一种星载高增益VHF天线的制作方法

本发明属于通信天线领域，特别是涉及一种星载高增益vhf天线。

背景技术：

vhf天线用来接收vhf波段的信号，由于vhf频段信号的频率低，波长较长，所以导致vhf天线的尺寸一般偏大，而随着航空发展，微型卫星被广泛应用，vhf天线也不可避免的朝着小型化方向发展，现有的vhf天线普遍体积较大，无法在减小天线体积的同时实现天线的高增益，且现有vhf天线的振子大多暴露在外界环境中，无法对振子起到良好的保护，振子易受到腐蚀侵害。

因此，如何使得vhf天线小型化且提高其天线增益，并使得天线振子不易被腐蚀是本技术领域的技术人员需要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种星载高增益vhf天线，解决现有技术中vhf频段天线体大量重增益低，且无法良好的对天线振子实行腐蚀性保护的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种星载高增益vhf天线，包括金属底盘，在所述金属底盘下方设置有馈线接头，在所述金属底盘上方设置有支撑座，所述支撑座内部设置有锥台振子，所述锥台振子上方安装有螺旋振子，所述锥台振子与所述螺旋振子之间设置有在竖直方向延伸的支撑杆，所述螺旋振子包括呈螺旋状向上延伸的铍青铜线，所述铍青铜线设置在中空的振子支撑筒内部，所述铍青铜线上端连接有金属顶座。

在本发明星载高增益vhf天线的另一实施例中，所述振子支撑筒内部还设置有振子座，所述铍青铜线的下端连接所述振子座。

在本发明星载高增益vhf天线的另一实施例中，所述金属顶座中心开设有第一振子通孔，所述铍青铜线的上部端头穿过所述第一振子通孔，所述振子座上端面开设有第二振子通孔，所述铍青铜线的下部端头穿过所述第二振子通孔。

在本发明星载高增益vhf天线的另一实施例中，所述支撑杆上端和下端的侧表面均开设有外螺纹，所述振子座下端面以及所述锥台振子上端面开设有安装孔，所述安装孔内开设有与所述外螺纹相适配的内螺纹，所述支撑杆和所述振子座及锥台振子螺纹配合连接。

在本发明星载高增益vhf天线的另一实施例中，所述支撑杆沿其轴线方向上下导通。

在本发明星载高增益vhf天线的另一实施例中，所述馈线接头包括金属内芯以及包裹所述金属内芯的金属外壳，所述金属内芯和金属外壳相互绝缘，所述金属内芯穿过开设在所述金属底盘中心的过孔后连接所述锥台振子下底面，所述金属外壳与所述金属底盘电连接。

在本发明星载高增益vhf天线的另一实施例中，所述支撑座开有上下导通的上部通孔和下部通孔，所述上部通孔口径略大于所述支撑杆下端的口径，所述下部通孔口径略大于所述锥台振子口径，所述支撑座的底部沿径向向外延伸有第一凸缘，在所述第一凸缘上开设有多个用于与所述金属底盘连接的螺钉孔。

在本发明星载高增益vhf天线的另一实施例中，所述振子支撑筒开设有用于放入所述振子座的上部开口，以及口径略大于所述支撑杆上端口径的下部开口，所述上部开口和下部开口上下导通。

在本发明星载高增益vhf天线的另一实施例中，所述振子支撑筒的上端沿径向向外延伸有第二凸缘，所述金属顶座形状与所述第二凸缘相适配，且所述第二凸缘和金属顶座上均对应开设有螺钉孔，所述第二凸缘和金属顶座通过螺钉固定。

在本发明星载高增益vhf天线的另一实施例中，所述螺旋状的铍青铜线的线径为2mm，直径为10mm，高度为90mm，所述支撑杆的直径为20mm，长度为206mm，所述锥台振子的直径为30mm，高度为42mm。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种星载高增益vhf天线，包括金属底盘，在所述金属底盘下方设置有馈线接头，在所述金属底盘上方设置有支撑座，所述支撑座内部设置有锥台振子，所述锥台振子上方安装有螺旋振子，所述锥台振子与所述螺旋振子之间设置有在竖直方向延伸的支撑杆，所述螺旋振子包括呈螺旋状向上延伸的铍青铜线，所述铍青铜线设置在中空的振子支撑筒内部，所述铍青铜线上端连接有金属顶座。该星载高增益vhf天线体积小，重量轻，通过金属顶座提高天线增益和电性能，同时振子支撑筒的设置使得天线具有抗腐蚀性。

