CN212991314U

CN212991314U - 旋转可控式圆极化八木天线阵

Info

Publication number: CN212991314U
Application number: CN202022517211.6U
Authority: CN
Inventors: 赵鹏飞; 赵健森; 高增云; 王俊龑; 张洪硕; 李安琪
Original assignee: Shanghai Maritime University
Current assignee: Shanghai Maritime University
Priority date: 2020-11-04
Filing date: 2020-11-04
Publication date: 2021-04-16
Anticipated expiration: 2030-11-04

Abstract

本实用新型提供一种旋转可控式圆极化八木天线阵，包括：支撑结构和两个八木天线阵元；支撑结构包括纵支架和横支架，横支架的中部与纵支架的顶端连接，横支架的长度可调整且可绕纵支架的轴线在水平面内旋转；每个八木天线阵元包括天线横梁以及依次设置在天线横梁上的呈十字交叉形的反射器、呈十字交叉形的有源振子和呈十字交叉形的引向器，两个八木天线阵元的天线横梁分别与横支架的两端活动连接，每个八木天线阵元可在水平面内绕相应的连接部位旋转。本实用新型能够改善传统天线传播不够稳定容易造成信息的丢失，受恶劣天气影响而无法有效的抑制多径效应，以及产生严重的时隙冲突，增益性能差、覆盖范围小，扫描出现盲区等缺点。

Description

旋转可控式圆极化八木天线阵

技术领域

本实用新型涉及天线设备技术领域，特别涉及一种旋转可控式圆极化八木天线阵。

背景技术

随着智能船舶的发展,未来航运中船舶将会实现自主航行，这无疑对船载海事卫星通信系统可靠性提出更高要求，对系统的重要终端——天线的性能要求也就更高了。

AIS是自动识别系统的缩写，该系统由岸基设备和船载设备组成。各引航站、海事局VTS中心与船舶用户极度依赖AIS系统，而目前船岸AIS系统通信距离较近仅十多海里，又极易受雨雪天气影响到通信距离仅两、三海里。在内河及沿海等通航密度较大水域，AIS系统通信是防止船舶事故发生的最重要的手段之一，因而改善目前的AIS系统通信效率尤为重要。

然而现有AIS系统通信所采用的传统天线存在以下不足：

1.传统天线对于信息的传播不够稳定容易造成信息的丢失；

2.恶劣天气下(例如大雾、暴雨)，多径效应会使信息与信号产生衰减，严重影响AIS信息利用率和VHF通信效率；

3.传统的全向的八木天线会产生严重的时隙冲突，增益性能差，覆盖范围小；

4.传统的八木天线振子间电磁的相互作用对天线的辐射特性有着复杂的作用，振子间电磁的相互作用会使天线的扫描出现盲区。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种旋转可控式圆极化八木天线阵，以改善传统天线对于信息的传播不够稳定容易造成信息的丢失，极易受恶劣天气影响而无法有效的抑制多径效应，以及传统的全向的八木天线会产生严重的时隙冲突，增益性能差、覆盖范围小，振子间电磁的相互作用会使天线的扫描出现盲区等缺点。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种旋转可控式圆极化八木天线阵，包括：支撑结构和两个八木天线阵元；

