得到大大改善，中远距离通信性能也进一步提升。本实施例的鞭天线工作频率范围为5MHz—25MHz，鞭天线直立振子高度9m，地网12根，地网以天线振子底端为中心呈辐射状均匀分布于地面，地网半径9m。具体实施步骤如下：
步骤一：基于鞭天线的尺寸、实际安装位置和安装使用场景，建立笛卡尔坐标系建模计算鞭天线在不同工作频率、振子不同倒伏角度情况下的立体方向图，鞭天线振子轴所在倒伏角度、方向记为
Figure BDA0003205718360000031
即天线振子倒伏角度为θ，如图1所示，直立鞭天线倒伏角度θ＝90°，如图2所示，可重构鞭天线的倒伏范围0°＜θ＜180°，倒伏投影与x轴正半轴夹角为
Figure BDA0003205718360000032
步骤二：由步骤一确定的鞭天线立体方向图，确定鞭天线在不同工作频率下最大增益仰角、方位与天线振子倒伏角度、方向的对应关系，建立数据库；
步骤三：根据鞭天线当前所处位置的经纬度、通信目标位置的经纬度，计算确定需要的通信仰角、方位；
步骤四：根据预先选定的工作频率和步骤三确定的通信仰角、方位，从步骤二确定的数据库中查找该工作频率下与通信仰角、方位最接近的一组最大增益仰角、方位数据，由此确定天线振子倒伏角度和方向；
步骤五：调整天线振子的方向，使之与步骤四确定的天线振子方向相同；
步骤六：在步骤五的天线振子方向下，调整鞭天线的天线振子倒伏角度，使之与步骤四确定的天线振子倒伏角度相等。
本实施例所公开的设计方法，根据通信频率、通信方位和距离将鞭天线的使用状态作相应调整，使鞭天线的最大增益方向对准目标方向，既能改善常规鞭天线的近距离通信盲区问题，也能在一定程度上提高中远距离通信效果，可减少天线使用数量，提高天线利用率，而且操作起来简单可靠、安全性高，使鞭天线的应用能力显著增强。
基于上述设计方法，可以得到一种可重构鞭天线，可大大解决鞭天线的通信盲区问题，大大扩展鞭天线的通信能力，提高鞭天线的利用率。图3是可重构鞭天线
Figure BDA0003205718360000033
在15MHz时的立体方向图；图4是可重构鞭天线
Figure BDA0003205718360000034
在15MHz时的立体方向图；图5是可重构鞭天线
Figure BDA0003205718360000041
在15MHz时的立体方向图；图6是可重构鞭天线
Figure BDA0003205718360000042
在15MHz时的立体方向图；图7是可重构鞭天线
Figure BDA0003205718360000043
在15MHz时的立体方向图；图8是可重构鞭天线
Figure BDA0003205718360000044
在15MHz时的立体方向图。基于该种设计方法的鞭天线在地面、车载、船载场合均适用。

Claims (1)

1.一种可重构鞭天线的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：基于鞭天线的尺寸、实际安装位置和安装使用场景，建立笛卡尔坐标系建模计算鞭天线在不同工作频率、振子不同倒伏角度情况下的立体方向图，鞭天线振子轴所在倒伏角度、方向记为
Figure FDA0003826135810000011
天线振子倒伏角度为θ，倒伏范围0°＜θ＜180°，倒伏投影与x轴正半轴夹角为
Figure FDA0003826135810000012
步骤二：由步骤一确定的鞭天线立体方向图，确定鞭天线在不同工作频率下最大增益仰角、方位与天线振子倒伏角度、方向的对应关系，建立数据库；
步骤三：根据鞭天线当前所处位置的经纬度、通信目标位置的经纬度，计算确定需要的通信仰角、方位；
步骤四：根据预先选定的工作频率和步骤三确定的通信仰角、方位，从步骤二确定的数据库中查找该工作频率下与通信仰角、方位最接近的一组最大增益仰角、方位数据，由此确定天线振子倒伏角度和方向；
步骤五：调整天线振子的方向，使之与步骤四确定的天线振子方向相同；
步骤六：在步骤五的天线振子方向下，调整鞭天线的天线振子倒伏角度，使之与步骤四确定的天线振子倒伏角度相等。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU95109177A (ru) * 1995-06-02 1997-05-10 В.П. Пашинцев Способ автоматического управления диаграммой направленности коротковолновой приемной антенны
JP2013137277A (ja) * 2011-12-28 2013-07-11 Mitsubishi Electric Corp 方位測定装置
CN103268978A (zh) * 2013-04-22 2013-08-28 中国电子科技集团公司第二十二研究所 一种小型化短波宽带全向高仰角通讯天线
CN105655711A (zh) * 2016-01-13 2016-06-08 深圳市顶精密五金有限公司 短波传输盲区消除系统及方法
CN113221587A (zh) * 2021-03-31 2021-08-06 北京航空航天大学 一种基于匹配角度的天线空间位置快速匹配系统及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9819081B2 (en) * 2014-07-07 2017-11-14 Qatar Foundation For Education, Science And Comminity Development Reconfigurable radio direction finder system and method

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU95109177A (ru) * 1995-06-02 1997-05-10 В.П. Пашинцев Способ автоматического управления диаграммой направленности коротковолновой приемной антенны
JP2013137277A (ja) * 2011-12-28 2013-07-11 Mitsubishi Electric Corp 方位測定装置
CN103268978A (zh) * 2013-04-22 2013-08-28 中国电子科技集团公司第二十二研究所 一种小型化短波宽带全向高仰角通讯天线
CN105655711A (zh) * 2016-01-13 2016-06-08 深圳市顶精密五金有限公司 短波传输盲区消除系统及方法
CN113221587A (zh) * 2021-03-31 2021-08-06 北京航空航天大学 一种基于匹配角度的天线空间位置快速匹配系统及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Development and Test of Manhole Cover Monitoring Device Using LoRa and Accelerometer;He-sheng Zhang等;《IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement》;20200120;第69卷(第5期);全文 *
一种仰角可调的变形对数周期天线;程阳等;《太赫兹科学与电子信息学报》;20200625;全文 *

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