CN203774452U - 一种海事卫星电话低仰角天线及具有该天线的海事卫星电话 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海事卫星电话低仰角天线，包括固定底盘(3)、安装柱(4)、同轴电缆(5)、偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)、和单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)数量一样的馈电贴片(1)，安装柱(4)的一端设置在固定底盘(3)中心位置，单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)的底部设置在固定底盘(3)的外圈上，单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)的顶部连接馈电贴片(1)的固定端，馈电贴片(1)的自由端固定在安装柱(4)的另外一端，馈电贴片(1)电连接同轴电缆(5)。它是一种结构简单，成本较低，设计方便的全向圆极化天线。

Description

一种海事卫星电话低仰角天线及具有该天线的海事卫星电话

技术领域

本实用新型涉及卫星通信技术领域，具体涉及一种海事卫星电话低仰角天线及具有该天线的海事卫星电话。

背景技术

近半个世纪以来, 全球化浪潮极大拓展人类活动空间、活动范围。大跨度、大范围、多时区、多频次的沟通交流成为人类工作、生活的基本特点。在全球化背景下，采用多址传输技术的卫星通信产业得到快速发展。卫星通信，具有覆盖范围广、即时性强、组网灵活、地理条件限制少的特点，其在航空航天、航海、军事、电视广播、金融服务、灾害预警和救援等领域得到广泛应用。

天线是用来实现卫星通信信号发射或接收的装置，是卫星通信的关键部件。天线的信号功率、信号纯净度直接关系到卫星通信质量。天线的方向图、增益系数、天线极化、频带宽度、输入阻抗直接关系到卫星通信质量。

方向图，是指天线向不同方向发射或者接收的电磁波，其功率大小在垂直平面及水平平面上形成的曲线。波束宽度，是指功率点之间的夹角，水平平面的功率点之间的夹角叫水平波束宽度，垂直平面的功率点之间的夹角叫垂直波束宽度,水平波束宽度决定天线发射电磁波水平覆盖的范围，垂直波束宽度决定了天线发射信号传输距离及纵向覆盖;天线主波瓣, 是指方向图中最大辐射方向的辐射波瓣，主波瓣之外的波瓣为副瓣、尾瓣;增益系数,是指在相同功率条件下，天线的电磁波聚束功率和理想天线的电磁波聚束功率的比值，天线方向图中主波束越窄，副波瓣尾波瓣越小，天线增益系数就越高。方向图是设计和评价天线信号接收或者发射能力的主要指标。

驻波比，天线接收卫星通信信号时，会产生部分的反射波，入射波和发射波迭加，产生驻波，反射越大驻波比越高，天线接收的匹配性越差。

低仰角视角,是指天线相对于通信卫星处于低仰角状态。低仰角状态下会引发卫星通信的多路径效应，即由于地面或者海面的反射，反射信号和直射信号一起进入设备天线，引起信号在幅度和相位上的变化，造成天线方向图的零点发生偏移，严重影响信号的接收或者解调，造成信号衰减，当天线仰角低于一个波束宽度时，多路径效应就尤其突出。在高纬度地区，卫星天线经常相对于海事卫星处于低仰角视角。

天线极化，是指天线电场矢量振动的方向。通常天线有线极化、圆极化、椭圆极化几种极化形式。线极化，是指天线极化的方向为对称振子的水平方向或者垂直方向；圆极化，是指天线的两个振子的正交极化波振同相等，相位差90度。圆极化天线可以接收任意极化的来波，其辐射波也可被任意天线接收。

圆极化天线可通过以下两种方案得到。第一种方案，采用全向辐射特性的天线，通过馈入圆极化波来实现天线信号的圆极化，这种方案的天线结构较为复杂、天线加工制作困难，天线成本高；第二种方案，将覆盖一定方位角的多个天线单元，通过一定的方式组合起来实现天线的圆极化。

目前使用的圆极化天线主要有微带圆极化天线和平面等角螺旋天线。微带圆极化天线是一种平面谐振式天线，其Q值高，频带窄；平面等角螺旋天线，其频带窄，工作频率低，在与非平面介质体共形时，会引起天线性能的改变。

频带带宽较窄，信号增益系数较低是制约圆极化天线的主要因素，通常将不大于3dB的带宽定义为天线的圆极化带宽。在高纬度地区的低仰角视角，属于天线3dB波束宽度以外的视角，要实现卫星通信信号接收，卫星天线的上半空间需具有半球型辐射方向图，其信号增益不能低于-5dB。

目前低仰角视角下，通常采用单模/窄波束单臂螺旋无源天线，其最大只有70度波束宽度，需要经常通过调整天线的方向来实现卫星信号的收发需要。其存在操作繁琐，工作状态受人为因素影响较多，工作状态不确定，天线增益下降严重，天线收发信号质量低的技术问题；卫星通信行业还采用最大120度波束宽度的宽波束天线，其通过调整天线贴片来矫正方向图，实现信号的接收，其存在天线增益低，天线收发信号质量的技术问题。

在高纬度地区的低仰角视角条件下，无论选择以上那种天线都存在天线增益过低，接收信号弱、造成接通率低、掉话率高的技术问题。

实用新型内容

为了克服现有技术在低仰角视角条件下，特别是高纬度地区使用卫星电话时，采用最大只有70度波束宽度的单臂螺旋无源天线，或者可调整天线贴片的120度最大波束宽度的宽波束天线的技术方案，其均存在天线驻波比高，接收匹配性差，天线增益过低，接收信号弱、造成接通率低、掉话率高的技术问题。本实用新型提供一种海事卫星电话低仰角天线及具有该天线的海事卫星电话。

