CN1764011B - 短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线，它包括金属条构成的辐射状盘(1)，两个绝缘子(2)，天线上部金属基座(3)，其特征是它还包括天线下部金属基座(13)，N组(N为正整数)金属条，N组金属横向支杆；中心支柱(11)，绝缘套(12)，金属套筒组件(14)，上下两路馈电电缆(15)及(17)等；在中心支柱(11)周围对称地分布N组完整金属条，构成本发明的笼锥状天线的外形。本发明具有能够在无须宽带匹配网络、较小电尺寸的条件下实现带宽不低于30个倍频的超宽带工作性能、天线效率高、损耗小、能承受千瓦以上的发射功率等特点，可广泛的用于短波超短波通信技术中。
Description
技术领域
本发明属于通信技术领域，它特别涉及短波超短波领域的宽带双工通信天线技术。
背景技术
现代短波超短波抗干扰保密通信广泛采用了扩频、跳频等技术，跳频速率和范围使得传统电调谐和机械调谐已难以满足要求；另一方面，从电磁兼容性、载体负荷、架设空间、架设的方便性、经济性等其它方面的考虑都使得诸如舰船或车辆等移动平台上应用性能优良的小型化宽带天线成为宽带短波超短波通信亟待解决的关键技术。
从国内外工作在此频段同类型短波超短波全向天线情况来看，与本发明技术最为接近的，国内的有西安空军通信学院2000年于Antennas，Propagation and FMTheory Proceedings提出的一种盘锥-单鞭组合式短波天线，如图1所示，这种天线主要由金属条构成的辐射状盘1，金属辐射条4(1与4形成盘锥天线)，单鞭天线18及金属辐射条4与地之间的绝缘子19组成；国外的则有美国舰载discage组合式天线(可参见Artech House inc 1986版Shipboard Antenna)，如图2、3所示，这种天线主要由金属条构成的辐射状盘1，绝缘子2，构成天线主辐射体的金属条4、7，天线中心支柱11，馈电电缆15，金属接地板16，固定环20、21，宽带匹配网络及馈电电缆22，天线横向固定支杆23组成。
上述短波通信天线大带宽的获得首先是依靠天线的体积：工作在3～30MHz频段的盘锥——单鞭天线横纵向尺寸分别为14.4m、15m；工作在4～30MHz的discage天线横纵向尺寸分别为6.4m、10.0m。将这两种天线工作频率向下扩展到2MHz，则横纵向尺寸分别达到21.6m、22.5m和12.8m、20.0m左右，从而会占据极大的空间。其次，频段的高端——盘锥-单鞭天线频段的6～30MHz和discage天线的10～30MHz由组合结构的盘锥部分来实现；低端则依靠结构中尺寸最大的部分来实现，在盘锥-单鞭结构中依靠单鞭天线来覆盖频段低端3～10MHz，在discage结构中依靠盘锥与下面收拢部分整体上作为单极天线来覆盖4～12MHz。再次，两种天线都采用了宽带匹配网络。因此这两种天线的主要缺点是天线覆盖的频段有限、天线体积太大及宽带匹配网络所引入的损耗。
在授予Jahoda等人的美国专利5,111,213“宽带天线”(Broadband Antenna)中，公开了一种工作在1.5MHz-30MHz的宽带天线。此天线的尺寸有近20m，同时采用大量的电阻、电感、电容元件和阻抗变换器。按照缩比理论，将此天线应用到3-30MHz的短波波段，尺寸仍达近10m。该天线的大尺寸给应用带来诸多局限，同时大量的电阻、电抗元件及阻抗变换器会大大降低天线的效率，影响天线增益，限制天线的功率容量。在授予李思敏等人的中国专利CN 2520003Y“短波分布式多偶极子天线”中，公布的天线是一种多谐振天线，其带宽依然有限，虽然单根振子体积很小，但是多根振子的分布依然会占据较大的空间，同时由于配接调配网络因此系统的效率及功率容量也受到限制。
综上，现有各类短波通信天线的技术瓶颈主要集中在工作频带、天线尺寸和增益上.在很多场合下，由于架设空间有限，如架设在舰船和机动车辆上，天线不可能很大.正因如此，依靠天线自身结构或平台所能达到的带宽也就有限，同时天线的增益也受到限制.由于尺寸的限制，上述天线一般不能实现4MHz以下移动平台短波通信任务，这时需要借助于更大尺寸的天线，如fans天线等结构形式.而如果采用宽带匹配网络及加载等技术，往往会在改善驻波比的同时引入显著的损耗，使天线效率和增益大为降低.
