专利名称：短波车载发信双匝环天线的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电子技术中的天线领域，特别适合于车载使用。
现有的短波车载天线多是采用常规的天线技术，如用鞭状天线，或是该种天线的变形，现在在军用通信车上配用的三环天线，就是将鞭状天线降低高度后，再在其顶部用三环形的导体加载而构成的。这类天线的高仰角辐射性能很差。本专利采用的是电小天线技术，利用其中的环形磁振子，环面垂直于车顶配置，既可使天线高度降低，又可产生我们所要求的高仰角辐射。
本实用新型是为了提供一种结构简单、便于装车(具有车厢的汽车)移动的、具有高仰角辐射特性的新型短波车载天线。用以克服短波通信中的“静区”。提高300公里范围内(各种复杂地形)短波移动通信的质量。
本实用新型专利的详细内容(一)、外形结构是一个垂直放置于车厢顶上的两匝平行的长方形环(见
图1)。
天线导体为φ25×2的铝合金管，用玻璃钢板或玻璃钢管等绝缘材料支撑于基础框架上，框架再固定于车厢顶上。框架可用角铝制成，当车厢为非金属材料时，框架上应敷以铜网(网眼不大于100毫米×100毫米)或铝板，使之成为一个良好的导电地网(板)，以提高天线系统的效率。如果不用基础框架，直接用绝缘材料把天线导体固定在车厢顶上，只要结构牢固而且有良好的导电地网也是可以的。
天线导体环的始端为馈电点与车厢绝缘，高频能量则由此处馈入，环的末端直接与地短路(即与车厢的金属体相接)再用一宽度不小于100毫米的铜带从环的末端沿着基础框架的表面(或车厢顶部表面)，引向环的始端附近，与匹配电路或自动天调的地线相连。
(二)、技术原理1问题的提出在短波无线电通信中，由于电波传播规律的影响，在发射功率不很大(如数百瓦以下)的情况下，采用鞭状天线一类的天线工作时，在60～100多公里的距离上，是通信最为困难的地段，这就是人们常说的“无线电静区”。要消除或减弱这种“静区”效应，采取增加发射机功率的办法是不可取的，因为这不但增加了能源消耗、设备成本和电磁污染，而且还不能彻底解决问题，也不适于移动通信，所以比较好的方法是从改进天线方面着手。寻根究底，造成“静区”的根本原因还是天线的垂直面的辐射图形不合适，过去所采用的短波车载天线大都是直立的鞭状天线或该天线的变形，如现在普遍采用的三环天线就是由直立天线加顶变化而来的，这些天线的最大辐射方向都是在接近地面的低仰角方向，高仰角辐射性能差，因而辐射的天波经电离层反射回地面的落地点离发信点比较远，而天线辐射的地波，由于使用的频率比较高，功率不很大，传不多远，很快就被衰减掉了，因而就形成了地波达不到，天波又跨越过去了的“静区”，如果能设计出一种高仰角辐射的天线，使天波像喷泉一样，近于垂直地从电离层反射下来，那末在0～300公里的范围内就能收到天波了。也就能消除“静区”了。
我们知道，当双极天线的架设高度小于λ／4时，就是一种比较理想的具有高仰角辐射性能的天线(简称高射天线)，但这种天线由于几何尺寸很大，只能用于固定台站(包括移动通信中的基地台)，或是在运动过程中停止时临时架设使用，而不能安装在车上，解决不了短波移动通信问题，所以必须寻求新的、小型轻便、适于装车、便于运动的高射天线。
2.天线型式的选择我们经过分析和大量的测试摸索，并通过模型试验，选择了垂直环天线的方案。
在理想导电地面上空，架设高度为h的发射垂直环天线，运区的电场强度为E＝j (120πI)/(λr) (2πA)/(λ) cosφcos( (2πhsin△cosφ)/(λ) )e－jar
式中h┈架设高度A┈环天线的环圈面积φ┈由环所在平面内算起的水平方位角△┈由地平面算起的垂直面仰角r┈距离λ┈波长α＝ (2π)/(λ)其方向性函数即为F(φ，△)＝ (A)/(λ2) cosφcos( (2πhsin△cosφ)/(λ) )当h相对于λ很小时，上式中含有h的余弦因子可近似等于1，即cos( (2πhsin△cosφ)/(λ) )≈1
这样，其方向性函数就近似地与仰角无关，而成为F(φ)＝ (A)/(λ2) cosφ也就是说，在理想导电的地面上，架设高度不高的垂直环天线，在垂直面上可认为是没有方向性的，其辐射强度并不随仰角的增高而减弱，这正是我们所需要的高射性能，环天线的尺寸可以做得比较小以利于装车。
环天线的辐射电阻是很小的，也就是说，它的辐射效率比较低，但我们可以在天线导体的材料、结构及环圈的匝数选择上以及环圈的接地系统方面采取措施，加以弥补。由于它的优良的高射性能，其综合效果，在300公里的近距离通信中将优于常用的直立型天线。
我们用电子计算机按反应积分方程的理论，用矩量法对车载双匝环天线的方向图进行了较为严格的计算，对大地的非理想导电特性，采用修正反射系数的方法进行处理，将天线分段并将车体用网格逼近，共取抽样点147个，计算了水平面和垂直面的方向图，在2～15MHz的频段内每隔1MHz计算一次，计算结果表明，该天线为高射天线，由于车体影响和双匝环结构，在水平面内方向性不强，没有零点方向。模型试验也证实了这一情况。
