CN219591645U - 一种超宽带同轴巴伦馈电天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超宽带同轴巴伦馈电天线。超宽带同轴巴伦馈电天线包括第一锥体和第二锥体，第一锥体和第二锥体相对设置，均为超宽带同轴巴伦馈电天线的辐射体，具有相同的结构，第一锥体的高度大于第二锥体的高度；同轴巴伦外导体，设置于第二锥体的容纳空间内，第二锥体与同轴巴伦外导体连接；同轴巴伦内导体，部分设置于同轴巴伦外导体的容纳空间内，第一锥体与同轴巴伦内导体连接，同轴巴伦内导体的高度大于第二锥体的高度；馈电接口，设置于第二锥体的底部外侧，为同轴接头，馈电接口的外导体与同轴巴伦外导体连接，馈电接口的内导体与同轴巴伦内导体连接。采用本天线能够增大超宽带天线的工作带宽，并实现超宽带天线小型化。

Description

一种超宽带同轴巴伦馈电天线

技术领域

本实用新型涉及超宽带天线技术领域，更具体地，涉及一种超宽带同轴巴伦馈电天线。

背景技术

在无线通信系统中，随着无线电技术的发展，宽频段融合组网已成为常态，短波通信系统与超短波、微波等频段的无线通信系统可以实现网络融合。传统窄带天线已无法满足无线通信系统的网络融合需求，即使是可调谐天线，也无法满足快速的跳频速率需求，因此，提供一种超宽带天线来发射、接收无线信号很有必要。并且，通信频带内通常要求天线的驻波比小于2.5，以防止发射回波损害功放。目前国内短波通信系统使用的天线，在高架状态下还存在电压驻波比高、天线增益小的缺陷。

实用新型内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种超宽带同轴巴伦馈电天线，将增大超宽带天线的工作带宽，并实现超宽带天线小型化。

一种超宽带同轴巴伦馈电天线，包括：

第一锥体和第二锥体，第一锥体和第二锥体相对设置，均为超宽带同轴巴伦馈电天线的辐射体，具有相同的结构，第一锥体的高度大于第二锥体的高度；

同轴巴伦外导体，设置于第二锥体的容纳空间内，第二锥体与同轴巴伦外导体连接；

同轴巴伦内导体，部分设置于同轴巴伦外导体的容纳空间内，第一锥体与同轴巴伦内导体连接，同轴巴伦内导体的高度大于第二锥体的高度；

馈电接口，设置于第二锥体的底部外侧，为同轴接头，包括馈电接口的外导体和馈电接口的内导体，馈电接口的外导体与同轴巴伦外导体连接，馈电接口的内导体与同轴巴伦内导体连接。

进一步地，第一锥体和第二锥体均由圆柱体和设置于圆柱体上方的圆锥体构成，圆柱体的外径和设置于圆柱体上方的圆锥体的外径相同。

进一步地，同轴巴伦外导体为管状结构，同轴巴伦内导体为渐变锥形结构，同轴巴伦内导体的上端直径小于同轴巴伦内导体的下端直径，同轴巴伦内导体的下端直径小于同轴巴伦外导体的外径。

进一步地，超宽带同轴巴伦馈电天线还包括电感器，电感器具有两个连接点，一个连接点设置于靠近第一锥体的锥尖位置，另一个连接点设置于靠近第二锥体的锥尖位置。

进一步地，第一锥体的高度与第二锥体的高度比例为1.2～1.35。

进一步地，同轴巴伦外导体的外径与同轴巴伦内导体的上端直径的比值为5，并且同轴巴伦外导体的外径与同轴巴伦内导体的下端直径的比值为2.2。

进一步地，电感器的电感匝数为1.5圈。

进一步地，超宽带同轴巴伦馈电天线还包括天线罩，天线罩采用玻璃钢管，用于封装第一锥体、第二锥体、电感器和馈电接口。

进一步地，第一锥体和第二锥体均采用纯铜材料制成。

进一步地，同轴巴伦外导体和同轴巴伦内导体均采用纯铜材料制成。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本实用新型提供的超宽带同轴巴伦馈电天线，通过采用不对称双锥结构和同轴巴伦技术，能够大大减小超宽带天线的尺寸，实现超宽带天线小型化，还能够增大超宽带天线的工作带宽，将超宽带天线的工作频率范围扩大到2MHz～2500MHz。

(2)采用本实用新型提供的超宽带同轴巴伦馈电天线，通过采用电感加载技术，能够实现超宽带天线的阻抗匹配，降低了天线损耗，提高了天线增益，从而能够延伸通信距离，提高信号接收灵敏度，使电台的通信距离和通信质量得到大幅度提升，不仅为大功率无线通信系统提供了高增益天线，而且为实现基于信号质量的无线通信系统健康管理提供了天线支持。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的一种超宽带同轴巴伦馈电天线的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种超宽带同轴巴伦馈电天线中同轴巴伦外导体和同轴巴伦内导体的结构示意图。