发明内容
本发明的目的旨在提供一种短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线装置，它具有能够在无须宽带匹配网络、较小电尺寸的条件下实现带宽不低于30个倍频的超宽带工作性能、天线效率高、损耗小、能承受千瓦以上的发射功率等特点。
本发明提供的一种短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线装置，它包括三种方案：
方案一(如图4所示)：
一种短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线，它包括金属条构成的辐射状盘1，上馈绝缘子2、下馈绝缘子26，天线上部金属基座3，其特征是它还包括天线下部金属基座13，N根(N为正整数)第一金属条4、N根第二金属条5、N根第三金属条6、N根第四金属条7，N根上层金属横向支杆8、N根中层金属横向支杆9、N根下层金属横向支杆10；中心支柱11，第一绝缘套12、第二绝缘套24、第三绝缘套25，金属套筒组件14，天线金属接地板16，上馈馈电电缆15及下馈馈电电缆17，如图4所示；
金属条构成的辐射状盘1与天线上部金属基座3通过上馈绝缘子2连接，上馈绝缘子2同时起金属条辐射状盘1及天线上部金属基座3之间的绝缘作用；
第一金属条4的上端固定于天线上部金属基座3上，第一金属条4的下端与上层金属横向支杆8的外端及第二金属条5的上端固定在一起，第一金属条4与上层金属横向支杆8组成夹角的角度为64度；
第二金属条5的下端与中层金属横向支杆9的外端及第三金属条6的上端固定在一起，第二金属条5与上层金属横向支杆8组成夹角的角度为70度；
第三金属条6的下端与下层金属横向支杆10的外端及第四金属条7的上端固定在一起，第三金属条6与下层金属横向支杆10组成夹角的角度为78度；
第四金属条7的下端固定于天线下部金属基座13上，第四金属条7与下层金属横向支杆10组成夹角的角度为35度；
上层金属横向支杆8的内端与第一绝缘套12连接，外端与第一金属条4的下端及第二金属条5的上端连接，起固定支撑作用；
中层金属横向支杆9的内端与第二绝缘套24连接，外端与第二金属条5的下端及第三金属条6的上端连接，起固定支撑作用；
下层金属横向支杆10的内端与第三绝缘套25连接，外端与第三金属条6的下端及第四金属条7的上端连接，起固定支撑作用；
如上所述，第一金属条4、第二金属条5、第三金属条6、第四金属条7彼此相连，从而形成一个完整连续的金属条，在中心支柱11周围对称地分布N根由第一金属条4、第二金属条5、第三金属条6、第四金属条7形成的完整金属条，就构成了本发明笼锥状天线主体的外形；
天线的中心支柱11为中空管状，上下两端分别固定在天线上部金属基座3、天线下部金属基座13上；
第一绝缘套12、第二绝缘套24、第三绝缘套25沿中心支柱11上下依次分布，分别与上层金属横向支杆8、中层金属横向支杆9、下层金属横向支杆10的内端相连；
天线下部金属基座13通过下馈绝缘子26与金属套筒组件14相连，下馈绝缘子26同时起天线下部金属基座13及金属套筒组件14之间的绝缘作用；
金属套筒组件14的作用在于改善天线的阻抗匹配；
天线的金属接地板16与金属套筒组件14连接；
天线上馈馈电电缆15是同轴电缆，包括内导体及外导体，其内导体穿过天线上部金属基座3及上馈绝缘子2与金属条构成的辐射状盘1相接、外导体与天线上部金属基座3直接连接，上馈馈电电缆15位于中心支柱11的内部，它的下端在中心支柱11的底端从侧壁引出，穿过金属接地板16并固定于金属接地板16的下方，金属条辐射状盘1、天线上部金属基座3、第一金属条4构成天线的上馈部分；
天线下馈馈电电缆17是同轴电缆，包括内导体和外导体，其上端穿过金属套筒组件14及下馈绝缘子26，电缆的内导体接天线下部金属基座13，外导体接金属套筒组件14；第一金属条4、第二金属条5、第三金属条6、第四金属条7、金属套筒组件14、金属接地板16共同形成具有套筒结构的笼锥形单极天线，称为下馈。
需要说明的是，如图4所示，第一金属条4、第二金属条5、第三金属条6、第四金属条7形成了一种上下非对称且中段向内凹陷的梭形，构成天线的主辐射体。金属条构成的辐射状盘1的直径、第一金属条4、第二金属条5、第三金属条6、第四金属条7的长度、金属套筒组件14距金属接地板16的高度与天线最小工作波长的比值为：0.020∶0.024∶0.012∶0.017∶0.013∶0.0053∶1。
在本方案中，两路馈电均采用同轴非对称形式。
方案二(如图5所示)：
一种短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线，它包括金属条构成的辐射状盘1，上馈绝缘子2、下馈绝缘子26，天线上部金属基座3，其特征是它还包括天线下部金属基座13，N根(N为正整数)第一金属条4、N根第二金属条5、N根第四金属条7，N根上层金属横向支杆8、N根下层金属横向支杆10；中心支柱11，第一绝缘套12、第三绝缘套25，金属套筒组件14，天线金属接地板16，上馈馈电电缆15及下馈馈电电缆17，如图5所示。
