CN208507922U - 一种轻量化宽带双偶极子机载测量天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轻量化宽带双偶极子机载测量天线。现有偶极子天线频段很窄。本实用新型包括四个支撑管、四个偶极子臂、十字架、接地圆环和反射腔；十字架上表面开设相互垂直的两个U型槽，底部固定有四个圆柱体，与四个支撑管顶端分别过盈配合，四个支撑管底端均与接地圆环焊接；两个U型槽的槽底两端均开设穿线孔；第一馈电片和第二馈电片分别插入对应圆柱体的槽口内；十字架压紧四个偶极子臂；SMA射频接头的金属法兰固定在接地圆环上；两对偶极子共用一块反射底板。本实用新型采用多边形铜板做偶极子臂，拓宽带宽，不需要特定的阻抗匹配电路；每一对偶极子中起到巴伦的作用，把同轴电缆的不平衡馈电变为平衡。

Description

一种轻量化宽带双偶极子机载测量天线

技术领域

本实用新型属于微波天线领域，尤其是用于UHF波段的轻量化宽带双偶极子机载测量天线。

背景技术

随着科技的发展，一些大中型天线不断投入应用，在室内测试场已不能完成对此类天线的辐射特性测量,但是天线测量又是天线生产和使用过程中必不可少的环节。用小型旋翼无人飞机搭载发射天线对地面天线测量是一种新的测量方式，它可以克服远场距离的限制，但是小型无人机的续航时间随载重增加而减小，继而影响测量效率，对机载发射天线提出了更高的要求。

机载发射天线相对于传统测量发射天线，除了具有良好的辐射特性(即能够在一个宽频带工作和双极化的极化特性)外，还要求具有轻量化的特点。

现有的偶极子天线常用于场地衰减和天线系数的测量中，但偶极子天线的频率与其物理长度的线性关系导致其频段很窄，因此不能够对被测天线进行多个频点测量，其他的天线由于质量太大而不满足机载的条件。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种机载测量使用的带反射腔的宽频带双偶极子天线,为达到机载的要求,对天线反射腔的材料和结构优化设计,该天线能够用于大中型天线辐射特性测量时使用；采用多边形的铜板做偶极子臂，增加了阻抗匹配面积拓宽了带宽；采用PA6材料结合铜箔的分层材料结构作为新型反射腔，既满足辐射特性要求，又降低天线的重量，实现轻量化要求。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型包括支撑管组件、偶极子臂组件、十字连接件、接地圆环、反射腔、同轴电缆和螺栓。所述的支撑管组件包括第一支撑管、第二支撑管、第三支撑管和第四支撑管。所述的偶极子臂组件包括第一偶极子臂、第二偶极子臂、第三偶极子臂和第四偶极子臂，四个偶极子臂大小和形状均相同，均由一体成型的等腰直角三角形、矩形和等腰梯形组成；矩形设置在三角形和等腰梯形之间；矩形的长等于等腰直角三角形的斜边边长；等腰梯形的上底等于矩形的长；等腰直角三角形内开有通孔。第一偶极子臂的通孔与第一支撑管顶端过盈配合，且第一偶极子臂的顶面与第一支撑管的顶面平齐；第二偶极子臂的通孔与第二支撑管的顶端过盈配合，且第二偶极子臂的顶面与第二支撑管的顶面平齐；第三偶极子臂的通孔与第三支撑管顶端过盈配合，且第三偶极子臂的顶面与第三支撑管的顶面平齐；第四偶极子臂的通孔与第四支撑管顶端过盈配合，且第四偶极子臂的顶面与第四支撑管的顶面平齐；第一偶极子臂、第三偶极子臂、第一支撑管和第三支撑管构成一对偶极子，第二偶极子臂、第四偶极子臂、第二支撑管和第四支撑管构成另一对偶极子；四根支撑管的底端均与接地圆环焊接。