附图说明

图1是本发明星载高增益vhf天线一实施例分解示意图；

图2是图1所述实施例组装示意图；

图3是本发明星载高增益vhf天线另一实施例剖视图；

图4是本发明星载高增益vhf天线另一实施中螺旋振子与振子支撑筒连接示意图；

图5是本发明星载高增益vhf天线另一实施中馈线接头驻波比示意图；

图6是本发明星载高增益vhf天线另一实施中在160mhz频点情况下该天线的3d方向图；

图7是本发明星载高增益vhf天线另一实施中在156mhz频点下该天线2d方向图；

图8是本发明星载高增益vhf天线另一实施中在160mhz频点下该天线2d方向图；

图9是本发明星载高增益vhf天线另一实施中在164mhz频点下该天线2d方向图；

图10是本发明星载高增益vhf天线另一实施例中在160mhz频点3d增益图；

图11是本发明星载高增益vhf天线另一实施中在156mhz时该天线xoz与yoz两平面的增益图；

图12是本发明星载高增益vhf天线另一实施中在156mhz时该天线xoy平面的增益图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。

图1是本发明星载高增益vhf天线一实施例分解示意图，图2是图1所示实施例组装示意图，图3是本发明星载高增益vhf天线一实施例剖视图，图4是本发明星载高增益vhf天线另一实施中螺旋振子与振子支撑筒连接示意图，结合图1、图2、图3和图4，该星载高增益vhf天线包括金属底盘1，在所述金属底盘1下方设置有馈线接头2，在所述金属底盘1上方设置有支撑座3，所述支撑座3内部设置有锥台振子4，所述锥台振子4上方安装有螺旋振子5，所述锥台振子4与所述螺旋振子5之间设置有在竖直方向延伸的支撑杆6，所述螺旋振子5包括呈螺旋状向上延伸的铍青铜线51，所述铍青铜线51设置在中空的振子支撑筒7内部，所述铍青铜线51上端连接有金属顶座8。

在该天线上方增加金属顶座8，即辐射片，一方面提高了该天线的电长度，利于提高天线的辐射特性，使天线达到高增益的目的，另一方面，由于金属顶座的加设，可以保证与之相连的螺旋振子不易发生形变，保证其结构的稳定性，与此同时，金属顶座的设置使得该天线获得了更高的电性能，避免了该天线尺寸的进一步加大，从而实现了天线的小型化。

优选的，该天线应用在卫星星体上，所以不宜将天线设计长度过长，因此该天线采用螺旋振子上方加设金属顶座的方式来增大天线电流的流通长度，进而提高天线的有效电长度，实现天线高增益。

进一步优选的，为了进一步提高该天线的电长度，将该天线结构表面的粗糙度增大(如将支撑杆表面做的粗糙不光滑)，即使得天线的表面粗糙不光滑，这样可增加天线馈电电流流通路径长度，降低天线表面慢波的波速，从而在同一个相位滞后位处，感应场区真空中波传播的更远，进一步的提高天线电长度。

优选的，将螺旋振子5置于振子支撑筒7内，有效的避免螺旋振子5外露，提高了螺旋振子5的抗腐蚀性，利于该天线良好工作性能的长久保持。

优选的，选用铍青铜线作为螺旋振子材料是由于铍青铜线具有良好的硬度和弹性，以及较高的耐疲劳抗性，天线运动时会产生振动，普通青铜线或铜线因为自身硬度和弹性的不足会发生变形从而影响天线性能。

优选的，支撑杆和螺旋振子随其长度的不同具有不同的感性或者容性，支撑杆主要参数是高度和半径，螺旋振子主要参数是螺旋振子半径、螺距、铍青铜线的线径以及螺旋振子的高度，通过调节上述主要参数可以调整支撑杆或螺旋振子的品质因子q，天线的带宽会受到品质因子q的影响，天线带宽bw＝w0/q，其中w0为天线谐振频率，q越高，天线带宽bw越窄，天线带宽的调节进一步影响天线的匹配状态，因此，通过对支撑杆及螺旋振子的主要参数调节可以实现天线的良好匹配。

优选的，所述支撑座3开有上下导通的上部通孔31和下部通孔32，所述上部通孔31口径略大于所述支撑杆6下端62的口径，所述下部通孔32口径略大于所述锥台振子4口径，所述支撑座3的底部沿径向向外延伸有第一凸缘33，在所述第一凸缘33上开设有多个用于与所述金属底盘1连接的螺钉孔331。