为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：

一种海事卫星电话低仰角天线，包括固定底盘、安装柱、同轴电缆、偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂、和单臂圆锥对数螺旋天线臂数量一样的馈电贴片，安装柱的一端设置在固定底盘中心位置，单臂圆锥对数螺旋天线臂的底部设置在固定底盘的外圈上，单臂圆锥对数螺旋天线臂的顶部连接馈电贴片的固定端，馈电贴片的自由端固定在安装柱的另外一端，馈电贴片电连接同轴电缆。

单臂圆锥对数螺旋天线臂，其板状宽度从单臂圆锥对数螺旋天线臂顶部到底部呈对数规律变化:

r=r₁*e^[(cotα*sinθ)*φ]

其中，r₁为单臂圆锥对数螺旋天线臂的螺旋起始点矢径，α为螺旋角,即为单臂圆锥对数螺旋天线臂的螺旋切线与单臂圆锥对数螺旋天线臂的圆锥母线间的夹角，θ为单臂圆锥对数螺旋天线臂的圆锥体的半锥角，φ为单臂圆锥对数螺旋天线臂的方位角，其值为360*n，n为单臂圆锥对数螺旋天线臂的螺旋匝数。

本实用新型的工作原理是，天线振子，采用其宽度按对数关系变化的板状对数天线振子，这种板状对数天线振子可以生产周期性重复辐射图和阻抗特性，从而使海事卫星电话低仰角天线在轴线方向具有周期性重复辐射图和阻抗特性，增强海事卫星电话低仰角天线的方向图和输出阻抗的周期性重复，增强海事卫星电话低仰角天线的天线辐射功率及辐射集中度，使海事卫星电话低仰角天线取得了极宽的工作带宽，更大的辐射能力，更稳定的周期性重复辐射图，和恒定的输出阻抗特性；将板状对数天线振子沿轴线方向绕成圆锥状的螺旋天线振子，形成单臂圆锥对数螺旋天线臂，这种单臂圆锥对数螺旋天线臂沿轴线方向具有最大辐射，并在轴线方向产生圆极化波，其具有极宽的工作频带宽度，且输入阻抗几乎恒定；再将安装柱的一端设置在固定底盘中心位置，在单臂圆锥对数螺旋天线臂的顶部设置馈电贴片，将单臂圆锥对数螺旋天线臂的底部固定在固定底盘上，馈电贴片的自由端固定在安装柱的另外一端，再在单臂圆锥对数螺旋天线臂的顶部设置馈电贴片，馈电贴片电连接同轴电缆，形成轴向模圆锥螺旋结构的海事卫星电话低仰角天线，这种海事卫星电话低仰角天线沿轴线方向具有最大辐射能力，很宽的频带宽度，在轴线方向产生接收或者发射的圆极化波，输入阻抗恒定。这种结构的天线具有半球型辐射方向图，180度的波束宽度，可以在0゜仰角－90゜仰角之间，在确保最低增益大于-2dB的前提下，最大增益能大于+2dB,从而实现低仰角视角的卫星通信信号接收和发送。卫星信号接收时，单臂圆锥对数螺旋天线臂将接收到的卫星信号，通过馈电贴片传入同轴电缆，通过同轴电缆传送给海事卫星电话终端。在通话信号发射时，海事卫星电话终端将要发射的信号通过同轴电缆，经馈电贴片传送给单臂圆锥对数螺旋天线臂，通过单臂圆锥对数螺旋天线臂发射给通信卫星。

和现有技术在低仰角视角条件下，特别是高纬度地区使用卫星电话时，采用最大只有70度波束宽度的单臂螺旋无源天线，或者可调整天线贴片的120度最大波束宽度的宽波束天线的技术方案相比。本实用新型采用安装柱的一端设置在固定底盘中心位置，单臂圆锥对数螺旋天线臂的底部设置在固定底盘的外圈上，单臂圆锥对数螺旋天线臂的顶部连接馈电贴片的固定端，馈电贴片的自由端固定在安装柱的另外一端，馈电贴片电连接同轴电缆的技术方案。和现有技术方案相比，本实用新型的技术方案，不论从整体上，还是从组成技术特征上，以及工作原理，都显而易见的不同。本领域的技术人员，无法在现有技术的基础上，通过简单的分析、推理、有限次实验得到本实用新型的技术方案；本领域的技术人员，无法通过多个现有技术方案相组合得到本实用新型的技术方案；本领域的技术人员，无法通过现有技术和公知常识相结合而得到。和现有技术方案相比，本实用新型的技术方案具有实质性的特点，为现有技术做出了贡献。本实用新型解决了现有技术存在天线驻波比高，接收匹配性差，天线增益过低，接收信号弱、造成接通率低、掉话率高的技术问题。本实用新型，实现在高纬度地区，或者其他低仰角情况下通过卫星天线进行稳定卫星电话通信，取得了在0゜仰角－90゜仰角之间，在确保最低增益大于-2dB的前提下，最大增益能大于+2dB，天线辐射功率高，天线增益系数高，输入阻抗恒定，180度的波束宽度，不需要调整天线方向即可在任何低仰角视角条件下接收或发送卫星通信信号的技术效果。本实用新型, 取得了实质的进步,获得了有益的效果，其技术方案还是未来技术的发展方向。

为了进一步优化，提高海事卫星电话低仰角天线的轴向辐射能力和圆极化波的接收能力，作为优选，海事卫星电话低仰角天线，其偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂与安装柱以及固定底盘的轴线重合。

以上是对海事卫星电话低仰角天线的方向图的主波瓣功率信号集中度的进一步改进。在海事卫星电话低仰角天线设计时，轴向模圆锥螺旋结构的天线需要有稳定的轴向结构，基于前述需要，采用稳定的轴向设计方案，增强海事卫星电话低仰角天线的轴向结构的稳定性。正是基于这种构思，在前述海事卫星电话低仰角天线技术方案的基础上，通过设置单臂圆锥对数螺旋天线臂与安装柱以及固定底盘的轴线重合，实现海事卫星电话低仰角天线的轴向的恒定性和稳定性，从而取得提高天线信号功率集中度，天线主波瓣集中度，降低副波瓣、尾波瓣数量，天线具有更强的辐射能力，更小的驻波比，更佳的增益系数，更好的圆极化能力的技术效果。