附图标记说明：1-第一锥体，2-第二锥体，3-同轴巴伦外导体，4-同轴巴伦内导体，5-电感器，6-馈电接口。

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。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。

应当理解的是，在本实用新型的描述中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的术语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式的“一个”、“一”或者“该”等类似术语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

图1是超宽带同轴巴伦馈电天线的结构示意图。超宽带同轴巴伦馈电天线为水平全向天线。该天线包括第一锥体1、第二锥体2、同轴巴伦外导体3、同轴巴伦内导体4、电感器5以及馈电接口6。

第一锥体1和第二锥体2作为超宽带同轴巴伦馈电天线的主要辐射体，均由圆柱体和设置于圆柱体上方的圆锥体构成，圆柱体的外径(外直径)和设置于该圆柱体上方的圆锥体的外径相同。第二锥体2的圆柱体和圆锥体均为空芯结构，其内部均具有容纳空间，因此，第二锥体2为空芯结构。第一锥体1可以为空芯结构，也可以是实芯结构，当第一锥体1为空芯结构的时候，可以减轻天线的重量。

第一锥体1的圆柱体的高度大于第二锥体2的圆柱体的高度，第一锥体1的圆锥体的高度和第二锥体2的圆锥体的高度相同，因此，第一锥体1的高度大于第二锥体2的高度。第一锥体1和第二锥体2除了其中的圆柱体的高度不同，其他尺寸均一样，包括圆柱体的外径。

如图1所示，第一锥体1和第二锥体2相对设置且其轴线(即构成第一锥体1和第二锥体2的圆锥体的轴线或圆柱体的轴线)在一条直线上。由于相对设置的第一锥体1和第二锥体2结构相同但高度不同，因此，第一锥体1和第二锥体2构成不对称双锥。

通过第一锥体1的高度大于第二锥体2的高度，能够提高超短波波段的辐射效率。

第一锥体1和第二锥体2不连接，第二锥体2的容纳空间内设有同轴巴伦外导体3和同轴巴伦内导体4，第一锥体1与同轴巴伦内导体4连接，第二锥体2与同轴巴伦外导体3连接，同轴巴伦外导体3和同轴巴伦内导体4不连接。

其中，同轴巴伦外导体3和同轴巴伦内导体4分别是同轴电缆中的外导体和内导体。

传统的同轴电缆中的内导体和外导体均是圆柱结构。本实施例提供的超宽带同轴巴伦馈电天线采用了同轴巴伦技术，这里的同轴巴伦包括两部分，一是具有渐变锥形结构的内导体，二是具有圆柱结构或管状结构的外导体。与传统的同轴电缆不同，同轴巴伦将同轴电缆中的内导体制作成渐变锥形结构。图2为本实用新型实施例提供的一种超宽带同轴巴伦馈电天线中同轴巴伦外导体和同轴巴伦内导体的结构示意图。如图2所示，同轴巴伦内导体4采用渐变锥形结构。通过采用同轴巴伦技术，能够显著提高超短波波段的带宽匹配。

同轴巴伦外导体3为圆柱结构或管状结构，优选为圆管状结构并且具有一定的厚度。同轴巴伦外导体3的高度小于第二锥体2的高度。

同轴巴伦内导体4为渐变锥形结构，同轴巴伦内导体4的高度大于第二锥体2的高度。按照同轴巴伦外导体3的高度和第二锥体2的高度，将同轴巴伦内导体4从其底部至顶部分为第一部分、第二部分和第三部分，并且第一部分的最大直径、第二部分的最大直径和第三部分的最大直径依次递减。

如图1所示，第一部分是从同轴巴伦内导体4的底部(也就是同轴巴伦外导体3的底部、或者第二锥体2的底部)到同轴巴伦外导体3的顶部之间的部分，第二部分是从同轴巴伦外导体3的顶部到第二锥体2的圆锥体的锥尖(即第二锥体2的锥尖)之间的部分，第三部分是从第二锥体2的锥尖到同轴巴伦内导体4的顶部之间的部分。

如图2所示，同轴巴伦内导体4的第三部分的最大直径d2小于同轴巴伦外导体3的外径D。如图1所示，同轴巴伦内导体4的第一部分设置于同轴巴伦外导体3的容纳空间内，其第二部分设置于同轴巴伦外导体3的容纳空间之外并且在第二锥体2的容纳空间内，其第三部分设置于第二锥体2的容纳空间之外，并且穿过第二锥体2的锥尖与第一锥体1的圆锥体的锥尖(即第一锥体1的锥尖)连接，第一锥体1的锥尖和第二锥体2的锥尖相对设置。

