CN111641037A - 一种小型化双频全向高功率机载天线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种小型化双频全向高功率机载天线，其包括天线罩、PCB基板、低频辐射体和高频辐射体；天线罩的一端封闭，另一端开口处安装有底板；天线罩的罩体前、后内表面上还分别嵌敷有一组金属引向振子；低频辐射体由开缝单极子、顶端加载电阻、顶端加载正反面短路弯折型枝节以及N型同轴连接器组成；高频辐射由上辐射体、下辐射体、同轴馈电线缆、TNC型连接器和金属匹配块组成；PCB基板在位于上辐射体的上端与开缝单极子之间的区域开设有上隔离金属孔阵列；PCB基板在位于下辐射体的下端与开缝单极子之间区域均匀开设有下隔离金属孔阵列。本发明结构合理、紧凑，能同时实现小型化、工作在双频且宽带、全向性好、功率容量大的目的。
Description
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种小型化双频全向高功率机载天线。
背景技术
在机载通信等系统中天线增益及带宽是非常重要的指标。全向天线一般是单极子或者对称振子变形而来，当安装在机载平台上的大地板时，天线的全向宽带特性随之恶化。要将114.9％和60.8％的双频带天线布局在同一有限尺寸下，需对常见单极子和对称振子进行变形，且不能采用网络对 VHF-UHF频段进行匹配，因天线具有大功率容量要求，同时天线末端吸收负载的存在将天线效率进一步降低。又因低频与高频间隔大，存在布局困难和隔离度问题，高频的全向性能如何解决是另一难题。因此在小型化、宽带、全向要求的系统中，常见的单极子和对称振子天线无法同时满足系统要求。
发明内容
针对上述背景技术中存在的问题，本发明提出了一种结构设计合理、紧凑，能同时实现小型化、工作在双频且宽带、全向性好、功率容量大的目的小型化双频全向高功率机载天线。
本发明的技术方案如下：
上述的小型化双频全向高功率机载天线，包括天线罩；所述天线罩的一端封闭，另一端呈开口状且开口处匹配安装有底板；所述机载天线还包括匹配安装于所述天线罩内的PCB基板以及匹配设在所述PCB基板上的低频辐射体和高频辐射体；所述天线罩的罩体前、后内表面上还分别嵌敷有一组金属引向振子；每组所述金属引向振子彼此之间相对于所述罩体的内表面中轴线成对称布置；所述低频辐射体由设在所述PCB基板的表面上的开缝单极子、顶端加载电阻、顶端加载正反面短路弯折型枝节以及设在所述底板外侧面上的N型同轴连接器组成；所述顶端加载电阻分别与所述开缝单极子和所述顶端加载正反面短路弯折型枝节焊接；所述N型同轴连接器的一端伸入所述天线罩的内腔与所述开缝单极子匹配连接；所述高频辐射由上辐射体、下辐射体、同轴馈电线缆、TNC型连接器和金属匹配块组成；所述上辐射体和下辐射体成上下布置的方式匹配设在所述PCB基板的表面上；所述同轴馈电线缆的外皮焊接于所述下辐射体上，所述同轴馈电线缆的内芯与所述上辐射体焊接；所述TNC型连接器匹配安装在所述底板的外侧面且一端伸入所述天线罩的内腔与所述开缝单极子匹配连接；所述金属匹配块具有一对且分别匹配安装在位于所述上辐射体与下辐射体之间的所述PCB基板上，以形成套筒结构，使所述金属匹配块与所述同轴馈电线缆、所述TNC大功率连接器实现阻抗匹配；所述PCB基板在位于所述上辐射体的上端与所述开缝单极子之间的区域均匀开设有上隔离金属孔阵列；所述PCB基板在位于所述下辐射体的下端与所述开缝单极子之间区域均匀开设有下隔离金属孔阵列。