为了进一步优化，提高海事卫星电话低仰角天线的轴向辐射能力和圆极化波的生产能力，作为优选，海事卫星电话低仰角天线的偶数个馈电贴片成对称设置在安装柱上。

以上是对海事卫星电话低仰角天线的方向图的主波瓣功率信号集中度的和波束宽度的进一步改进。在海事卫星电话低仰角天线设计时，需要考虑天线整体方向图的对称性布图，以提高主波瓣的辐射质量，减少副波瓣或者尾波瓣的影响。基于前述需要，采用新的设置高馈电贴片技术方案，实现海事卫星电话低仰角天线方向图的优化。正是基于这种构思，在前述海事卫星电话低仰角天线技术方案的基础上，通过将偶数个馈电贴片成对称设置在安装柱上，馈电贴片连接同轴馈电电缆，实现单臂圆锥对数螺旋天线臂的对称设置，确保海事卫星电话低仰角天线的方向图以轴线方向为中心布图，提高海事卫星电话低仰角天线的主波瓣的功率集中度，减少副波瓣、尾波瓣， 从而使海事卫星电话低仰角天线具有更强的辐射能力，更佳的增益系数、更小的驻波比，更好的圆极化能力的技术效果。

为了进一步优化，提高海事卫星电话低仰角天线的轴向共线能力，作为优选，固定底盘为圆盘。

以上是对海事卫星电话低仰角天线的方向图的主波瓣功率信号集中度的进一步改进。在海事卫星电话低仰角天线设计时，需要确保固定底盘轴线和单臂圆锥对数螺旋天线臂的轴线重合，以提高方向图中主波瓣辐射质量。基于前述需要，采用具有稳定轴线的固定底盘技术方案，确保固定底盘轴线和单臂圆锥对数螺旋天线臂的轴线重合。正是基于这种构思，在前述海事卫星电话低仰角天线技术方案的基础上，通过采用圆盘型固定底盘技术方案，轻松实现固定底盘轴线的轴向恒定性和统一性，取得海事卫星电话低仰角天线具有集中的主波瓣，较少的副波瓣、尾波瓣，具有更强的辐射能力，更佳的增益系数、更小的驻波比，更好的圆极化能力的技术效果。

为了进一步优化，提高海事卫星电话低仰角天线的馈线信号传递质量，作为优选，海事卫星电话低仰角天线，还包括馈电巴伦，馈电巴伦设置在安装柱上，馈电巴伦通过同轴电缆连接馈电贴片。

以上是对海事卫星电话低仰角天线的馈线信号传递能力的进一步改进。在海事卫星电话低仰角天线设计时，需要将流入同轴馈电电缆的屏蔽层外部的电流扼制掉。基于前述需要，采用新的平衡不平衡转换技术方案，使卫星通信信号电流在平衡型天线和不平衡同轴电缆之间的转换。基于这种构思，在前述海事卫星电话低仰角天线技术方案的基础上，通过增加馈电巴伦，馈电巴伦设置在安装柱上，馈电巴伦通过同轴电缆连接馈电贴片，接入海事卫星电话低仰角天线系统，实现单臂圆锥对数螺旋天线臂产生的信号电流，经馈电贴片流入同轴电缆外皮的高频电流，经过馈电巴伦后，被扼制掉，取得降低噪波信号，确保天线信号的纯净性的技术效果。

为了进一步优化，提高馈电巴伦对天线对单臂圆锥对数螺旋天线臂的匹配性，作为优选，馈电巴伦为磁环巴伦、圆柱巴伦、套筒巴伦、渐变线巴伦中的任一种或者它们的组合。

以上是对海事卫星电话低仰角天线的馈线信号传递能力的进一步改进。在海事卫星电话低仰角天线设计时，需要根据不同的天线尺寸和天线信号质量要求选择合适的馈电巴伦。基于前述需要，采用新的馈电巴伦选择方案，实现根据不同的单臂圆锥对数螺旋天线臂选择合适的馈电巴伦技术方案。正是基于这种构思，在前述海事卫星电话低仰角天线技术方案的基础上，通过提供磁环巴伦、圆柱巴伦、套筒巴伦、渐变线巴伦的馈电巴伦选择方案，实现根据天线的设计需要，选择合适的馈电巴伦技术方案，提高天线信号的馈线传递质量。

为了进一步优化，提高馈线输出阻抗和还是卫星电话终端的输入阻抗的匹配性，作为优选，海事卫星电话低仰角天线，还包括阻抗变换器，阻抗变换器设置在固定底盘上，阻抗变换器通过同轴电缆连接馈电巴伦。

以上是对海事卫星电话低仰角天线的信号输出质量的进一步改进。在海事卫星电话低仰角天线设计时，需要考虑同轴电缆馈线和海事卫星电话终端之间的阻抗匹配。基于前述需要，采用新的阻抗匹配技术方案，实现天线同轴电缆馈线和海事卫星电话终端之间的阻抗匹配。正是基于这种构思，在前述海事卫星电话低仰角天线技术方案的基础上，通过增加阻抗变换器，阻抗变换器设置在固定底盘上，阻抗变换器通过同轴电缆电连接馈电巴伦，实现将同轴电缆的阻抗变换到海事卫星电话终端所需的阻抗范围，提高天线信号的传递质量。

