专利名称：垂直极化宽带偶极子天线的制作方法
技术领域：
垂直极化宽带偶极子天线技术领域[0001]本发明涉及一种天线，尤其是一种偶极子天线。
技术背景[0002]目前，机载或车载等高速移动平台数据链测控及通信系统的天线多以偶极子或 刀形天线为主，这些天线往往增益较低(OdB以下)、工作频带带宽较窄(小于5%)， 同时天线波束在俯仰方向很难满足3dB波束宽度在正负25度俯仰的要求。而在机载平 台等高速移动测控领域中为了扩展通信控制距离，满足天线垂直极化辐射、宽频带通信 要求，同时也要满足小型化、制作安装简便等特性，新的垂直极化、全向、宽频带、具 有较高增益的移动测控天线的设计日趋重要。中国北京遥测技术研究所的孙向珍在文章《宽频带垂直极化天线的研究》(孙向珍，宽频带垂直极化天线的研究[J].遥测遥控， 25(5) 31-37)中，根据传统的套筒偶极子天线原理，引入两个寄生阵子和一个较大的 反射底盘替代原有套筒结构，提出了一种名为“仙人掌”天线的理论模型，可将天线驻 波在1.5以下的带宽拓展为将近30%。但是该天线模型仅是基于理论原理计算分析，未 考虑工程实际安装设计的形式要求，也未考虑天线材质(天线罩及底盘材质)对天线结构 的影响，且靠增大反射底盘尺寸来拓展带宽造成整体天线尺寸偏大(底盘直径大于二分 之一波长)，不能满足机载平台等高速移动平台小型化安装要求。发明内容[0003]为了克服现有技术不能满足机载平台等高速移动平台小型化安装要求的不足， 本发明提供一种垂直极化宽带偶极子天线，通过改变天线寄生阵子的数目和尺寸，以较 小的反射底盘(小于二分之一波长)和安装结构同样达到了宽频带工作的要求。[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是包含天线罩、有源阵子、寄生阵 子、阵子绝缘固定支架、绝缘垫片、反射底盘和SMA-KFD108射频连接件。天线罩使 用环氧层压玻璃布制作，形状为中空的筒状，上端为封闭面，下端开口，天线罩壁厚均 为百分之一波长。在距离天线罩底部百分之二波长处，天线罩壁的圆周方向上等间距 开有若干个固定孔。天线罩的直径为二分之一波长，高度大于四分之三波长。反射底 盘作为天线阵子的支撑及固定件，整体设计为台阶圆柱体，上圆柱直径尺寸为二分之一 波长，下圆柱直径尺寸比上圆柱直径大百分之一波长，上圆柱与下圆柱厚度之和应保证 SMA-KFD108射频连接件的螺纹内心伸出上圆柱表面5mm。在反射底盘的上圆柱的圆周 方向上距下圆柱上表面百分之二波长处开有与天线罩的固定孔相对应的固定孔。反射底 盘中心处开有一个通孔，通孔直径要求与SMA-KFD108射频连接件内部的绝缘介质直径 相同，其中放置绝缘垫片，绝缘垫片的上表面与反射底盘的上表面齐平。反射底盘起到 对天线匹配及对天线方向图的调整作用，为减轻天线的整体重量，又能保证天线的结构 强度，反射底盘采用硬质铝材料。有源阵子为黄铜材质的圆柱体结构，长度为二分之一 波长，直径为百分之三波长，在底部开有固定安装用的内螺纹孔。有源阵子垂直于反射底盘的上表面，其底部端面与绝缘垫片表面相切，SMA-KFD108射频连接件的螺纹内心 穿过绝缘垫片与有源阵子底部螺纹内孔紧密旋接。四个寄生阵子形式相同，与有源阵子 间距相等，并在以该间距为半径的圆周方向上等分布于有源阵子周围。寄生阵子底部与 反射底盘通过螺纹铰接直接相连，垂直安装于反射底盘上表面。寄生阵子也采用黄铜棒 料制作，结构为圆柱体，直径为百分之三波长，长度为四分之一波长，底部留有高度与 反射底盘厚度相同的外螺纹。射频连接件为标准的SMA-KFD108射频接头，起到将50 欧的铜轴电缆与天线可靠连接的作用。上文所述的波长为天线的工作波长。[0005]所述的绝缘垫片为特氟隆材质的圆柱体，直径与反射底盘中心通孔直径相同， 厚度与反射底盘上圆柱的厚度相同，中心开有一个直径与SMA-KFD108射频连接件内导 体直径大小相同的通孔。[0006]根据SMA-KFD108安装要求在反射底盘的中心孔位的两边还各开一个通孔，此 通孔位置应考虑避让过寄生阵子的安装孔，又能满足SMA-KFD108的安装要求。