专利名称：宽频带双极化引向天线阵的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及超短波通信领域中的一种宽频带双极化引向天线阵，特别适用于作通信中的引向天线阵装置。
目前通信中常用的引向天线，大多采用单个的引向天线，它具有结构与馈电简单，制作与维修方便，体积不大、重量轻等优点，因而在通信、雷达、电视及其他无线电设备中获得广泛应用。但是常用的引向天线带宽都比较窄，一般带宽只能做到3％至5％，而且随着频带的展宽天线增益要大幅度下降，因此对于一些特殊要求场合应用单个引向天线很难满足频带与增益的要求。
本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种5阵元高增益、宽频带双极化引向天线阵，本实用新型具有结构与馈电简单，制作与维修方便，重量轻，风荷小，造价低，性能可靠等特点。
本实用新型的目的是这样实现的它由5个引向天线阵元1、骨架2、支臂3、斜拉杆4、拉杆5、两个六端口不等分功分器6、圆极化器7、馈线电缆17组成。其中支臂3十字形结构用紧固件固定在骨架2圆周臂上，1个引向天线阵元1用紧固件固定在骨架2中心体上、其余4个引向天线阵元1用紧固件分别固定在四周各个支臂3的外端部安装成正方形结构；斜拉杆4下端用紧固件固定在骨架2上、上端分别用紧固件与四周正方形结构的4个引向天线阵元1固定联接，四周4个引向天线阵元1之间上部分别用拉杆5固定联接，四周4个引向天线阵元1与中心1个引向天线阵元1之间分别用拉杆5固定联接，两个六端口不等分功分器6和圆化极器7用紧固件分别固定在骨架2上，两个六端口不等分功分器6各功分器入端口通过馈线电缆17分别与5个引向天线阵元1的有源交叉振子连接，两个六端口不等分功分器6各出端口通过馈线电缆17分别与圆极化器7入端并连连接，圆极化器7出端口与外接功放级连接，骨架2用紧固件固定在天线的方位俯仰机构天线座上。
本实用新型的目的还可以通过以下措施达到本实用新型5个引向天线阵元1的每一个引向天线阵元1由支杆13、3至11个圆环件8、3至11个共平面正交引向振子9、有源交叉振子10、反射器11、绝缘环12组成，其中反射器11用紧固件固定在支杆13下端，反射器11上部的支杆13上用紧固件固定安装绝缘环12，绝缘环12上用紧固件固定安装有源交叉振子10，有源交叉振子10内端部焊装馈线电缆17后分别与两个六端口不等分功分器6连接，有源交叉振子10上部支杆13上依次用紧固件安装3至11个圆环件8，3至11个圆环件8上分别用紧固件固定安装3至11个共平面正交引向振子9，四个支杆13下端用紧固件固件在支臂3外端部构成正方形结构，另一个支杆13下端用紧固件固定在骨架2中心体上。
本实用新型两个六端口不等分功分器6各由覆铜板14、带状线功分器15、6个功分器端口头16组成，其中带状线功分器15腐蚀在覆铜板14上，带状线功分器15的各个功分器端口头16外接电缆插座，覆铜板14用紧固件安装在金属屏蔽盒内。
