一种旋转可控式AIS基站二元八木天线阵的制作方法

本发明涉及船舶ais基站天线领域，特别涉及一种旋转可控式ais基站二元八木天线阵。

背景技术：

ais是自动识别系统的缩写，该系统由岸基设备和船载设备组成。ais的基本操作是“船对船”和“船对岸”信息交换。为了实时监测重要通航水域的实时通航状况，保障海上交通安全，在世界交通繁忙水域和大型港口地区安装了大量ais基站。ais基站接收其辖区船载终端发出的航行状态、船舶信息等相关信息，同时将海事管理部门发布的气象、水文等航行安全信息向辖区内的船舶进行广播，从而实现对辖区内船舶的管理监督及服务。

ais通信所采用的频率为ais1(161.975mhz)和ais2(162.025mhz)，属于甚高频(vhf)频率范围，通常采用鞭状金属天线，方向性为全向性，虽然可以实现较大范围的vhf通信，但仍存在许多问题：

1)船舶ais系统中，由于部分水域离岸站距离20海里以上，甚至有些水域离岸站距离超过50海里。全向性船站天线增益较低，根据国际电信联盟(itu)规定，发射功率受限,因此难以实现远距离vhf通信，导致ais岸站不能覆盖这些水域；

2)在船载ais通信系统中，全向性发射天线发射功率在20w以上，对周围岸上设施及用户产生很强的电磁干扰；

3)由于水域交通流密度增大，通信信道常被占用，存在时隙冲突，大大增加了vts值班员的负担。

常规vhf定向天线多采用八木天线，该天线具有辐射效率高、增益高等优点，可实现ais基站vhf远距离通信。但普通八木天线指向一旦固定，方向性便随之固定，难以通过快速改变方向图来实现对不同水域的定向通信。当对小区域内的船舶发送信息时，需要波瓣图尖锐，对大范围海域内的船舶群发信息时，所需的波瓣图较宽。所以普通八木天线即使旋转天线方向，也难以快速控制波瓣图大小，难以控制ais基站通信覆盖范围。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种旋转可控式ais基站二元八木天线阵，满足定线制水域ais基站通信需求，从而提高定线制水域的安全性。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种旋转可控式ais基站二元八木天线阵，其特点是，包含：

竖直设置的固定轴；

水平设置在固定轴上两端具有腰型孔的主梁；

活动连接件；

一对八木天线，其对称套置在主梁两侧，且通过活动连接件与主梁相连；

每个所述的八木天线包含：

一天线横梁，其与所述主梁交接处开设有矩形通孔，使得所述的主梁穿过矩形通孔实现距离和旋转调节。

每个所述的八木天线对应设置于主梁的腰型孔位置处。

所述的活动连接件包含：

三角托架，其设置于所述的天线横梁矩形通孔的下方；

圆柱螺纹销，其一段设置于所述的三角托架上，另一端穿设于主梁的腰型孔中。

所述的天线横梁以圆柱螺纹销为轴旋转调节，使得天线横梁与主梁夹角角度改变。

所述的圆柱螺纹销沿着腰型孔移动，使得一对八木天线之间的相对距离改变。

所述的八木天线还包含：

设置在天线横梁上的反射器、有源振子和若干根引向器。

所述的有源振子为半波折叠振子。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

天线阵有两个阵元，每个元件代表一个八木天线。单个八木天线可设置旋转，旋转方式可以是两天线同步旋转，也可以是异步旋转，当同步旋转时，天线始终保持平行状态，当异步旋转时，天线振子可以沿各个方向旋转，两个八木天线间的距离可以调节，以实现增益和模式的可调性。

有源振子是半波折叠振子，可以提高阻抗。为了保持同轴线和阻抗匹配的电流平衡，采用了两个阻抗变压器和两个天线巴伦。两个八木天线之间由功率分配器相连以实现功率平等分配。同时天线阵的主轴也是可旋转，以瞄准所关注的区域和船舶。

附图说明

图1为本发明一种旋转可控式ais基站二元八木天线阵的结构示意；

图2为本发明一种旋转可控式ais基站二元八木天线阵的活动连接件爆炸图；

图3为本发明一种旋转可控式ais基站二元八木天线阵阻抗特性图；

图4为本发明一种旋转可控式ais基站二元八木天线阵h面与e面方向图；

图5为本发明一种旋转可控式ais基站二元八木天线阵归一化方向图；

图6为本发明一种旋转可控式ais基站二元八木天线阵不同天线夹角归一化方向图；

图7为本发明一种旋转可控式ais基站二元八木天线阵不同间距水平面归一化方向图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种旋转可控式ais基站二元八木天线阵，包含：竖直设置的固定轴3；水平设置在固定轴3上两端具有腰型孔的主梁4；活动连接件；一对八木天线，其对称套置在主梁4两侧，且通过活动连接件与主梁4相连。