[0007]为方便安装在寄生阵子的底端开有宽，长度为阵子直径大小的安装槽。[0008]所述寄生阵子与有源阵子的间距调整范围在十分之一波长至五分之一波长。[0009]本发明还包括阵子绝缘固定支架，选用特氟隆材质，整体为圆柱体，厚度为百 分之二波长，直径大小为有源阵子与寄生阵子间距加二倍阵子直径。阵子绝缘固定支架 上面按照有源阵子与寄生阵子的相对位置开有五个阵子直径大小的安装通孔，根据安装 孔的位置阵子绝缘固定支架直接套接在相应的阵子上，起到对天线阵子的支撑、固定作 用。[0010]本发明的有益效果是由于采用二分之一波长的有源阵子作为天线辐射的主 体，四个四分之一波长的无源寄生阵子为传统套筒天线结构的变形起到平衡电流，匹配 驻波的作用。为了进一步达到展宽频带的作用，天线各阵子采用截面直径为百分之三波 长的圆柱体，有力地降低了细长比。而全新设计的反射底盘，起到更进一步的平衡电 流，控制天线辐射方向的作用。通过采用以上设计使得天线满足垂直极化、全向辐射要 求，天线增益达2dB，天线3dB波束宽度为65°，驻波1.5以下频带宽度近30%。[0011]
以下结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0012]图1是本发明垂直极化宽频带偶极子天线结构的示意图。[0013]图2是本发明垂直极化宽频带偶极子天线安装结构装置示意图。[0014]图3是本发明垂直极化宽频带偶极子天线结构装置的透视效果视图。[0015]图4是本发明垂直极化宽频带偶极子天线结构的底视图。[0016]图5是本发明垂直极化宽频带偶极子天线的驻波测试曲线。[0017]图6是本发明垂直极化宽频带偶极子天线的E面方向图测试曲线。[0018]图7是本发明垂直极化宽频带偶极子天线的H面方向图测试曲线。[0019]图中，1.天线罩，2.有源阵子，3.寄生阵子，4.阵子绝缘固定支架，5.绝缘垫 片，6.射频连接件固定螺栓，7.反射底盘，8.天线罩固定螺栓，9.天线罩固定螺栓弹簧垫 片，10.天线罩固定螺栓垫片，11.射频连接件固定垫片，12.射频连接件固定螺母，13.射 频连接件SMA-KFD 108。
具体实施方式
[0020]通过不断地优化调整有源阵子、寄生阵子、有源阵子与寄生阵子间距及反射底 盘大小可以获得满足驻波及方向图要求的天线方案，具体实施方式
如下[0021]图1为本发明垂直极化宽频带偶极子天线结构的示意图。天线罩1采用厚度为 Imm厚的环氧层压玻璃布制作，天线罩内径为45mm，外径为46mm，高度为56mm。[0022]图2是本发明垂直极化宽频带偶极子天线安装结构装置示意图。距天线罩底端 1.5mm处，在天线罩端面的圆周方向上开有8个等间距标称为M1.6的定位孔。有源阵 子2采用黄铜材质，圆柱体，直径为4mm，长度大小为53.3mm，在底端开有深10mm， 大小为M2孔径的内螺纹孔。射频连接件SMA-KFD108 13的内芯穿过绝缘垫片5与有 源阵子2的底端螺纹紧密旋接。绝缘垫片为特氟隆材质的圆柱体，直径为5mm，厚度为 3mm，中心开有一个直径为M2大小的通孔。绝缘垫片5置于反射底盘7中心的安装孔 内，上表面与反射底盘7的上表面齐平，起到对有源阵子2的支撑及绝缘隔离作用。四 个寄生阵子3形式相同，黄铜材质，圆柱体，直径为4mm，长度大小为^.7mm，与有源 阵子2间距相等为9mm，并在以间距为半径的圆周方向上等分布于有源阵子2的周围。 其底部开有高5mm大小为M4的外螺纹，与反射底盘7上预先留好的M4内螺纹孔紧密 旋接。阵子绝缘固定支架4采用特氟隆材料，整体为圆柱体，厚度为2mm，直径长度 为19mm。阵子绝缘固定支架4上面按照有源阵子2与寄生阵子3的相对位置开有五个 直径大小为4mm的安装通孔，并按照有源阵子2与寄生阵子3的位置孔位直接套接在相 应的阵子上，起到固定支撑的作用。反射底盘7设计为台阶圆柱体，两层圆柱总厚度为 4mm，上圆柱厚3mm，下圆柱厚度为1mm。上圆柱直径45mm起到主要的调整方向图 及电流平衡作用，下圆台直径为47mm起到对天线罩1固定支撑的作用。