CN207381515U - 一种短波对数型宽带单极天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种短波对数型宽带单极天线，所述的天线包括地基，地基上安装户外塔式绝缘支撑环，户外塔式绝缘支撑环上安装馈电盘，在该馈电盘上安装倒置的圆锥形框架，在圆锥形框架的顶部圆周上安装三根以上的振子，各振子之间通过支撑环连接固定，支撑环与地面通过拉索相连接。本实用新型所公开的短波对数型宽带单极天线，采用对数周期天线的设计思想及单极子天线的谐振特性，利用振子间的互耦效应及匹配网络展宽工作带宽，从而满足天线宽带工作及小型化的需要。

Description

一种短波对数型宽带单极天线

技术领域

本实用新型涉及无线电通信领域，具体的说涉及该领域内的一种通信用新型短波对数型宽带单极天线。

背景技术

随着现代通信技术的高速发展，短波通信的作用越来越重要。短波通信具有通信距离远，设备简单，成本低，不易摧毁等优点，在确保战术和战略的最低要求和必不可少的通信方面，以及在提供从局部区域到连通路线的机动灵活的移动通信能力方面其重要性更加明显。短波通信事业的发展，对短波天线提出了更高的要求：由于短波通信易受电离层变化的影响，随着电离层的变化，要求在使用一付天线时，可根据需要更换工作频率；为了改善短波通信质量，新的实时选频以及高频自适应系统所用设备是宽波段的；军事电子对抗的发展，使用一副天线要同时干扰对方几个频率的信号。窄带的短波天线不能满足上述要求，必须使用宽带天线。尤其对架设容易、结构简单、宽带工作、辐射效率高、使用范围广泛的宽带单极天线的需求日趋旺盛。

目前国内外展宽宽带单级天线工作带宽的方法主要有如下几种：

第一种：加大柱形直径法，增加柱形单极天线的直径及电长度尺寸。缺点：展宽工作带宽的手段有限，天线架设必须增加辅助支撑件。

第二种：采用渐变直径宽带结构。缺点：明显增大了天线的占地面积尺寸，结构复杂。

第三种：通过在天线体内加载的方法，加载常规上分为集中加载和分布加载，其加载器件由电阻、电容、电感等器件组成。缺点：1)加载引入了有损耗器件，导致天线效率下降、增益降低；2)利用介质等分布加载，其加工要求较高、制作也比较困难，且增益效率并不能有所提高。

第四种：在无源单级天线根部加入有源器件展宽工作带宽，例如有源鞭天线。缺点：1)天线输入端口阻抗与有源放大器阻抗不能实现理想的共轭匹配，虽然可以通过补偿技术进行改善，但增加了系统噪声及信号非线性失真；2)加入的有源器件不满足大功率使用要求。

目前国内外常用的常规宽带单极天线的形式有：加载式短波宽带单极天线(加载器件存在功耗电阻，辐射效率低)、大直径竖笼天线(增加直径必须有辅助支撑件)、伞锥天线(渐变直径占地面积增大)、有源鞭天线(有源器件无法实现大功率工作)等等，各类天线均没有取得较理想的效果，无法同时满足使用效率高、工作带宽宽、结构简单、占地面积小、易架设的实际使用需求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种小型化、宽带化、收发功率兼容化的短波对数型宽带单极天线。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种短波对数型宽带单极天线，其改进之处在于：所述的天线包括地基，地基上安装户外塔式绝缘支撑环，户外塔式绝缘支撑环上安装馈电盘，在该馈电盘上安装倒置的圆锥形框架，在圆锥形框架的顶部圆周上安装三根以上的振子，各振子之间通过支撑环连接固定，支撑环与地面通过拉索相连接。

进一步的，在馈电盘上安装LC匹配网络盒。

进一步的，该圆锥形框架的底部锥角为60°，顶部圆周直径为2米，垂直高度1.7米。

进一步的，所述的振子有十根，各振子均匀分布在圆锥形框架的顶部圆周上，各振子的长度分别为：一根10.3米、两根9.1米、两根8.01米、两根7.04米、两根6.17米、一根5.37米，长度不足10.3米的振子顶部均通过玻璃钢管将长度补齐至10.3米。

