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30MHz～512MHz多波段2.5m鞭天线

阅读：188发布：2021-02-19

IPRDB可以提供30MHz～512MHz多波段2.5m鞭天线专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种30MHz～512MHz多波段2.5m鞭天线，主要解决天线与电台之间的阻抗匹配问题。整个天线包括：辐射体、同轴电缆18、底座6，辐射体采用下段辐射体7与上段辐射体5组合结构，该下段辐射体包括下节铜管1和上节铜管3，两根铜管之间通过传输线变压器2连接，该上节铜管中固定有辐射振子4，形成套筒天线结构。该传输线变压器采用三绕组中心抽头，设有四个线圈，分别与同轴电缆的内导体、外导体，上节铜管、下节铜管连接，既作为电子开关又作为阻抗匹配元件，实现在30MHz～512MHz频段内的超宽频带特性。本发明具有频带宽、驻波比小、增益高，不需调谐，可直接与电台匹配使用的优点，适合于各种装甲车辆、舰船安装。，下面是30MHz～512MHz多波段2.5m鞭天线专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种30MHz～512MHz多波段2.5m鞭天线，其特征在于：将30MHz～512MHz分为高、中、低三个频段，这三个频段分别采用单极子天线、套筒天线的结构形式，并通过电子开关将这些天线组合为一体，它包括辐射体、同轴电缆和底座；辐射体采用下段辐射体(7)与上段辐射体(5)组合结构；下段辐射体(7)包括下节铜管(1)和上节铜管(3)，该上、下节铜管之间通过传输线变压器(2)连接，该上节铜管(3)中固定有辐射振子(4)，当天线工作在高频225～512MHz时，传输线变压器(2)断开，下节铜管(1)等效为一个单极子天线；当天线工作降低108～225MHz时，传输线变压器(2)导通，上节铜管(3)和辐射振子(4)等效为一个套筒天线；当天线工作再降低30～108MHz时，辐射振子(4)和上段辐射体(5)连通，上节铜管(3)与辐射振子(4)和辐射体(5)等效为一个套筒天线。

2.根据权利要求1所述的鞭天线，其特征在于传输线变压器(2)采用三绕组中心抽头，设有四个线圈，线圈B的一端端口(13)与线圈C的一端端口(11)连接并悬空，线圈B的另一个端口(12)与线圈D的端口(14)连接，并与同轴电缆(18)的外导体连接，线圈C的另一个端口(10)与线圈A的端口(8)连接，并与同轴电缆(18)的内导体连接；线圈A的另一个端口(9)与上节铜管(3)连接；线圈D的另一个端口(15)与下节铜管(1)连接。

3.根据权利要求2所述的鞭天线，其特征在于传输线变压器(2)选用磁导率u＝1000的镍锌铁氧体NXO材料，磁环的大小为φ25×φ15×13，该磁环上紧密绕制四个线圈每个线圈设有六个匝数。

4.根据权利要求1所述的鞭天线，其特征在于同轴电缆(18)穿在下节铜管(1)中，该同轴电缆的一端与第一接头(30)连接，另一端与传输线变压器(2)连接。

5.根据权利要求1所述的鞭天线，其特征在于下段辐射体(7)进一步包括第一接头(30)、第二接头(29)、玻璃钢管(28a、28b、28c)，该三段玻璃钢管依次插入连接，下节铜管(1)和上节铜管(3)密闭在玻璃钢管(28a)内，辐射振子(4)穿入在玻璃钢管(28b、28c)中固定。