为了进一步优化，提高单臂圆锥对数螺旋天线臂的使用寿命，作为优选，单臂圆锥对数螺旋天线臂上设置有封套。

以上是对海事卫星电话低仰角天线的长期工作能力的进一步改进。在海事卫星电话低仰角天线设计时，需要考虑单臂圆锥对数螺旋天线臂的使用寿命。基于前述需要，采用新的单臂圆锥对数螺旋天线臂保护技术方案，实现单臂圆锥对数螺旋天线臂在使用中的低损耗。正是基于这种构思，在前述单臂圆锥对数螺旋天线臂技术方案的基础上，通过在单臂圆锥对数螺旋天线臂上设置封套，实现对单臂圆锥对数螺旋天线臂的保护，降低使用中的损耗，提高单臂圆锥对数螺旋天线臂的使用寿命。

为了克服现有海事卫星电话技术，采用70度波束宽度的单臂螺旋无源天线或者120度最大波束宽度的宽波束天线的海事卫星电话技术方案，其存在电话接通率低，掉话率高，通信信号质量差的技术问题。本实用新型提供一种海事卫星电话。

一种海事卫星电话，其包括上述的任一种海事卫星电话低仰角天线。

在现有或者后续开发的海事卫星电话的基础上，采用本实用新型涉及的任一种海事卫星电话低仰角天线，形成海事卫星电话的技术方案。海事卫星电话低仰角天线可以采用内置的技术方案集成在海事卫星电话中，也可以采用外置的技术方案通过馈电线缆和海事卫星电话的其他模块进行连接。

本实用新型的海事卫星电话的工作原理是，利用海事卫星电话信号处理、分析模块处理接入或者呼出的通信信号，采用本实用新型涉及的海事卫星电话低仰角天线来实现0゜仰角－180゜仰角之间的卫星通信信号的接收或者发射，取得海事卫星电话的通信信号能在确保最低增益大于-2dB的前提下，最大增益能大于+2dB，海事卫星电话的辐射功率高，通信信号增益系数高，输入阻抗恒定，在全视角条件下进行卫星电话通信的技术效果。解决了现有海事卫星电话存在电话接通率低，掉话率高，通信信号质量差的技术问题

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.    和现有技术在低仰角视角条件下，特别是高纬度地区使用卫星电话时，采用最大只有70度波束宽度的单臂螺旋无源天线，或者可调整天线贴片的120度最大波束宽度的宽波束天线的技术方案相比，本实用采用新型安装柱的一端设置在固定底盘中心位置，其板状宽度按对数规律设计的偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂设置在固定底盘的外圈上，单臂圆锥对数螺旋天线臂与安装柱以及固定底盘的轴线重合，单臂圆锥对数螺旋天线臂的顶部连接馈电贴片的固定端，馈电贴片的自由端固定在安装柱的另外一端，馈电贴片电连接同轴电缆。的技术方案。本实用新型解决了现有技术存在天线驻波比高，接收匹配性差，天线增益过低，接收信号弱、造成接通率低、掉话率高的技术问题。本实用新型，实现在高纬度地区，或者其他低仰角情况下通过卫星天线进行稳定卫星电话通信，取得了在0゜仰角－90゜仰角之间，在确保最低增益大于-2dB的前提下，最大增益能大于+2dB，天线辐射功率高，天线增益系数高，输入阻抗恒定，180度的波束宽度，不需要调整天线方向即可在任何低仰角视角条件下接收或发送卫星通信信号的技术效果。

2.    本实用新型的天线信号馈线传输系统中采用具有磁环巴伦、圆柱巴伦、套筒巴伦、渐变线巴伦选择方案的馈电巴伦技术方案，有效消除流入电缆屏蔽层外部的电流，降低噪波信号、确保天线信号的纯净性；采用阻抗变换器电连接馈电巴伦的技术方案，实现将同轴电缆的输出阻抗变换到海事卫星电话终端所需的输入阻抗范围，提高天线信号的传递质量。

3.    本实用新型的单臂圆锥对数螺旋天线臂采用设置封套的技术方案，实现对单臂圆锥对数螺旋天线臂的保护，降低使用中的损耗，提高单臂圆锥对数螺旋天线臂的使用寿命。

4.    本实用新型的海事卫星电话采用本实用新型涉及的任一种海事卫星电话低仰角天线，其解决了现有海事卫星电话存在电话接通率低，掉话率高，通信信号质量差的技术问题，实现0゜仰角－180゜仰角之间的卫星通信信号的接收或者发射，取得海事卫星电话的通信信号能在确保最低增益大于-2dB的前提下，最大增益能大于+2dB，海事卫星电话的辐射功率高，通信信号增益系数高，输入阻抗恒定，在全视角条件下进行卫星电话通信的技术效果。

本实用新型, 取得了实质的进步,获得了有益的效果，适于工业应用，具有良好的产业价值，它还是未来技术的发展方向。

附图说明

为了清楚说明本实用新型，下面采用附图对本实用新型及其实施例进行解释，并对附图作出简要说明。附图及附图说明是示意性的，不构成对本实用新型的具体限定。在本实用新型发明构思指导下，还可以通过下面的附图，得到其它附图。

图1为本实用新型的右旋极化天线的一种结构示意图。

图2为本实用新型的右旋极化天线的另一种结构示意图。

图3为本实用新型的左旋极化天线的一种结构示意图。

图4为本实用新型的左旋极化天线的另一种结构示意图。

图5为本实用新型的馈电贴片、安装柱和同轴电缆结合示意图。

图6为本实用新型的单臂圆锥对数螺旋天线臂的结构示意图。

图中附图标记分别表示为：1-馈电贴片，2-单臂圆锥对数螺旋天线臂，3-固定底盘，4-安装柱，5-同轴电缆，6-馈电巴伦，7-阻抗变换器，A-单臂圆锥对数螺旋天线臂的圆锥轴线，B-单臂圆锥对数螺旋天线臂的圆锥母线，C-单臂圆锥对数螺旋天线臂的螺旋切线。