计算的方向图见图3。
3环天线匝数的确定在垂直环天线的型式选定以后，我们又对匝数的确定进行了研究。
我们利用模型先后对比测试了车载单匝、双匝与4匝环天线，在环高度相同的条件下，以双匝环的相对增益最高。
环天线是个窄频带天线，工作时必须进行调谐，为了提高系统效率，应尽量采用低损耗的电容器来进行配谐，这样就要求天线的输入阻抗呈电感性，也就是说环天线导体的长度应小于λ／4。在车顶空间有限的情况下，为了提高低频端的效率，天线绕2匝，使天线导体长一点有好处，当频率升高到一定程度时，再将2匝变成1匝也很方便，匝数过多变化起来就比较复杂了，而且双匝环结构对称，简单稳固，所以我们确定用双匝。并在双匝中点设置一短路到地的开关，必要时可将双匝变成单匝。
4与发信机的连接根据我们测得的该天线的输入阻抗特性，输入电阻曲线见图4(1)，输入电抗曲线见图4(2)。当发信机不配自动天调时，在发信机输出与天线馈电点之间插入一个匹配电路，该匹配电路由开关分别选择3个固定的陶瓷电容从主馈线并接到地组成，容量分别为2.7pf，56pf和100pf，和发信机的末级调谐电路配合使用，实现天线与机器间的匹配。见图2。若发信机配有自动天调，则可将自动天调接入天线馈电点，不必使用匹配电路。
(三)、应用效果我们曾在60～120公里的距离上，用400瓦单边带通信车，用双匝环天线与原装的三环天线，分别与4米鞭状天线轮流发信进行对比，接收端用双极天线接收，在接收机的音频输出口接2307型电平记录仪记录输出电平，为了减少测试的随机误差，采取重复测试的方法，以获得大量的测试样品，取其统计平均值作为测试结果。现将几次测试结果列表如下
(注相对增益是指相对于4米鞭状天线的增益。)由上表可明显看出，双匝环天线比原装的三环天线要好5dB以上。
我们还在24公里及125公里的距离上，用100瓦单边带电台使用该天线做过通话试验，效果也很好。
本实用新型与现有技术比较(一)与常用的鞭状天线相比本天线高度低，结构稳固，便于运动，且可消除“无线电静区”。
(二)与现装备的车载三环天线相比本天线结构简单，无需升降，用料少，增益可提高5dB以上。
主要参数(一)工作频率 2－15MHz(二)额定功率 最大400瓦(三)相对增益 高于现装备的三环天线5dB以上(四)通信距离 主要用于300公里以内附图(一)图1短波车载发信双匝环天线外形结构示意图(单位毫米)(二)图2短波车载发信双匝环天线与发信机的连接(当发信机配有自动天调时，可不用匹配电路，天线则直接接自动天调)(三)图3短波车载发信双匝环天线方向图(地面土壤参数σ＝0.005，εr＝3)(1)f＝3.0MHz(2)f＝6.0MHz(3)f＝9.0MHz(4)f＝12.0MHz(5)f＝15.0MHz(四)图4短波车载发信双匝环天线输入阻抗曲线(1)输入电阻曲线——双匝环天线－－中间短路双匝环天线(2)输入电抗曲线——双匝环天线－－中间短路双匝环天线
权利要求一种天线，特征是一个垂直放置于通信车车厢顶上的两匝平行的长方形环，在两匝环的中部有一开关，操纵开关可使该点接地而将两匝环变成单匝环，该环(双匝或单匝)即为天线，环的始端为馈电点，与地绝缘，高频能量则由此馈入，环的终端直接与地短路，并用一宽度不小于100毫米的铜带(或φ25×2铝合金管)把环的终端和始端馈电处的电缆馈线外导体的接地点连接起来；环导体为φ25×2的铝合金管，环的尺寸根据所装车辆的车厢大小不同可以有所变化，掌握的原则是在满足空间受限制(如天线最高点离地不得超过3.4米)的条件下，尽可能增大环的面积，但又要使环的总长不超过工作波长的1/4，当装于东风EQ240越野汽车底盘所改装的尖头方厢通信车上时，则环长为4000毫米，环高为400毫米，两环间距为1700毫米(如说明书附图1所示)；若装于北京-213吉普车上时，则环长为2300毫米，环高为600毫米，两环间距1150毫米，当车厢为非金属材料时，在天线下面的车厢表面应敷以铜网或铝板，以提高天线系统的效率。
专利摘要本实用新型是一种结构简单，便于装车运动且具有高仰角辐射特性的新型短波车载天线。外形是一个环面垂直于车顶的两匝长方形环，天线导体为Φ25×2铝合金管，其方向特性已经理论计算和模型测试验证。与常用的鞭状天线相比，本实用新型高度低、结构稳固，便于运动，并可消除“无线电静区”。本实用新型用料少，结构简单，无需升降，且增益可提高5dB以上，经实际通信对比信号强度可提高1-2个等级(按5级评价)。
文档编号H01Q7/00GK2058276SQ89201239
公开日1990年6月13日 申请日期1989年2月1日 优先权日1989年2月1日
发明者瞿磐, 高彦文 申请人:中国人民解放军总参谋部第六十一研究所