所述小型化双频全向高功率机载天线，其中：所述PCB基板在位于所述上辐射体的上端与所述开缝单极子之间的区域均匀开设有上隔离金属孔阵列；所述PCB基板在位于所述下辐射体的下端与所述开缝单极子之间区域均匀开设有下隔离金属孔阵列。
所述小型化双频全向高功率机载天线，其中：所述开缝单极子采用6盎司铜厚结构。
所述小型化双频全向高功率机载天线，其中：所述顶端加载电阻为250W 的大功率电阻，其匹配设在所述PCB基板的表面顶端；所述顶端加载正反面短路弯折型枝节匹配设在所述PCB基板的上半部表面边缘处；所述N型同轴连接器匹配安装于所述底板的外侧面中部，其选用耐200W高功率容量的连接器。
所述小型化双频全向高功率机载天线，其中：所述上辐射体和所述下辐射体均为锥形渐变式结构；所述下辐射体匹配位于所述上辐射体下侧，且所述上辐射体和下辐射体彼此成锥尖相对的形式固设在所述PCB基板的下端表面上。
所述小型化双频全向高功率机载天线，其中：所述同轴馈电线缆采用可耐峰值1000W和均值300W功率的同轴线缆。
本发明相比现有技术具有如下有益效果：
本发明小型化双频全向高功率机载天线结构设计合理、紧凑，具有小型化、工作在双频且宽带、全向性好、功率容量大等优点；尤其，开缝单极子、顶端加载电阻、顶端加载正反面短路弯折型枝节以实现低频段的小型化宽带设计；上、下辐射体、金属匹配块以及天线罩的内表面的金属引向振子，实现了高频的宽带工作以及满足指标的远场辐射特性；上、下隔离金属孔阵列的设计抑制了低频辐射体与高频辐射体之间的互耦。
本发明的顶端加载正反面短路弯折型枝节的结构设计能有效降低天线高度；顶端加载电阻和顶端加载正反面短路弯曲型枝节确保了低频辐射体的驻波带宽足够大，锥形渐变式结构的上、下辐射体及金属匹配块确保了高频的驻波带宽；天线罩的内表面上第一金属引向振子和第二金属引向振子12 的对称分布，提高了高频辐射体的全向增益特性；上、下隔离金属孔阵列的设计提高了低频辐射体与高频辐射体之间的隔离度；
低频辐射体的不同大小的开缝使得天线高度进一步降低，优化最终天线高度为0.15波长(对应工作最低频率波长)；位于上、下辐射体之间的一对金属匹配快提高了高频辐射体的工作驻波带宽，天线罩上的两组金属引向振子提高了L频段的不圆度及最小增益；本发明与以往的全向天线相比工作带宽更宽，且在同一尺寸下实现了VHF-UHF与L频段的共口径设计，并通过金属引向振子提高了天线远场辐射的全向性和增益特性。
附图说明
图1为本发明小型化双频全向高功率机载天线的主视图；
图2为本发明小型化双频全向高功率机载天线的PCB基板、低频辐射体和高频辐射体装配后的结构示意图；
图3为本发明小型化双频全向高功率机载天线的高频辐射体的上辐射体和下辐射体的结构示意图；
图4为本发明小型化双频全向高功率机载天线的天线罩的主视图；
图5为本发明小型化双频全向高功率机载天线在低频段电压驻波比实测图；
图6为本发明小型化双频全向高功率机载天线在在高频段电压驻波比实测图。
图7为本发明小型化双频全向高功率机载天线在在高频段电压驻波比实测图。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中”、“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。
如图1至6所示，本发明小型化双频全向高功率机载天线，包括天线罩1、底板2、PCB基板3、低频辐射体4和高频辐射体5。