进一步的，所述振子是3米一节的硬铝管，两节硬铝管之间通过连接套管和螺栓相连接。

进一步的，所述的支撑环有两个，分别安装在距地面6米和12米处。

进一步的，天线在部分振子之间还套设有可移动调整环。

进一步的，天线还以上述的馈电盘为顶点向地面辐射有地网。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型所公开的短波对数型宽带单极天线，采用对数周期天线的设计思想及单极子天线的谐振特性，利用振子间的互耦效应及匹配网络展宽工作带宽，从而满足天线宽带工作及小型化的需要。

本实用新型所公开的短波对数型宽带单极天线，针对现有短波单极天线工作频带窄、方向图带宽不足的问题，利用多个单极子的集合互耦特性，依照对数周期天线的设计规律，有效地提高了天线的特性阻抗。

本实用新型所公开的短波对数型宽带单极天线，在天线输入端采用宽带匹配，不加吸收负载网络，工作带宽4MHz-25MHz，可实现6倍频工作带宽，在整个带宽内天线驻波小于2。

本实用新型所公开的短波对数型宽带单极天线，宽带匹配网络，可实现大功率工作过程中收、发任意制式的工作状态转换。

本实用新型所公开的短波对数型宽带单极天线，外形结构为小直径圆柱形，小型化，占地面积小、可独立架设、移动架设。

本实用新型所公开的短波对数型宽带单极天线，通信技术实用性强，在导航、通讯、对抗、干扰等军用、民用领域都可使用；天线宽带工作，辐射效率高，可做接收或发射耐功率使用；天线采用硬结构设计大幅减小天线面尺寸；天线金属材料就地可取，可用普通钢，普通硬铝，原材料获取方便；产品加工过程简洁，加工工艺易操作，可实现批量化生产；架设容易，占地面积小。

附图说明

图1是本实用新型实施例1所公开短波对数型宽带单极天线的外观结构示意图；

图2是本实用新型实施例1所公开短波对数型宽带单极天线的振子俯视图；

图3是本实用新型实施例1所公开短波对数型宽带单极天线振子的补长结构示意图；

图4是本实用新型实施例1所公开短波对数型宽带单极天线振子两节硬铝管之间的连接结构示意图；

图5是本实用新型实施例1所公开短波对数型宽带单极天线倒置圆锥形框架的结构示意图；

图6是本实用新型实施例1所公开短波对数型宽带单极天线的单元端口驻波比测量结果图；

图7是本实用新型实施例1所公开短波对数型宽带单极天线的垂直面方向图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1，如图1，2，5所示，本实施例公开了一种短波对数型宽带单极天线，所述的天线包括地基1，地基上安装户外塔式绝缘支撑环2，户外塔式绝缘支撑环上安装馈电盘3，在该馈电盘上安装倒置的圆锥形框架4，在圆锥形框架的顶部圆周上安装三根以上的振子5，各振子之间通过支撑环6连接固定，支撑环与地面通过拉索7相连接。

在本实施例中，在馈电盘上安装LC匹配网络盒。该圆锥形框架的底部锥角为60°，顶部圆周直径为2米，垂直高度1.7米。

所述的振子有十根，各振子均匀分布在圆锥形框架的顶部圆周上，各振子的长度分别为：一根10.3米、两根9.1米、两根8.01米、两根7.04米、两根6.17米、一根5.37米，如图3所示，长度不足10.3米的振子顶部均通过玻璃钢管将长度补齐至10.3米。

如图4所示，所述振子是3米一节的硬铝管，两节硬铝管之间通过连接套管和螺栓相连接。

所述的支撑环有两个，分别安装在距地面6米和12米处。天线在部分振子之间还套设有可移动调整环。天线还以上述的馈电盘为顶点向地面辐射有地网。

图6是本实用新型实施例1所公开短波对数型宽带单极天线的单元端口驻波比测量结果图；图7是本实用新型实施例1所公开短波对数型宽带单极天线的垂直面方向图。

本实施例所公开的短波对数型宽带单极天线，采用多个垂直单级振子相结合，是依照对数周期天线的设计规律设计的独立小型化集合宽带单级天线，占地面积减少。

本实施例所公开的短波对数型宽带单极天线，通过改变天线体电流分布使天线体结构按对数周期变化、各振子天线单元周期复用，运用排列环境改善单级天线的带宽特性，天线单元阻抗、带宽可达3倍频程，方向图全向，增益在带宽内稳定。