金属条构成的辐射状盘1与天线上部金属基座3通过上馈绝缘子2连接，上馈绝缘子2同时起金属条辐射状盘1及天线上部金属基座3之间的绝缘作用；
第一金属条4的上端固定于天线上部金属基座3上，第一金属条4的下端与上层金属横向支杆8的外端及第二金属条5的上端固定在一起，第一金属条4与上层金属横向支杆8组成夹角的角度为64度；
第二金属条5的下端与下层金属横向支杆10的外端及第四金属条7的上端固定在一起，第二金属条5与中心支柱11平行；
第四金属条7的下端固定于天线下部金属基座13上，第四金属条7与下层金属横向支杆10组成夹角的角度为35度；
上层金属横向支杆8的内端与第一绝缘套12连接，外端与第一金属条4的下端及第二金属条5的上端连接，起固定支撑作用；
下层金属横向支杆10的内端与第三绝缘套25连接，外端与第二金属条5的下端及第四金属条7的上端连接，起固定支撑作用；
如上所述，第一金属条4、第二金属条5、第四金属条7彼此相连，从而形成一个完整连续的金属条，在中心支柱11周围对称地分布N根由第一金属条4、第二金属条5、第四金属条7形成的完整金属条，就构成了本发明的笼锥状天线主体的外形；
天线的中心支柱11为中空管状，上下两端分别固定在天线上部金属基座3、天线下部金属基座13上；
第一绝缘套12、第三绝缘套25沿中心支柱11上下依次分布，分别与上层金属横向支杆8、下层金属横向支杆10的内端相连；
天线下部金属基座13通过下馈绝缘子26与金属套筒组件14相连，下馈绝缘子26同时起天线下部金属基座13及金属套筒组件14间的绝缘作用；
金属套筒组件14的作用在于改善天线的阻抗匹配；
天线的金属接地板16与金属套筒组件14连接；
天线上馈馈电电缆15是同轴电缆，包括内导体及外导体，其内导体穿过天线上部金属基座3及上馈绝缘子2与金属条构成的辐射状盘1相接、外导体与天线上部金属基座3直接连接，上馈馈电电缆15位于中心支柱11的内部，它的下端在中心支柱11的底端从侧壁引出，穿过金属接地板16并固定于金属接地板16的下方，金属条辐射状盘1、天线上部金属基座3、第一金属条4构成天线的上馈部分；
天线下馈馈电电缆17是同轴电缆，包括内导体和外导体，其上端穿过金属套筒组件14及下馈绝缘子26，电缆的内导体接天线下部金属基座13，外导体接金属套筒组件14，第一金属条4、第二金属条5、第四金属条7、金属套筒组件14、金属接地板16共同形成具有套筒结构的笼锥形单极天线，称为下馈。
需要说明的是，如图5所示，第一金属条4、第二金属条5、第四金属条7形成了一种上下非对称的梭形，构成天线的主要辐射体，其中第二金属条5与中心支柱11平行。金属条构成的辐射状盘1的直径，第一金属条4、第二金属条5、第四金属条7的长度，金属套筒组件14距金属接地板16的高度与天线最小工作波长的比值为：0.019∶0.022∶0.026∶0.012∶0.0049∶1。
在本方案中，两路馈电均采用同轴非对称形式。
方案三(如图6所示)：
一种短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线，它包括金属条构成的辐射状盘1，上馈绝缘子2、下馈绝缘子26，天线上部金属基座3，其特征是它还包括天线下部金属基座13，N根(N为正整数)第一金属条4、N根第二金属条5、N根第三金属条7，N根上层金属横向支杆8、N根下层金属横向支杆10；中心支柱11，第一绝缘套12、第三绝缘套25，金属套筒组件14，天线金属接地板16，上馈馈电电缆15及下馈馈电电缆17，如图6所示。
金属条构成的辐射状盘1与天线上部金属基座3通过上馈绝缘子2连接，上馈绝缘子2同时起金属条辐射状盘1及天线上部金属基座3之间的绝缘作用；
第一金属条4的上端固定于天线上部金属基座3上，第一金属条4的下端与上层金属横向支杆8的外端及第二金属条5的上端固定在一起，第一金属条4与上层金属横向支杆8组成夹角的角度为60度；
第二金属条5的下端与下层金属横向支杆10的外端及第四金属条7的上端固定在一起，第二金属条5与上层金属横向支杆8组成夹角的角度为84度；
第四金属条7的下端固定于天线下部金属基座13上，第四金属条7与下层金属横向支杆10组成夹角的角度为35度；
上层金属横向支杆8的内端与第一绝缘套12连接，外端与第一金属条4的下端及第二金属条5的上端连接，起固定支撑作用；
下层金属横向支杆10的内端与第三绝缘套25连接，外端与第二金属条5的下端及第四金属条7的上端连接，起固定支撑作用；
如上所述，第一金属条4、第二金属条5、第四金属条7彼此相连，从而形成一个完整连续的金属条，在中心支柱11周围对称地分布N根由第一金属条4、第二金属条5、第四金属条7形成的完整金属条，就构成了本发明的笼锥状天线主体的外形；
天线的中心支柱11为中空管状，上下两端分别固定在天线上部金属基座3、天线下部金属基座13上；
第一绝缘套12、第三绝缘套25沿中心支柱11上下依次分布，分别与上层金属横向支杆8、下层金属横向支杆10的内端相连；
天线下部金属基座13通过下馈绝缘子26与金属套筒组件14相连，下馈绝缘子26同时起天线下部金属基座13及金属套筒组件14之间的绝缘作用；
金属套筒组件14的作用在于改善天线的阻抗匹配；
天线金属接地板16与金属套筒组件14连接；