每个所述的八木天线包含：一天线横梁，其与所述主梁交接处开设有矩形通孔71，使得所述的主梁穿过矩形通孔71实现距离和旋转调节。

所述的主梁4两侧分别设有腰型孔41和腰型孔42；

每个所述的八木天线对应设置于主梁的腰型孔位置处。

八木天线还包含设置在天线横梁上的反射器、有源振子和若干根引向器。

图1示出了旋转可控式ais基站二元八木天线阵具体连接关系，该一对八木天线为八木天线1和八木天线2；其中八木天线1包含天线横梁110、引向器(11～17)、有源振子18、反射器19；八木天线2包含天线横梁210、引向器(21～27)、有源振子28、反射器29。

上述的活动连接件包含：三角托架51，其设置于所述的天线横梁矩形通孔71的下方；圆柱螺纹销61，其一端设置于三角托架51上，另一端穿设于主梁的腰型孔41中；天线横梁110以圆柱螺纹销51为轴旋转调节，使得天线横梁与主梁夹角角度改变，圆柱螺纹销沿着腰型孔移动，使得一对八木天线之间的相对距离改变，所述圆柱螺纹销上方设置螺纹，当八木天线1和八木天线2角度与距离调节完毕后，可通过螺母固定其角度与距离；在主梁4的中间位置下方通过轴承座安装滚动轴承32，二元天线阵下方固定轴3顶部与所述主梁下方轴承32配合实现天线振的自由旋转。

上述的有源振子为半波折叠振子。

如图1所示，所述的天线阵，八木天线1、八木天线2无源反射振子11～17和21～27长度为l2＝0.5λ，有源振子18和28长度为l1＝0.482λ，无源引向振子19和29长度为l3＝0.464λ。天线中心频率为162mhz，有源振子同反射振子之间的距离为0.23λ，有源振子采用半波折合振子，为实现同轴线内外导体电流平衡，在天线阵列系统中施加平衡-非平衡转换器(巴伦)。

图3给出了旋转可控式ais基站二元八木天线阵的仿真与实验，实验和仿真频段均为155～165mhz。可以看出实验结果和仿真结果非常接近，在160～162mhz之间的频段，电阻接近50ω，电抗接近0，可见天线阵列可以实现良好的阻抗匹配。其中在162mhz频点上，天线驻波比低于1.2。

图4给出了旋转可控式ais基站二元八木天线阵的h-面与e-面方向图，实验场所为空旷操场，实验测量结果与仿真结果非常接近。各个方向的辐射结果上，实验结果略小于仿真结果，在天线h面方向图中，实验的主瓣增益相比仿真略小，而旁瓣增益略大。主要是因为两个受激天线振子之间具有一定的耦合。另外，有源振子和其他无源振子也产生耦合，导致天线旁瓣略大。

图5给出了旋转可控式ais基站二元八木天线阵和一元八木天线归一化方向图对比。将天线辐射方向图db数据转化为功率数据，再用各个方向的功率与两天线最大辐射功率进行对比，得出归一化数据。由图4可知二元八木天线系统当两八木天线元平行时，天线增益最高，辐射功率超过一元八木天线的2倍。而主瓣半功率波束宽度更窄，一元八木天线的hpbw约为60°，二元八木天线阵列hpbw不足33°。在40°以上的辐射功率小于一元八木天线，随角度的增大，二元阵列旁瓣功率较一元八木天线小一倍。在抑制同频干扰上，有很大优势。

图6给出了旋转可控式ais基站二元八木天线阵在不同天线夹角下，天线阵列的水平面归一化方向图。两个天线阵元可以分开旋转，当改变不同夹角时，天线方向图发生很大变化。当天线阵列天线元之间夹角为0°时，也就是说两天线元平行。天线增益最大，辐射距离最远。当夹角增加至45°时，天线的最大辐射值是天线阵元平行时的50-60％。且旁瓣功率升高，随着天线阵列中两天线元之间的夹角增大，天线出现多向性，如图5中两天线夹角为70°时，天线阵列最大辐射方向有三个。当两天线阵元夹角为90度时，天线呈现双向性特质，可以根据需要覆盖双区域。再结合主轴转动，可控制信息覆盖的区域非常多。当两天线夹角成135°时，天线阵列方向图呈现类似8字型。因此，可以通过改变天线阵列各阵元的相对角度，可以动态调整天线方向图，进而控制对不同水域的覆盖。

图7给出了旋转可控式ais基站二元八木天线阵不同间距水平面归一化方向图。两天线阵元平行时，当天线阵元间距0.5λ时，天线的主瓣波束宽度很宽，最大增益方向为90°，最大辐射功率约为天线阵元间距1.0λ时的0.8。随着间距的增大，天线方向图主瓣hpbw减小，约为29°，且增益增大，然而方向图旁瓣功率增大。当天线元间距为0.75λ时，hpbw约为34°。因此，通过调整天线间距可以调整ais信号覆盖区域和传播距离。

综上所述，本发明一种旋转可控式ais基站二元八木天线阵，满足定线制水域ais基站通信需求，从而提高定线制水域的安全性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。