本实用新型的反射器11制作圆盘结构，直径尺寸32为φ0.6至0.7λ0波长，反射器11与有源交叉振子10间距尺寸18为0.18至0.2λ0波长，有源交叉振子10长度尺寸19为0.3至0.4λ0波长，第一共平面正交引向振子9长度尺寸20为0.4至0.45λ0波长，第二共平面正交引向振子9长度尺寸21为0.4至0.45λ0波长，第三共平面正交引向振子9长度尺寸22为0.4至0.45λ0波长，第四共平面正交引向振子9长度尺寸23为0.38至0.42λ0波长，第五共平面正交引向振子9长度尺寸24为0.39至0.4λ0波长，第六共平面正交引向振子9长度尺寸25为0.38至0.4λ0波长；第一共平面正交引向振子9与有源交叉振子10间距尺寸26为0.16至0.18λ0波长、与第二共平面正交引向振子9间距尺寸27为0.2至0.25λ0波长，第二与第三共平面正交引向振子9间距尺寸28为0.3至0.32λ0波长，第三与第四共平面正交引向振子9间距尺寸29为0.3至0.32λ0波长，第四与第五共平面正交引向振子9间距尺寸30为0.31至0.35λ0波长，第五与第六共平面正交引向振子9间距尺寸31为0.31至0.34λ0波长；3至11个共平面正交引向振子9的直径尺寸33为φ0.01至0.02λ0波长。
本实用新型相比背景技术有如下优点1.本实用新型采用5个引向天线阵元1组成5元引向天线阵，实现引向天线阵的宽频带高增益跟踪接收发送，频带宽度可达17.3％，天线净增益可达16.5至18.5dB，其中通过幅度加权增益提高近2dB。
2.本实用新型由于采用引向天线阵元1构成引向天线阵，整个天线阵采用了分体独立结构，每个引向单元天线与骨架连接仅用两个锁紧螺母紧固，拆装维修方便。骨架与各单元天线连接处的纵向、径向均有定位结构，能保证拆装的精度。全部结构件均采用圆管件、抗风性能强，整体结构简洁，工艺设计合理，标准化程度较高。因此整个天线结构与馈电简单、重量轻、风荷小，要求伺服系统驱动功率小，使天线座的重量大大下降，整个天线规格减小，造价也大大降低。
3.本实用新型引向天线采用引向天线阵元1，其正交的两对振子在同一平面内，采用理论计算与实验调整的优化设计方法，而且正交的垂直振子和水平振子综合同时优化其长度和间距尺寸，其制造技术成熟，因此性能可靠，制作与维修方便，适合应用于宽频带、高增益通信场合作引向天线。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细描述。
图1是本实用新型安装结构示意图。
图2是本实用新型引向天线阵元1安装结构示意图。
图3是本实用新型六端口不等分功分器6结构示意图。
参照图1、图2、图3，本实用新型它由5个引向天线阵元1、骨架2、支臂3、斜拉杆4、拉杆5、六端口不等分功分器6、圆极化器7、馈线电缆17组成。其中4根支臂3十字形结构用紧固件固定在骨架2圆周臂上，实施例骨架2采用铝材料铸造成一个圆形框架的整体结构，提高了加工精度，骨架2用作承重支撑整个天线的有关部件，骨架2用紧固件固定安装在天线的方位俯仰机构天线座上，使方位俯仰机构的转动带动骨架2转动，实现整个天线的方位俯仰角的调整。支臂3实施例采用直径φ60毫米粗铝管制造，本实用新型由4根支臂3构成，每根支臂3的一端用紧固件安装在骨架2圆周臂上，组装成一个十字形结构的支臂。在4根支臂3的另一端用紧固件分别安装4个引向天线阵元1，在骨架2中心体上用紧固件安装余下的一个引向天线阵元1，使本实用新型构成一个中心有一个天线阵元和四周正方形排列的4阵元天线的5元引向天线阵。四周正方形结构的4个引向天线阵元1分别用4根斜拉杆4用紧固件与骨架2固定联接安装，四周正方形结构的4个引向天线阵元1之间相互用4根拉杆5固定联接安装，同时四周正方形结构的4个引向天线阵元1与骨架2中心体的1个引向天线阵元1之间相互用4根拉杆5固定联接安装，使5个引向天线阵元1固定联接拉成一个整体，各部分均呈封闭三角形结构，提高整个天线的强度和刚度，增强抗风荷能力。实施例斜拉杆4、拉杆5均采用直径φ20毫米的玻璃钢管制作。