天线上馈馈电电缆15是同轴电缆，包括内导体及外导体，其内导体穿过天线上部金属基座3及上馈绝缘子2与金属条构成的辐射状盘1相接、外导体与天线上部金属.基座3直接连接，上馈馈电电缆15位于中心支柱11的内部，它的下端在中心支柱11的底端从侧壁引出，穿过金属接地板16并固定于金属接地板16的下方，金属条辐射状盘1、天线上部金属基座3、第一金属条4构成天线的上馈部分；
天线下馈馈电电缆17是同轴电缆，包括内导体和外导体，其上端穿过金属套筒组件14及下馈绝缘子26，电缆的内导体接天线下部金属基座13，外导体接金属套筒组件14；第一金属条4、第二金属条5、第四金属条7、金属套筒组件14、金属接地板16共同形成具有套筒结构的笼锥形单极天线，称为下馈。
需要说明的是，如图6所示，第一金属条4、第二金属条5、第四金属条7形成了一种上下非对称的梭形，构成天线的主要辐射体。与方案二不同的是第二金属条5与中心支柱11不再平行而是向下倾斜成一定的角度，金属条构成的辐射状盘1的直径，第一金属条4、第二金属条5、第四金属条7的长度，金属套筒组件14距天线金属接地板16的高度与天线最小工作波长的比值为：0.017∶0.017∶0.025∶0.0074∶0.0053∶1。
在本方案中，两路馈电均采用同轴非对称形式。
本发明天线的创新之处如下：
(1)结构组合和复用技术。利用盘锥天线和变形笼锥类单极天线各自的宽带特性，将两类天线结构合理地加以组合和复用，通过双端馈电，分别覆盖不同的频段，既满足了整个带宽的要求，同时可以显著减小天线整体的尺寸。
(2)采用旋转对称的笼状柱、锥形结构，以加粗振子的直径、减小天线等效特性阻抗，从而提高天线的带宽，同时保证在方位面内天线辐射的均匀性。
(3)天线的折叠、变形。通过对天线结构的折叠、变形，充分合理地利用其有限的空间，从而有利于向下拓展频带范围和改善整个频段的阻抗匹配特性。
(4)结构渐变匹配技术。渐变结构可弱化反射，改善振子的电流分布、优化天线的阻抗频率特性，同时提高天线的机械强度。
同轴电缆分两路为天线馈电的双馈式布局使得当天线“谐振”在不同部分时，上馈和下馈分别覆盖整个工作频段的高端和低端，在高低端这两个子频段中有一重叠区域是作为调节的余量。对于上馈的盘锥天线和下馈的笼锥变形单极天线，特殊的结构赋予它们各自足够的宽带特性，由于电气上的连通，下馈实际上充分利用了中心支柱中的上馈电缆作为天线的向下折叠延伸从而获得稳定的频率低端，上下两路馈电组合复用后，便可实现30个倍频以上的超宽工作频带。
在三个方案中，天线的辐射体部分均采用金属条代替通常连续的面状结构，便于加工制造及架设，金属条的直径可视发射功率而定。上下两路馈电各自结构的优化设计及能够提高天线馈电点的金属套筒组件结构都是为了降低天线的VSWR参数从而改善天线的阻抗匹配效果。
本发明短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线的三个方案能够获得的合成频段工作带宽大于30个倍频。在工作频段内电压驻波比基本低于2.5，天线垂直线极化，辐射特性为水平(H面)全向、俯仰(E面)侧射。由于无宽带匹配网络，天线效率高，功率容量可达千瓦以上。
本发明天线三种方案的区别在于其工作带宽及高低端子频段重叠区大小及对确定工作频段所需尺寸的不同。方案一、方案二、方案三的工作带宽分别为36.4、35.1、36.2倍频。我们将工作在短波(HF)超短波(VHF/UHF)波段时本发明天线几种方案所需尺寸数据列入表1，并与标准单极天线和传统盘锥天线尺寸进行了比较。由表1可知，本发明天线在改善天线性能的同时使尺寸显著缩小。对于上述的最低工作频率，天线高度的电尺寸仅为0.06～0.07λ。
表1：本发明天线与标准单极天线、传统盘锥天线尺寸对比表
注：表中尺寸为“横向尺寸/纵向尺寸”
对于本发明的优点及在工程上实用的积极效果从下述几个角度详加说明：
电气性能
(1)工作带宽大，在短波超短波范围内可实现36倍频左右的带宽，工作频带内电压驻波比VSWR基本低于2.5，完全能够满足一般发射机的要求.
(2)天线结构采用金属良导体，无须宽带匹配网络，自身不产生明显的损耗，天线效率高，功率容量大，可达千瓦以上。
(3)在俯仰面内天线垂直线极化，方向图基本维持侧射特性且波瓣相对较宽，在舰载、车载等移动通信条件下，即使有较大的颠簸，在需要的工作方向上仍有足够强的信号；方位面内全向辐射，不均匀度＜3dB。
(4)此宽带天线有上、下两馈电端，分别覆盖频段高、低端部分，较单端馈电的天线更易于配置多路耦合器，因此更适合于工作在不同频段的多台通信机共用。
机械性能
(1)主要由金属条组装而成，自重较轻，制造与架设方便，易于维护，成本低。
(2)天线尺寸小。通过控制天线的几何尺寸，可以使天线工作在短波超短波2M～500MHz内用户所需的不同频段，同时满足其他方面的要求。如在VHF/UHF波段(30MHz-500MHz)该天线的纵向尺寸只有0.58m～0.71m、横向尺寸为0.17m～0.25m，在HF波段(2MHz-30MHz)纵向尺寸为8.66m～10.57m、横向尺寸为2.58m～3.78m，远小于国内同频段同类型的天线，具体的比较详见表2，从而更有利于节省架设空间，在移动平台上架设时体现得尤为明显。
