CN204741081U - 兼容uhf/北斗频段的可折叠交叉振子集成天线 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉振子集成天线，用于解决现有天线覆盖频段窄和增益低的问题，包括北斗频段辐射体、引向器、UHF频段辐射体、反射地、三个连接座、北斗频段扼流管、UHF频段扼流管和连接杆；其中北斗频段辐射体、引向器和UHF频段辐射体均包括四个交叉振子臂，反射地包括八个交叉的反射振子臂，这些振子臂分别与其对应的连接座活动连接，并可以由水平状态向上或者向下折叠；三个连接座自上而下依次通过北斗频段扼流管、连接杆和UHF频段扼流管连接形成天线体；北斗频段辐射体设置在该天线体的顶端。本实用新型UHF频段的增益较高，能够兼容北斗频段，且采用的振子臂可折叠，可用于北斗导航定位，满足实际应用中的大量需求。
Description
技术领域
本实用新型属于天线技术领域，涉及一种兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉振子集成天线，可用于卫星通信和导航定位。
背景技术
天线按照极化特性可分为线极化、圆极化和椭圆极化三种。圆极化天线可以接收任意极化方向的线极化波，同时它发射的信号也可以由任意极化方向的线极化天线接收，并且具有旋向正交性，尤其是在航天飞行器、无线通信和雷达的极化分集、全球定位等无线电领域中得到广泛应用。随着无线通信技术的发展，通信终端的发展越来越趋于小型化、多功能化、多频段、多极化和多用途，这就对天线设计带来了多功能化的要求。
由于振子天线具有重量轻、性能好、结构简单，且易于实现圆极化等优点，因此交叉振子天线是圆极化天线的主要实现形式之一。现有的可折叠UHF频段交叉振子天线是由交叉振子辐射单元、反射地板和引向器组成。利用同轴线馈电，在辐射振子上激励起射频电磁场，并通过反射地板反射以及引向振子引向向外辐射，其结构如图1所示，包括引向器、UHF频段辐射体、反射地、三个连接座、UHF频段扼流管、连接杆和UHF频段同轴馈线；引向器、辐射体和反射地均包括四个交叉振子臂，其中引向振子臂10、UHF频段辐射振子臂9和反射振子臂8分别与第三连接座3、第二连接座2和第一连接座1活动连接，并可以由水平状态向上或者向下折叠；三个连接座3，2和1自上而下依次通过连接杆6和UHF频段扼流管5连接，形成天线体，通过UHF频段同轴馈线18馈电，UHF频段辐射振子臂的臂长等于UHF频段中心频率的四分之一波长。但现有的UHF频段可折叠交叉振子天线只能满足两个相距较近的频段的使用，即344～351MHz频段可用于空对地通信，382～389MHz频段可用于地对空通信，不能覆盖北斗B1或B3频段，实现导航定位，因而迫切需要在原有可折叠UHF交叉振子天线结构的基础上集成可用于北斗B1或B3频段导航定位的天线。
实用新型内容
本实用新型提出了一种兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉振子集成天线，用 于解决现有天线覆盖频段窄，不能兼顾北斗导航定位的问题，以满足通信终端对于卫星通信和定位的多功能化要求。
为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
一种兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉阵子集成天线，包括引向器、UHF频段辐射体、反射地、三个连接座、UHF频段扼流管、连接杆和UHF频段同轴馈线；所述引向器、UHF频段辐射体和反射地均包括四个交叉振子臂，其中引向振子臂10、UHF频段辐射振子臂9和反射振子臂8分别与第三连接座3、第二连接座2和第一连接座1活动连接，并可以由水平状态向上或者向下折叠；所述三个连接座3，2和1自上而下依次通过连接杆6和UHF频段扼流管5连接，形成天线体；UHF频段辐射振子臂9与UHF频段同轴馈线18相连。在天线体的顶端增设有北斗频段辐射体，该北斗频段辐射体包括四个交叉的北斗频段辐射振子臂11，这四个振子臂11与第四连接座4活动连接，并可以由水平状态向下折叠；第四连接座4通过北斗频段扼流管7与第三连接座3连接；反射地包括八个交叉反射振子臂8，用以反射UHF频段辐射体向下辐射的电磁波；北斗频段辐射振子臂与北斗频段同轴馈线19相连。