具体实施方式

本实用新型提供一种海事卫星电话低仰角天线，本实用新型解决了现有技术存在线驻波比高，接收匹配性差，天线增益过低，接收信号弱、造成接通率低、掉话率高的技术问题。本实用新型，实现在高纬度地区，或者其他低仰角情况下通过卫星天线进行稳定卫星电话通信，取得了在0゜仰角－90゜仰角之间，在确保最低增益大于-2dB的前提下，最大增益能大于+2dB，天线辐射功率高，天线增益系数高，输入阻抗恒定，180度的波束宽度，不需要调整天线方向即可在任何低仰角视角条件下接收或发送卫星通信信号的技术效果。本实用新型还实现了天线馈线系统的性能优化，取得了有效消除流入电缆屏蔽层外部的电流，降低噪波信号、确保天线信号的纯净性，同轴电缆的输出阻抗和海事卫星电话终端的输入阻抗匹配，提高天线信号的传递质量的技术效果。

本实用新型还提供一种海事卫星电话，其解决了现有海事卫星电话存在电话接通率低，掉话率高，通信信号质量差的技术问题。本实用新型的海事卫星电话，实现0゜仰角－180゜仰角之间的卫星通信信号的接收或者发射，取得海事卫星电话的通信信号能在确保最低增益大于-2dB的前提下，最大增益能大于+2dB，海事卫星电话的辐射功率高，通信信号增益系数高，输入阻抗恒定，在全视角条件下进行卫星电话通信的技术效果。

本实用新型实施中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

首先根据低仰角视角卫星信号接收或者发送的需要，设计安装柱的一端设置在固定底盘中心位置，单臂圆锥对数螺旋天线臂的底部固定在固定底盘上，单臂圆锥对数螺旋天线臂的顶部设置有馈电贴片，馈电贴片的自由端固定在安装柱的另外一端，馈电贴片电连接同轴电缆的技术方案；接着根据轴向模圆锥螺旋结构的天线需要有稳定的轴向结构，设计海事卫星电话低仰角天线的单臂圆锥对数螺旋天线臂与安装柱以及固定底盘的轴线重合的技术方案；又根据天线整体方向图的对称性布图需要，以提高天线主波瓣的辐射质量，减少副波瓣或者尾波瓣的影响，设计海事卫星电话低仰角天线的两个馈电贴片成对称设置在安装柱上的技术方案；又根据天线振子需要具有周期性的方向图和恒定的输出阻抗，设计单臂圆锥对数螺旋天线臂的板状宽度从单臂圆锥对数螺旋天线臂顶部到底部呈对数规律变化的技术方案；再根据需要确保固定底盘轴线和偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂的轴线重合，以提高方向图中主波瓣辐射质量，设计固定底盘为圆盘的技术方案；再根据需要将流入同轴馈电电缆的屏蔽层外部的电流扼制掉，设计海事卫星电话低仰角天线，还包括馈电巴伦，馈电巴伦设置在安装柱上，馈电巴伦通过同轴电缆连接馈电贴片的技术方案；还根据需要根据不同的天线尺寸和天线信号质量要求选择合适的馈电巴伦，设计馈电巴伦为磁环巴伦、圆柱巴伦中的任一种或者它们的组合的技术方案；还根据需要考虑同轴电缆馈线和海事卫星电话终端之间的阻抗匹配，设计海事卫星电话低仰角天线还包括阻抗变换器，阻抗变换器设置在固定底盘上，阻抗变换器通过同轴电缆连接馈电巴伦的技术方案；最后根据需要考虑单臂圆锥对数螺旋天线臂的使用寿命，设计单臂圆锥对数螺旋天线臂上设置封套的技术方案。

 本实用新型还根据现有海事卫星电话提高通信质量的需要，设计采用本实用新型涉及的海事卫星电话低仰角天线的海事卫星电话的技术方案。

本实用新型，以偶数臂圆锥对数螺旋天线为基础，集成馈电巴伦和阻抗变换器构成的馈线信号处理技术方案，实现在高纬度地区，或者其他低仰角情况下通过海事卫星电话低仰角天线进行稳定卫星电话通信。

本实用新型的信号传递质量的控制在于在馈线系统中采用馈电巴伦实现天线信号的纯净性，在馈线系统中采用阻抗变换器，实现同轴电缆输出阻抗和海事卫星电话输入阻抗的匹配。

下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式进一步说明。对这些实施方式的说明主要用于帮助理解本实用新型的发明构思、所解决的技术问题、构成技术方案的技术特征和带来的技术效果。对这些实施方式的说明是示意性的，不构成对本实用新型的具体限定。本实用新型各个实施方式所涉及的技术特征，只要彼此不构成冲突就可以相互组合，通过等同替代或者是明显变型方式得到的所有实施例，和本实用新型的实施例实质上相同。

实施例一：

如图1、图2、图3、图4所示，本实用新型，包括固定底盘3、安装柱4、同轴电缆5、偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂2、和单臂圆锥对数螺旋天线臂2数量一样的馈电贴片1，安装柱4的一端设置在固定底盘3中心位置，单臂圆锥对数螺旋天线臂2的底部设置在固定底盘3的外圈上，单臂圆锥对数螺旋天线臂2的顶部连接馈电贴片1的固定端，馈电贴片1的自由端固定在安装柱4的另外一端，馈电贴片1电连接同轴电缆5。

如图6所示，单臂圆锥对数螺旋天线臂2，其板状宽度从单臂圆锥对数螺旋天线臂顶部到底部呈对数规律变化：

r=r₁*e^[(cotα*sinθ)*φ]