本实用新型5个引向天线阵元1的每一个引向天线阵元1由3至11个圆环件8、3至11个共平面正交引向振子9、有源交叉振子10、反射器11、绝缘环12、支杆13组成。其中反射器11用紧固件固定在支杆13下端，反射器11作用是改善天线的前后比，提高低端增益，反射器11制作圆盘结构，直径尺寸32为φ0.6至0.7λ0波长，λ0波长均为中心频率波长，实施例反射器11采用市售3毫米厚的铝板材料制作成圆板孔化金属反射盘，直径尺寸为0.62λ0波长。反射器11上部的支杆13上用紧固件固定安装绝缘环12，绝缘环12上用紧固件固定安装有源交叉振子10，使有源交叉振子10与支杆13很好绝缘，有源交叉振子10与绝缘环12联接端通过焊接馈线电缆17后分别与两个六端口不等分功分器6连接，实施例5个引向天线阵元1中的有源交叉振子10通过馈线电缆17分别与两个六端口不等分功分器6的5个入端口连接，两个六端口不等分功分器6各出端口通过馈线电缆17分别与圆极化器7的两个入端口连接，圆极化器7的两个出端口与外接功放级连接。实施例圆极化器7采用通用的天线圆极化器自制而成。有源交叉振子10长度尺寸19为0.3至0.4λ0波长，实施例有源交叉振子10采用4根直径φ40毫米的铝管材料制成，长度尺寸根据工作频率约为0.386中心频率波长，交叉十字形安装在支杆13的绝缘环12上，实施例绝缘环12采用注塑件自制而成。在有源交叉振子10上部支杆13上依次用紧固件安装3至11个圆环件8，3至11个圆环件8上分别用紧固件固定安装3至11个共平面正交引向振子9，实施例采用6个圆环件8和6个共平面正交引向振子9制作成引向天线，3至11个共平面正交引向振子9的作用是构成引向器，共平面正交引向振子9的四根振子中两根水平分支和两根垂直分支完全等同，并位于同一平面内，3至11个共平面正交引向振子9的直径尺寸33为φ0.01至0.02λ0波长，实施例采用市售直径φ20毫米的硬铝管材料制成，用紧固件通过圆环件8箍固定在支杆13上形成正交引向天线。支杆13下端用紧固件固定在支臂3外端部及骨架2中心体上，支杆13实施例采用直径50毫米的硬铝管材料制作。
本实用新型由于天线各项几何参数对电性能都有影响，在制作中作如下选择第一共平面正交引向振子9长度尺寸20为0.4至0.45λ0波长，实施例根据工作频率设计成0.41λ0波长。第二共平面正交引向振子9长度尺寸21为0.4至0.45λ0波长，实施例根据工作频率设计成0.42λ0波长.第三共平面正交引向振子9长度尺寸22为0.4至0.45λ0波长，实施例根据工作频率设计成0.45λ0波长。第四共平面正交引向振子9长度尺寸23为0.38至0.42λ0波长，实施例根据工作频率设计成0.39λ0波长。第五共平面正交引向振子9长度尺寸24为0.39至0.4λ0波长，实施例根据工作频率设计成0.392λ0波长。第六共平面正交引向振子9长度尺寸25为0.38至0.4λ0波长，实施例根据工作频率设计成0.39λ0波长。反射器11与有源交叉振子10间距尺寸18为0.18至0.2λ0波长，实施例根据工作频率设计成0.185λ0波长。有源交叉振子10与第一共平面正交引向振子9间距尺寸26为0.16至0.18λ0波长，实施例根据工作频率设计成0.17λ0波长。第一与第二共平面正交引向振子9间距尺寸27为0.2至0.25λ0波长，实施例根据工作频率设计成0.22λ0波长。第二与第三共平面正交引向振子9间距尺寸28为0.3至0.32λ0波长，实施例根据工作频率设计成0.31λ0波长，第三与第四共平面正交引向振子9间距尺寸29为0.3至0.32λ0波长，实施例根据工作频率设计成0.31λ0波长。第四与第五共平面正交引向振子9间距尺寸30为0.31至0.35λ0波长，实施例根据工作频率设计成0.315λ0波长。第五与第六共平面正交引向振子9间距尺寸31为0.31至0.34λ0波长，实施例根据工作频率设计成0.32λ0波长。