上述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉阵子集成天线，第一连接座1和第三连接座3均由固定部分和活动部分组成，采用金属材质，在固定部分的轴向设有圆孔，周向设有均匀分布的矩形槽，其中在第一连接座1固定部分的空腔中设置有移相器14；活动部分镶嵌在矩形槽中，并通过插销连接；其中第一连接座1上设置有八个活动部分，可以由水平状态向上折叠，第三连接座3上设置有四个活动部分，可以由水平状态向下折叠。
上述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉阵子集成天线，第二连接座2和第四连接座4均由固定部分和四个活动部分组成，其中固定部分采用非金属材质，其轴向设有圆孔，周向设有均匀分布的矩形槽，在矩形槽根部位置压铸有金属弹片13；活动部分采用金属材质，镶嵌在矩形槽中，通过插销12连接，并与金属弹片13紧密接触，该活动部分可以由水平状态向下折叠。
上述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉阵子集成天线，四种振子臂8，9，10和11均采用轻质钣金材料，每个振子臂的根部与其对应的连接座上的活动部分固定。
上述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉阵子集成天线，连接杆6采用轻质 的管材。
上述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉阵子集成天线，UHF频段扼流管5采用轻质金属管材，其长度等于UHF频段中心频率的四分之一波长，下端处设置有中心开孔的金属封盖，用于焊接同轴馈线。
上述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉阵子集成天线，北斗频段扼流管7采用轻质金属管材，其长度等于北斗B1、B2或B3频段中心频率的四分之一波长，下端处设置有中心开孔17的金属封盖，用于焊接同轴馈线。
上述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉阵子集成天线，北斗频段辐射振子臂11的臂长等于北斗B1、B2或B3频段中心频率的四分之一波长。
上述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉阵子集成天线，北斗频段辐射体的第一振子臂111和第二振子臂112及第三振子臂113和第四振子臂114，通过移相器14产生90度相位差，经第一北斗频段同轴馈线15和第二北斗频段同轴馈线16馈电以实现圆极化。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：
1、本实用新型在原有UHF频段UHF频段可折叠交叉振子天线的基础上，增加了北斗导航定位用途的圆极化天线，使两个天线巧妙地集成在一起。与现有技术相比，在满足UHF频段的使用，即344～351MHz频段可用于空对地通信，382～389MHz频段可用于地对空通信的同时，兼容了北斗频段定位，实现了天线的多功能化，满足实际应用中的大量需求。
2、本实用新型由于频段辐射振子臂的谐振长度可以根据用户需求，分别调整为北斗B1、B2或B3频段中心频点的四分之一波长，可实现北斗B1、B2或B3频段的导航定位。
3、本实用新型由于反射地采用了八个交叉的反射振子臂，与现有技术的四个交叉反射振子臂相比，增大了反射面积，有效提高了UHF频段的增益。
附图说明
图1为现有UHF频段可折叠交叉振子天线的整体结构示意图；
图2为本实用新型的整体结构示意图；
图3为本实用新型北斗频段辐射振子臂的结构示意图；