所述的十字连接件包括十字架；十字架上表面开设相互垂直的两个U型槽，其中一个U型槽的深度h＝2mm，另一个U型槽深度为2h；十字架的每个臂底部均固定有圆柱体，两个U型槽的槽底两端均开设穿线孔，每个穿线孔贯穿对应的一个圆柱体。其中两个穿线孔侧壁开设有连通圆柱体内、外壁的槽口；第一馈电片、第二馈电片均包括圆弧板和金属片；金属片开设有圆孔；第一馈电片和第二馈电片的圆弧板与开设有槽口的两个穿线孔分别同轴设置，且第一馈电片和第二馈电片的金属片分别插入对应圆柱体的槽口内；第一馈电片和第二馈电片的金属片插入对应槽口状态下，金属片的圆孔与十字架对应的穿线孔同轴设置；插入第一馈电片的圆柱体与第一支撑管过盈配合，插入第二馈电片的圆柱体与第二支撑管过盈配合，其余两个圆柱体与第三支撑管和第四支撑管分别过盈配合；十字架压紧四个偶极子臂。

同轴电缆的内导体、同轴电缆的绝缘层、SMA射频接头和第一馈电片组成第一馈电组件；同轴电缆的内导体、同轴电缆的绝缘层、SMA射频接头和第二馈电片组成第二馈电组件；SMA射频接头由金属法兰和连接外螺纹柱组成。所述的连接外螺纹柱与金属法兰固定，金属法兰通过螺栓固定在接地圆环上。

同轴电缆一端的外导体与金属法兰电连接，焊接在该端内导体上的插针插入固定在连接外螺纹柱内壁的绝缘体中。第一馈电组件中，同轴电缆另一端的内导体依次穿过接地圆环、第三支撑管、十字连接件位于对应U型槽一端的穿线孔、U型槽和U型槽另一端的穿线孔，与第一馈电片的金属片焊接；第一馈电片的圆弧板与第一偶极子臂经第一支撑管导通。第二馈电组件中，同轴电缆另一端的内导体依次穿过接地圆环、第四支撑管、十字连接件位于对应U型槽一端的穿线孔、U型槽和U型槽另一端的穿线孔，与第二馈电片的金属片焊接；第二馈电片的圆弧板与第二偶极子臂经第二支撑管导通。第一支撑管和第二支撑管的底端与同轴电缆的外导体经接地圆环和金属法兰导通。

所述的反射腔由圆筒、台阶和反射底板组成；反射底板由圆盘基层和第一铜箔组成，第一铜箔粘在圆盘基层上；圆筒由圆筒基层和第二铜箔组成，第二铜箔粘在圆筒基层内壁；台阶粘在圆筒基层外，且台阶底面与圆筒基层底面平齐；反射底板与台阶通过螺栓连接；接地圆环和反射底板通过螺栓固定。

对向两个偶极子臂的通孔中心距为26.00mm，相邻偶极子臂的等腰直角三角形间隙为1.64mm。

所述同轴电缆的特性阻抗是50Ω。

所述十字连接件的材料为塑料。

所述支撑管的材料是黄铜。

本实用新型采用多边形铜板做偶极子臂，扩大阻抗匹配范围，进而拓宽带宽，两副偶极子交叉馈电，能够实现双极化，不需要特定的阻抗匹配电路，降低了成本，也避免了由阻抗匹配电路引起的噪声温度；支撑管既有支撑上面偶极子臂的作用，又能充当同轴电缆的外导体，即在每一对偶极子中起到巴伦的作用，把同轴电缆的不平衡馈电变为平衡；另外反射腔采用PA6材料结合铜箔的分层材料结构作为反射腔，大大减轻了天线的重量，可拆卸式的连接方式方便替换铜箔。本实用新型的总重量小于0.6kg。因此，此实用新型具有轻量化、宽频带的特点，可以用于机载测量天线使用。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构立体图。

图2为本实用新型中四个偶极子臂的尺寸及相对位置关系示意图。

图3为本实用新型中支撑管组件、偶极子臂组件、十字连接件和接地圆环的装配立体图。

图4为本实用新型中十字连接件和两片馈电片的示意图。

图5为本实用新型中第一馈电组件的剖面示意图。

图6为本实用新型的同轴电缆结构示意图。

图7为本实用新型的反射腔结构示意图。

图8为本实用新型的电压驻波比曲线图。

具体实施方式

为了使本实用新型要解决的技术问题、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发明进行进一步说明。

结合图1、图2和图3，一种轻量化宽带双偶极子机载测量天线，包括支撑管组件1、偶极子臂组件2、十字连接件3、接地圆环4、反射腔、同轴电缆8和螺栓9。支撑管组件1包括第一支撑管101、第二支撑管102、第三支撑管103和第四支撑管104。