表2：本发明天线与discage天线和盘锥——单鞭天线尺寸对比表
注：表中尺寸为“横向尺寸/纵向尺寸”
(3)机械强度高，不易形变，抗震。
(4)笼状结构可有效地减小风阻，在风速为100KPH情况下亦能正常工作。
气象适应性
(1)抗冰性能好，能承受22KG/SQ M的压强。
(2)天线材料性能稳定，对温度、相对湿度的变化不敏感。
(3)耐腐蚀。
上述性能优点体现了本发明设计的先进性和创新性，其相关技术指标已达到国内领先水平。本发明天线非常适合于移动或固定平台上的全向、大功率、短波超短波超宽带通信，同时可应用于宽带电磁干扰、电磁对抗、宽带EMC电磁兼容性测试等领域。
附图说明
图1是盘锥——单鞭组合式天线结构示意图，
其中，1是金属条构成的辐射状盘，4是第一金属辐射条，18是单鞭天线，19是第一金属辐射条4与地之间的绝缘子；
图2是美国舰载discage天线结构正视示意图，
其中，1是金属条构成的辐射状盘，2是上馈绝缘子，4、7分别是构成天线主辐射体的第一及第四金属条，11是天线中心支柱，15是天线上馈馈电电缆，16是天线金属接地板，20、21是天线固定环，22是天线宽带匹配网络及下馈馈电电缆；
图3是图2中天线结构的俯视图，
其中，4是构成天线主辐射体的第一金属条，20、21是天线固定环，22是天线宽带匹配网络及下馈馈电电缆，23是天线横向固定支杆；
图4是本发明短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线的第一个方案天线结构的正视示意图，
其中，1是金属条构成的辐射状盘，2是上馈绝缘子、26是下馈绝缘子，3是天线上部金属基座，4、5、6、7分别是构成天线主辐射体的第一、第二、第三、第四金属条，8、9、10分别为上层、中层、下层金属横向支杆，11是中心支柱，12、24、25分别是第一、第二、第三绝缘套，13是天线下部金属基座，14是金属套筒组件，15是天线上馈馈电电缆，16是天线金属接地板，17是天线下馈馈电电缆；
图5是本发明短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线的第二个方案天线结构的正视示意图，
其中，1是金属条辐射状盘，2是上馈绝缘子、26是下馈绝缘子，3是天线上部金属基座，4、5、7分别是构成天线主辐射体的第一、第二、第四金属条，8、10分别是上层、下层金属横向支杆，11是中心支柱，12、25分别是第一、第三绝缘套，13是天线下部金属基座，14是金属套筒组件，15是天线上馈馈电电缆，16是天线金属接地板，17是天线下馈馈电电缆；
图6是本发明短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线的第三个方案天线结构的正视示意图，
其中，1是金属条构成的辐射状盘，2是上馈绝缘子、26是下馈绝缘子，3是天线上部金属基座，4、5、7分别是构成天线主辐射体的第、第二、第四金属条，8、10分别是上层、下层金属横向支杆，11是中心支柱，12、25分别是第一、第三绝缘套，13是天线下部金属基座，14是金属套筒组件，15是天线上馈馈电电缆，16是天线金属接地板，17是天线下馈馈电电缆；
图7是图4、图5、图6中天线结构的俯视图，
其中，1是金属条构成的辐射状盘，3是天线上部金属基座，16是天线金属接地板；
图8是实施例1方位面下馈50MHz方向图，
其中，圆周上的数字表示方位向的角度，径向的数字表示幅度的相对值，以dB数来表示；
图9是实施例1方位面上馈150MHz方向图，
其中，标注同图8；
图10是实施例1俯仰面下馈50MHz方向图，
其中，圆周上的数字表示俯仰向的角度，天线纵轴线为0-180，径向的数字表示幅度的相对值，以dB数来表示；
图11是实施例1俯仰面上馈150MHz方向图，
其中，标注同图10；
具体实施方式
实施例1：
图4及图7同时是本发明短波超短波组合式笼锥超宽带天线的第一个实施例天线结构的正视图及俯视图。
本实施例采用方案一，用同轴电缆分两路为天线馈电。上馈馈电电缆15内导体接铝条构成的辐射状盘1、外导体接天线上部铝制基座3，铝条4、5、6、7相互之间通过铆钉连接，铝条4的上端通过螺纹固定于天线上部铝制基座3上；下馈馈电电缆17内导体接天线下部铝制基座13，外导体接铝制套筒组件14，铝条7的下端通过螺纹固定于天线下部铝制基座13上。上馈馈电电缆15穿过天线铝制接地板16后置于铝制接地板16的底部。由于天线不同频段谐振在不同部分，两路馈电分别覆盖整个波段的高端和低端，并有一段重叠的部分作为调节余量之用。
为了获得更好的电压驻波比并提高稳定性及机械强度，两路馈电均采用同轴非对称形式。在本实施例中为了提高机械强度，构成天线有效辐射体的铝条4、5、6、7分别通过铝制横向支杆8、9、10及尼龙绝缘套12、24、25固定于中心支柱11上，而铝条4、5、6、7与铝制横向支杆8、9、10的连接采用了铆钉方式。
铝条4、5、6、7形成了一种上下非对称且中段向内凹陷的梭形。铝条构成的辐射状盘1的直径、铝条4、5、6、7的长度、铝制套筒组件14距铝制接地板16的高度与天线最小工作波长的比值为：0.020∶0.024∶0.012∶0.017∶0.013∶0.0053∶1，铝条4与铝制横向支杆8、铝条5与铝制横向支杆8、铝条6与铝制横向支杆10、铝条7与铝制横向支杆10所组成夹角的角度分别为64度、70度、78度、35度。
