一种超短波通信天线阵的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种宽带轴向均匀直线阵，用于超短波通信，实现天线的高增益和波束可控。
【背景技术】
[0002]超短波频段作为移动通信的重要频段，主要利用视距传播方式，受季节和昼夜变化的影响较小，特别是在应对重大自然灾害的情况下，全向超短波移动通信显示出了不可比拟的优势。通常宽带全向天线采用双锥的形式，双锥天线最早由Schelkunoff提出，由于其自身具有渐变结构形式和水平旋转对称的特点，而具有良好的宽频带特性和全向特性。但超短波天线具有尺寸较大、全向超短波天线增益较低等缺点，限制了超短波通信的广泛使用。为了提高天线的增益通常采用均匀直线阵的形式，但该组阵方式占用地面空间较大，在移动通信平台上使用受限。
[0003]同时随着导航、通信技术的发展，现有移动通信平台上各类先进的电子设备不断增多，导致平台上天线林立、安装布置困难，电磁兼容性等问题突出，各单元天线性能无法实现最优，同时抗干扰能力很差。
[0004]美国先后在某些通信移动平台上成功研制了综合化、集成化的超短波天线阵。采用该天线阵能有效提高天线增益、改善现代通信电磁兼容环境较差的问题，同时克服了阵列天线级联内部穿接地金属杆后带来的电性能恶化的不利因素。但是由于技术封锁，我国一直没有类似的超短波通信天线阵。
[0005]中国专利“一种穿杆VHF/UHF宽带天线”(CN201410535736)公开了一种双锥套筒变形的穿杆天线，较普通双锥天线体积小、重量轻，但是该天线的增益有限。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种由宽带穿杆单元天线构成的轴向均匀直线阵，可有效缩小单元和天线阵体积，实现天线的集成化，并提高天线的增益。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括轴向天线阵、天线内部接地杆和玻璃钢支架。
[0008]所述的轴向天线阵包括等间距串接的三个完全相同的天线单元；所述的天线单元包括辐射体、外部寄生套筒、内套筒、玻璃钢底座以及收发控制电路；所述的辐射体包括双锥和粗振子，所述的双锥是共轴线的两个圆台导体面，且两圆台的上底面相对，两圆台的母线与轴线的夹角相等，两圆台的下底面分别连接等直径的粗振子，双锥外侧套有同轴的外部寄生套筒，外部寄生套筒的高度小于双锥的高度；辐射体内部嵌有同轴的内套筒，内套筒分为上下两部分，总高度小于辐射体高度，内套筒的上下两部分分别与双锥的两个上底面相连；天线辐射体底部固连玻璃钢底座，玻璃钢底座上集成的底部收发控制电路与辐射体的馈线相连接；所述玻璃钢支架为中空圆柱，同轴固连在相邻两个天线单元之间；所述天线内部接地杆同轴贯穿三个天线单元和两个玻璃钢支架，高度大于三个天线单元和两个玻璃钢支架的总高度，直径小于内套筒内径。
[0009]所述的辐射体、外部寄生套筒、天线内部接地杆和内套筒均采用空心金属柱。
[0010]所述玻璃钢支架的内径大于天线内部接地杆外径，玻璃钢支架的外径大于天线单元的玻璃钢底座的半径。
[0011]所述圆台的母线与轴线的夹角为37°。
[0012]所述的辐射体与天线内部接地杆之间通过短路金属环连接。
[0013]所述的外部寄生套筒与辐射体不连接，外部寄生套筒的直径大于辐射体的直径。
[0014]本发明的有益效果是:
[0015]第一，本发明采用轴向均匀直线阵的组阵形式，与普通均匀直线阵相比大大缩减了天线阵的占地面积。
[0016]第二，本发明通过调节玻璃钢支架的高度以改变阵单元之间的间距，从而获得良好的辐射特性，与单元天线相比增益得到了提高；通过控制单元天线馈电的相位和幅度，能够实现波束指向可控。
【附图说明】
[0017]图1是整个天线阵侧视图；
[0018]图2是天线单元侧视图；
[0019]图3是玻璃钢支架顶视图；
[0020]图4是天线阵实测与仿真驻波图；
[0021]图5是天线阵单元等幅度同相馈电仿真方向图，其中，(a)是lfMHz，(b)是3f MHz,(c)是 5f MHz ο
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0023]本发明包括轴向天线阵、天线内部接地杆、玻璃钢支架。
[0024]所述的轴向天线阵包括等间距的三个完全相同的天线单元。所述的天线单元形式与专利“一种穿杆VHF/UHF宽带天线”中所述的天线形式一致。天线单元包括辐射体、夕卜部寄生套筒、内套筒、玻璃钢底座以及收发控制电路。所述天线内部接地杆贯穿三个天线单元，且与辐射体共轴，其高度大于轴向天线阵高度，其直径小于内套筒。所述玻璃钢支架是两个壁厚很厚的圆筒，起到固定天线单元的作用，位于三个天线单元之间，上下底面均与天线单元紧联接，通过调整玻璃钢支架的高度改变阵元间距，获得良好的辐射特性。其与辐射体共轴，天线内部接地杆贯穿所述的玻璃钢支架。天线单元底部收发控制电路包括射频同轴开关、低噪声放大器、移相器等组件，以实现天线的收发复用和波束控制。