本实用新型六端口不等分功分器6通过馈线电缆17分别与5个引向天线阵元1有源交叉振子10连接。六端口不等分功分器6由覆铜板14、带状线功分器15、6个功分器端口头16组成。带状线功分器15腐蚀在覆铜板14上，实施例在覆铜板14上刻蚀5个不等分功率输入的带状线结构的5功分器，带状线功分器15的6个功分器端口头16外接电缆插座，六端口不等分功分器6它给中心阵元有源交叉振子10馈送三分之一功率，它给四周正方形结构阵元有源交叉振子10各馈送六分之一的功率。覆铜板14用紧固件安装在金属屏蔽盒内，实施例功分器端口头16外接电缆插座安装固定在金属屏蔽盒上，通过馈线电缆17与其中5个功分器端口头16和有源交叉振子10连接，合成输入输出功率的功分器端口头16与圆极化器7连接。六端口不等分功分器6如作为发射信号用，功分器将输入信号分成相等或不相等的5路功率输出构成一种多端口微波网络。如作为接收信号，功分器将接收的各路信号功率进行合成构成功率合成器。六端口不等分功分器6用紧固件固定在骨架2上。实施例覆铜板14采用一块长×宽为176×160毫米覆铜板制作，5路功分器腐蚀在覆铜板14上，制作成带状线状结构功分器。
本实用新型简要工作原理当发射信号时，发射机输出信号输入至圆极化器7，然后送到六端口不等分功分器6，由六端口不等分功分器6输出5路不等分功率输入到各个引向天线阵元1中的有源交叉振子10中，有源交叉振子10把电信号转化为电磁波信号，通过共平面正交引向振子9引向天线把信号发送信号。当接收信号时，接收信号的电磁波经共平面正交引向振子9引向天线由有源交叉振子10接收。各个引向天线阵元1中的有源交叉振子10把电磁波信号转化为电信号，然后把各路电信号输入六端口不等分功分器6进行功率合成后再输入到圆极化器7，然后送至收发信机接收，完成通信信号的接收与发送。
权利要求1.一种由骨架(2)、支臂(3)、斜拉杆(4)、拉杆(5)、圆极化器(7)、馈线电缆(17)组成的宽频带双极化引向天线阵，其特征在于还有5个引向天线阵元(1)、两个六端口不等分功分器(6)组成，其中支臂(3)十字形结构用紧固件固定在骨架(2)圆周臂上，1个引向天线阵元(1)用紧固件固定在骨架(2)中心体上、其余4个引向天线阵元(1)用紧固件分别固定在四周各个支臂(3)的外端部安装成正方形结构；斜拉杆(4)下端用紧固件固定在骨架(2)上、上端分别用紧固件与四周正方形结构的4个引向天线阵元(1)固定联接，四周4个引向天线阵元(1)之间上部分别用拉杆(5)固定联接，四周4个引向天线阵元(1)与中心1个引向天线阵元(1)之间分别用拉杆(5)固定联接，两个六端口不等分功分器(6)和圆极化器(7)用紧固件分别固定在骨架(2)上，两个六端口不等分功分器(6)各功分器入端口通过馈线电缆(17)分别与5个引向天线阵元(1)的有源交叉振子连接，两个六端口不等分功分器(6)各出端口通过馈线电缆(17)分别与圆极化器(7)入端并连连接，圆极化器(7)出端口与外接功放级连接，骨架(2)用紧固件固定在天线的方位俯仰机构天线座上。