通过优化设计，本实施例所公开的短波对数型宽带单极天线大幅减小了天线面尺寸，天线采用硬结构设计；天线面的成形依靠硬结构自身刚性辅以自身拉线完成。

实施例2，本实施例是利用对数周期天线的设计思想及单极子天线的谐振特性，将N个不同长度的单极振子以参数T₁依次渐变，振子间距d_n沿圆周以参数因子T₂渐变，利用振子间的互耦效应及匹配网络展宽工作带宽。

天线结构包括：天线振子、支撑环、LC匹配网络、阻抗变换器、拉索、地网。外观结构见附图1。

附图2所示天线由单元单极振子组成，每根振子的半径为a_i，振子分布在直径为D的圆周上，且各振子的底端以导线集合于一点，在此点馈电。附图3为天线振子补长结构连接件，附图4所示为天线振子连接结构件。

导体组成以馈电点为顶点的锥体，锥体的高度为Ha。最长振子长度为H₁，振子长度以参数T₁依次渐变，振子间距d_n以参数T₂渐变。

短波对数型宽带单级天线结构参数选取：各振子的高度H，高度比例因子τ₁；振子的间距d_n，比例因子τ₂；锥形圆半径D及振子的半径Ra、单元天线个数、匹配网络、功率容量。

天线特性阻抗选取：其中a_i为振子半径，h_i为振子长度。

底部锥形部分的特性阻抗为：其中为锥体的半锥角。选取使得锥形部分特性阻抗接近于所有上部圆柱振子特性阻抗的并联阻抗。

馈电圆锥的选取：馈电圆锥的最大直径D取决于振子的个数，半锥角α由圆锥的最大直径及天线的总高度确定，见附图5。

天线功率容量为：式中，P＝1KW；W1为振子的特性阻抗；R_ε为振子的辐射电阻；E_d为导线表面允许峰值场强的振幅6000-8000V/cm；d为振子直径。匹配网络采用二阶集中参数加宽带阻抗变换器组成。

具体的说：在工作频率4MHz～25MHz范围内，首先确定第1振子的长度为最高波长的1/4λ，该振子在频率低端起主要作用，第2振子、第3振子….第N振子高度随着频率的升高长度以T₁比例将振子的排列顺序依次编号：以最长振子为1号振子，最短振子为2号振子，关于Y轴对称的两边振子从高到低依次排为3，4，....N/2+1和N/2+2，....N。

在圆周上的各振子，它们之间的间距分别是按比例τ₂渐变的，天线有10个振子，其中第7、8、9、10个振子和第3、4、5、6个振子以锥体圆心对称分布。

振子长度确定：

振子之间的距离确定：

从而可得：

其中d_i为两关于圆锥圆心对称振子连线到最长振子的距离。确定各振子的位置及底端坐标：x_i＝Rasinφ_i y_i＝Racosφ_i z_i＝ha；天线共有10个振子按直径2米的圆周均匀排列，高度比例因子τ₁取为0.9，底部圆锥锥角为60°，由以上参数即可得到天线结构尺寸。

天线结构包括：天线振子部分、支撑环、锥体部分、馈电部分、拉索、地网。

天线振子部分：见图2天线单元俯视图。天线振子由10根铝管组成，材料均匀分布在一个2米直径的圆周上，振子材料用Ф50х3的硬铝管，每3米一节，两节之间用一个连接套管和4个M4Х60的螺栓连接见图4。由于振子长短不同，设计天线整体强度，稳定性和造型因素，设计较短振子用同样外径的Ф50х3的玻璃钢管按600斜度将其补齐，图3天线振子补长结构连接图连接方法与铝管相同。十根振子在距地面6米处和12米处各穿套一个直径为0.021米轮辐状的绝缘箍，将分散的10根振子收拢为一个整体。天线通过一个1.95米直径的中心固定环，两道1.95米直径绝缘加强环连成一体。

