一种超宽带无源监测天线的制作方法

本实用新型涉及无线电接收天线技术领域，尤其涉及一种超宽带无源监测天线。

背景技术：

监测天线是一种不可或缺的无线电信号接收设备。国内现有的无源接收天线工作频带针对性较强，应用环境受限，一般不能同时应用于短波、超短波和微波频段信号监测。为完成宽频段监测，目前通常采用的方法：一是采用不同类型的接收天线各自监测其所适用的频段，各个类型的接收天线互不相干，此种方法主要存在天线种类数量多、天线尺寸多样和操作流程复杂等问题；二是采用单幅监测天线加装有源模块，但由于有源模块自身的技术特点，易受电源和接地状态等因素影响，势必会在接收信号中引入一定的噪声，降低对信号的监测能力。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的问题，提供一种超宽带无源监测天线，能实现20～8000MHz频段的信号监测，且环境适应性强。

为了实现本实用新型的上述目的，提供以下技术方案：

一种超宽带无源监测天线，包括：天线罩；安装在所述天线罩内用于接收不同频段信号的多种类型的天线体，所述多种类型的天线体包括：用于接收20-120MHz频段信号的立体螺旋天线体；用于接收120-800MHz频段信号的中馈天线体，其安装在所述立体螺旋天线体的上方；用于接收800-8000MHz频段信号的第一平面等角螺旋天线体和第二平面等角螺旋天线体，所述第一平面等角螺旋天线体和第二平面等角螺旋天线体分别安装在所述立体螺旋天线体的顶部和底部；其中，所述第一平面等角螺旋天线体和第二平面等角螺旋天线体与所述立体螺旋天线体电连接。

此外，还包括，安装在所述天线罩内的馈电网络，其一端分别连接所述第一平面等角螺旋天线体和中馈天线体，其另一端连接监测设备；安装在所述天线罩内的阻抗转换器，用于连接在所述第一平面等角螺旋天线体和立体螺旋天线体之间以及连接在所述立体螺旋天线体和第二平面等角螺旋天线体之间。

优选的，所述立体螺旋天线体包括：安装在所述天线罩内的支撑绝缘件；按照一定螺距缠绕在所述支撑绝缘件外壁上的铜导线；其中，所述支撑绝缘件具有开设在其中心的中心安装孔和开设在所述中心安装孔外围的外围安装孔；所述中心安装孔用于安装所述中馈天线体，所述外围安装孔用于安装所述馈电网络和阻抗转换器。

优选的，所述中馈天线体包括：空心绝缘件；分别固定在所述空心绝缘件上部和下部的上辐射体和下辐射体；其中，所述空心绝缘件的下部固定有绝缘支撑棒，其用于安装在所述中心安装孔内。

优选的，所述馈电网络和阻抗转换器在所述外围安装孔内上下排布，且馈电网络和阻抗转换器之间采用环氧板隔离。

优选的，所述阻抗转换器包括：连接在所述第一平面等角螺旋天线体和立体螺旋天线体之间的1：m阻抗变换器；连接在所述立体螺旋天线体和第二平面等角螺旋天线体之间的m：1阻抗变换器。

优选的，所述1：m阻抗变换器和m：1阻抗变换器均采用三根高温线在磁环上排绕形成。

优选的，所述馈电网络分别通过同轴电缆连接所述中馈天线体和监测设备。

优选的，所述天线罩采用ABS材料制作；所述绝缘支撑棒采用环氧材料制作；所述支撑绝缘件和空心绝缘件采用尼龙材料制作。

优选的，所述上辐射体和下辐射体采用铜管制作；所述第一平面等角螺旋天线体和第二平面等角螺旋天线体采用铜板制作。

本实用新型的有益效果体现在以下方面：

1)本实用新型通过对不同频段、不同类型的天线进行组合复用并匹配，能够对20-8000MHz频段信号进行有效监测，且具有良好的全向增益效果，在水平方向的方向图呈近似圆状；

2)本实用新型采用立体螺旋天线体和平面等角螺旋天线体组合复用，拓宽频带的同时大大减小了天线的安装体积，实现天线小型化；

3)本实用新型采用中馈天线体，不仅可以改善天线的频带特性，大大拓宽天线工作频段，而且使天线性能几乎对地无关，可以有效减少周围地物环境对天线电特性的不良影响。

附图说明

图1是本实用新型超宽带无源监测天线的结构示意图；

图2是本实用新型超宽带无源监测天线的立体螺旋天线体的结构示意图；

图3是本实用新型超宽带无源监测天线的中馈天线体的结构示意图；

图4是本实用新型超宽带无源监测天线的第一平面等角螺旋天线体或第二平面等角螺旋天线体的结构示意图；

图5是本实用新型超宽带无源监测天线的电连接关系图；

图6是本实用新型超宽带无源监测天线的1：6阻抗变换器的电原理图；

图7是本实用新型超宽带无源监测天线的6：1阻抗变换器的电原理图；

图8是本实用新型超宽带无源监测天线的馈电网络的电原理图。

附图标记说明：1-天线罩；2-立体螺旋天线体；21-支撑绝缘件；21a-中心安装孔；21b-外围安装孔；22-铜导线；3-中馈天线体；31-空心绝缘件；32-绝缘支撑棒；33-铜管；4-第一平面等角螺旋天线体；5-第二平面等角螺旋天线体；6-馈电网络；7-阻抗转换器；71-1：m阻抗变换器；72-m：1阻抗变换器；8-同轴电缆。

