CN114256628A - 一种小型化短波软振子对数周期天线 - Google Patents

一种小型化短波软振子对数周期天线 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小型化短波软振子对数周期天线，包括：天线支撑塔、天线幕和金属结构桁架；金属结构桁架包括：主桁架、尾翼桁架和前翼桁架；所述主桁架包括：中心支架、后立杆和前立杆；中心支架沿所述天线支撑塔延长线方向上设置于主桁架上，后立杆位于主桁架和尾翼桁架的交接处，前立杆位于主桁架与前翼桁架的交接处；天线幕包括：天线振子、集合线和边吊索；集合线悬挂在后立杆和前立杆之间，边吊索悬挂在前翼桁架和尾翼桁架的末端，天线振子包括多对成比例的立体三角形振子和平面四边形振子。其具有较小的特性阻抗和Q值，拓宽了天线的工作带宽，降低了天线的物理尺寸。

Description

一种小型化短波软振子对数周期天线
技术领域
本发明属于无线电短波通信技术领域，尤其涉及到一种小型化短波软振子对数周期天线。
背景技术
对数周期天线属于非频变天线，具有定向性好、增益高、辐射效率高和宽频带工作特性，使之在超短波和短波波段得到了广泛的应用。对数周期天线由多对偶极子振子和集合线组成，每对振子按照一定长度和间距比例交叉排列在集合线两侧。天线电气性能与其结构尺寸有着密切关系，天线最长振子的长度约为最低工作频率的四分之一个波长。
在雷达或电子侦察领域，对数周期天线通常需要架高并固定到旋转转台上使用，用于实现远距离、全向通信、侦察。在工作频率较低时特别是短波低频段，天线振子尺寸较大，天线桁架尺寸相应的增加，增大了天线旋转半径和占地面积。较大的桁架尺寸将增大天线重量，导致架设安装困难，同时增加了迎风面积，降低了整体抗风能力，影响天线的安全性。因此，如何在不增加天线桁架尺寸的情况下，保证天线在低频率具有较好的电气性能和结构安全性能，即天线的小型化设计是目前亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提出了一种小型化短波软振子对数周期天线，其具有较小的特性阻抗和Q值，拓宽了天线的工作带宽，降低了天线的物理尺寸。
具体的，本发明实施例提供了一种小型化短波软振子对数周期天线，包括：天线支撑塔、天线幕和金属结构桁架；所述金属结构桁架包括：主桁架、尾翼桁架和前翼桁架；所述主桁架包括：中心支架、后立杆和前立杆；所述中心支架沿所述天线支撑塔延长线方向上设置于所述主桁架上，所述后立杆位于所述主桁架和所述尾翼桁架的交接处，所述前立杆位于所述主桁架与所述前翼桁架的交接处；所述天线幕包括：天线振子、集合线和边吊索；所述集合线悬挂在所述后立杆和所述前立杆之间，所述边吊索悬挂在所述前翼桁架和所述尾翼桁架的末端，所述天线振子包括多对成比例的立体三角形振子和平面四边形振子；其中，所述立体三角形振子由共所述边吊索线的上三角形天线振子和下三角形天线振子组成，所述上三角形振子张拉在所述集合线与所述边吊索之间，所述下三角形振子张拉在所述主桁架与所述边吊索之间，所述平面四边形振子张拉在所述边吊索和所述集合线之间，实现电气连接。
在本发明的一个实施例中，最大尺寸的所述立体三角形振子与所述尾翼桁架末端到所述主桁架始端的边线连接。
在本发明的一个实施例中，所述天线幕还包括：平衡馈线，由位于所述主桁架内部的两根平行L形金属板材组成，通过陶瓷基座与所述主桁架进行隔离、且在所述前翼桁架处通过金属导线与所述集合线连接，实现天线馈电。
在本发明的一个实施例中，所述天线幕还包括：阻抗匹配器，设置在所述天线支撑塔的顶部，通过接线柱与所述平衡馈线连接。
在本发明的一个实施例中，所述阻抗匹配器通过旋转连接器与所述平衡馈线连接。
在本发明的一个实施例中，所述金属结构桁架的主体截面设置为三角形框架结构，采用角铝型材构成。
在本发明的一个实施例中，所述尾翼桁架位于所述主桁架的后端两侧，与所述主桁架之间的夹角小于90°。
在本发明的一个实施例中，所述前翼桁架位于所述主桁架的前端两侧，与所述主桁架垂直。
在本发明的一个实施例中，所述天线振子在所述边吊索处通过固定件紧固连接，并通过绝缘子进行绝缘隔离。
在本发明的一个实施例中，所述立体三角形振子接收较低频段的无线电信号，所述平面四边形振子接收较高频段的无线电信号。
由上可知，通过本发明所构思的上述方案与现有技术相比，至少可以具有如下一个或多个有益效果：
(1)本发明中小型化短波软振子对数周期天线低频段天线振子采用立体三角形结构，其余频段振子采用平面四边形结构，通过将天线振子设置为体积形振子结构，具有较小的特性阻抗和Q值，实现了拓宽天线的工作带宽，同时降低了天线的物理尺寸；
(2)本发明中最大尺寸的立体三角形振子与尾翼桁架末端到主桁架始端的边线连接，进一步增加天线电尺寸，缩小了天线物理尺寸，使得天线结构紧凑，架设方便，具有宽频带、高增益、大功率和小型化的优势；