优选的，所述振子支撑筒7内部还设置有振子座9，所述铍青铜线51的下端连接所述振子座9。

优选的，所述振子支撑筒7开设有用于放入所述振子座9的上部开口71，以及口径略大于所述支撑杆6上端61口径的下部开口72，所述上部开口71和下部开口72上下导通。振子支撑筒中空设计减轻天线重量，置于其中的振子座和螺旋振子受到保护免受腐蚀影响。

进一步优选的，所述金属顶座8具有向下延伸的圆台82，所述圆台82形状与所述振子支撑筒7的上部开口71的形状相适配，且圆台82嵌入所述上部开口71中，便于金属顶座8在振子支撑筒7上方的固定，同时也提高了与金属顶座8连接的铍青铜线的稳定性。

进一步优选的，所述振子支撑筒7的上端沿径向向外延伸有第二凸缘73，所述金属顶座8形状与所述第二凸缘73相适配，具体的，所述金属顶座8外边缘形状与所述第二凸缘73相适配，且所述第二凸缘73和金属顶座8上均对应开设有螺钉孔731，所述第二凸缘73和金属顶座8通过螺钉固定，进一步加强金属顶座8与振子支撑筒7的固定连接。

优选的，所述金属顶座8中心开设有第一振子通孔81，所述铍青铜线51的上部端头511穿过所述第一振子通孔81，所述振子座9上端面开设有第二振子通孔91，所述铍青铜线51的下部端头512穿过所述第二振子通孔91，为了使得铍青铜线51和振子座9连接牢靠，可以将铍青铜线51的下部端头512和第二振子通孔91焊接连接，进一步优选的，金属顶座8的材料为2a12铝镀银，为了防止在温度较低时焊点处发生锡疫，焊点采用铅锡焊焊接方式。

优选的，所述金属顶座8上端面中心开设有凹槽83，所述凹槽83与所述第一振子通孔81贯通连接，所述铍青铜线从金属顶座8下方穿过所述第一振子通孔81到达所述凹槽83。

优选的，所述支撑杆6上端和下端的侧表面均开设有外螺纹，具体的，所述支撑杆6的上端61侧表面开设有外螺纹611，所述支撑杆的下端62侧表面开设有外螺纹621，所述振子座9下端面92以及所述锥台振子4上端面41开设有安装孔，所述安装孔内开设有与所述外螺纹相适配的内螺纹，具体的，所述振子座9下端面92开设有安装孔921，所述安装孔921内开设有与所述支撑杆上端侧表面外螺纹611相适配的内螺纹9211，所述锥台振子4上端面41开设有安装孔411，所述安装孔411内开设有与所述支撑杆下端侧表面外螺纹621相适配的内螺纹4111，所述支撑杆和所述振子座及锥台振子螺纹配合连接。设置螺纹结构配合连接加强了支撑杆与振子座及锥台振子的连接稳定性，便于安装。

优选的，所述锥台振子4包括呈圆柱状的连接部43，以及呈倒置圆台状的导通部44，所述连接部43位于所述导通部44上方，在所述连接部43上端面开设有所述安装孔411，所述导通部44下端面开设有用于和馈线接头2连接的导通孔441，所述导通部44向下延伸并逐渐缩小直径，最底部为水平端面，所述导通孔441开设在水平端面的中心，所述导通孔441和安装孔411贯通开设，所述导通孔441直径远远小于所述安装孔411直径，在导通部44内部具有与导通部形状类似的内腔，锥台振子4的下端设置为逐渐聚拢的尖端有助于使馈电电流从馈线接头的金属内芯部分连续流畅的到达锥台振子，进而无畸变的到达支撑杆，利于整体电流的连续性，减少了馈线接头处电流的变化程度，避免畸变点的产生，拓宽了天线的频带带宽，提高了天线匹配效果和辐射效率。

进一步优选的，所述锥台振子的上端面开设有多个环绕所述连接部43安装孔411的螺钉孔(图中未示)，与之对应的，所述支撑座的上端面开设有围绕所述支撑座上部通孔31的螺钉孔34，当锥台振子置于所述支撑座内部时，可通过螺钉将锥台振子和支撑座进一步紧固固定。

进一步优选的，所述振子座9下端面92还开设有螺钉孔922，对应的，所述振子支撑筒7的下端面开设有螺钉孔732，振子座9放入所述振子支撑筒7内时，振子座9下端面92的螺钉孔922与振子支撑筒7下端面螺钉孔732通过螺钉对应连接，强化振子座9与振子支撑筒7连接紧密性，与振子座9连接的螺旋振子在振子支撑筒7内的稳定性也得到了提升。