6.根据权利要求1所述的鞭天线，其特征在于上段辐射体(5)包括第三接头(31)、玻璃钢双层管(32)和金属导体(33)，该金属导体密闭在玻璃钢双层管内。

7.根据权利要求4所述的鞭天线，其特征在于第二接头(29)与第三接头(31)连接，辐射振子(4)与金属导体(33)开路，第一接头(30)与天线座连接。

说明书全文

30MHz～512MHz多波段2.5m鞭天线

技术领域

[0001] 本发明涉及天线技术领域，具体地说是一种超宽频带天线，适合作为VHF/UHF多波段电台的天线。

背景技术

[0002] 目前，我军电台的使用频率一般划分为4个频段，即1.6MHz～30MHz、30MHz～88MHz、225MHz～512MHz、400MHz～2500MHz，同样与电台相配套的天线也划分为所述的4个频段。但是随着我军新一代通信技术体制的发展，对频段范围提出了新的要求，尤其是预研的软件无线电电台，其频率范围为1.6MHz～2500MHz，在这样宽的频率范围内，现有的天线体制已不能适应新型通信技术的发展，尤其是共用多副天线在工程上会有很多弊端，如相互间的电磁干扰，天线之间的相互转换等，现迫切需要研制超宽频带的天线，例如我军目前已经研制出了频率范围为30MHz～512MHz的多波段电台，但却没有能够满足此频率范围的适合天线，因此研制30MHz～512MHz频率范围的天线是我军通信技术体制发展的急需。

[0003] 发明的内容

[0004] 本发明的目的是提供一种30MHz～512MHz多波段2.5m鞭天线，以解决与30MHz～512MHz的多波段电台的配套通信问题。

[0005] 本发明的目的是这样实现的：

[0006] 1.宽带频率复用天线设计原理

[0007] 宽带频率复用天线是将不同频段的天线组合起来而形成一个天线。为了使天线能覆盖30MHz～512MHz的工作频段，组合前的每个频段天线的电指标必须具有宽频带特性。依据天线理论，如图1所示的套筒天线具有近似4个倍频的频带宽度。

[0008] 在图1中，只要H≤λmax/4，λmax是最低工作频率对应的波长；(H-D)/D＝2.25；2b/2a≥3，则套筒天线的方向图和驻波比就具有4个倍频的频带宽度，H为天线离地面的总高度，D为天线内筒高度，2a为外套筒直径。

[0009] 2.本发明结构

[0010] 基于上述原理，本发明的技术构思是：将30MHz～512MHz频段分成高、中、低3个频段，三个频段分别使用单极子天线、套筒天线或类似套筒天线的形式，并通过传输线变压器将这些天线组合为一体，构成30MHz～512MHz超宽频带频率复用单鞭天线结构，以解决在30MHz～512MHz频带范围内的阻抗匹配、天线效率、功率容量的问题，实现超宽频带30MHz～512MHz范围内的指标要求。

[0011] 整个天线包括：辐射体、同轴电缆、底座，辐射体采用下段辐射体与上段辐射体组合结构，其中下段辐射体包括下节铜管和上节铜管，该上、下节铜管之间通过传输线变压器连接，该上节铜管中固定有辐射振子，当天线工作在高频225～512MHz时，传输线变压器2断开，下节铜管等效为一个单极子天线；当天线工作降低108～225MHz时，传输线变压器2导通，上节铜管和辐射振子等效为一个套筒天线；当天线工作再降低30～108MHz时，辐射振子和上段辐射体连通，上节铜管与辐射振子和辐射体等效为一个套筒天线。

[0012] 所述的传输线变压器采用三绕组中心抽头，设有四个线圈，其中线圈B的一端端口与线圈C的一端端口连接并悬空，线圈B的另一个端口与线圈D的一端端口连接，并与同轴电缆的外导体连接，线圈C的另一个端口与线圈A的一端端口连接，并与同轴电缆的内导体连接；线圈A的另一个端口与上节铜管连接；线圈D的另一个端口与下节铜管连接。

[0013] 所述的同轴电缆穿在下节铜管中，该同轴电缆的一端与第一接头连接，另一端与传输线变压器连接。

[0014] 所述的上段辐射体包括接头、玻璃钢双层管和金属导体，该金属导体密闭在玻璃钢双层管内。

[0015] 所述的上下两段辐射体通过螺纹连接，其中该下段辐射体中的辐射振子与上段辐射体中的金属导体开路连接，形成类似套筒天线的形式。

[0016] 本发明由于采用了将传输线变压器和上下段辐射体间的开路连接作为电子开关，因而可以在高、中、低三个频段将天线等效为单极子天线、套筒天线或类似套筒天线的结构形式，实现在30MHz～512MHz频段内的超宽频带特性，解决了软件无线电台的天线配套难题；同时由于本发明采用传输线变压器作为宽频带的阻抗匹配，故不需调谐，可直接与电台匹配使用，适合于各种装甲车辆、舰船安装；测试结果表明本发明在全频段电压驻波比小于4，具有拆装方便、抗毁和“三防”性能良好的优点，天线满足国防使用要求。