[0025]所述的辐射体、外部寄生套筒、天线内部接地杆和内套筒均采用空心金属柱。
[0026]所述的玻璃钢支架的内径大于天线内部接地杆，其外径大于天线单元的玻璃钢底座的半径。
[0027]本发明的实施例如图1所示，由轴向天线阵1、天线内部接地杆2、玻璃钢支架3构成。
[0028]天线阵1由等间距的三个完全相同的天线单元4构成，天线单元4包括辐射体5、外部寄生套筒6、内套筒7、玻璃钢底座8以及收发控制电路9。天线采用中部馈电的方式，SMA同轴线缆的芯线与辐射体上部连接，外导体与下半部分连接。馈线的另一端联接位于天线单元4底部的收发控制电路9，其集成在玻璃钢底座8的背面。本发明中天线单元的锥角约为74°。
[0029]天线内部接地杆2贯穿三个天线单元4，与辐射体5共轴，其高度大于轴向天线阵
1。SMA同轴线缆从天线内部接地杆2中穿过，其可以屏蔽SMA同轴线缆漏射的电磁信号。
[0030]玻璃钢支架3是两个壁厚较厚的圆柱桶，内径b大于天线内部接地杆2，外径a大于玻璃钢底座8的半径。其高度为辐射体高度的一半并且和辐射体共轴，位于三个天线单元之间，上下底面均与天线单元紧固联接，天线内部接地杆2从玻璃钢支架3中穿过，从而构成整个超短波通信穿杆阵。玻璃钢支架3的高度Η决定了天线单元4的阵元间距，Η较小时天线单元之间的耦合较大，导致天线单元阻抗变差；Η较大时天线阵1的远场方向图会产生畸变，因此需要优化玻璃钢支架的高度Η。本实例中玻璃钢支架3的内径b = 5cm，外径a = 40cm，高度H = 50cm时可以获得良好的福射特性。
[0031]天线单元4的三个SMA同轴线缆均从天线内部接地杆2中穿过。
[0032]为了进一步优化天线单元的阻抗特性，将福射体5与天线内部接地杆2相连接。
[0033]在每个天线单元4下端玻璃钢底座8背面排布射频同轴开关、低噪声放大器等收发控制电路9组件，以实现天线的收发复用。同时在每个天线单元底部设置可调移相器，用以改变各个天线单元的相位，同时改变单元的馈电幅度，实现远场辐射方向图波束可控。
[0034]采用本实施方法的超短波通信穿杆天线阵，天线单元组阵后驻波比在3以下的带宽可以达到5个倍频程以上，实现多频宽带工作，同时解决了采用轴向均匀直线阵为了屏蔽上部天线馈线漏射的电磁信号在辐射体内部穿接地杆后性能恶化的问题。采用该种均匀直线阵的形式，大大缩减了阵列天线的占地面积，提高了天线增益实现波束可控，同时可与移动通信平台上桅杆共形。
【主权项】
1.一种超短波通信天线阵，包括轴向天线阵、天线内部接地杆和玻璃钢支架，其特征在于:所述的轴向天线阵包括等间距串接的三个完全相同的天线单元；所述的天线单元包括辐射体、外部寄生套筒、内套筒、玻璃钢底座以及收发控制电路；所述的辐射体包括双锥和粗振子，所述的双锥是共轴线的两个圆台导体面，且两圆台的上底面相对，两圆台的母线与轴线的夹角相等，两圆台的下底面分别连接等直径的粗振子，双锥外侧套有同轴的外部寄生套筒，外部寄生套筒的高度小于双锥的高度；辐射体内部嵌有同轴的内套筒，内套筒分为上下两部分，总高度小于辐射体高度，内套筒的上下两部分分别与双锥的两个上底面相连；天线辐射体底部固连玻璃钢底座，玻璃钢底座上集成的底部收发控制电路与辐射体的馈线相连接；所述玻璃钢支架为中空圆柱，同轴固连在相邻两个天线单元之间；所述天线内部接地杆同轴贯穿三个天线单元和两个玻璃钢支架，高度大于三个天线单元和两个玻璃钢支架的总高度，直径小于内套筒内径。2.根据权利要求1所述的超短波通信天线阵，其特征在于:所述的辐射体、外部寄生套筒、天线内部接地杆和内套筒均采用空心金属柱。3.根据权利要求1所述的超短波通信天线阵，其特征在于:所述玻璃钢支架的内径大于天线内部接地杆外径，玻璃钢支架的外径大于天线单元的玻璃钢底座的半径。4.根据权利要求1所述的超短波通信天线阵，其特征在于:所述圆台的母线与轴线的夹角为37°。5.根据权利要求1所述的超短波通信天线阵，其特征在于:所述的辐射体与天线内部接地杆之间通过短路金属环连接。6.根据权利要求1所述的超短波通信天线阵，其特征在于:所述的外部寄生套筒与辐射体不连接，外部寄生套筒的直径大于辐射体的直径。
【专利摘要】本发明提供了一种超短波通信天线阵，包括轴向天线阵、天线内部接地杆和玻璃钢支架，所述的轴向天线阵包括等间距串接的三个完全相同的天线单元；所述玻璃钢支架为中空圆柱，同轴固连在相邻两个天线单元之间；所述天线内部接地杆同轴贯穿三个天线单元和两个玻璃钢支架，高度大于三个天线单元和两个玻璃钢支架的总高度，直径小于内套筒内径。本发明缩减了天线阵的占地面积，获得了良好的辐射特性，与单元天线相比增益得到了提高；通过控制单元天线馈电的相位和幅度，能够实现波束指向可控。
【IPC分类】H01Q21/24
【公开号】CN105337048
【申请号】CN201510655124
【发明人】张海光, 梁西铭, 张佳, 许奎, 郭卫展, 张骅, 尤浩, 李明
【申请人】中国电子科技集团公司第二十研究所
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年10月12日