图4为本实用新型第四连接座及馈线连接示意图；
图5为本实用新型北斗频段扼流管的结构示意图；
图6为本实用新型北斗频段辐射体馈电连接示意图；
图7为本实用新型第一连接座的结构示意图；
图8为本实用新型UHF频段扼流管的结构示意图；
图9为本实用新型第三连接座的结构示意图；
图10为本实用新型与现有技术的增益对比图：
图11为本实用新型实施例1的北斗频段驻波比-频率实测结果图；
图12(a)-(c)为本实用新型实施例1在不同频段XOZ平面的实测辐射方向图；
图13(a)-(b)为本实用新型实施例1北斗频段的轴比-频率实测结果图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述：
实施例1
参照图2，北斗频段辐射体、引向器和UHF频段辐射体分别包括四个交叉的北斗频段辐射振子臂11、引向振子臂10和UHF频段辐射振子臂9，反射地包括八个交叉的反射振子臂8，用以反射UHF频段辐射体向下辐射的电磁波；第四连接座4、第三连接座3、第二连接座2和第一连接座1均是由固定部分和活动部分组成，其中在固定部分的铅垂轴上设置有过孔，过孔的直径与其对应连接的扼流管或连接杆的外径相等，这四个连接座4，3，2和1自上而下依次通过北斗频段扼流管7、连接杆6和UHF频段扼流管5连接；北斗频段扼流管7、连接杆6和UHF频段扼流管5均采用轻质金属管材，其中北斗频段扼流管7和UHF频段扼流管5的下端口处设置有中心开有过孔的封盖；在第四连接座4、第三连接座3和第二连接座2固定部分的圆周方向下部设置有均匀分布的四个矩形槽，在第一连接座1固定部分的圆周方向上部设置有均匀分布的八个矩形槽，活动部分镶嵌在这些矩形槽中，并通过插销和固定部分连接，活动部分分别与北斗频段辐射振子臂11、引向振子臂10、UHF频段辐射振子臂9和反射振子臂8的根部固定连接，天线工作时这些振子臂处于水平状态，需要收拢时北斗频段辐射振子臂11、引向振子臂10和UHF频段辐射振子臂9可以向下折叠，反射振子臂8可以向上折叠，折叠后呈铅垂状态；低频同轴馈线18和北斗频段同轴馈线19的输出端分别与各自对应的移相器的输入端连接，两个移相器的输出端分别与UHF频段辐射振子臂9和北斗频段辐射振子臂11相连。
参照图3，北斗频段辐射振子臂11采用采用轻质矩形钣金材料，长度L1＝58mm，宽度W1＝5mm。
参照图4，第四连接座4是由固定部分和四个活动部分组成，其中固定部分采用ABS树脂，其轴向设有圆孔，周向设有均匀分布的矩形槽，在矩形槽根部位置压铸有金属弹片13；活动部分采用黄铜，镶嵌在矩形槽中，通过插销12连接，并与金属弹片13紧密接触，该活动部分可以由水平状态向下折叠。在四个活动部分上通过螺钉与第一北斗频段辐射振子臂111、第二北斗频段辐射振子臂112、第三北斗频段辐射振子臂113和第四北斗频段辐射振子臂114的根部固定连接，形成十字型或×型位置关系北斗频段辐射体。第一北斗频段同轴馈线15的芯线151焊接在与第一北斗频段辐射振子臂111紧密接触的金属弹片上，外皮152焊接在与第三北斗频段辐射振子臂113紧密接触的金属弹片上；第二北斗频段同轴馈线16的芯线161焊接在与第二北斗频段辐射振子臂112紧密接触的金属弹片上，外皮162焊接在与第四北斗频段辐射振子臂114紧密接触的金属弹片上，实现90度相位差，从而辐射B3频段所需的右旋圆极化波。
第二连接座2及馈线连接方法与图4所示相同。
参照图5，北斗频段扼流管7采用薄壁铜管，长度为L2＝58mm，直径d＝10mm，其上端插入第四连接座4轴向方向上的圆孔内固定，下端插入第三连接座3轴向方向上的圆孔内固定，端口处设置有中心开孔17的金属封盖。
参照图6，在第一连接座1固定部分的空腔中设置有移相器14，该移相器的输入端外接北斗频段同轴馈线19，两个输出端口分别接第一北斗频段同轴馈线15和第二北斗频段同轴馈线16，第一北斗频段同轴馈线15和第二北斗频段同轴馈线16依次从下向上穿过第二连接座2、连接杆6、第三连接座3和北斗频段扼流管7，延伸至最顶端的第四连接座4，并将外皮焊接在北斗频段扼流管7下端口处的金属封盖上，形成四分之一波长套筒扼流。