锥体部分：天线体下端的锥体保证各单元振子联接可靠，采用空心金属锥体。将10根铝管根部与一锥角为600的空心铝金属倒锥体平面电气连接。锥体表面直径为2米，垂直高度1.7米。选用4个Ф50х5的防锈铝管，弯曲成夹角为900的扇形状，拼接成直径为2米的环形圈，拼接处预埋有铝棒，通过铝制轮将振子和倒锥体联接成一体见图5。同样在锥体的下端铝管与馈电盘相连处用螺套并紧方式使得锥体与馈电盘相连，确保各振子与锥体馈电处有良好导电性。

馈电部分：馈电盘既是锥体的收口段，又是匹配系统的馈电点。为了保证在中心点馈电，在馈电盘中心钻一个M8的螺纹孔，在170mm的圆柱面上铣一个平面，安装转接插座，插座用聚四氟乙烯片绝缘。工作时，插上插头；不工作时，断开转接头，操作方便。馈电盘断面，留有一个Φ173°的锥台，以保证馈电台处不积水，盘上打四个工艺孔，用来安装支座绝缘支撑环ZS-20/16上的螺钉。

具体实施结构参数：10个振子间间距取T₂＝1，均匀分布在2米的圆周上。离地高度为4米振子中部有可移动调整环，下端锥体馈电处有良好的导电性；天线体上有两层具有两层跨度的绝缘箍，它同时又是二层三方拉线的支撑点，拉线占地面积14Х14平方米。馈电下盘选用ZS-20/16的户外塔式绝缘支撑环与地基相连。确保天线体与地绝缘良好。

从测量结果看出，由该天线单元组成的单级天线其工作带宽可达到3倍频程要求，满足宽带使用要求；天线体内没有任何消耗加载元件，天线匹配网络阶数较小；天线架设容易，简单；通过匹配网络元件的转换，天线可实现耐功率要求；大大的提高了天线的辐射效率；缩减了天线占地面积，同时也实现架设简洁，节约了架设成本。通过LC匹配网络可实现全方向性，低仰角辐射、低驻波、易于架设、占地面积小等优点，可广泛用于广播、通信、导航等领域。

Claims (8)

1.一种短波对数型宽带单极天线，其特征在于：所述的天线包括地基，地基上安装户外塔式绝缘支撑环，户外塔式绝缘支撑环上安装馈电盘，在该馈电盘上安装倒置的圆锥形框架，在圆锥形框架的顶部圆周上安装三根以上的振子，各振子之间通过支撑环连接固定，支撑环与地面通过拉索相连接。

2.根据权利要求1所述的短波对数型宽带单极天线，其特征在于：在馈电盘上安装LC匹配网络盒。

3.根据权利要求2所述的短波对数型宽带单极天线，其特征在于：该圆锥形框架的底部锥角为60°，顶部圆周直径为2米，垂直高度1.7米。

4.根据权利要求3所述的短波对数型宽带单极天线，其特征在于：所述的振子有十根，各振子均匀分布在圆锥形框架的顶部圆周上，各振子的长度分别为：一根10.3米、两根9.1米、两根8.01米、两根7.04米、两根6.17米、一根5.37米，长度不足10.3米的振子顶部均通过玻璃钢管将长度补齐至10.3米。

5.根据权利要求4所述的短波对数型宽带单极天线，其特征在于：所述振子是3米一节的硬铝管，两节硬铝管之间通过连接套管和螺栓相连接。

6.根据权利要求5所述的短波对数型宽带单极天线，其特征在于：所述的支撑环有两个，分别安装在距地面6米和12米处。

7.根据权利要求6所述的短波对数型宽带单极天线，其特征在于：天线在部分振子之间还套设有可移动调整环。

8.根据权利要求7所述的短波对数型宽带单极天线，其特征在于：天线还以上述的馈电盘为顶点向地面辐射有地网。