2.根据权利要求1所述的宽频带双极化引向天线阵，其特征在于5个引向天线阵元(1)的每一个引向天线阵元(1)由支杆(13)、3至11个圆环件(8)、3至11个共平面正交引向振子(9)、有源交叉振子(10)、反射器(11)、绝缘环(12)组成，其中反射器(11)用紧固件固定在支杆(13)下端，反射器(11)上部的支杆(13)上用紧固件固定安装绝缘环(12)，绝缘环(12)上用紧固件固定安装有源交叉振子(10)，有源交叉振子(10)内端部焊装馈线电缆(17)后分别与两个六端口不等分功分器(6)连接，有源交叉振子(10)上部支杆(13)上依次用紧固件安装3至11个圆环件(8)，3至11个圆环件(8)上分别用紧固件固定安装3至11个共平面正交引向振子(9)，四个支杆(13)下端用紧固件固件在支臂(3)外端部构成正方形结构，另一个支杆(13)下端用紧固件固定在骨架(2)中心体上。
3.根据权利要求1或2所述的宽频带双极化引向天线阵，其特征在于两个六端口不等分功分器(6)各由覆铜板(14)、带状线功分器(15)、6个功分器端口头(16)组成，其中带状线功分器(15)腐蚀在覆铜板(14)上，带状线功分器(15)的各个功分器端口头(16)外接电缆插座，覆铜板(14)用紧固件安装在金属屏蔽盒内。
4.根据权利要求3所述的宽频带双极化引向天线阵，其特征在于反射器(11)制作圆盘结构，直径尺寸(32)为φ0.6至0.7λ0波长，反射器(11)与有源交叉振子(10)间距尺寸(18)为0.18至0.2λ0波长，有源交叉振子(10)长度尺寸(19)为0.3至0.4λ0波长，第一共平面正交引向振子(9)长度尺寸(20)为0.4至0.45λ0波长，第二共平面正交引向振子(9)长度尺寸(21)为0.4至0.45λ0波长，第三共平面正交引向振子(9)长度尺寸(22)为0.4至0.45λ0波长，第四共平面正交引向振子(9)长度尺寸(23)为0.38至0.42λ0波长，第五共平面正交引向振子(9)长度尺寸(24)为0.39至0.4λ0波长，第六共平面正交引向振子(9)长度尺寸(25)为0.38至0.4λ0波长；第一共平面正交引向振子(9)与有源交叉振子(10)间距尺寸(26)为0.16至0.18λ0波长、与第二共平面正交引向振子(9)间距尺寸(27)为0.2至0.25λ0波长，第二与第三共平面正交引向振子(9)间距尺寸(28)为0.3至0.32λ0波长，第三与第四共平面正交引向振子(9)间距尺寸(29)为0.3至0.32λ0波长，第四与第五共平面正交引向振子(9)间距尺寸(30)为0.31至0.35λ0波长，第五与第六共平面正交引向振子(9)间距尺寸(31)为0.31至0.34λ0波长；3至11个共平面正交引向振子(9)的直径尺寸(33)为φ0.01至0.02λ0波长。
专利摘要本实用新型公开了一种宽频带双极化引向天线阵,它由引向天线阵元、六端口功分器、圆极化器、骨架、支臂、斜拉杆、拉杆等部件组成,采用宽频带优化设计的单元引向天线和幅度加权的、正交的、间距最佳的5元引向天线阵实现天线阵的宽频带和高增益性能,满足天线阵电气技术指标。并且本实用新型具有结构与馈电简单,制作与维修方便,重量轻,风荷小,造价低,特别适合陆地、舰载、车载等超短波通信中作引向天线阵装置。
文档编号H01Q21/00GK2487122SQ01204589
公开日2002年4月17日 申请日期2001年2月28日 优先权日2001年2月28日
发明者李渠塘, 黄建军, 聂兰军, 张银凤, 胡关平, 刘杰, 胡小刚 申请人:信息产业部电子第五十四研究所