(3)通过将阻抗匹配器设置在天线中心塔的顶端，同轴馈线与其连接时无需弯折，阻抗匹配器25通过旋转连接器与平衡馈线连接，能够通过旋转关节实现天线幕整体转动而同轴的平衡馈线不动，实现天线旋转保障全向通信。
通过以下参考附图的详细说明，本发明的其他方面的特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
图1为本发明实施例提供的小型化短波软振子对数周期天线的外形结构示意图；
图2为本发明实施例提供的小型化短波软振子对数周期天线的桁架结构和部分天线幕结构示意图；
图3为本发明实施例提供的小型化短波软振子对数周期天线的电压驻波比测试曲线图。
附图标记说明
1：天线支撑塔、2：天线幕、3：金属结构桁架、21：天线振子、22：集合线、23：边吊索、24：平衡馈线、25：阻抗匹配器、31：主桁架、32：尾翼桁架、33：前翼桁架、211：立体三角形振子、212：平面四边形振子、311：中心支架、312：后立杆、313：前立杆。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来说明本发明。
为了使本领域普通技术人员更好地理解本发明的技术方案，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的一部分实施例，而不是全部的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得所有其他实施例，都应当属于本发明的保护范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等适用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应当理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外。术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备国有的其他步骤或单元。
还需要说明的是，本发明中多个实施例的划分仅是为了描述的方便，不应构成特别的限定，各种实施例中的特征在不矛盾的情况下可以相结合，相互引用。
如图1和图2所示，本发明实施例的一种小型化短波软振子对数周期天线，例如包括：天线支撑塔1、设置在天线支撑塔1上的金属结构桁架3和张拉在金属结构桁架3上的天线幕2。
金属结构桁架3主要由主桁架31、尾翼桁架32和前翼桁架33组成。主桁架31例如包括：中心支架311、后立杆312和前立杆313。中心支架311沿天线支撑塔1延长线方向上设置于主桁架31上，后立杆312位于主桁架31和尾翼桁架32的交接处，前立杆313位于主桁架31与前翼桁架33的交接处。
具体的，尾翼桁架32例如位于主桁架31后端两侧，与主桁架31水平面内的夹角小于90°，优选的，夹角设置为87°左右。前翼桁架33位于主桁架31前端两侧，垂直于主桁架31。主桁架长度约32m，侧翼桁架长度约16m。金属结构桁架3的主体截面例如设置为三角形框架结构，例如由60°角铝型材组成。铝合金具备强度高、重量轻及耐腐蚀等优点。
天线幕2例如包括：天线振子21、集合线22和边吊索23，其中天线振子21由多对成比例的立体三角形振子211和平面四边形振子212组成，与集合线22左右交叉连接，是天线幕的关键部件，实现无线电波的发射和接收。
集合线22例如采用双线式结构形式，集合线22始端通过陶瓷绝缘子固定到前立杆313，跨过位于中部的天线支撑塔1，通过绝缘子与后立杆312相连，集合线22中的双线采用陶瓷连板进行分离，既保证双线之间的电气绝缘性能又能保持双线距离稳定性。
边吊索23悬挂在前翼桁架33和尾翼桁架32之间，例如由悬挂在前翼桁架33末端和尾翼桁架32末端两侧的左吊索和右吊索组成。
天线振子21、集合线22和边吊索23均采用金属绞线。
具体的，在天线幕2的设计中，最低频率的4对天线振子21例如选用立体三角形结构211，其余天线振子21采用线性平面四边形结构212。立体三角形振子由共边吊索23线的上三角形天线振子和下三角形天线振子组成，其中上三角形振子张拉在集合线22与边吊索23之间，下三角形振子张拉在主桁架31与边吊索23之间，上三角形振子和下三角形振子通过集合线22和金属结构桁架3之间的金属导线实现电气连接。
为进一步的减小天线尺寸，最大尺寸的立体三角形振子211与尾翼桁架32末端到主桁架31始端的边线连接。平面四边形振子212由张拉在边吊索23和集合线22的金属导线组成，其振子末端边线作为边吊索23的一部分。天线振子21末端通过紧固件固定到边吊索23，各个振子末端采用陶瓷绝缘子进行绝缘隔离。
进一步的，天线幕2例如还包括平衡馈线24，由位于主桁架31内部的两根平行L形金属板材组成，平衡馈线24通过陶瓷基座与主桁架31进行隔离，并且平衡馈线24在前翼桁架33处通过金属导线与集合线22连接，例如通过多根并联的金属导线连接到最短天线振子，实现天线馈电。