进一步优选的，在支撑杆6螺纹配合连接振子座9和锥台振子4时，在支撑杆6的上下两端的外螺纹处涂抹螺纹胶，螺纹胶是dg-4(蓝色)改性环氧胶，螺纹胶具有良好的密封特性，同时具有粘结固化作用，使得支撑杆与振子座以及锥台振子的连接位置强度加强，不易在天线工作运动过程中出现断裂，且螺纹胶不会对天线电性能产生影响。为了避免涂抹过多螺纹胶影响支撑杆和振子座以及锥台振子连接处的电接触，外螺纹上的螺纹胶覆盖率控制在30％-70％。

进一步优选的，所述振子座9加设在振子支撑筒7内，且设置在铍青铜线下端，对铍青铜线起到了良好的固定作用，增强铍青铜线稳定性，增长电长度，提高电性能，同时在螺旋振子和支撑杆之间充当了过渡连接体(连接枢纽)的角色，稳固铍青铜线与支撑杆间的连接，使得铍青铜线、振子座以及支撑杆三者之间的连接更加稳定，使得螺旋振子和支撑杆的连接更加自然。

进一步优选的，所述支撑杆6沿其轴线方向上下导通。支撑杆上下导通减少了支撑杆的重量，实现天线重量的减轻。

优选的，所述馈线接头2包括金属内芯21以及包裹所述金属内芯21的金属外壳22，所述金属内芯21和金属外壳22相互绝缘，所述金属内芯21穿过开设在所述金属底盘1中心的过孔11后连接所述锥台振子4下底面，所述金属外壳22与所述金属底盘1电连接。

进一步优选的，馈线接头2穿过并设置在一个金属固定板b1上，所述金属固定板b1通过螺钉固定在金属底盘1下底面上，其中，馈线接头2的金属外壳22与该金属固定板b1相接触。

优选的，馈线接头2的金属内芯21穿过金属底盘1中心的过孔11后与所述导通孔441焊接，焊点采用铅锡焊。

优选的，所述馈线接头2为sma-k/50ω接头。

进一步优选的，在上述螺钉连接处均涂抹螺纹胶用以防止温度骤降条件下可能发生的结构断裂或结构连接处断裂。

优选的，当进行天线安装时，有如下步骤；

1)将馈线接头的金属内芯穿过金属底盘中间开设的过孔后，通过螺钉将馈线接头固定在金属底盘的底部；

2)将锥台振子从支撑座底部开设的下部通孔放入所述支撑座，且锥台振子的锥头尖端朝下，通过螺钉将锥台振子和支撑座固定；

3)将馈线接头的金属内芯穿入导通孔后，通过螺钉将支撑座固定在金属底盘上，然后从锥台振子的内部将金属内芯和锥台振子焊接固定；

4)将铍青铜线的下部端头穿过振子座的第二振子通孔并焊接固定，后将振子座连同铍青铜线放入振子支撑筒，振子座下端与振子支撑筒用螺钉固定；

5)将铍青铜线的上部端头穿过金属顶座的第一振子通孔，后将金属顶座通过螺钉固定在振子支撑筒顶端，再将铍青铜线与金属顶座焊接固定；

6)将支撑杆的上下两端分别穿过支撑座和振子支撑筒，再通过支撑杆两端的外螺纹分别与锥台振子和振子座拧紧，并涂抹螺纹胶。

优选的，所述螺旋状的铍青铜线51的线径为2mm，直径为10mm，高度为90mm，铍青铜线呈螺旋状上升，其中每层铍青铜线间的间距为螺距，螺距的大小决定了螺旋振子的电感值的大小，螺距越大，电感值越小，铍青铜线直径和螺距可根据天线工作频率进行调整。

优选的，所述支撑座及振子支撑筒材料为聚酰亚胺，聚酰亚胺具有耐高温特性，可耐高温达400℃以上，长期稳定使用的温度范围是-200～300℃，且具有良好绝缘性能，介电损耗仅0.004～0.007。