所述支撑结构包括纵支架和横支架，所述横支架的中部与所述纵支架的顶端连接，所述横支架的长度可调整且可绕所述纵支架的轴线在水平面内旋转；

每个所述八木天线阵元包括天线横梁以及依次设置在所述天线横梁上的呈十字交叉形的反射器、呈十字交叉形的有源振子和呈十字交叉形的引向器；

两个所述八木天线阵元的所述天线横梁分别与所述横支架的两端活动连接，每个所述八木天线阵元可在水平面内绕相应的连接部位旋转。

进一步的，在上述旋转可控式圆极化八木天线阵中，还包括功分组件，所述功分组件包括两个功分器和一个耦合器，两个所述功分器的总端口连接所述耦合器；

所述耦合器的单端口连接信号发射/接收机，两个所述功分器分别与两个所述八木天线阵元中的所述有源振子连接。

进一步的，在上述旋转可控式圆极化八木天线阵中，所述功分器为一分二90度相移功分器。

进一步的，在上述旋转可控式圆极化八木天线阵中，所述有源振子包括两个有源半波折合振子，两个所述有源半波折合振子呈十字交叉设置。

进一步的，在上述旋转可控式圆极化八木天线阵中，所述反射器包括两个反射振子，两个所述反射振子呈十字交叉设置。

进一步的，在上述旋转可控式圆极化八木天线阵中，所述引向器包括两个引向振子，两个所述引向振子呈十字交叉设置。

进一步的，在上述旋转可控式圆极化八木天线阵中，每个所述八木天线阵元中所述引向器的数量为1～5个。

进一步的，在上述旋转可控式圆极化八木天线阵中，每个所述八木天线阵元中所述引向器的数量为4个。

本实用新型提供的旋转可控式圆极化八木天线阵具有以下有益效果：

1.具有方向图、增益可调控性能，在成本方面远低于相控阵天线；

2.本实用新型的旋转可控式圆极化八木天线阵采用十字交叉振子使每个振子的辐射相位差为90°实现圆极化，改善了传统八木天线受恶劣环境干扰的问题，有效的抑制了多径效应使信息与信号产生衰减，严重影响AIS信息利用率和VHF通信效率的问题，可以在抑制海面多径衰落、抗雨雪方面具有较好的应用；

3.采用二元八木天线阵相比一元八木天线阵在天线增益上有明显的优势，两个阵元都由八木天线组成，两个阵元之间的距离可调整且可以在水平面内绕相应的连接部位旋转，对方向图进行调节并且能实现超远距离信息圆极化覆盖，增大通信区域可调控性，避免扫描盲区，解决了传统天线信息传播不稳定信号覆盖范围小的缺点；

4.两阵元可以同步旋转也可以异步旋转，当两阵元同步旋转时，增益最大，可实现超远距离圆极化通信，且当两阵元平行时，天线阵方向图主瓣最窄，当两阵元指向分开时，可以实现波束切换。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本实用新型一实施例提供的旋转可控式圆极化八木天线阵的结构示意图；

图2为本实用新型一实施例提供的功分组件的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图1～2和具体实施方式对本实用新型提出的旋转可控式圆极化八木天线阵作进一步详细说明。根据下面说明，本实用新型的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施方式的目的。为了使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

如背景技术所述，现有技术存在传统天线对于信息的传播不够稳定容易造成信息的丢失，极易受恶劣天气影响而无法有效的抑制多径效应，以及传统的全向的八木天线会产生严重的时隙冲突，增益性能差、覆盖范围小，振子间电磁的相互作用会使天线的扫描出现盲区等缺点。

基于上述问题，本实用新型提出一种旋转可控式圆极化八木天线阵，通过采用十字交叉的八木天线作为阵元实现圆极化波束，能在多种恶劣环境下(例如大雾、暴雨)保持信息的稳定准确的传输，并且通过两个八木天线阵元和支撑结构组成天线阵实现全向天线和定向天线的结合，实现天线通信的覆盖范围的调节。本实用新型的旋转可控式圆极化八木天线阵能改善由于通航密度增加造成的通信问题，能对多径效应进行有效的控制，增大通信区域可调控性，避免扫描盲区。

请参考图1，本实用新型提供的一种旋转可控式圆极化八木天线阵包括支撑结构和两个八木天线阵元。其中，所述支撑结构包括纵支架11和横支架12，所述横支架12的中部与所述纵支架11的顶端连接，所述横支架12的长度可调整且可绕所述纵支架11的轴线在水平面内旋转。每个所述八木天线阵元包括天线横梁21以及依次设置在所述天线横梁21上的呈十字交叉形的反射器22、呈十字交叉形的有源振子23和呈十字交叉形的引向器24，两个所述八木天线阵元的所述天线横梁21分别与所述横支架12的两端连接，每个所述八木天线阵元可在水平面内绕相应的连接部位旋转。

具体的，如图1所示，每个八木天线阵元中，所述有源振子23包括两个有源半波折合振子，两个所述有源半波折合振子呈十字交叉设置，所述有源半波折合振子的全长为半个波长。每个所述有源半波折合振子都可以配置平衡-非平衡转换器，目的是将同轴线的不平衡电流转化为平衡电流。所述反射器22用于增强天线阵的定向性，包括两个反射振子，两个所述反射振子呈十字交叉设置，所述反射振子的长度为1.03～1.08个波长。所述引向器24用于增强信号辐射，包括两个引向振子，两个所述引向振子呈十字交叉设置，所述引向振子的长度为0.86个波长。所述引向器24上的感应电磁波的相位与有源半波折合振子在这一侧的电磁波的相位相同，于是两者的信号叠加，因此引向器24一侧的信号辐射得以增强。进一步的，每个八木天线阵元中所述引向器24的数量为1～5个，在每个八木天线阵元中，所述引向器的数量一般最多为5个，随着引向器数量的增多，天线阵的增益会随之增加，优选为4个，如此可在有效的增益范围内减轻所述支撑结构的负担。

