一种短波双层阵列三菱形宽带天线的制作方法

1.本实用新型涉及短波接收天线技术，尤其涉及一种短波双层阵列三菱形宽带天线。


背景技术：

2.短波是实现远距离通信的重要手段，天线就成了接收远距离、小信号的瓶颈和关键点。
3.目前，已经使用的短波天线电性能指标稳定、波束窄，但存在占地尺寸过大、成本相对较高等突出问题，且最大增益仰角范围并不理想。同时，远距离通信能力不够，目前各台站的收信天线多以效率不高的中近距离天线为主，最大通信距离并不能满足远距离通信的需求。


技术实现要素：

4.为解决现有技术不足，本实用新型提供一种短波双层阵列三菱形宽带天线，不仅整体高度低占地面积小，而且在对应的工作频率范围具有较好的最大方向增益、仰角范围，水平面波束宽度3db达到30
°
，并且在通信方向上的有效覆盖距离可达到10000千米。
5.为了实现本实用新型的目的，拟采用以下方案：
6.一种短波双层阵列三菱形宽带天线，其特征在于，包括：
7.塔体，包括间隔设置的第一塔和第二塔，以及对称设于第一塔和第二塔连线中点两侧的第三塔和第四塔，第一塔和第二塔的间距大于第三塔和第四塔的间距；
8.辐射体，包括沿塔体高度方向间隔设于塔体的两层天线组件，每层天线组件包括第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元；第一天线单元、第二天线单元、第三天共同连接于第一塔的同一处以及第二塔的同一处，第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元与第三塔的连接处以及与第四塔的连接处，自上而下依次间隔布置；
9.馈电网络，用于阻抗匹配，设于第一塔或第二塔，并通过集合线连接辐射体。
10.塔体包括固定于地面的基座以及设于基座的多节塔架段，顶部的塔架段设有避雷针。
11.塔架段的投影面积自下而上依次缩小，塔架段包括3根倾斜立柱以及设于相邻立柱之间的横杆和斜杆，3根倾斜立柱顶部连接在一起，避雷针设于倾斜立柱顶部。
12.塔架段包括自下而上依次连接的第一段、第二段、第三段、第四段、第五段，第一段、第二段高度相同，第三段、第四段、第五段高度相同，第二段高度大于第三段高度，避雷针设于第五段。
13.避雷针连接有连接扁铁，连接扁铁沿塔体向下布置并伸入地面内，与地面下的地网连接。
14.第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元与第一塔以及第二塔连接处的高度可调；第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元与第三塔分别的连接处以及与第四塔分
别的连接处均高度可调。
15.第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元通过可调固定件与塔体连接，可调固定件包括：
16.移动部，套设于塔体杆体，并与塔体杆体外壁滑动配合；
17.连接部，与移动部连接，并用于连接天线；
18.锁紧部，包括一对分别连接移动部两端的板体，用于通过螺栓紧固两个板体实现对移动部的固定；
19.位于第一塔以及第二塔的可调固定件，一个可调固定件的连接部同时连接第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元；
20.位于第三塔以及第四塔的可调固定件，一个可调固定件的连接部连接第一天线单元，另一个可调固定件的连接部连接第二天线单元，再一个可调固定件的连接部连接第三天线单元。
21.有益效果：
22.1、相比于单副天线占地面积大、副瓣多、电平较高等缺陷，本实例沿塔体高度方向间隔设置两组天线组件，并且每组天线采用三线，形成了复合式天线，能够有效降低副瓣电平，将副瓣电平抑制于（
‑
13～
‑
14）db左右；
23.2、本实例在锐角端绞合在一起，即第一塔和第二塔与天线组件的连接处，在钝角处分开，即第三塔和第四塔与天线组件的连接方式，使第一天线单元、第二天线单元、第三天线单元之间的各自与塔体连接处相互隔开具有间距，增大了导线的截面从而降低特性阻抗，天线沿线的特性阻抗接近600ω；双层阵列三菱形天线结构，将两个三菱形天线上下叠加，使能量按一定方向进行辐射，增益极大提高，进一步，每层天线组件采用多线式之后减小了反射波，有利于降低天线本身的损耗，增益提高10%～20%。
附图说明
24.本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本实用新型的范围。
25.图1示出了本申请实施例的整体结构示意图。
26.图2示出了本申请实施例的塔体结构示意图。
27.图3示出了本申请实施例的塔体避雷实施方式示意图。
28.图4示出了本申请实施例的整体实施方式图。
29.图5示出了本申请实施例的可调固定件结构示意图。
30.图6示出了本申请实施例在35度仰角上从3mhz～5mhz频段的最大方向增益曲线。
31.图7示出了本申请实施例在5度仰角上从26mhz～30mhz频段的最大方向增益曲线。
32.图8示出了本申请实施例在2mhz的水平面波束宽度3db。
33.图9示出了本申请实施例在30mhz的水平面波束宽度3db。
34.图10示出了本申请实施例在2mhz的最大增益仰角。