进一步优选的，所述锥台振子、金属顶座和振子座材料均为2a12铝镀银。

优选的，所述支撑杆的直径为20mm，长度为206mm。

优选的，所述锥台振子的直径为30mm，高度为42mm。

优选的，所述振子支撑筒最大直径为49mm，高度为118mm。

优选的，所述金属底盘为方形，边长均为50mm，厚度为6mm。

优选的，所述支撑座最大直径为第一凸缘的直径49mm，支撑座高度为51mm。

优选的，所述金属顶座直径为49mm，厚度为(连同所述金属顶座下方的圆台)10mm。

优选的，所述锥台振子直径为30mm，总高度为42mm。

优选的，所述振子座直径为30mm，高度为26mm。

优选的，该天线整体包含在50mm×50mm×386mm范围内(包含馈线接头)，实现了天线整体的小型化，且因为材料选取适当，天线重量也满足指标要求。

优选的，所述金属顶座、振子支撑筒、支撑座以及金属底盘的尺寸直径相差不大，这有利于该天线整体的协调布置，避免天线结构布置不合理。

进一步优选的，从上述可以看出，所述支撑杆的长度近似为该天线总体长度的二分之一，支撑杆过长将导致该天线易受外界振动而发生断裂，不利于天线的结构稳固性，支撑杆过短将导致该天线振子无法发挥最大效能。

优选的，如图5所示，馈线接头的匹配阻抗为50欧姆时，vhf鞭天线驻波比在156mhz-163mhz频段范围内是小于1.8的，此时馈线与天线阻抗匹配良好，馈线传输效率较高。

驻波比公式：swr＝r/r＝(1+k)/(1-k)，其中反射系数k＝(r-r)/(r+r)，k为负值时表明相位相反，r和r分别是输出阻抗和输入阻抗。当两个阻抗数值一样时，即达到完全匹配，反射系数k等于0，驻波比为1，但此为一种理想状况，实际上总是存在着反射，所以驻波比总是大于1的。

优选的，如图6为160mhz频点情况下该天线的3d方向图，如图6所示，该3d方向图为苹果状，该天线的辐射方向主以天线轴线为中心线呈轴对称分布，并且向轴线两侧为主辐射方向，而轴线两端的辐射受到抑制。即天线最大辐射方向在theta＝90°，在天线的轴向方向上天线的增益最低，在水平方向theta＝90°呈全向性。在笛卡尔坐标系中，theta代表从+z指向xoy面，是方位角，phi是代表从+x开始绕+z轴旋转，是水平角。

进一步优选的，图7、图8以及图9分别表示了该天线在156mhz、160mhz以及164mhz频点的2d方向图，从对应的示图中可以看出低频部分仿真增益在0.3dbi左右，中频部分仿真增益在1dbi左右，高频部分仿真增益在0.8dbi左右，在这里需要注意的是，此处三个频点增益较低是因为单极子天线的全向性能良好，各个方向增益分布较为均匀，此时的波瓣宽度约为92度，该天线实际使用环境为不均匀的卫星顶面，此时该天线的最大增益将会提高，其方向性将会明显显现。

进一步优选的，在156mhz频点，s1表示phi＝0°时的曲线情况，s2表示phi＝90°时的曲线情况；

在160mhz频点，s3表示phi＝0°时的曲线情况，s4表示phi＝90°时的曲线情况；

在164mhz频点，s5表示phi＝0°时的曲线情况，s6表示phi＝90°时的曲线情况。

优选的，如图10所示，由于星体对电磁波引向作用，该天线方向图明显的偏向星体，总增益高达2.4dbi，同时方向图的不圆度会变差。

优选的，图11表示了该天线在156mhz时xoz与yoz两平面的增益图，图12表示了该天线在156mhz时xoy平面的增益图，结合图11和图12，该天线由于受到外界影响，其0dbi总增益覆盖范围变化不大，此时大部分的能量还是以垂直极化为主(即极化方向平行于oz方向)。在图11中，s7和s8分别体现了phi＝0°和phi＝90°时天线在该切面时的天线增益，天线结构并不是完全的对称，因此在不同的方向上会产生微小差异，可以通过不同的切面来进行比较。在图12中，体现了天线在水平面上的不同水平方向上的增益变化。

基于以上实施例，本发明公开了一种星载高增益vhf天线，包括金属底盘，在所述金属底盘下方设置有馈线接头，在所述金属底盘上方设置有支撑座，所述支撑座内部设置有锥台振子，所述锥台振子上方安装有螺旋振子，所述锥台振子与所述螺旋振子之间设置有在竖直方向延伸的支撑杆，所述螺旋振子包括呈螺旋状向上延伸的铍青铜线，所述铍青铜线设置在中空的振子支撑筒内部，所述铍青铜线上端连接有金属顶座。该星载高增益vhf天线体积小，重量轻，通过金属顶座提高天线增益和电性能，同时振子支撑筒的设置使得天线具有抗腐蚀性。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。