具体实施方式

本实用新型超宽带无源监测天线通过对不同频段、不同类型的天线进行组合复用并匹配，能够对20-8000MHz频段信号进行有效监测，且具有良好的全向增益效果，在水平方向的方向图呈近似圆状。

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实施例提供一种超宽带无源监测天线，包括：天线罩1；安装在天线罩1内用于接收不同频段信号的多种类型的天线体；安装在天线罩1内的馈电网络6和阻抗转换器7。其中，多种类型的天线体、馈电网络6和阻抗转换器7封装在天线罩1内，较好的阻隔外界环境的影响和破坏，使得本实用新型能够在恶劣的环境下稳定可靠的工作。其中，馈电网络6用于将来自不同天线体的信号进行匹配后输出至监测设备；阻抗转换器7用于实现相连接的两个天线体之间的阻抗匹配。

具体的，多种类型的天线体包括：立体螺旋天线体2，用于接收20-120MHz频段信号；中馈天线体3，用于接收120-800MHz频段信号；第一平面等角螺旋天线体4和第二平面等角螺旋天线体5，用于接收800-8000MHz频段信号。本实施例利用现有的频段组合复用技术和宽频段匹配技术对立体螺旋天线体2、中馈天线体3、第一平面等角螺旋天线体4和第二平面等角螺旋天线体5进行组合复用和匹配，获得20-8000MHz超宽工作频段。

下面结合附图具体说明各天线体结构以及相互之间的安装位置关系。

如图2所示，立体螺旋天线体2包括：安装在天线罩1内的支撑绝缘件21；按照一定螺距缠绕在支撑绝缘件21外壁上的铜导线22。立体螺旋天线体2的最低工作频率为20MHz，相对应波长为15米，根据谐振时天线的电长度应该是谐振频率对应波长的四分之一，因此要求辐射体电长度接近4米；而立体螺旋天线体2的辐射体是由铜导线22按一定螺距和螺旋直径缠绕形成的，即使铜导线22的长度接近4米，其所占据的物理尺寸也很小，实现体积小型化的目的。具体实施时，铜导线22可根据实际情况选择适当的螺旋直径和螺距。

其中，支撑绝缘件21具有开设在其中心的中心安装孔21a和开设在中心安装孔21a外围的外围安装孔21b。支撑绝缘件21采用尼龙材料制作。

如图1所示，中馈天线体3通过中心安装孔21a固定安装在立体螺旋天线体2的上方。如图3所示，中馈天线体3包括：空心绝缘件31；分别固定在空心绝缘件31上部和下部的上辐射体和下辐射体；其中，空心绝缘件31的下部固定有用于安装在中心安装孔21a内的绝缘支撑棒32。其中，上辐射体和下辐射体采用铜管33制作。具体的，如图3所示，本实施例采用三根铜管33按一定夹角和间距固定在空心绝缘件31上，固定在空心绝缘件31上部的一根铜管33作为上辐射体，固定在空心绝缘件31下部的两根铜管33作为下辐射体。

其中，空心绝缘件31采用尼龙材料制作，绝缘支撑棒32采用环氧材料制作。

如图1所示，第一平面等角螺旋天线体4和第二平面等角螺旋天线体5分别安装在立体螺旋天线体2的顶部和底部。第一平面等角螺旋天线体4和第二平面等角螺旋天线体5采用铜板制作。

本实施例采用第一平面等角螺旋天线体4和第二平面等角螺旋天线体5组合复用，在增加高频段增益的同时，也可对天线的方向图进行调整。具体的，第一平面等角螺旋天线体4和第二平面等角螺旋天线体5结构相同，如图4所示，本实施例的第一平面等角螺旋天线体4或第二平面等角螺旋天线体5是由两对称的平面等角螺旋臂构成；其中，平面等角螺旋臂的螺旋线是一种完全由角度确定形状的螺旋线，其一个螺旋臂内外边缘的螺旋线分别为：另一个螺旋臂为原臂旋转180°而成，其内外边缘的螺旋线分别为：

式中：r0是对应Φ＝0时的矢径，a为螺旋增长率，δ为螺旋的臂角宽，Φ为螺旋相对起始角的角度。天线特性要完全与频率无关，等角螺旋臂的长度必须无限延伸，实际上无法做到。由于螺旋臂上的电流随着臂的扩张而随指数衰减，在电流衰减到很小时将其截断，即利用弱终端效应，并不严重影响天线性能，通常a取值为0.12-1.20时，实际尺寸的天线仍具有很宽的带宽。优选取a＝0.221，就可拥有超过8：1的带宽。