如图2所示，偶极子臂组件2包括第一偶极子臂201、第二偶极子臂202、第三偶极子臂203和第四偶极子臂204，四个偶极子臂大小相同，均是厚度为1mm的多边形铜板，四个偶极子臂的尺寸及相对安装位置如下：偶极子臂的形状由一体成型的等腰直角三角形、矩形和等腰梯形组成；矩形设置在三角形和等腰梯形之间；等腰直角三角形的斜边边长L1＝33.10mm,矩形的长等于等腰直角三角形的斜边边长，宽L2＝21.50mm；等腰梯形的腰长L3＝28.90mm，下底L4＝87.70mm，上底等于矩形的长；等腰直角三角形内开有内径φ1＝10mm的通孔，对向偶极子臂的通孔中心距W1＝26.00mm，相邻偶极子臂的等腰直角三角形间隙W2＝1.64mm。

如图3所示，第一偶极子臂201的通孔与第一支撑管101顶端过盈配合，且第一偶极子臂201的顶面与第一支撑管101的顶面平齐；第二偶极子臂202的通孔与第二支撑管102的顶端过盈配合，且第二偶极子臂202的顶面与第二支撑管102的顶面平齐；第三偶极子臂203的通孔与第三支撑管103顶端过盈配合，且第三偶极子臂203的顶面与第三支撑管103的顶面平齐；第四偶极子臂204的通孔与第四支撑管104顶端过盈配合，且第四偶极子臂204的顶面与第四支撑管104的顶面平齐；四根支撑管均是外径为φ1＝10mm、内径为φ2＝8mm的铜管，长度为87.5mm(包含与偶极子臂重合的1mm和与接地圆环重合的3mm)；第一偶极子臂201、第三偶极子臂203、第一支撑管101和第三支撑管103构成一对偶极子，第二偶极子臂202、第四偶极子臂204、第二支撑管102和第四支撑管104构成另一对偶极子；四根支撑管的底端均与接地圆环4焊接。

如图4所示，十字连接件3把四个偶极子臂连接起来保证四臂之间的馈电间隙，并且把内导体从一臂引向对向的另一臂。十字连接件3的材质为塑料，包括十字架303；十字架303上表面开设相互垂直的两个U型槽，其中一个U型槽的深度h为同轴电缆绝缘层802的直径(这里取2mm)，另一个U型槽深度为2h；十字架303的每个臂底部均固定有圆柱体，两个U型槽的槽底两端均开设孔径为h的穿线孔，每个穿线孔贯穿对应的一个圆柱体(穿线孔底部开口于圆柱体底面)，使包有内导体801的绝缘层802可以穿过。其中两个穿线孔侧壁开设有连通圆柱体内、外壁的槽口；第一馈电片301、第二馈电片302均包括圆弧板3011和金属片3012；金属片3012开设有孔径为1mm的圆孔；第一馈电片301和第二馈电片302的圆弧板3011与开设有槽口3031的两个穿线孔分别同轴设置，且第一馈电片301和第二馈电片302的金属片3012分别插入对应圆柱体的槽口内；第一馈电片301和第二馈电片302的金属片3012插入对应槽口状态下，金属片3012的圆孔与十字架303对应的穿线孔同轴设置；插入第一馈电片301的圆柱体与第一支撑管101过盈配合，插入第二馈电片302的圆柱体与第二支撑管102过盈配合，其余两个圆柱体与第三支撑管103和第四支撑管104分别过盈配合；十字架303压紧四个偶极子臂，保证偶极子板之间的间隙大小。

因为本实用新型的两对偶极子具有相同的结构和馈电方式，均有独立的射频输入输出，相同的平衡馈电巴伦结构；如图5所示为第一馈电组件的剖面示意图，同轴电缆8的内导体801、同轴电缆8的绝缘层802、SMA射频接头和第一馈电片301组成第一馈电组件；同轴电缆8的内导体801、同轴电缆8的绝缘层802、SMA射频接头和第二馈电片302组成第二馈电组件；SMA射频接头由金属法兰803和连接外螺纹柱804组成；连接外螺纹柱与金属法兰固定，金属法兰803通过螺栓9固定在接地圆环上。