其中，r₁为单臂圆锥对数螺旋天线臂的螺旋起始点矢径，α为螺旋角,即为单臂圆锥对数螺旋天线臂的螺旋切线与单臂圆锥对数螺旋天线臂的圆锥母线间的夹角，θ为单臂圆锥对数螺旋天线臂的圆锥体的半锥角，φ为单臂圆锥对数螺旋天线臂的方位角，其值为360*n，n为单臂圆锥对数螺旋天线臂的螺旋匝数。

本实施例中：单臂圆锥对数螺旋天线臂2，用于接收或发射无线信号。如图1、图2所示，其可以通过板状对数天线臂沿轴线方向右旋形成产生左旋圆极化波的右旋单臂圆锥对数螺旋天线臂，这种天线臂和固定底盘3、安装柱4、同轴电缆5共同组成海事卫星电话低仰角天线；如图3、图4所示，其可以通过板状对数天线臂沿轴线方向左旋形成产生左旋圆极化波的左旋单臂圆锥对数螺旋天线臂，这种天线臂和固定底盘3、安装柱4、同轴电缆5共同组成海事卫星电话低仰角天线。单臂圆锥对数螺旋天线臂2的外形呈圆锥形板状螺旋，其制作材料为铜金属，铝金属，或者其他具有导电率好、即坚固又柔韧，不易氧化和腐蚀的材料。

馈电贴片1，用于和同轴馈电电缆连接，其制作材料为铜金属，铝金属，或者其他具有导电率好、即坚固又柔韧，不易氧化和腐蚀的材料；

固定底盘3，用于安装固定单臂圆锥对数螺旋天线臂2和安装柱4，其制作材料为塑料，或者其他绝缘料，或者表层设置有绝缘材料的金属材料；固定底盘比较优化的方案是选择重心轴线和几何尺寸轴线重合的固定底盘，其可以是圆盘、椭圆盘、正多边形固定底盘。

安装柱4，用于固定支撑单臂圆锥对数螺旋天线臂2，其可以为实心柱状，也可以为中空的柱状；

同轴电缆5，用于将通过馈电贴片1传入的偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂2接收到的卫星通信信号传输给海事卫星电话终端，或者将海事卫星电话终端呼出的信号通过馈电贴片1传递给偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂2，其可以是市场上可以买到的同轴电缆，也可以是专门设计的同轴电缆；

如图1、图3所示，单臂圆锥对数螺旋天线臂2较宽的一端和固定底盘3连接，较窄的一端和设置有馈电贴片1，通过馈电贴片1和安装柱连接。

本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。

本实用新型投入使用时，第一步，检查、调试设备：检查偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂2、两个馈电贴片1、固定底盘3、安装柱4、同轴电缆5，是否按本实用新型的技术方案连接，它们之间的硬件连接是否正常，如果出现异常，予以纠正；第二步，加电测试设备：启动电源，确认海事卫星电话低仰角天线工作状态是否正常，正常后才投入使用；第三步，接入海事卫星电话系统，执行信号发射或接收任务。

本实施例的工作流程和原理如下，通过固定底盘3和设置在固定底盘3中心位置的安装柱4固定的偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂2，其具有半球形方向图，180度的波束宽度，其可以接收任何相对视角的卫星通信信号，接收到的圆极化信号电流通过馈电贴片1，传入同轴电缆5在传递给海事卫星电话终端；反之，海事卫星电话终端发射的信号，通过同轴电缆5，经馈电贴片1传递给偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂2，其产生圆极化的信号波发射给通信卫星。

本实施例中，用来通过沿轴线方向绕成圆锥状的单臂圆锥对数螺旋天线臂的板状天线振子，选用其宽度按照对数规律设计板状天线振子，这种板状天线振子其宽度具有确定的比例关系，其可以生产周期性重复辐射图和阻抗特性，这种天线振子沿天线的底部向顶部具有最强的辐射功率和极宽的工作频带宽度，这种板状天线绕成圆锥状的单臂圆锥对数螺旋天线臂，其沿单臂圆锥对数螺旋天线臂的轴向方向具有最大辐射功率及辐射集中度，也具有极宽的工作频带宽度和恒定的输出阻抗特性，同时还具有周期性重复辐射图和阻抗特性

本实施例的技术方案，还可以如图2、图4所示的技术方案，单臂圆锥对数螺旋天线臂2较窄的一端和固定底盘3连接，较宽的一端和设置有馈电贴片1，通过馈电贴片1和安装柱连接。这两个技术方案同样可以实现低仰角视角情况下卫星信号的接收和发射。

实施例二：

为了提高海事卫星电话低仰角天线的方向图的主波瓣功率信号集中度，本实施例在实施例一的基础上进一步地改进，如图1、图2、图3、图4所示，本实施例的海事卫星电话低仰角天线，其偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂2与安装柱4以及固定底盘3的轴线重合。

本实施例是在实施例一的安装柱4的一端设置在固定底盘3中心位置技术方案的基础上，首先保证安装柱4和固定底盘3的轴线重合，再进一步确保偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂2与安装柱4以及固定底盘3的轴线重合，这种结构具有较好的应力结构，使海事卫星电话低仰角天线的机械机构具有更好的稳定性；这种轴线重合，使天线的轴向恒定、统一、稳定，进一步增强海事卫星电话低仰角天线的轴向模结构，使天线的辐射功率进一步集中到轴线方向、降低其他方向的辐射功率，从而增强天线主波瓣的辐射强度和辐射宽度，减少副波瓣和尾波瓣的数量及它们的辐射强度，降低天线的驻波比。这个技术方案的海事卫星电话低仰角天线取得更强的辐射能力，更小的驻波比，更佳的增益系数，更宽的工作频带宽度，更好的圆极化能力，更宽的圆极化带宽的技术效果。

实施例三：

为了提高海事卫星电话低仰角天线的方向图的主波瓣功率信号集中度的和波束宽度，本实施例在实施例一～二的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图5所示，本实施例的海事卫星电话低仰角天线的偶数个馈电贴片1成对称设置在安装柱上。