进一步的，天线幕2例如还包括阻抗匹配器25，设置在天线支撑塔1的顶部，通过接线柱与平衡馈线24连接，同轴的平衡馈线24与其连接时无需弯折，该阻抗匹配器25例如选用1:4阻抗变比。在一个实施方式中，阻抗匹配器25例如通过旋转连接器与所述平衡馈线24连接，能够通过旋转关节实现天线幕2整体转动而同轴的平衡馈线24不动，实现天线旋转保障全向通信。
如图3所示给出了本实施例中天线电压驻波比VSWR的测试曲线图，在3.3MHz～30MHz的频段范围内VSWR≤2.5。
综上所述，本发明第一实施例提出的一种小型化软振子小型化短波软振子对数周期天线，通过将低频段天线振子采用立体三角形结构，其余频段振子采用平面四边形结构，通过将天线振子设置为体积形振子结构，具有较小的特性阻抗和Q值，实现了拓宽天线的工作带宽，同时降低了天线的物理尺寸；最大尺寸的立体三角形振子与尾翼桁架末端到主桁架始端的边线连接，进一步增加天线电尺寸，缩小了天线物理尺寸，使得天线结构紧凑，架设方便，具有宽频带、高增益、大功率和小型化的优势；通过将阻抗匹配器设置在天线中心塔的顶端，同轴馈线与其连接时无需弯折，阻抗匹配器25通过旋转连接器与平衡馈线连接，能够通过旋转关节实现天线幕整体转动而同轴的平衡馈线不动，实现天线旋转保障全向通信。
此外，可以理解的是，前述各个实施例仅为本发明的示例性说明，在技术特征不冲突、结构不矛盾、不违背本发明的发明目的前提下，各个实施例的技术方案可以任意组合、搭配使用。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种小型化短波软振子对数周期天线，其特征在于，包括：
天线支撑塔(1)、天线幕(2)和金属结构桁架(3)；
所述金属结构桁架(3)包括：主桁架(31)、尾翼桁架(32)和前翼桁架(33)；
所述主桁架(31)包括：中心支架(311)、后立杆(312)和前立杆(313)；
所述中心支架(311)沿所述天线支撑塔(1)延长线方向上设置于所述主桁架(31)上，所述后立杆(312)位于所述主桁架(31)和所述尾翼桁架(32)的交接处，所述前立杆(313)位于所述主桁架(31)与所述前翼桁架(33)的交接处；
所述天线幕(2)包括：天线振子(21)、集合线(22)和边吊索(23)；
所述集合线(22)悬挂在所述后立杆(312)和所述前立杆(313)之间，所述边吊索(23)悬挂在所述前翼桁架(33)和所述尾翼桁架(32)的末端，所述天线振子(21)包括多对成比例的立体三角形振子(211)和平面四边形振子(212)；
其中，所述立体三角形振子(211)由共所述边吊索(23)线的上三角形天线振子和下三角形天线振子组成，所述上三角形振子张拉在所述集合线(22)与所述边吊索(23)之间，所述下三角形振子张拉在所述主桁架(31)与所述边吊索(23)之间，所述平面四边形振子(212)张拉在所述边吊索(23)和所述集合线(22)之间，实现电气连接。
2.根据权利要求1所述的小型化短波软振子对数周期天线，其特征在于，最大尺寸的所述立体三角形振子(211)与所述尾翼桁架(32)末端到所述主桁架(31)始端的边线连接。
3.根据权利要求1所述的小型化短波软振子对数周期天线，其特征在于，所述天线幕(2)还包括：平衡馈线(24)，由位于所述主桁架(31)内部的两根平行L形金属板材组成，通过陶瓷基座与所述主桁架(31)进行隔离、且在所述前翼桁架(33)处通过金属导线与所述集合线(22)连接，实现天线馈电。
4.根据权利要求3所述的小型化短波软振子对数周期天线，其特征在于，所述天线幕(2)还包括：阻抗匹配器(25)，设置在所述天线支撑塔(1)的顶部，通过接线柱与所述平衡馈线(24)连接。
5.根据权利要求4所述的小型化短波软振子对数周期天线，其特征在于，所述阻抗匹配器(25)通过旋转连接器与所述平衡馈线(24)连接。
6.根据权利要求1所述的小型化短波软振子对数周期天线，其特征在于，所述金属结构桁架(3)的主体截面设置为三角形框架结构，采用角铝型材构成。
7.根据权利要求1所述的小型化短波软振子对数周期天线，其特征在于，所述尾翼桁架(32)位于所述主桁架(31)的后端两侧，与所述主桁架(31)之间的夹角小于90°。
8.根据权利要求1所述的小型化短波软振子对数周期天线，其特征在于，所述前翼桁架(33)位于所述主桁架(31)的前端两侧，与所述主桁架(31)垂直。
9.根据权利要求1所述的小型化短波软振子对数周期天线，其特征在于，所述天线振子(21)在所述边吊索(23)处通过固定件紧固连接，并通过绝缘子进行绝缘隔离。
10.根据权利要求1所述的小型化短波软振子对数周期天线，其特征在于，所述立体三角形振子(211)接收较低频段的无线电信号，所述平面四边形振子(212)接收较高频段的无线电信号。
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