一种三频段的小型全向天线的制作方法

本实用新型涉及高速机车无线通讯设备技术领域，特别是一种三频段的小型全向天线。

背景技术：

随着我国铁路运输行业的高速发展，列车的运行速度不断提高，对列车无线通信设备也提出更高的要求，通信的信息量增大，速率提高，通信设备要求稳定可靠。天线在无线通信系统中扮演着重要的角色，其性能的优劣直接影响到无线通信的质量。

机车的运行全程，需要时刻与附近车站的UHF数传电台保持联络，以接收机车控制信号或回传运行状态信息。因此，机车需要包含GSM频段(806-960MHz)和UHF频段(457-469MHz)，GSM、UHF天线为全向，以保证在机车与附近基站、电台相对方位不固定的情况下，双方间仍可维持良好的通信效果。另外，天线必须低剖面和小尺寸，以便高速行驶时获得低风阻，亦可降低成本。然而，全向天线一般安装于铁路机车的顶部，由于机车的行驶速度高，这就要求天线的风阻要小，不仅外形设计采用鱼鳍形状来减小行进时的风速，更在高度上有所限制，中国铁路总公司对此全向天线的高度要求在142mm以内，但是现有的全向天线高度一般都较高，不符合中国铁路总公司关于无线通信全向天线的要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了解决上述问题，设计了一种三频段的小型全向天线。

实现上述目的本实用新型的技术方案为，一种三频段的小型全向天线，包括：

辐射体，包括第一振子，

寄生天线，包括第二振子和第三振子，所述第二振子和第三振子对称设置在第一振子的两侧，

底盘，固定所述辐射体和寄生天线，

外壳，固定在所述底盘的顶端，且设于辐射体和寄生天线的外侧，

高频插座，与所述辐射体的第一振子底端连接，

所述辐射体还包括电感线圈，所述电感线圈连接在第一振子的上方，且所述电感线圈和第一振子的总长度小于139mm。

进一步地，所述电感线圈焊接在第一振子的上方，且电感线圈的高度小于第一振子的高度。

进一步地，所述底盘的底端到外壳的顶端之间的距离小于140mm。

进一步地，所述第二振子和第三振子的高度大于第一振子的二分之一，且小于第一振子与电感线圈高度之和的二分之一。

进一步地，所述第二振子和第三振子的顶端固定连接有支撑架，所述支撑架的中部开设有第一振子通孔，且第一振子通孔的直径与第一振子的外直径相等，所述第一振子通孔内套设有第一振子；所述支撑架的两侧分别开设有沉孔，所述沉孔的高度小于第二振子或第三振子的高度，所述沉孔的外直径小于第二振子或第三振子的内直径，所述沉孔内贯穿有连接件。

进一步地，所述底盘与第一振子固定连接，所述底盘与第二振子和第三振子为焊接连接。

进一步地，所述底盘的四角位置上分别开设有定位安装孔，所述底盘的顶端设有凸台，所述第二振子和第三振子均焊接在凸台的两侧，所述凸台的外侧套设有防水垫圈。

与现有技术相比，本实用新型具有的优点和有益效果是，

1.本实用新型中辐射体包括第一振子和电感线圈，且所述电感线圈和第一振子的总长度小于139mm；所述底盘的底端到外壳的顶端之间的距离小于140mm，从而使一种三频段的小型全向天线外露在机车车顶的高度满足中国铁路总公司要求的小于142mm的要求；同时满足小型化、低剖面、结构简单、低成本、适合量产的组合式全向天线；并为全向天线的设计和改进提供有益的参考方法。

2.本实用新型中第二振子和第三振子的顶端固定连接有支撑架，所述支撑架的中部开设有第一振子通孔，且第一振子通孔的直径与第一振子的外直径相等，所述第一振子通孔内套设有第一振子，支撑架用于支撑固定第一振子；所述支撑架的两侧分别开设有沉孔，所述沉孔的高度小于第二振子或第三振子的高度，所述沉孔的外直径小于第二振子或第三振子的内直径，所述沉孔内贯穿有连接件，这种沉孔的设计，避免连接件外露与第一振子之间形成干扰所造成的频段影响。