该天线罩1采用玻璃钢刀型结构，其顶部封闭，底部呈开口状；该天线罩1的前后内表面上分别设有一对第一金属引向振子11和一对第二金属引向振子12；该一对第一金属引向振子11匹配嵌敷在天线罩1的后侧内表面上且对称位于天线罩1后侧内表面的中轴线相对两侧；该一对第二金属引向振子12匹配嵌敷在天线罩1的后侧内表面上且对称位于天线罩1前侧内表面的中轴线的相对两侧；第一金属引向振子11和第二金属引向振子12的对称分布提高了高频辐射体5的全向增益特性。
该底板2由钛合金材质制成，其匹配安装于该天线罩1的底端开口处且两端内壁与填充在天线罩1内腔的发泡剂固定；其中，该底板2的两端内壁上匹配设有一对固定板21，该一对固定板21分别通过铆钉与填充在天线罩 1内腔的发泡剂固定。
该PCB基板3匹配安装于该天线罩1的内腔。
该低频辐射体4匹配设在PCB基板3上，其由开缝单极子41、顶端加载电阻42、顶端加载正反面短路弯折型枝节43(“顶端加载”是实现天线阻抗匹配的一种技术，指在辐射体的上、中、下三个位置加载电阻以改善辐射体的电流分布)及N型同轴连接器44组成。该开缝单极子41采用6盎司铜厚结构设计且设于PCB基板3表面上。该顶端加载电阻42为250W的大功率电阻，其匹配设在PCB基板3的表面顶端，采用底部同轴馈电；该顶端加载电阻42分别与开缝单极子41和顶端加载正反面短路弯折型枝节43焊接固定。该顶端加载正反面短路弯折型枝节43匹配设在PCB基板3的上半部表面边缘处；该顶端加载电阻42和顶端加载正反面短路弯折型枝节43确保了低频辐射体4的驻波带宽足够大。该N型同轴连接器44匹配安装于该底板2 的外侧面中部且一端伸入天线罩1内腔与开缝单极子41的下端匹配连接，其选用耐200W高功率容量的连接器，以解决天线尺寸和工作频带范围内的阻抗匹配、功率容量、频率响应的线性度等问题。低频辐射体4中的开缝单极子41采用6盎司铜厚结构设计，顶端加载电阻42为250W的大功率电阻，采用底部同轴馈电，选用耐200W高功率容量的N型同轴连接器44，能有效解决天线尺寸和工作频带范围内的阻抗匹配、功率容量、频率响应的线性度等问题。
该高频辐射体5匹配设在PCB基板3的下端表面上，其由上辐射体51、下辐射体52、同轴馈电线缆53、TNC型连接器54和金属匹配块55组成。
该上辐射体51和下辐射体52均为锥形渐变式结构，该下辐射体52匹配位于上辐射体51下侧，且该上辐射体51和下辐射体52彼此成锥尖相对的形式固设在PCB基板3的下端表面上，以改善高频的增益和不圆度。
该同轴馈电线缆53采用可耐峰值1000W和均值300W功率的同轴线缆，其外皮焊接于下辐射体52上，内芯与上辐射体51焊接，以形成巴伦平衡馈电。
该TNC型连接器54匹配安装在底板2的外侧面一侧且一端伸入天线罩1 内腔与低频辐射体4的开缝单极子41的下端匹配连接。
该金属匹配块55具有一对且分别匹配安装在上辐射体51的下端与下辐射体52上端之间的PCB基板3上形成套筒结构，使其在宽带范围内与阻抗值为50Ω的同轴馈电线缆23和TNC大功率连接器24实现阻抗匹配，改善高频的增益和不圆度；该上辐射体51、下辐射体52及金属匹配块55确保了高频的驻波带宽。
该PCB基板3在位于上辐射体51的上端与低频辐射体4的开缝单极子 41之间的区域均匀开设有三行上隔离金属孔阵列31，该PCB基板3在位于下辐射体52的下端与低频辐射体4的开缝单极子41之间区域均匀开设有一行下隔离金属孔阵列32；上隔离金属孔阵列31和下隔离金属孔阵列32提高了低频辐射体4和高频辐射体5之间的隔离度。