本实施例天线所能达到的各项具体性能见表3～表5，表中所列各项实测指标体现了该天线的优越性能。该天线非常适合于移动或固定平台上的全向、大功率、短波超短波超宽带通信，同时可应用于宽带电磁干扰或电磁对抗，宽带EMC电磁兼容性测试。
表3：实施例1天线的电气性能表
| 频率范围 | 15.1MHz～550.0MHz |
| 极化 | 垂直线极化 |
| 辐射功率 | 1kW(CW) |
| 方位面不均匀度 | ±3dB |
| 电压驻波比(VSWR) | ≤2.5 |
| 馈电接头 | L16M |
| 增益(G) | ±2dBd |
表4：实施例1天线的机械性能表
| 整体尺寸 | 纵向：1.4m 横向0.5m |
| 重量 | 5.8kg |
| 辐射材料 | 铝 |
| 绝缘材料 | 尼龙 |
表5：实施例1天线的环境性能表
| 温度 | -65℃至50℃ |
| 相对湿度 | 0-100％ |
| 风速 | 100KPH |
| 抗冰 | 22KG/SQM |
在图8～图11中给出了本实施例天线在工作频段内上馈和下馈典型的俯仰E面和水平H面方向图，显示其水平全向、俯仰侧射的辐射特性。
实施例2：
图5及图7同时是本发明短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线的第二个实施例天线结构的正视图及俯视图。
本实施例采用方案二，用同轴电缆分两路为天线馈电。上馈馈电电缆15内导体接铝条构成的辐射状盘1、外导体接天线上部铝制基座3，铝条4、5、7相互之间通过铆钉连接，铝条4的上端通过螺纹固定于天线上部铝制基座3上；下馈馈电电缆17内导体接天线下部铝制基座13，外导体接铝制套筒组件14，铝条7的下端通过螺纹固定于天线下部铝制基座13上。上馈馈电电缆15穿过天线铝制接地板16后置于铝制接地板16的底部。由于天线不同频段谐振在不同部分，两路馈电分别覆盖整个波段的高端和低端，并有一段重叠的部分作为调节余量。
为了获得更好的电压驻波比并提高稳定性及机械强度，两路馈电均采用同轴非对称形式。在本实施例中为了提高机械强度，有效辐射体铝条4、5、7分别通过铝制横向支杆8、10及尼龙绝缘套12、25固定于中心支柱11上，而铝条4、5、7与铝制横向支杆8、10的连接同样采用了铆钉方式。
本实施例中，铝条4、5、7形成了一种上下非对称的梭形，其中，铝条5与中心支柱11平行.铝条构成的辐射状盘1的直径、铝条4、5、7的长度、铝制套筒组件14距铝制接地板16的高度与天线最小工作波长的比值为：0.019∶0.022∶0.026∶0.012∶0.0049∶1，金属条4与铝制横向支杆8、铝条7与铝制横向支杆10所组成夹角的角度分别为64度、35度.
本实施例天线所能达到的各项具体性能见表6～表8，表中所列各项实测指标体现了该天线的优越性能。该天线非常适合于移动或固定平台上的全向、大功率、短波超短波超宽带通信，同时可应用于宽带电磁干扰或电磁对抗，宽带EMC电磁兼容性测试。
表6：实施例2天线的电气性能表
| 频率范围 | 14.1MHz～495MHz |
| 极化 | 垂直线极化 |
| 辐射功率 | 1kW(CW) |
| 方位面不均匀度 | ±3dB |
| 电压驻波比(VSWR) | ≤2.5 |
| 馈电接头 | L16M |
| 增益(G) | ±2dBd |
表7：实施例2天线的机械性能表
| 整体尺寸 | 纵向：1.4m 横向0.5m |
| 重量 | 5kg |
| 辐射材料 | 铝 |
| 绝缘材料 | 尼龙 |
表8：实施例2天线的环境性能表
| 温度 | -65℃至50℃ |
| 相对湿度 | 0-100％ |
| 风速 | 100KPH |
| 抗冰 | 22KG/SQ M |
实施例3：
图6及图7同时是本发明短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线的第一个实施例天线结构的正视图及俯视图。
本实施例采用方案三，用同轴电缆分两路为天线馈电。上馈馈电电缆15的内导体接铝条构成的辐射状盘1、外导体接天线上部铝制基座3，铝条4、5、7相互之间通过铆钉连接，铝条4的上端通过螺纹固定于天线上部铝制基座3上；下馈馈电电缆17内导体接天线下部铝制基座13，外导体接铝制套筒组件14，铝条7的下端通过螺纹固定于天线下部铝制基座13上。上馈馈电电缆15穿过天线铝制接地板16后置于铝制接地板16的底部。由于天线不同频段谐振在不同部分，两路馈电分别覆盖整个波段的高端和低端，并有一段重叠的部分作为调节余量之用。
为了获得更好的电压驻波比并提高稳定性及机械强度，馈电均采用同轴非对称形式。在本实施例中为了提高机械强度，有效辐射体铝条4、5、7分别通过铝制横向支杆8、10及尼龙绝缘套12、25圈定于中心支柱11上，而铝条4、5、7与铝制横向支杆8、10的连接同样采用了铆钉方式。