反射底盘7中 心处开有一个通孔，直径为5mm，为绝缘垫片5的预留放置孔及SMA-KFD108 13内导 体的安装预留孔。在中心孔位的四周相对于寄生阵子3的位置开有四个M4大小的内螺 纹通孔，用于固定安装四个寄生阵子3。在中心孔位的两边还各开一个M2大小的通孔， 为SMA-KFD108 13的定位安装孔。反射底盘7上圆柱距下圆柱上表面1.5mm处开有与 天线罩8个定位孔位置相同的8个定位孔，并通过标准件天线罩固定螺栓8、天线罩固定 螺栓弹簧垫片9及天线罩固定螺栓垫片10与天线罩1固定。射频连接件SMA-KFD108 13为市售标准射频连接件，通过射频连接件固定螺栓6、射频连接件固定垫片11及射频 连接件固定螺母12固定安装于反射底盘7上。
权利要求1.垂直极化宽带偶极子天线，包含天线罩、有源阵子、寄生阵子、阵子绝缘固定 支架、绝缘垫片、反射底盘和SMA-KFD108射频连接件，其特征在于天线罩使用环 氧层压玻璃布制作，形状为中空的筒状，上端为封闭面，下端开口，天线罩壁厚为百 分之一波长，在距离天线罩底部百分之二波长处，天线罩壁的圆周方向上等间距开有 若干个固定孔，天线罩的直径为二分之一波长，高度大于四分之三波长，反射底盘为 台阶圆柱体，上圆柱直径尺寸为二分之一波长，下圆柱直径尺寸比上圆柱直径大百分 之一波长，上圆柱与下圆柱厚度之和保证SMA-KFD108射频连接件的螺纹内心伸出上 圆柱表面5mm，在反射底盘的上圆柱的圆周方向上距下圆柱上表面百分之二波长处开 有与天线罩的固定孔相对应的固定孔，反射底盘中心处开有一个通孔，通孔直径要求 与SMA-KFD108射频连接件内部的绝缘介质直径相同，其中放置绝缘垫片，绝缘垫片 的上表面与反射底盘的上表面齐平，反射底盘采用硬质铝材料，有源阵子为黄铜材质 的圆柱体结构，长度为二分之一波长，直径为百分之三波长，在底部开有固定安装用 的内螺纹孔，有源阵子垂直于反射底盘的上表面，其底部端面与绝缘垫片表面相切， SMA-KFD108射频连接件的螺纹内心穿过绝缘垫片与有源阵子底部螺纹内孔紧密旋接， 四个寄生阵子形式相同，与有源阵子间距相等，并在以该间距为半径的圆周方向上等分 布于有源阵子周围，寄生阵子底部与反射底盘通过螺纹铰接直接相连，垂直安装于反射 底盘上表面，寄生阵子也采用黄铜棒料制作，结构为圆柱体，直径为百分之三波长，长 度为四分之一波长，底部留有高度与反射底盘厚度相同的外螺纹，所述的波长为天线的 工作波长。
2.根据权利要求1所述的垂直极化宽带偶极子天线，其特征在于所述的绝缘垫片 为特氟隆材质的圆柱体，直径与反射底盘中心通孔直径相同，厚度与反射底盘上圆柱的 厚度相同，中心开有一个直径与SMA-KFD108射频连接件内导体直径大小相同的通孔。
3.根据权利要求1所述的垂直极化宽带偶极子天线，其特征在于所述的反射底盘 的中心孔位的两边还各开一个通孔，此通孔位置既避让过寄生阵子的安装孔，又能满足 SMA-KFD108的安装要求。
4.根据权利要求1所述的垂直极化宽带偶极子天线，其特征在于所述的寄生阵子 的底端开有Imm宽，长度为阵子直径大小的安装槽。
5.根据权利要求1所述的垂直极化宽带偶极子天线，其特征在于所述的寄生阵子 与有源阵子的间距为十分之一波长至五分之一波长。
专利摘要本实用新型公开了一种垂直极化宽带偶极子天线，天线罩为中空筒状，上端封闭，反射底盘为台阶圆柱体，固接在天线罩下端，反射底盘中心处开有一个通孔，有源阵子为黄铜材质的圆柱体结构，垂直于反射底盘的上表面，SMA-KFD108射频连接件与有源阵子底部旋接，四个寄生阵子形式相同，与有源阵子间距相等，并在以该间距为半径的圆周方向上等分布于有源阵子周围，寄生阵子垂直安装于反射底盘上表面，寄生阵子也采用黄铜棒料制作，结构为圆柱体。本实用新型通过改变天线寄生阵子的数目和尺寸，以较小的反射底盘和安装结构同样达到了宽频带工作的要求。
文档编号H01Q1/36GK201812924SQ201020562330
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月14日 优先权日2010年10月14日
发明者刘春阳, 张朋, 袁俊 申请人:西北工业大学