参照图7，第一连接座1由固定部分和八个的活动部分组成，均为金属结构，该固定部分的轴向设有空腔，高、低频移相器均位于空腔中，周向设有均匀分布的矩形槽，活动部分镶嵌在矩形槽中，并通过插销连接，反射振子臂8的根部通过螺钉与第一连接座1的活动部分固定，其长度为21cm，宽度为8mm。
参照图8，低频扼流管5长度为344～351MHz和389～396MHz频段中心频点 即370MHz的四分之波长，为20cm，宽度为13mm。第一连接座1与第二连接座2通过低频扼流管5相连接。第二连接座2为UHF频段的馈电连接座，结构以及连接方式与第四连接座4相同，与之相连的UHF频段辐射振子臂长度为17cm,宽度为18mm。
参照图9，第三连接座3的固定部分和活动部分均采用黄铜，其中活动部分可以由水平状态向下折叠。
本实施例兼容北斗B3频段(1268.52±10.23MHz)。
实施例2
实施例2与实施例1的结构相同，仅对以下参数进行了调整：
北斗频段辐射振子臂11的长度L1取值为48mm，宽度W1取值为3mm，北斗频段扼流管7长度L2取值48mm。
本实施例兼容北斗B1频段(1561.098±2.046MHz)。
实施例3
实施例3与实施例1的结构相同，仅对以下参数进行了调整：
北斗频段辐射振子臂11的长度L1取值为62mm，宽度W1取值为3mm，北斗频段扼流管7长度L2取值62mm。
本实施例兼容北斗B2频段(1207.14±2.046MHz)。
以下结合测量结果对本实用新型的效果作进一步描述：
参照图10，在微波暗室使用安捷伦8753ES测试本实用新型在UHF频段344～351MHz、382～389MHz的增益，并与现有技术进行对比，可以看出，本实用新型天线在UHF频段内的增益有了较为明显的提高，均可提高约0.7dBi。
参照图11，在微波暗室使用安捷伦8753ES测试本实用新型在北斗B3频段(1268.52±10.23MHz)的其驻波，可以看出，增设了北斗频段辐射体后，本实用新型在整个北斗频段内的驻波比：VSWR≤1.5:1。
参照图12(a)-(c),在Airlink 3D微波暗室测量本实用新型在不同频段XOZ平面的辐射方向图，其中图12(a)本实用新型在347.5MHz的XOZ面辐射方向图，增益为5.2dB；图12(b)为天线在385.5MHz的XOZ面辐射方向图，增益为5.5dBi；图12(c)为天线在1268MHz的XOZ面辐射方向图，增益为6dBi。 可以看出本实用新型在高低频端的辐射方向图形状规整，后瓣很小，具有很好的辐射特性。
参照图13(a)-(b),在微波暗室测量本实用新型工作在347.5MHz，385.5MHz，1268MHz的半空间圆极化轴比，其中图13(a)为x-z面高低频点的轴比实测图，图13(b)为y-z面高低频点的轴比实测图。可以看出本实用新型北斗频段主方向上的圆极化轴比约为2.5dB，呈现出很好的圆极化效果。
以上实测结果说明，本实用新型在北斗频段阻抗匹配良好，圆极化性能良好；在UHF频段，增益比现有技术有了较明显提高。
Claims (9)
1.一种兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉振子集成天线，包括引向器、UHF频段辐射体、反射地、三个连接座、UHF频段扼流管、连接杆和UHF频段同轴馈线；所述引向器、UHF频段辐射体和反射地均包括四个交叉振子臂，其中引向振子臂(10)、UHF频段辐射振子臂(9)和反射振子臂(8)分别与第三连接座(3)、第二连接座(2)和第一连接座(1)活动连接，并可以由水平状态向上或者向下折叠；所述三个连接座(3，2，1)自上而下依次通过连接杆(6)和UHF频段扼流管(5)连接，形成天线体；UHF频段辐射振子臂(9)与UHF频段同轴馈线(18)相连；其特征在于，在天线体的顶端增设有北斗频段辐射体，该北斗频段辐射体包括四个交叉的北斗频段辐射振子臂(11)，这四个振子臂(11)与第四连接座(4)活动连接，并可以由水平状态向下折叠；第四连接座(4)通过北斗频段扼流管(7)与第三连接座(3)连接；反射地包括八个交叉的反射振子臂(8)，用以反射UHF频段辐射体向下辐射的电磁波；北斗频段辐射振子臂与北斗频段同轴馈线(19)相连。