馈电接口6为同轴接头(也就是同轴电缆的接头)，优选为50欧姆的同轴接头，包括外导体和内导体。馈电接口6设置于第二锥体2的底部外侧，即设置于不对称双锥的外侧。馈电接口6的外导体与同轴巴伦外导体3连接，馈电接口6的内导体与同轴巴伦内导体4连接。同轴巴伦外导体3和同轴巴伦内导体4作为馈电接口6到不对称双锥的过渡段，起到宽带匹配的作用。

本实施例提供的超宽带同轴巴伦馈电天线通过采用不对称双锥结构和同轴巴伦技术，能够大大减小超宽带天线的尺寸，实现超宽带天线小型化，还能够增大超宽带天线的工作带宽，将超宽带天线的工作频率范围扩大到2MHz～2500MHz，能够覆盖短波(工作频率范围为2MHz～30MHz)、超短波(工作频率范围为30MHz～512MHz)、卫星(工作频率范围为1200MHz～1700MHz)、加强WIFI(工作频率范围为2300MHz～2500MHz)等波段。

第一锥体1和第二锥体2优选地均采用纯铜材料制成。通过选择纯铜作为第一锥体1和第二锥体2的制备材料，能够降低天线损耗，提高天线效率。天线损耗越小，就是能把到天线的能量都发射出去，天线效率就越高。

同轴巴伦外导体3和同轴巴伦内导体4优选地均采用纯铜材料制成。通过选择纯铜作为同轴巴伦外导体3和同轴巴伦内导体4的制备材料，能够降低馈电损耗。

本实施例提供的超宽带同轴巴伦馈电天线还采用了电感加载技术。如图1所示，电感器5设置于第一锥体1和第二锥体2之间。电感器5具有两个连接点，一个连接点与第一锥体1连接，另一个连接点与第二锥体2连接，并且，这两个连接点分别靠近第一锥体1和第二锥体2的锥尖。

本实施例中，通过采用电感加载技术，能够实现超宽带天线的阻抗匹配。

优选地，电感器5采用磁环NXO-1000，磁环尺寸(外径*内径*高)为13*7*5mm，为了实现2MHz-100MHz的带宽匹配，电感匝数为1.5圈。磁环NXO-1000在短波波段具有低损耗的特性，在微波(工作频率范围大于1GHz)波段的电感量会变得很大，不会有电流通过，也就不会产生损耗。

本实施例中，通过采用低损耗的磁环作为电感器，能够实现超宽带天线的低损耗阻抗匹配。低损耗阻抗匹配是指为了获得低驻波比需要对天线采用有损器件进行阻抗匹配，比如电感，电感量越大，损耗越大，本实施例通过使用同轴巴伦技术，使得用到的电感量很小，从而获得低损耗阻抗匹配。

本申请实施例提供的一种超宽带同轴巴伦馈电天线的制备方法如下：

第一步，采用50欧姆的同轴线代替同轴巴伦外导体3和同轴巴伦内导体4，优化第一锥体1和第二锥体2的高度比例(即第一锥体1的高度与第二锥体的高度的比值，也称作双锥臂长比例)，以增大天线的工作带宽。在多次优化后，确定第一锥体1和第二锥体2的高度比例为1.2～1.35时，天线能够得到良好宽带匹配。实际调试中，需要结合矢量网络分析仪微调确定具体尺寸；并且，第一锥体1需要高于第二锥体2，以提高超短波波段的辐射效率。

第二步，在确定好第一锥体1和第二锥体2的高度比例后，优化同轴巴伦外导体3和同轴巴伦内导体4。此时，将50欧姆的同轴线替换成同轴巴伦外导体3和同轴巴伦内导体4；调整同轴巴伦内导体4的直径与同轴巴伦外导体3的外径的比例。如图2所示，同轴巴伦内导体4的上端直径(即同轴巴伦内导体4的第二部分的最大直径)为d1，下端直径(即同轴巴伦内导体4的第三部分的最大直径)为d2，同轴巴伦外导体3的外径为D，在多次优化后，确定同轴巴伦外导体3的外径与同轴巴伦内导体4的上端直径的比值D/d1为5，并且同轴巴伦外导体3的外径与同轴巴伦内导体4的下端直径的比值D/d2为2.2时，天线能够达到提高70MHz～200MHz的宽带匹配效果。

第三步，通过前两步优化后，下限频率能够优化到100MHz以内，但短波波段2MHz～30MHz尚得不到匹配。此时，使用电感器加载技术，将电感器5连接于靠近第一锥体1和第二锥体2的锥尖位置，由于电感器加载会损失天线效率，因此，在第三步使用电感加载技术，能够把天线效率设计到最佳。在多次优化后，确定电感值为1.2uH左右，通过采用低损耗的磁环NXO-1000、电感匝数为1.5圈时，天线能够达到提高2MHz～30MHz频带的阻抗匹配的效果，还能够降低损耗，使得天线系统在2MHz～2500MHz全频段内达到了低驻波比的要求。需要说明的是，短波、超短波天线的驻波比通常以不大于2.5为标准，低驻波比是指驻波比小于预设驻波比，例如2.2。