35.图11示出了本申请实施例在30mhz的最大增益仰角。
36.图12示出了本申请实施例的电压驻波比曲线。
具体实施方式
37.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的实施方式进行详细说明，但本实用新型所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
38.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
39.在本实用新型的描述中需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述。术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。
40.在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例
41.本实例提供的一种短波双层阵列三菱形宽带天线，包括：塔体1、辐射体2、馈电网络4等。
42.辐射体2主要实现能量转换功能，将接收到的空间电磁波转换为射频信号，通过传输电缆传送至接收设备。本实施例的辐射体2采用双层间隔的短波三菱形组阵的方式，具有方向性强、辐射仰角较、增益高等特点。
43.馈电网络4主要用于天线与馈线之间的阻抗匹配，制作采用无源器件，从而减少由阻抗失配引起的损耗，提高馈电效率，从而实现天线输入阻抗的宽带化。
44.塔体1主要用于支撑辐射体2和馈电网络4，使天线具有所要求的电性能并能安全工作。
45.如图1所示，塔体1包括间隔设置的第一塔11和第二塔12，以及对称设于第一塔11和第二塔12连线中点两侧的第三塔13和第四塔14，第一塔11和第二塔12的间距大于第三塔13和第四塔14的间距。
46.此种布局方式，形成了菱形点位，第一塔11和第二塔12的连线与第三塔13和第四塔14的连线垂直，且连线均相交于中点处。
47.辐射体2包括沿塔体1高度方向间隔设于塔体1的两层天线组件，每层天线组件包括第一天线单元21、第二天线单元22、第三天线单元23；第一天线单元21、第二天线单元22、第三天线单元23共同连接于第一塔11的同一处以及第二塔12的同一处，第一天线单元21、第二天线单元22、第三天线单元23与第三塔13的连接处以及与第四塔14的连接处，自上而下依次间隔布置。
48.具体的，每层天线组件构成菱形，每层采用6根辐射振子作为天线，其中，第一塔——第四塔——第二塔采用3根，第一塔——第三塔——第二塔采用3根，采用压接方式
进行可靠连接，使其保证良好的导电性，材质为导电性良好、抗拉强度大的铜质线材。
49.馈电网络4设于第一塔11或第二塔12，并通过集合线3连接辐射体2。
50.如图2所示，塔体1包括固定于地面的基座5以及设于基座5的多节塔架段，顶部的塔架段设有避雷针6。
51.具体的，在本实例中，塔架段的投影面积自下而上依次缩小，塔架段包括3根倾斜立柱以及设于相邻立柱之间的横杆和斜杆，3根倾斜立柱顶部连接在一起，避雷针6设于倾斜立柱顶部。
52.塔架段包括自下而上依次连接的第一段101、第二段102、第三段103、第四段104、第五段105，第一段101、第二段102高度相同，第三段103、第四段104、第五段105高度相同，第二段102高度大于第三段103高度，避雷针6设于第五段105。
53.如图3所示，避雷针6连接有连接扁铁7，连接扁铁7沿塔体1向下布置并伸入地面内，与地面下的地网8连接。
54.如图4所示，为本实例进行具体安装的示意图。
55.首先，预制基座5，采用水泥制成，按照预定的点位固定于地面。
56.然后，安装塔体1。先将第一段101固定于基座5，然后依次拼接第二段102、第三段103、第四段104、第五段105，固定各连接处的螺杆，然后在塔顶，即第五段105顶部安装避雷针6。塔体安装完毕后，检查塔体垂直度。然后安装并布置连接扁铁7，使连接扁铁7与地下的地网8连接。
57.然后，按照上述的第一天线单元21、第二天线单元22、第三天线单元23的位置关系，以及与塔体1的连接关系，安装辐射体2。可以按照如图1或4所示，先组装辐射体2，再先将钝角辐射体2固定在塔体1相应位置，再将锐角辐射体2固定在塔体1相应位置，然后对辐射体2的垂度进行相应微调，辐射体2安装完成。
58.通过本实例的实施，可实现：
59.（1）能量转换：将接收到的空间电磁波转换为射频信号，通过传输电缆传送至接收设备，可适配各种型号的短波收信机；
60.（2）定向接收：接收指定方向的电磁波信号，水平面波束宽度3db达到30
°
以上，并且在通信方向上的有效覆盖距离可达到10000千米。
61.作为本实例的一种优选/可选实施方式，第一天线单元21、第二天线单元22、第三天线单元23与第一塔11以及第二塔12连接处的高度可调；第一天线单元21、第二天线单元22、第三天线单元23与第三塔13分别的连接处以及与第四塔14分别的连接处均高度可调。
62.从而方便于根据不同的实际应用需求，可在安装辐射体2时，对各天线进行微调，以更好的适应所需求的最大方向增益、最大增益仰角范围、水平面波束带宽3db、电压驻波比等。