附图说明

图1是本实用新型一种三频段的小型全向天线的主视图；

图2是本实用新型一种三频段的小型全向天线的立体图；

图3是本实用新型一种三频段的小型全向天线的仰视图；

图4是本实用新型中电压驻波比特性曲线图；

图5是本实用新型中远场辐射方向图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-5所示，一种三频段的小型全向天线，包括：

辐射体，包括第一振子1，用于收发400MHz频段的电磁波能量，

寄生天线，包括第二振子2和第三振子3，所述第二振子2和第三振子3对称设置在第一振子1的两侧，用于收发800MHz频段的电磁波能量，

底盘4，固定所述辐射体和寄生天线，

外壳5，固定在所述底盘4的顶端，且设于辐射体和寄生天线的外侧，

高频插座6，与所述辐射体的第一振子1底端连接，

所述辐射体还包括电感线圈7，所述电感线圈7焊接在第一振子1的上方，且电感线圈7的高度小于第一振子1的高度；所述电感线圈7和第一振子1的总长度小于139mm；所述底盘4的底端到外壳5的顶端之间的距离小于140mm，从而使一种三频段的小型全向天线外露在机车车顶的高度满足中国铁路总公司要求的小于142mm的要求；同时满足小型化、低剖面、结构简单、低成本、适合量产的组合式全向天线；并为全向天线的设计和改进提供有益的参考方法。

所述第二振子2和第三振子3的高度大于第一振子1的二分之一，且小于第一振子1与电感线圈7高度之和的二分之一；所述第二振子2和第三振子3的顶端固定连接有支撑架8，且支撑架8采用塑料材质，不会对辐射体和寄生天线造成干扰，所述支撑架8的中部开设有第一振子通孔81，且第一振子通孔81的直径与第一振子1的外直径相等，所述第一振子通孔81内套设有第一振子1，支撑架8用于支撑固定第一振子1；所述支撑架8的两侧分别开设有沉孔82，所述沉孔82的高度小于第二振子2或第三振子3的高度，所述沉孔82的外直径小于第二振子2或第三振子3的内直径，所述沉孔82内贯穿有连接件，这种沉孔82的设计，避免连接件外露与第一振子1之间形成干扰所造成的频段影响。

所述底盘4与第一振子1固定连接，所述底盘4与第二振子2和第三振子3为焊接连接；所述底盘4的四角位置上分别开设有定位安装孔41，采用螺丝贯穿定位安装孔41的固定方式将其安装在机车顶上，定位安装孔41的孔径和螺丝型号可根据客户需求自定义；所述底盘4的顶端设有凸台42，所述第二振子2和第三振子3均焊接在凸台42的两侧，所述凸台42的外侧套设有防水垫圈，且防水垫圈的尺寸与凸台的尺寸相匹配。

工作原理：

发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线要把高频电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空间辐射。反之在接收时，也是通过天线把截获的高频电磁波的能量转换成高频电流的能量后，再送给收信机。天线增益越高，则转换效率就越高。

根据天线原理：一段金属导线中的交变电流能够向空间发射交替变化的感应电场和感应磁场，这就是无线电信号的发射；相反，空间中交替变化的电磁场在遇到金属导线时又可以感应出交变的电流，这对应了无线信号的接收。

在电台进行发射和接收时都希望导线中的交变电流能够有效的转换成为空间中的电磁波，或空间中的电磁波能够最有效的转换成导线中的交变电流。

这就对用于发射和接收的导线有获取最佳转换效率的要求，满足这样要求的用与发射和接收无线电磁波信号的导线称为天线。

理论和实践证明，当天线的长度为无线电信号波长的1/4时，天线的发射和接收转换效率最高。因此，天线的长度将根据所发射和接收信号的频率即波长来决定。只要知道对应发射和接收的中心频率就可以用下面的公式算出对应的无线电信号的波长，再将算出的波长除以4就是对应的最佳天线长度。

另外：只要在金属体内有交变的电流,该金属体就要向空间辐射电磁波；反之，只要空间中有一定强度的电磁波信号，就会在该空间中的金属体上感应出交变的电流。

天线与一般金属体的不同之处在于，天线强调了将金属体内交变电流最有效的转变成空间的电磁波或将空间的电磁波最有效的转变成金属体中的交变电流信号。

频率与波长的换算公式为：波长＝30万公里/频率＝300000000米/频率(得到的单位为米)