2.根据权利要求1所述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉振子集成天线，其特征在于，所述第一连接座(1)和第三连接座(3)均由固定部分和活动部分组成，采用金属材质，在固定部分的轴向设有圆孔，周向设有均匀分布的矩形槽，其中在第一连接座(1)固定部分的空腔中设置有移相器(14)；活动部分镶嵌在矩形槽中，并通过插销连接；其中第一连接座(1)上设置有八个活动部分，可以由水平状态向上折叠，第三连接座(3)上设置有四个活动部分，可以由水平状态向下折叠。
3.根据权利要求1所述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉振子集成天线，其特征在于，所述第二连接座(2)和第四连接座(4)均由固定部分和四个活动部分组成，其中固定部分采用非金属材质，其轴向设有圆孔，周向设有均匀分布的矩形槽，在矩形槽根部位置压铸有金属弹片(13)；活动部分采用金属材质，镶嵌在矩形槽中，通过插销(12)连接，并与金属弹片(13)紧密接触，该活动部分可以由水平状态向下折叠。
4.根据权利要求1所述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉振子集成天线，其特征在于，所述四种振子臂(8，9，10，11)均采用轻质钣金材料，每个振子臂的根部与其对应的连接座上的活动部分固定。
5.根据权利要求1所述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉振子集成天线，其特征在于，所述连接杆(6)采用轻质的管材。
6.根据权利要求1所述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉振子集成天线，其特征在于，所述UHF频段扼流管(5)采用轻质金属管材，其长度等于UHF频段中心频率的四分之一波长，下端处设置有中心开孔的金属封盖，用于焊接同轴馈线。
7.根据权利要求1所述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉振子集成天线，其特征在于，所述北斗频段扼流管(7)采用轻质金属管材，其长度等于北斗B1、B2或B3频段中心频率的四分之一波长，下端处设置有中心开孔(17)的金属封盖，用于焊接同轴馈线。
8.根据权利要求1所述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉振子集成天线，其特征在于，所述北斗频段辐射振子臂(11)的臂长等于北斗B1、B2或B3频段中心频率的四分之一波长。
9.根据权利要求1所述的兼容UHF/北斗频段的可折叠交叉振子集成天线，其特征在于，所述北斗频段辐射体的第一振子臂(111)和第二振子臂(112)及第三振子臂(113)和第四振子臂(114)，通过移相器(14)产生90度相位差，经第一北斗频段同轴馈线(15)和第二北斗频段同轴馈线(16)馈电，以实现圆极化。
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Cited By (2)
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| CN112635977A (zh) * | 2020-12-28 | 2021-04-09 | 无锡华信雷达工程有限责任公司 | 一种uhf频段高增益左旋圆极化天线 |
| CN115173927A (zh) * | 2022-07-11 | 2022-10-11 | 南京科伊星信息科技有限公司 | 一种uhf频段射频信号双工收发的卫星通信模拟终端系统 |
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