63.具体的，高度的可调采用可调固定件来实现，第一天线单元21、第二天线单元22、第三天线单元23通过可调固定件与塔体1连接。
64.如图5所示，可调固定件包括：移动部91、连接部92、锁紧部93。
65.移动部91套设于塔体1杆体，并与塔体1杆体外壁滑动配合；连接部92与移动部91连接，并用于连接天线；锁紧部93，包括一对分别连接移动部91两端的板体，用于通过螺栓紧固两个板体实现对移动部91的固定。
66.位于第一塔11以及第二塔12的可调固定件，一个可调固定件的连接部92同时连接第一天线单元21、第二天线单元22、第三天线单元23，如图5所示对应的情况。
67.位于第三塔13以及第四塔14的可调固定件，一个可调固定件的连接部92连接第一天线单元21，另一个可调固定件的连接部92连接第二天线单元22，再一个可调固定件的连接部92连接第三天线单元23。此种连接即为，一个可调固定件连接一个天线，不再单独视图展示。
68.具体的，可在第一塔11和第二塔12处，对应一层天线组件设置一个可调固定件，一个可调固定件，分别连接两侧连接过来的第一天线单元21、第二天线单元22、第三天线单元23；也可以对应一层天线组件设置二个可调固定件，一个可调固定件对应连接一侧的第一天线单元21、第二天线单元22、第三天线单元23，另一个可调固定件对应连接另一侧的第一天线单元21、第二天线单元22、第三天线单元23，两个可调固定件之间靠近设置。
69.具体的，可在第三塔13和第四塔14处，对应一层天线组件设置三个可调固定件，一个可调固定件用于连接两侧过来的第一天线单元21，一个可调固定件用于连接两侧过来的第二天线单元22，一个可调固定件用于连接两侧过来的第三天线单元23；也可以是，可在第三塔13和第四塔14处，对应一层天线组件设置三对可调固定件，一对可调固定件分别连接两侧过来的第一天线单元21，一对可调固定件分别连接两侧过来的第二天线单元22，一对可调固定件分别连接两侧过来的第三天线单元23，各对可调固定件靠近设置。
70.从而，针对辐射体2与塔体1的每个连接处，均可通过可调固定件进行微调。
71.如图6所示的本申请实施例在35度仰角上从3mhz～5mhz频段的最大方向增益曲线，最大方向增益大于9dbi，小于11.8dbi。
72.如图7所示的本申请实施例在5度仰角上从26mhz～30mhz频段的最大方向增益曲线，最大方向增益大于18.3dbi，小于18.8dbi。
73.本实例的天线，天线在3mhz～5mhz频段的最大方向增益大于9dbi，小于11.8dbi；在5mhz～8mhz频段的最大方向增益大于12dbi，小于16.7dbi；在8mhz～8.9mhz频段的最大方向增益大于17.2dbi，小于18dbi，占主用频段的4.1%（0.9
÷
22
×
100%≈4.1%）；在8.9mhz～30mhz频段的最大增益大于18dbi，小于19.6dbi。
74.如图8所示的本申请实施例在2mhz的水平面波束宽度3db：2mhz时天线在水平面的最大辐射方向的方位角为180
°
，在水平面最大辐射方向上降低3db后的一个方位角约为145.9
°
，计算得出其水平面波束宽度约为（180
°‑
145.9
°
）
×
2=68.2
°
。
75.如图9所示的本申请实施例在30mhz的水平面波束宽度3db：30mhz时天线在水平面的最大辐射方向的方位角为180
°
，在水平面最大辐射方向上降低3db后的一个方位角约为164.9
°
，计算得出其水平面波束宽度约为（180
°‑
164.9
°
）
×
2=30.2
°
。
76.如图10所示的本申请实施例在2mhz的最大增益仰角：2mhz时天线的最大增益的顶角约为50
°
，计算得出其最大增益仰角为90
°‑
50
°
=40
°
。
77.如图11所示的本申请实施例在30mhz的最大增益仰角：30mhz时天线的最大增益的顶角约为84.1
°
，计算得出其最大增益仰角为90
°‑
84.1
°
=5.9
°
。
78.如图12所示的本申请实施例的电压驻波比曲线：在2.1mhz～2.5mhz频段的电压驻波比大于2.5，小于3.5，占工作频段的1.43%（0.4
÷
28
×
100%≈1.43%）；在2mhz～2.1mhz频段、2.5mhz～30mhz频段的电压驻波比小于2.5。
79.本实例将本实例架设于场地较为开阔的收信场，能够在指定方位区域10000千米以上的来波信号进行全频段接收。
80.本实例的工作频率：2mhz～30mhz。电压驻波比：≤2.5，允许5%的频点≤3.5。最大方向增益：≥9dbi，3mhz～5mhz，允许5%的频点增益≥7dbi；≥12dbi，5mhz～8mhz，允许5%的频点增益≥10dbi；≥18dbi，主用频段8mhz以上，允许5%的频点增益≥16dbi。最大增益仰角范围：6
°
～40
°
；水平面波束宽度3db：≥30
°
。高度≤30，含拉线的占地尺寸≤40m
×
80m。
81.以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不表示是唯一的或是限制本实用新型。本领域技术人员应理解，在不脱离本实用新型的范围情况下，对本实用新型进行的各种改变或同等替换，均属于本实用新型保护的范围。