参照图6，同轴电缆与金属法兰803连接的那端剥去一段外导体和护套，保留内导体801和绝缘层802，同轴电缆的另一端剥去一段外导体、护套和绝缘层802，只留内导体；同轴电缆保留内导体801和绝缘层802的那端，外导体与金属法兰电连接，焊接在内导体801上的插针插入固定在连接外螺纹柱804内壁的绝缘体中。

参照图5，第一馈电组件中，外部包裹绝缘层802的内导体801依次穿过接地圆环、第三支撑管103、十字连接件位于对应U型槽一端的穿线孔、U型槽和U型槽另一端的穿线孔，与第一馈电片301的金属片3012焊接；第一馈电片301的圆弧板3011与第一偶极子臂201经第一支撑管101导通。第二馈电组件中，外部包裹绝缘层802的内导体801依次穿过接地圆环、第四支撑管104、十字连接件位于对应U型槽一端的穿线孔、U型槽和U型槽另一端的穿线孔，与第二馈电片302的金属片3012焊接；第二馈电片302的圆弧板3011与第二偶极子臂202经第二支撑管102导通。由于第一支撑管101和第二支撑管102的底端均与接地圆环4焊接，所以第一支撑管101和第二支撑管102的底端与同轴电缆的外导体经接地圆环4和金属法兰803导通；由于结构对称，每对偶极子的输出端总存在平衡电压，因此四个支撑管上即同轴电缆的外导体的外表面上无电流流动，故把同轴电缆的不平衡馈电变为了平衡，保证了偶极子天线的辐射特性。

本实用新型机载测量天线对反射腔进行了轻量化设计，反射腔结构如图1和7所示，由圆筒5、台阶6和反射底板7组成；反射底板由两层材料构成，分别是厚度为2mm的圆盘基层(圆盘基层材料为PA6)701和厚度为0.1mm的第一铜箔702，第一铜箔702粘在圆盘基层701上；圆筒5也由两层材料构成，分别是圆筒基层(圆筒基层材料为PA6)501和第二铜箔502，第二铜箔502粘在圆筒基层内壁；台阶6的内径与圆筒基层501的外径相等，台阶6粘在圆筒基层外，且台阶6底面与圆筒基层底面平齐；反射底板的六个通孔与台阶的六个螺纹孔分别通过螺栓9连接,这样就能把圆筒5和反射底板连接起来。制备好反射腔后，把接地圆环4和反射底板7通过螺栓固定。两对偶极子共用一块反射底板7。

如图8所示为本实用新型轻量化宽频带双偶极子天线的电压驻波比曲线图，在700MHz-1400MHz的频率范围内，电压驻波比均小于2，具有较宽的带宽，说明该天线能在一个较宽的频带工作。

本实用新型提供了一种轻量化、宽频带的双偶极子机载测试天线，将两副偶极子天线正交组合，实现了双极化；偶极子臂采用多边形板状，拓宽了带宽；另外反射腔采用可拆卸式的PA6材料并在PA6材料上贴双面导电的铜箔，来代替传统固定式的金属反射腔，具有强度和硬度高、耐热老化、机加工性能好等综合性能，且PA6的密度仅为1150Kg/m3，同样的形状大小，PA6反射腔的重量仅为黄铜板的13.5％，可实现轻量化设计。可见，该天线满足轻量双极化宽频带机载测量天线设计要求。

以上所述仅为本本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种轻量化宽带双偶极子机载测量天线，包括支撑管组件、偶极子臂组件、十字连接件、接地圆环、反射腔、同轴电缆和螺栓，其特征在于：所述的支撑管组件包括第一支撑管、第二支撑管、第三支撑管和第四支撑管；所述的偶极子臂组件包括第一偶极子臂、第二偶极子臂、第三偶极子臂和第四偶极子臂，四个偶极子臂大小和形状均相同，均由一体成型的等腰直角三角形、矩形和等腰梯形组成；矩形设置在三角形和等腰梯形之间；矩形的长等于等腰直角三角形的斜边边长；等腰梯形的上底等于矩形的长；等腰直角三角形内开有通孔；第一偶极子臂的通孔与第一支撑管顶端过盈配合，且第一偶极子臂的顶面与第一支撑管的顶面平齐；第二偶极子臂的通孔与第二支撑管的顶端过盈配合，且第二偶极子臂的顶面与第二支撑管的顶面平齐；第三偶极子臂的通孔与第三支撑管顶端过盈配合，且第三偶极子臂的顶面与第三支撑管的顶面平齐；第四偶极子臂的通孔与第四支撑管顶端过盈配合，且第四偶极子臂的顶面与第四支撑管的顶面平齐；第一偶极子臂、第三偶极子臂、第一支撑管和第三支撑管构成一对偶极子，第二偶极子臂、第四偶极子臂、第二支撑管和第四支撑管构成另一对偶极子；四根支撑管的底端均与接地圆环焊接；