本实施例在实施例一或者实施例二轴向模天线技术方案的基础上，进一步采用偶数个馈电贴片1成对称设置在安装柱上的技术方案，这个技术方案使偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂2，在一个平面上或锥面上按特定的曲率变化绕旋展开，其信号辐射能力只由单臂圆锥对数螺旋天线臂的角度决定，包含线性长度，天线的特性不受频率变化的影响，故具有极宽的辐射频带宽度。这个技术方案进一步增强实施例一或者二的海事卫星电话低仰角天线的轴向模结构，使天线的辐射功率进一步集中到轴线方向、降低其他方向的辐射功率，增强天线主波瓣的辐射强度和辐射宽度，减少副波瓣和尾波瓣的数量及它们的辐射强度，降低天线的驻波比，这个技术方案的海事卫星电话低仰角天线取得更强的辐射能力，更佳的增益系数、更小的驻波比，更宽的工作频带宽度，更好的圆极化能力，和更宽的圆极化带宽的技术效果。

实施例四：

为了提高海事卫星电话低仰角天线的方向图的主波瓣功率信号集中度，本实施例在实施例一～三的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1、图2、图3、图4所示，本实施例的固定底盘3为圆盘。

本实施例中，固定底盘3为圆盘，圆盘可以是实心结构，也可以是中空的结构，实际应用中还可以采用椭圆盘、正多边形固定底盘。本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。

本实施例中，在实施例一、二、三的轴向模圆锥对数螺旋天线的基础上，进一步提高固定底盘3的重心轴线和几何轴线的重合，进一步保证天线的辐射功率进一步集中到轴线方向、降低其他方向的辐射功率，也就是说增强天线主波瓣的辐射强度和辐射宽度，减少副波瓣和尾波瓣的数量及它们的辐射强度，降低天线的驻波比。

实施例五：

为了提高海事卫星电话低仰角天线的馈线信号传递能力，本实施例在实施例一～四的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1、图2、图3、图4所示，本实施例的海事卫星电话低仰角天线，还包括馈电巴伦6，馈电巴伦6设置在安装柱4上，馈电巴伦6通过同轴电缆5连接馈电贴片1。

本实施例中，馈电巴伦6，用于将单臂圆锥对数螺旋天线臂2经馈电贴片1流入同轴电缆外皮的高频电流截断。本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。

本实施例，在实施例一、二、三、四的轴向模天线的基础上，通过增加馈电巴伦6，馈电巴伦6设置在安装柱4上，馈电巴伦6通过同轴电缆5连接馈电贴片1，接入海事卫星电话低仰角天线系统。两个单臂圆锥对数螺旋天线臂接收的产生的信号电流，经馈电贴片流入同轴馈电电缆，同轴馈电电缆的外皮就有高频电流流过，经过馈电巴伦后，流入电缆屏蔽层外部的电流就被扼制掉，从而降低噪波信号，确保天线信号的纯净性。

实施例六：

为了提高海事卫星电话低仰角天线的馈线信号传递能力，本实施例在实施例五的基础上进一步地改进，如图1、图2、图3、图4所示，本实施例的馈电巴伦6为磁环巴伦、圆柱巴伦、套筒巴伦、渐变线巴伦中的任一种或者它们的组合

本实施例的圆柱巴伦的设计原理是，采用和推挽输出变压器一样的设计原理，把双向平衡电流变换成单向不平衡电流，变压器可采用磁心或空心绕成，适用大功率使用。这个技术方案工作带宽较宽，适合大功率高频率使用。

本实施例的套筒巴伦的设计原理是，在同轴线外导体上设置一段四分之一波长短路套筒，这样从馈电点到套筒巴伦形成的传输线的输入阻抗无限大，从而有效屏蔽流入电缆屏蔽层外部的电流。这个技术方案工作带宽窄，频率低时四分之一波长套筒就显得很长，适合大功率高频率使用。

本实施例的磁环巴伦的设计原理是，在磁环的外面绕线，使流入的电流大小相等方向相反而互相抵消。这个技术方案工作带宽较宽，但大功率时受磁环磁饱和的限制，适合低频率小功率使用。

本实施例的渐变线巴伦为微带巴伦，其原理是微带线与其对应的金属地渐变直至宽度相等，微带线的特性阻抗由50欧姆渐变到天线臂所需的特性阻抗，微带线与其对应的金属地上的电流大小相等方向相反而互相抵消。这个技术方案工作带宽较宽，适合小功率使用。

本实施例，在实施例五的基础上，通过提供磁环巴伦、圆柱巴伦、套筒巴伦、渐变线巴伦的馈电巴伦选择方案，实现根据天线的设计需要，选择最合适的馈电巴伦技术方案，提高天线信号的馈线传递质量。

实施例七：

为了提高海事卫星电话低仰角天线的信号输出质量，本实施例在实施例一～六的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1、图2、图3、图4所示，本实施例的海事卫星电话低仰角天线，还包括阻抗变换器，阻抗变换器7设置在固定底盘3上，阻抗变换器7通过同轴电缆5连接馈电巴伦6；

本实施例中，阻抗变换器7，用于和同轴电缆5连接，将同轴电缆5的输出阻抗转换为海事卫星电话终端所需的输入阻抗。

本实施例，在实施例一、二、三、四、五、六实施例的基础上，通过增加阻抗变换器7，阻抗变换器7设置在固定底盘3上，阻抗变换器7电连接馈电巴伦5，接入海事卫星电话低仰角天线系统。实现将同轴馈电电缆75Ω的阻抗变换到海事卫星电话的50Ω阻抗，提高天线信号的传递质量。