本实施例中，铝条4、5、7形成了一种上下非对称的梭形。铝条构成的辐射状盘1的直径、铝条4、5、7的长度、铝制套筒组件14距铝制接地板16的高度与天线最小工作波长的比值为：0.017∶0.017∶0.025∶0.0074∶0.0053∶1，铝条4与铝制横向支杆8、铝条5与铝制横向支杆8、铝条7与铝制横向支杆10所组成夹角的角度分别为60度、84度、35度。
本实施例天线所能达到的各项具体性能见表9～表11，表中所列各项实测指标体现了该天线的优越性能。该天线非常适合于移动或固定平台上的全向、大功率、短波超短波超宽带通信，同时可应用于宽带电磁干扰或电磁对抗，宽带EMC电磁兼容性测试。
表9：实施例3天线的电气性能表
| 频率范围 | 15.2MHz～550MHz |
| 极化 | 垂直线极化 |
| 辐射功率 | 1kW(CW) |
| 方位面不均匀度 | ±3dB |
| 电压驻波比(VSWR) | ≤2.5 |
| 馈电接头 | L16M |
| 增益(G) | ±2dBd |
表10：实施例3天线的机械性能表
| 整体尺寸 | 纵向：1.3m 横向0.34m |
| 重量 | 4.0kg |
| 整体尺寸 | 纵向：1.3m 横向0.34m |
| 辐射材料 | 铝 |
| 绝缘材料 | 尼龙 |
表11：实施例3天线的环境性能表
| 温度 | -65℃至50℃ |
| 相对湿度 | 0-100％ |
| 风速 | 100KPH |
| 抗冰 | 22KG/SQ M |
以上，向熟悉本技术领域的人员提供本发明的描述以使他们易于理解与运用本发明。对应熟悉本技术领域的人员，对这些实施例的各种变更是显而易见的，而无需创造性的劳动。因此，本发明并不仅限定在这里所述的方法和装置，而是与所述的权利要求一致的范围。
Claims (6)
1.一种短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线装置，它包括金属条构成的辐射状盘(1)，上馈绝缘子(2)、下馈绝缘子(26)，天线上部金属基座(3)，其特征是它还包括天线下部金属基座(13)，N根第一金属条(4)、N根第二金属条(5)、N根第三金属条(6)、N根第四金属条(7)，N根上层金属横向支杆(8)、N根中层金属横向支杆(9)、N根下层金属横向支杆(10)，其中N为正整数，中心支柱(11)，第一绝缘套(12)、第二绝缘套(24)、第三绝缘套(25)，金属套筒组件(14)，天线金属接地板(16)，上馈馈电电缆(15)及下馈馈电电缆(17)；
金属条构成的辐射状盘(1)与天线上部金属基座(3)通过上馈绝缘子(2)连接；
第一金属条(4)的上端固定于天线上部金属基座(3)上，第一金属条(4)的下端与第一金属横向支杆(8)的外端及第二金属条(5)的上端固定在一起，第一金属条(4)与上层金属横向支杆(8)组成夹角的角度为64度；
第二金属条(5)的下端与中层金属横向支杆(9)的外端及第三金属条(6)的上端固定在一起，第二金属条(5)与上层金属横向支杆(8)组成夹角的角度为70度；
第三金属条(6)的下端与下层金属横向支杆(10)的外端及第四金属条(7)的上端固定在一起，第三金属条(6)与下层金属横向支杆(10)组成夹角的角度为78度；
第四金属条(7)的下端固定于天线下部金属基座(13)上，第四金属条(7)与下层金属横向支杆(10)组成夹角的角度为35度；
上层金属横向支杆(8)的内端与第一绝缘套(12)连接，外端与第一金属条(4)的下端及第二金属条(5)的上端连接；
中层金属横向支杆(9)的内端与第二绝缘套(24)连接，外端与第二金属条(5)的下端及第三金属条(6)的上端连接；
下层金属横向支杆(10)的内端与第三绝缘套(25)连接，外端与第三金属条(6)的下端及第四金属条(7)的上端连接；
天线的中心支柱(11)为中空管状，上下两端分别固定在天线上部金属基座(3)、天线下部金属基座(13)上；
第一绝缘套(12)、第二绝缘套(24)、第三绝缘套(25)沿中心支柱(11)上下依次分布，分别与上层金属横向支杆8、中层金属横向支杆9、下层金属横向支杆10的内端相连；
天线下部金属基座(13)通过下馈绝缘子(26)与金属套筒组件(14)相连；
天线的金属接地板(16)与金属套筒组件(14)连接；
天线上馈馈电电缆(15)是同轴电缆，包括内导体及外导体，其内导体穿过天线上部金属基座(3)及上馈绝缘子(2)与金属条构成的辐射状盘(1)相接、外导体与天线上部金属基座(3)直接连接，上馈馈电电缆(15)位于中心支柱(11)的内部，它的下端在中心支柱(11)的底端从侧壁引出，穿过金属接地板(16)并固定于金属接地板(16)的下方；
天线下馈馈电电缆(17)是同轴电缆，包括内导体和外导体，其上端穿过金属套筒组件(14)及下馈绝缘子(26)，电缆的内导体接天线下部金属基座(13)，外导体接金属套筒组件(14)。
2.根据权利要求1所述的一种短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线装置，其特征是所述的金属条构成的辐射状盘(1)的直径，第一金属条(4)、第二金属条(5)、第三金属条(6)、第四金属条(7)的长度，金属套筒组件(14)距金属接地板(16)的高度与天线最小工作波长的比值为：0.020∶0.024∶0.012∶0.017∶0.013∶0.0053∶1.