例：求业余无线电台的天线长度

已知业余无线电台使用的信号频率为450MHz附近，其波长为:

波长＝300000公里/450MHz

＝300000000/450000000

＝300/450

＝0.67米

对应的最佳天线长度应为0.67米/4，等于0.167米

当频率为450MH时，大家可以将计算公式简化为

波长＝300/450

＝0.67米

最佳天线长度为0.67米/4，等于0.167米。

根据天线理论及第一振子1的尺寸为接收(或发射)信号的1/4波长时效果最好，可是如果采用1/4波长的第一振子1，对于最低工作频率450MHz来说，第一振子的长度就需要167mm，天线的整体高度将达到180mm，与中国铁路总公司对此天线要求在142mm以内相差较大。由于双频段或三频段天线外罩高度统一限制在142mm以内，考虑外壳5和第一振子1与电感线圈7构成的辐射体之间的间隙余量，则辐射体的实际高度最多仅能有130mm左右。通过大量的仿真和实际调试，找到一种合适长度的第一振子1加适当电感线圈7的方式，使第一振子1和电感线圈7的总体高度小于139mm，从而使天线的整体高度低于140mm，既可以实现三频段的要求，同时又满足了中国铁路总公司对于此天线的高度要求。

其中，加设电感线圈7主要是为了增加辐射体的物理长度，也就是天线高度，从而提高天线效率。以下是第一振子1上增加电感线圈7的工作原理：

辐射体通过在其第一振子1的顶端焊接电感线圈7以增大其有效高度，主要为在第一振子1的适当部位，即顶端焊接一个电感线圈7，这个电感线圈7的感抗可以抵消这个焊接段以上第一振子1在该焊接端所呈现的全部或部分容抗，从而加大了此焊接段以下的辐射体的电流，即提高了辐射体的有效高度。

具体实施例，第一振子1的高度为114.55mm，电感线圈7的高度为16.5mm，第二振子2的高度和第三振子3的高度均为50mm，第二振子2的中轴线与第三振子3中轴线之间的距离为60mm，第二振子2和第三振子3的直径为12mm，底盘4的长度为145mm，宽度为56mm，底盘4上的定位安装孔41之间的距离为115mm，底盘4的高度为8.5mm，底盘4的顶端设有的凸台42的高度为5mm。

本实用新型主要是在低于1/4波长的第一振子1的顶端加装电感线圈7，通过调整电感线圈7的匝数，进而调整电感线圈7的电感，使得全向天线的谐波频率为需要的工作频率，工作频段内的驻波系数满足指标要求，从而降低了辐射体的整体高度。

天线工作的三个频段457-469MHz，821-869MHz和885-934MHz，为了便于表述，分别对应表示为400MHz、800MHz和900MHz；全向天线工作的三个频段457-469MHz，821-869MHz和885-934MHz中心频率波长分别为λ463MHz/4＝162mm，λ845MHz/4＝89mm，λ909.5MHz/4＝82mm；由于800MHz频段和900MHz频段相距很近，所以可以将这两个频段合成一个天线分支进行设计，由于400MHz频段和800MHz是两倍频关系，不能在一个普通的振子上同时实现，需要将400MHz频段设计在不同于8000MHz频段的天线分支上，另外，将800MHz或900MHz两个谐振频段的第二振子2和第三振子3设计在400MHz谐波第一振子1的两侧，通过仿真与调试天线振子的阻抗匹配，来在一个天线中同时实现三个工作频段的覆盖。

全向天线低频400MHz主要靠辐射体产生，即第一振子1和电感线圈7调谐用来覆盖低频频段400MHz；低频800MHz或900MHz主要由辐射体和寄生天线共同作用产生，即低频800MHz或900MHz分别由第二振子2和第三振子3调谐以及与辐射体的调谐实现，主要通过调节高频插座6连接的收信机或发信机所产生的高频振荡电流的大小来实现。

一种三频段的小型全向天线的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、使用常规的400MHz和800MHz双频段全向天线工艺在底盘4上

固定第一振子1和寄生天线，且第一振子1的高度小于1/4波长，并在第一振子1的底端固定高频插座6；

步骤2、在第一振子1的顶端焊接加装电感线圈7；

步骤3、调整电感线圈7的匝数，使得第一振子1和电感线圈7构成的辐射体的谐振频率为需要的工作频率。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。