实施例八：

为了提高海事卫星电话低仰角天线的长期工作能力，本实施例在实施例一～七的任意一个实施例的基础上进一步地改进，如图1、图2、图3、图4所示所示，本实施例的单臂圆锥对数螺旋天线臂2上设置有封套。

本实施例中，封套，用于保护单臂圆锥对数螺旋天线臂2，防止其发生变质，产生损耗，其材料可以是塑料、硅胶、热塑性聚氨酯，或者在单臂圆锥对数螺旋天线臂涂覆防腐蚀的涂层。本领域技术人员可根据实际施工环境和工件的要求自由选择组件的参数。

本实施例中，单臂圆锥对数螺旋天线臂2上设置封套，将单臂圆锥对数螺旋天线臂和周围环境隔离，防止周围环境对铜材或者铝材的单臂圆锥对数螺旋天线臂腐蚀，降低使用中的损耗，提高单臂圆锥对数螺旋天线臂的使用寿命。

实施例九：

为了提高海事卫星电话的信号接收或者发射能力，本实施例在现有海事卫星电话的基础上进一步地改进，将海事卫星电话的天线采用实施例一～八的任一种海事卫星电话低仰角天线。

本实施例中，海事卫星电话的海事卫星电话低仰角天线可以采用内置的技术方案集成在海事卫星电话中，也可以采用外置的技术方案通过馈电线缆和海事卫星电话的其他模块进行连接。

本实施例中，海事卫星电话不局限于海事卫星通信用的海事卫星电话机，还可以是其他海事卫星接收或者发射终端，也可以是移动通信电话或者移动通信终端。

本实施例中，采用实施例一～九的任一种海事卫星电话低仰角天线替换海事卫星电话天线，实现0゜仰角－180゜仰角之间的卫星通信信号的接收或者发射，取得海事卫星电话的通信信号能在确保最低增益大于-2dB的前提下，最大增益能大于+2dB，海事卫星电话的辐射功率高，通信信号增益系数高，输入阻抗恒定，在全视角条件下进行卫星电话通信的技术效果。

以上结合说明书附图对本实用新型的实施方式作出详细说明，但本实用新型并不限于上述实施方式和实施例，在基于本实用新型的发明构思的基础上，对本实用新型的上述实施方式进行各种变化、修改、替换或变型，均落入本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种海事卫星电话低仰角天线，包括固定底盘(3)、安装柱(4)、同轴电缆(5)，其特征在于，还包括偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)、和单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)数量一样的馈电贴片(1)，所述安装柱(4)的一端设置在固定底盘(3)中心位置，所述单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)的底部设置在固定底盘(3)的外圈上，所述单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)的顶部连接馈电贴片(1)的固定端，所述馈电贴片(1)的自由端固定在安装柱(4)的另外一端，所述馈电贴片(1)电连接同轴电缆(5)；

      所述单臂圆锥对数螺旋天线臂，其板状宽度从单臂圆锥对数螺旋天线臂顶部到底部呈对数规律变化：

       r=r₁*e^[(cotα*sinθ)*φ]

      其中，r₁为单臂圆锥对数螺旋天线臂的螺旋起始点矢径，α为螺旋角,即为单臂圆锥对数螺旋天线臂的螺旋切线与单臂圆锥对数螺旋天线臂的圆锥母线间的夹角，θ为单臂圆锥对数螺旋天线臂的圆锥体的半锥角，φ为单臂圆锥对数螺旋天线臂的方位角，其值为360*n，n为单臂圆锥对数螺旋天线臂的螺旋匝数；

      所述单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)，用于接收或者发射卫星电话通信信号，其外形呈圆锥板状螺旋；

       所述馈电贴片(1)，用于和同轴电缆(5)电连接，将单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)产生的电流信号传递给同轴电缆(5)，或者将同轴电缆(5)传出的海事卫星电话终端信号传递给单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)发射；

       所述同轴电缆(5)，用于将通过馈电贴片(1)传入的单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)接收到的卫星通信信号传输给海事卫星电话终端，或者将海事卫星电话终端呼出的信号通过馈电贴片(1)传递给单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)。

2.根据权利要求1所述的一种海事卫星电话低仰角天线，其特征在于，所述偶数根单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)与安装柱(4)以及固定底盘(3)的轴线重合。

3.根据权利要求1所述的一种海事卫星电话低仰角天线，其特征在于，所述偶数个馈电贴片(1)成对称设置在安装柱上。

4.根据权利要求1所述的一种海事卫星电话低仰角天线，其特征在于，所述固定底盘(3)为圆盘。

5.根据权利要求1所述的一种海事卫星电话低仰角天线，其特征在于，还包括馈电巴伦(6)，所述馈电巴伦(6)设置在安装柱(4)上，所述馈电巴伦(6)通过同轴电缆(5)连接馈电贴片(1)；

      所述馈电巴伦(6)，用于将单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)经馈电贴片(1)流入同轴电缆(5)外皮的高频电流截断。

6.根据权利要求5所述的一种海事卫星电话低仰角天线，其特征在于，所述馈电巴伦(6)为磁环巴伦、圆柱巴伦、套筒巴伦、渐变线巴伦中的任一种或者它们的组合。

7.根据权利要求1所述的一种海事卫星电话低仰角天线，其特征在于，还包括阻抗变换器，所述阻抗变换器(7)设置在固定底盘(3)上，所述阻抗变换器(7)通过同轴电缆(5)连接馈电巴伦(6)；

    所述阻抗变换器(7)，用于和同轴电缆(5)连接，将同轴电缆(5)的输出阻抗转换为海事卫星电话终端的输入阻抗。

8.根据权利要求1所述的一种海事卫星电话低仰角天线，其特征在于，所述单臂圆锥对数螺旋天线臂(2)上设置有封套。

9.一种海事卫星电话，其特征在于，包括权利要求1-8所述的任一种海事卫星电话低仰角天线。