3.一种短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线，它包括金属条构成的辐射状盘(1)，上馈绝缘子(2)、下馈绝缘子(26)，天线上部金属基座(3)，其特征是它还包括天线下部金属基座(13)，N根第一金属条(4)、N根第二金属条(5)、N根第四金属条(7)，N根上层金属横向支杆(8)、N根下层金属横向支杆(10)，其中N为正整数，中心支柱(11)，第一绝缘套(12)、第三绝缘套(25)，金属套筒组件(14)，天线金属接地板(16)，上馈馈电电缆(15)及下馈馈电电缆(17)；
金属条构成的辐射状盘(1)与金属基座(3)通过上馈绝缘子(2)连接；
第一金属条(4)的上端固定于天线上部金属基座(3)上，第一金属条4的下端与上层金属横向支杆(8)的外端及第二金属条(5)的上端固定在一起，第一金属条(4)与上层金属横向支杆(8)组成夹角的角度为64度；
第二金属条(5)的下端与下层金属横向支杆(10)的外端及第四金属条(7)的上端固定在一起，第二金属条(5)与中心支柱(11)平行；
第四金属条(7)的下端固定于天线下部金属基座(13)上，第四金属条(7)与下层金属横向支杆(10)组成夹角的角度为35度；
上层金属横向支杆(8)的内端与第一绝缘套(12)连接，外端与第一金属条(4)的下端及第二金属条(5)的上端连接；
下层金属横向支杆(10)的内端与第三绝缘套(25)连接，外端与第二金属条(5)的下端及第四金属条(7)的上端连接；
天线的中心支柱(11)为中空管状，上下两端分别固定在天线上部金属基座(3)、天线下部金属基座(13)上；
第一绝缘套(12)、第三绝缘套(25)沿中心支柱(11)上下依次分布，分别与上层金属横向支杆(8)、下层金属横向支杆(10)的内端相连；
天线下部金属基座(13)通过下馈绝缘子(26)与金属套筒组件(14)相连；
天线的金属接地板(16)与金属套筒组件(14)连接；
天线上馈馈电电缆(15)是同轴电缆，包括内导体及外导体，其内导体穿过天线上部金属基座(3)及上馈绝缘子(2)与金属条构成的辐射状盘(1)相接、外导体与天线上部金属基座(3)直接连接，上馈馈电电缆(15)位于中心支柱(11)的内部，它的下端在中心支柱(11)的底端从侧壁引出，穿过金属接地板(16)并固定于金属接地板(16)的下方；
天线下馈馈电电缆(17)是同轴电缆，包括内导体和外导体，其上端穿过金属套筒组件(14)及下馈绝缘子(26)，电缆的内导体接天线下部金属基座(13)，外导体接金属套筒组件(14)。
4.根据权利要求3所述的一种短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线装置，其特征是所述的金属条构成的辐射状盘(1)的直径，第一金属条(4)、第二金属条(5)、第四金属条(7)的长度，金属套筒组件(14)距金属接地板(16)的高度与天线最小工作波长的比值为：0.019∶0.022∶0.026∶0.012∶0.0049∶1。
5.一种短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线，它包括金属条构成的辐射状盘(1)，上馈绝缘子(2)、下馈绝缘子(26)，天线上部金属基座(3)，其特征是它还包括天线下部金属基座(13)，N根第一金属条(4)、N根第二金属条(5)、N根第四金属条(7)，N根上层金属横向支杆(8)、N根下层金属横向支杆(10)，其中N为正整数，中心支柱(11)，第一绝缘套(12)、第三绝缘套(25)，金属套筒组件(14)，天线金属接地板(16)，上馈馈电电缆(15)及下馈馈电电缆(17)；
金属条构成的辐射状盘(1)与天线上部金属基座(3)通过上馈绝缘子(2)连接；
第一金属条(4)的上端固定于天线上部金属基座(3)上，第一金属条4的下端与上层横向支杆(8)的外端及第二金属条(5)的上端固定在一起，第一金属条(4)与上层金属横向支杆(8)组成夹角的角度为60度；
第二金属条(5)的下端与下层金属横向支杆(10)的外端及第四金属条(7)的上端固定在一起，第二金属条(5)与上层金属横向支杆(8)组成夹角的角度为84度；
第四金属条(7)的下端固定于天线下部金属基座(13)上，第四金属条(7)与下层金属横向支杆(10)组成夹角的角度为35度；
上层金属横向支杆(8)的内端与第一绝缘套(12)连接，外端与第一金属条(4)的下端及第二金属条(5)的上端连接；
下层金属横向支杆(10)的内端与第三绝缘套(25)连接，外端与第二金属条(5)的下端及第四金属条(7)的上端连接；
天线的中心支柱(11)为中空管状，上下两端分别固定在天线上部金属基座(3)、天线下部金属基座(13)上；
第一绝缘套(12)、第三绝缘套(25)沿中心支柱(11)上下依次分布，分别与上层金属横向支杆(8)、下层金属横向支杆(10)的内端相连；
天线下部金属基座(13)通过下馈绝缘子(26)与金属套筒组件(14)相连；
天线的金属接地板(16)与金属套筒组件(14)连接；
天线上馈馈电电缆(15)是同轴电缆，包括内导体及外导体，其内导体穿过天线上部金属基座(3)及上馈绝缘子(2)与金属条构成的辐射状盘(1)相接、外导体与天线上部金属基座(3)直接连接，上馈馈电电缆(15)位于中心支柱(11)的内部，它的下端在中心支柱(11)的底端从侧壁引出，穿过金属接地板(16)并固定于金属接地板(16)的下方；
天线下馈馈电电缆(17)是同轴电缆，包括内导体和外导体，其上端穿过金属套筒组件(14)及下馈绝缘子(26)，电缆的内导体接天线下部金属基座(13)，外导体接金属套筒组件(14)。
6.根据权利要求5所述的一种短波超短波通信用组合式笼锥超宽带天线装置，其特征是所述的金属条构成的辐射状盘(1)的直径，第一金属条(4)、第二金属条(5)、第四金属条(7)的长度，金属套筒组件(14)距金属接地板(16)的高度与天线最小工作波长的比值为：0.017∶0.017∶0.025∶0.0074∶0.0053∶1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100505 Termination date: 20101021 |