所述的十字连接件包括十字架；十字架上表面开设相互垂直的两个U型槽，其中一个U型槽的深度h＝2mm，另一个U型槽深度为2h；十字架的每个臂底部均固定有圆柱体，两个U型槽的槽底两端均开设穿线孔，每个穿线孔贯穿对应的一个圆柱体；其中两个穿线孔侧壁开设有连通圆柱体内、外壁的槽口；第一馈电片、第二馈电片均包括圆弧板和金属片；金属片开设有圆孔；第一馈电片和第二馈电片的圆弧板与开设有槽口的两个穿线孔分别同轴设置，且第一馈电片和第二馈电片的金属片分别插入对应圆柱体的槽口内；第一馈电片和第二馈电片的金属片插入对应槽口状态下，金属片的圆孔与十字架对应的穿线孔同轴设置；插入第一馈电片的圆柱体与第一支撑管过盈配合，插入第二馈电片的圆柱体与第二支撑管过盈配合，其余两个圆柱体与第三支撑管和第四支撑管分别过盈配合；十字架压紧四个偶极子臂；

同轴电缆的内导体、同轴电缆的绝缘层、SMA射频接头和第一馈电片组成第一馈电组件；同轴电缆的内导体、同轴电缆的绝缘层、SMA射频接头和第二馈电片组成第二馈电组件；SMA射频接头由金属法兰和连接外螺纹柱组成；所述的连接外螺纹柱与金属法兰固定，金属法兰通过螺栓固定在接地圆环上；

同轴电缆一端的外导体与金属法兰电连接，焊接在该端内导体上的插针插入固定在连接外螺纹柱内壁的绝缘体中；第一馈电组件中，同轴电缆另一端的内导体依次穿过接地圆环、第三支撑管、十字连接件位于对应U型槽一端的穿线孔、U型槽和U型槽另一端的穿线孔，与第一馈电片的金属片焊接；第一馈电片的圆弧板与第一偶极子臂经第一支撑管导通；第二馈电组件中，同轴电缆另一端的内导体依次穿过接地圆环、第四支撑管、十字连接件位于对应U型槽一端的穿线孔、U型槽和U型槽另一端的穿线孔，与第二馈电片的金属片焊接；第二馈电片的圆弧板与第二偶极子臂经第二支撑管导通；第一支撑管和第二支撑管的底端与同轴电缆的外导体经接地圆环和金属法兰导通；

所述的反射腔由圆筒、台阶和反射底板组成；反射底板由圆盘基层和第一铜箔组成，第一铜箔粘在圆盘基层上；圆筒由圆筒基层和第二铜箔组成，第二铜箔粘在圆筒基层内壁；台阶粘在圆筒基层外，且台阶底面与圆筒基层底面平齐；反射底板与台阶通过螺栓连接；接地圆环和反射底板通过螺栓固定。

2.根据权利要求1所述的一种轻量化宽带双偶极子机载测量天线，其特征在于：对向两个偶极子臂的通孔中心距为26.00mm，相邻偶极子臂的等腰直角三角形间隙为1.64mm。

3.根据权利要求1所述的一种轻量化宽带双偶极子机载测量天线，其特征在于：所述同轴电缆的特性阻抗是50Ω。

4.根据权利要求1所述的一种轻量化宽带双偶极子机载测量天线，其特征在于：所述十字连接件的材料为塑料。

5.根据权利要求1所述的一种轻量化宽带双偶极子机载测量天线，其特征在于：所述支撑管的材料是黄铜。