将第一金属引向振子11、第二金属引向振子12、PCB基板3、低频辐射体4、高频辐射体5安装在天线罩1内完成后，将天线罩1内腔用发泡剂填充。
本发明的天线安装在直径1m的金属大圆盘上，经过实测，在108-400MHz 范围内，如图4，天线电压驻波比小于3，全向增益大于-5.85dB，不圆度小于2.43dB；在960-1800MHz范围内，如图5，天线电压驻波比小于2.5，全向增益大于-2.21dB，不圆度小于5.21dB。符合全向军用天线的指标要求，表1列出了主要指标与典型频点的关系。
表1主要指标
本发明结构设计合理、紧凑，能同时实现小型化、工作在双频且宽带、全向性好、功率容量大的目的，符合空气动力学要求且重量轻，易于机载平台安装。
以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种小型化双频全向高功率机载天线，包括天线罩；所述天线罩的一端封闭，另一端呈开口状且开口处匹配安装有底板；其特征在于：所述机载天线还包括匹配安装于所述天线罩内的PCB基板以及匹配设在所述PCB基板上的低频辐射体和高频辐射体；
所述天线罩的罩体前、后内表面上还分别嵌敷有一组金属引向振子；每组所述金属引向振子彼此之间相对于所述罩体的内表面中轴线成对称布置；
所述低频辐射体由设在所述PCB基板的表面上的开缝单极子、顶端加载电阻、顶端加载正反面短路弯折型枝节以及设在所述底板外侧面上的N型同轴连接器组成；所述顶端加载电阻分别与所述开缝单极子和所述顶端加载正反面短路弯折型枝节焊接；所述N型同轴连接器的一端伸入所述天线罩的内腔与所述开缝单极子匹配连接；
所述高频辐射由上辐射体、下辐射体、同轴馈电线缆、TNC型连接器和金属匹配块组成；所述上辐射体和下辐射体成上下布置的方式匹配设在所述PCB基板的表面上；所述同轴馈电线缆的外皮焊接于所述下辐射体上，所述同轴馈电线缆的内芯与所述上辐射体焊接；所述TNC型连接器匹配安装在所述底板的外侧面且一端伸入所述天线罩的内腔与所述开缝单极子匹配连接；所述金属匹配块具有一对且分别匹配安装在位于所述上辐射体与下辐射体之间的所述PCB基板上，以形成套筒结构，使所述金属匹配块与所述同轴馈电线缆、所述TNC大功率连接器实现阻抗匹配；
所述PCB基板在位于所述上辐射体的上端与所述开缝单极子之间的区域均匀开设有上隔离金属孔阵列；所述PCB基板在位于所述下辐射体的下端与所述开缝单极子之间区域均匀开设有下隔离金属孔阵列。
2.如权利要求1所述的小型化双频全向高功率机载天线，其特征在于：所述开缝单极子采用6盎司铜厚结构。
3.如权利要求1所述的小型化双频全向高功率机载天线，其特征在于：所述顶端加载电阻为250W的大功率电阻，其匹配设在所述PCB基板的表面顶端；所述顶端加载正反面短路弯折型枝节匹配设在所述PCB基板的上半部表面边缘处；所述N型同轴连接器匹配安装于所述底板的外侧面中部，其选用耐200W高功率容量的连接器。
4.如权利要求1所述的小型化双频全向高功率机载天线，其特征在于：所述上辐射体和所述下辐射体均为锥形渐变式结构；所述下辐射体匹配位于所述上辐射体下侧，且所述上辐射体和下辐射体彼此成锥尖相对的形式固设在所述PCB基板的下端表面上。
5.如权利要求1所述的小型化双频全向高功率机载天线，其特征在于：所述同轴馈电线缆采用可耐峰值1000W和均值300W功率的同轴线缆。
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