第四步，使用天线罩(图1和图2中均未示出)封装经过第三步优化得到的天线。天线罩优选地采用玻璃钢管。玻璃钢管不仅透波性好，且抗腐蚀效果也好，坚固耐用。

通过以上制备过程，本实施例提供的嵌有电感匹配网络、同轴巴伦的超短波非对称双锥天线能够在2MHz～2500MHz频段内满足驻波比小于2.2的要求，比传统的产品(驻波比小于2.5)的要求提高了0.3，且具有更高增益。在阻抗优化问题上给出了双锥臂长比例优化、同轴巴伦优化、和加载电感优化三种方法，不仅为无线通信系统接收超宽带信号提供了新途径，而且能够为无线通信系统提供反映设备健康状态级别的无线信号质量。无线信号质量可以是接收空间电磁波信号的数量和强度。设备健康状态可以按照正常状态、注意状态、异常状态、危险状态等划分级别。

以上所述，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的实施方案。本实用新型旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为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，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种超宽带同轴巴伦馈电天线，其特征在于，包括：

第一锥体(1)和第二锥体(2)，所述第一锥体(1)和所述第二锥体(2)相对设置，均为所述超宽带同轴巴伦馈电天线的辐射体，具有相同的结构，所述第一锥体(1)的高度大于所述第二锥体(2)的高度；

同轴巴伦外导体(3)，设置于所述第二锥体(2)的容纳空间内，所述第二锥体(2)与所述同轴巴伦外导体(3)连接；

同轴巴伦内导体(4)，部分设置于所述同轴巴伦外导体(3)的容纳空间内，所述第一锥体(1)与所述同轴巴伦内导体(4)连接，所述同轴巴伦内导体(4)的高度大于所述第二锥体(2)的高度；

馈电接口(6)，设置于所述第二锥体(2)的底部外侧，为同轴接头，包括馈电接口的外导体和馈电接口的内导体，所述馈电接口的外导体与所述同轴巴伦外导体(3)连接，所述馈电接口的内导体与所述同轴巴伦内导体(4)连接。

2.根据权利要求1所述的超宽带同轴巴伦馈电天线，其特征在于，所述第一锥体(1)和所述第二锥体(2)均由圆柱体和设置于所述圆柱体上方的圆锥体构成，所述圆柱体的外径和设置于所述圆柱体上方的圆锥体的外径相同。

3.根据权利要求1所述的超宽带同轴巴伦馈电天线，其特征在于，所述同轴巴伦外导体(3)为管状结构，所述同轴巴伦内导体(4)为渐变锥形结构，所述同轴巴伦内导体(4)的上端直径小于所述同轴巴伦内导体(4)的下端直径，所述同轴巴伦内导体(4)的下端直径小于所述同轴巴伦外导体(3)的外径。

4.根据权利要求3所述的超宽带同轴巴伦馈电天线，其特征在于，所述超宽带同轴巴伦馈电天线还包括电感器(5)，所述电感器(5)具有两个连接点，一个连接点设置于靠近所述第一锥体(1)的锥尖位置，另一个连接点设置于靠近所述第二锥体(2)的锥尖位置。

5.根据权利要求4所述的超宽带同轴巴伦馈电天线，其特征在于，所述第一锥体(1)的高度与所述第二锥体(2)的高度比例为1.2～1.35。

6.根据权利要求5所述的超宽带同轴巴伦馈电天线，其特征在于，所述同轴巴伦外导体(3)的外径与所述同轴巴伦内导体(4)的上端直径的比值为5，并且所述同轴巴伦外导体(3)的外径与所述同轴巴伦内导体(4)的下端直径的比值为2.2。

7.根据权利要求6所述的超宽带同轴巴伦馈电天线，其特征在于，所述电感器(5)的电感匝数为1.5圈。

8.根据权利要求4所述的超宽带同轴巴伦馈电天线，其特征在于，所述超宽带同轴巴伦馈电天线还包括天线罩，所述天线罩采用玻璃钢管，用于封装所述第一锥体(1)、所述第二锥体(2)、所述电感器(5)和所述馈电接口(6)。

9.根据权利要求1所述的超宽带同轴巴伦馈电天线，其特征在于，所述第一锥体(1)和所述第二锥体(2)均采用纯铜材料制成。

10.根据权利要求1所述的超宽带同轴巴伦馈电天线，其特征在于，所述同轴巴伦外导体(3)和所述同轴巴伦内导体(4)均采用纯铜材料制成。