本实施例在高频段采用第一平面等角螺旋天线体4和第二平面等角螺旋天线体5，其具有较好的宽频带特性，且其具有的互补周期性结构能够在较宽频带内保持天线的输入阻抗基本不变，易于匹配，而且具有体积小、重量轻、频带宽、圆极化特性好等优点。

如图1所示，外围安装孔21b用于安装馈电网络6和阻抗转换器7。具体的，馈电网络6和阻抗转换器7在外围安装孔21b内上下排布，且馈电网络6和阻抗转换器7之间采用环氧板隔离。

其中，馈电网络6用于将来自立体螺旋天线体2、中馈天线体3、第一平面等角螺旋天线体4和第二平面等角螺旋天线体5的信号进行匹配后输出至监测设备。

其中，立体螺旋天线体2电连接在第一平面等角螺旋天线体4和第二平面等角螺旋天线体5之间。阻抗转换器7包括1：m阻抗变换器71和m：1阻抗变换器72；其中，1：m阻抗变换器71连接在第一平面等角螺旋天线体4和立体螺旋天线体2之间，用于实现第一平面等角螺旋天线体4和立体螺旋天线体2的阻抗匹配；m：1阻抗变换器72连接在立体螺旋天线体2和第二平面等角螺旋天线体5之间，用于实现立体螺旋天线体2和第二平面等角螺旋天线体5的阻抗匹配。优选的，本实施例取m＝6。

如图6所示，1：6阻抗变换器71中的L3、L5、L7采用三根高温线在同一个磁环上排绕形成。如图7所示，6：1阻抗变换器72中的L4、L6、L8使用三根高温线在同一个磁环上排绕形成。其中，高温线采用漆包线。

如图8所示，本实施例的馈电网络6采用传输线变压器原理进行设计，具有良好的宽频带传输特性，上限频率高达上千兆赫兹，频率覆盖系数(即上限频率对下限颇率的比值)达到104；且具有良好的高频和低频特性，以及体积小、损耗小的特点。其中，馈电网络6中的L1、L2使用两根高温线在同一个磁环上排绕形成。高温线采用漆包线。

下面结合图5具体说明各天线体之间以及与馈电网络6和阻抗转换器7的电连接关系。

如图5所示，馈电网络6的一端分别连接第一平面等角螺旋天线体4和中馈天线体3，其另一端连接监测设备。

具体的，如图5所示，本实施例中馈天线体3的上辐射体(固定在空心绝缘件31上部的一根铜管33)的下端(图5所示的b端)接在馈电网络6的B端，下辐射体(固定在空心绝缘件31下部的两根铜管33)的上端(图5所示的g端)与馈电网络6的地相连。其中，本实施例馈电点在上辐射体下端(b端)，上、下辐射体之间间隔一定距离，以加大馈电点对地阻抗，使得工作时馈电点对地耦合很小，从而使得天线性能几乎对地无关。馈电点以下部分的下辐射体作为宽带阻抗变换器使用，通过调整下辐射体与上辐射体之间的间隔距离，在工作频段内将馈电点的阻抗匹配至接近50Ω，使中馈天线体3的输入阻抗易于与馈电网络6阻抗匹配，从而达到宽带工作的要求。

其中，中馈天线体3通过同轴电缆连接馈电网络6。具体的，同轴电缆的内导体的一端连接上辐射体的b端，另一端连接馈电网络6的B端；同轴电缆的外导体的一端连接下辐射体的g端，另一端连接馈电网络6的地。优选的，该同轴电缆使用SYV-50-3同轴电缆。

本实施例采用中馈天线体3，不仅可以改善天线的频带特性，大大拓宽天线工作频段，而且天线性能几乎对地无关，可以有效减少周围地物环境对天线电特性的不良影响。

如图5所示，本实施例第一平面等角螺旋天线体4的a端连接馈电网络的A端，c端连接1：6阻抗转换器71的C端；立体螺旋天线体2的d端连接1：6阻抗转换器71的D端，e端连接6：1阻抗转换器72的E端；第二平面等角螺旋天线体5的f端连接6：1阻抗转换器72的F端。

其中，馈电网络6通过同轴电缆8连接监测设备。如图1所示，天线罩1设有同轴电缆插口，连接监测设备的同轴电缆8连接至该同轴电缆插口。优选的，同轴电缆8使用HCAAY50-12同轴电缆。

其中，天线罩采用ABS材料制作。

本实用新型填补了国内无源超宽带(覆盖短波、超短波和微波频段)接收天线领域的技术空白，天线性能不受电源和接地影响，且灵敏度(特别是低频段)和信噪比均明显优于现有有源宽带接收天线，具有极高的实用价值；在拓宽工作频段的同时还实现了天线的小型化，有效节省天线安装空间。

尽管上述对本实用新型做了详细说明，但本实用新型不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本实用新型的原理进行修改，因此，凡按照本实用新型的原理进行的各种修改都应当理解为落入本实用新型的保护范围。