所述纵支架11架构在AIS基站地面上，横支架12与纵支架11之间可通过第一转轴13连接，使得横支架可以绕第一转轴13旋转，旋转角度为0～360°。所述第一转轴13优选为电动转轴，通过电控可以旋转所述第一转轴13，从而改变天线阵的指向性。所述纵支架11可以是一根由电机控制可升降式的竖直主杆。

所述横支架12的长度可调整，例如为可伸缩的拉杆，当伸缩所述横支架12时即可调整两个所述八木天线阵元之间的距离。如此，可以改变本实用新型的旋转可控式圆极化八木天线阵的方向图主瓣波束宽度，进而调节AIS信号辐射主方向覆盖范围。

每个八木天线阵元均可配置一个第二转轴25，所述天线横梁21通过所述第二转轴25与所述横支架12连接，如此使得每个八木天线阵元可以分别绕着各自的第二转轴25进行转动。优选的，两个第二转轴25的转动可以分为同步转动和异步转动。同步转动，是指两个八木天线阵元指向相同，并且沿着第二转轴25可以同时、同向及同速度转动；异步转动，是指两个八木天线阵元可以单独旋转，也可以沿不同方向同时旋转。同步旋转可以增加本实用新型的旋转可控式圆极化八木天线阵的定向性，使得AIS基站天线传输信息距离更远，异步旋转可以使得方向图发生变化，使得本实用新型的旋转可控式圆极化八木天线阵可以覆盖不同的区域，实现多区域或者指定区域监控，并且不同区域相互影响很小。

由此，本实用新型的旋转可控式圆极化八木天线阵，既可以通过旋转八木天线阵元来实现方向图波束切换，也可以对齐两个八木天线阵元，使增益大幅度提高，并使波瓣变窄，进而调控AIS基站信号覆盖范围。

进一步的，本实用新型提供的一种旋转可控式圆极化八木天线阵还可以包括功分组件，如图1和图2所示，所述功分组件包括两个功分器31和一个耦合器32，两个所述功分器31的总端口连接所述耦合器32，所述耦合器32的单端口连接信号发射/接收机，两个所述功分器31分别与两个所述八木天线阵元中的所述有源振子23连接。通过发射机发射出来的AIS信号，输入至耦合器32的单端口，经过分离至两个功分器31的输入端，最终传入两个八木天线阵元。所述功分器31优选为一分二90度相移功分器，连接在一个八木天线阵元中的两个有源半波折合振子上，使得八木天线阵元的两个有源半波折合振子彼此呈现正交特性。所述耦合器32优选为定向耦合器。

由以上可知，本实用新型提供的旋转可控式圆极化八木天线阵，其圆极化通信是由两个十字交叉振子八木天线阵元组成八木天线阵来实现的，二元八木天线阵在增益上比一元八木天线有明显优势，且可能进行方向图的调节，实现远距离信息圆极化覆盖；其圆极化方向图调控是通过改变二个十字交叉八木天线阵元之间的夹角和二个十字交叉八木天线阵元之间的间距来实现的，当动态改变天线夹角时，天线方向图指向发生变化，可以实现不同区域覆盖，且天线为圆极化，可以降低海面和地面带来的多径效应。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“高度”、“厚度”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种旋转可控式圆极化八木天线阵，其特征在于，包括：支撑结构和两个八木天线阵元；

2.如权利要求1所述的旋转可控式圆极化八木天线阵，其特征在于，还包括功分组件，所述功分组件包括两个功分器和一个耦合器，两个所述功分器的总端口连接所述耦合器；

3.如权利要求2所述的旋转可控式圆极化八木天线阵，其特征在于，所述功分器为一分二90度相移功分器。

4.如权利要求1所述的旋转可控式圆极化八木天线阵，其特征在于，所述有源振子包括两个有源半波折合振子，两个所述有源半波折合振子呈十字交叉设置。

5.如权利要求1所述的旋转可控式圆极化八木天线阵，其特征在于，所述反射器包括两个反射振子，两个所述反射振子呈十字交叉设置。

6.如权利要求1所述的旋转可控式圆极化八木天线阵，其特征在于，所述引向器包括两个引向振子，两个所述引向振子呈十字交叉设置。

7.如权利要求1所述的旋转可控式圆极化八木天线阵，其特征在于，每个所述八木天线阵元中所述引向器的数量为1～5个。

8.如权利要求7所述的旋转可控式圆极化八木天线阵，其特征在于，每个所述八木天线阵元中所述引向器的数量为4个。