附图说明

[0017] 图1是现有套筒天线结构形式示意图；

[0018] 图2是本发明的结构示意图；

[0019] 图3是本发明的部件图；

[0020] 图4是本发明的传输线变压器原理图；

[0021] 图5是本发明的底座结构图；

[0022] 图6是本发明的下段辐射体结构图；

[0023] 图7是本发明的上段辐射体结构图。

具体实施方式

[0024] 参照图2和图3，本发明将30MHz～512MHz分为高、中、低三个频段，三个频段分别采用单极子天线、套筒天线或类似套筒天线的结构形式，并通过电子开关将这些天线组合为一体，构成30MHz～512MHz超宽频带频率复用单鞭天线结构。整个天线高度为2.5m，包括底座6、下段辐射体7、上段辐射体5三部分。其中下段辐射体7包括下节铜管1和上节铜管3，该上、下节铜管之间通过传输线变压器2连接，该传输线变压器既作为一个电子开关，控制高低频转换，又对天线进行阻抗匹配，使天线具有宽频带特性，不需调谐，直接与电台匹配使用。该上节铜管3中固定有辐射振子4，形成套筒天线结构。下段辐射体7与底座6和上段辐射体5之间均采用螺纹连接，底座6与车体之间采用螺栓固定。

[0025] 参照图4，本发明的传输线变压器2选用了4∶1的传输线变压器，使天线得到了很好的宽频带特性，有效的提高了天线的效率。该传输线采用三绕组中心抽头绕制方法，实现了多个输入信号的相加。其中线圈端口13与线圈端口11连接并悬空，线圈端口12与线圈端口14连接并与同轴电缆18的外导体连接，线圈口10与线圈端口8连接并与同轴电缆18的内导体连接；线圈端口9与上节铜管3连接；线圈端口15与下节铜管1的连接。

[0026] 该传输线变压器通常用作宽带应用，其宽带性能的好坏与参数及结构尺寸的选择有很大关系。阻抗特性应和负载阻抗接近，即以能实现匹配为准。用双绞线作传输线时，绞绕的次数多，特性阻抗就低，其特性阻抗一般可以小到40～50Ω。传输线变压器所用的磁芯尺寸应根据信号功率大小选择。传输的功率越大，线圈两端的电压越高，通过磁芯的磁通量就大，磁芯和线圈的损耗也大，磁芯的尺寸应能承受此损耗而不至于升温过高。因此要选用较高导磁率和高频损耗小的磁芯材料；同时线圈的匝数应决定于所需励磁电感的大小，应使在工作频率低端，其阻抗值比输入阻抗大的多。本发明在充分考虑了磁性材料的损耗特点，按上述的原理选用了磁导率u＝1000的镍锌铁氧体NXO材料，磁环的大小为φ25×φ15×13，该磁环上紧密绕制四个线圈，每个线圈设有6个匝数。有效解决了天线的带宽、功率和损耗的问题。

[0027] 参照图5，底座主要由安装基座和减震弹簧两部分组成。安装基座由基座绝缘腔体20和底盖25通过螺栓27连接在一起组成；减震弹簧17的一端通过弹簧下接头19由螺母24固定在绝缘腔体20上，另一端固定在弹簧上接头16上，形成底座腔体结构。该腔体内固定有同轴电缆18，同轴电缆的一端与底座上端芯21连接，另一端和连接插座26连接。该底座上端芯固定在弹簧上接头16内，连接插座26固定在底盖25上。用螺钉22将天线帽23固定在弹簧上接头16上。

[0028] 参照图6，本发明的下段辐射体7由下节铜管1，传输线变压器2，上节铜管3，辐射振子4，同轴电缆18，第一接头30，第二接头29组成。同轴电缆18固定在下节铜管1内，传输线变压器2固定在下节铜管1与上节铜管3之间；同轴电缆18的一端与传输线变压器2连接，并形成馈电点，同轴电缆18另一端与第一接头30连接，即同轴电缆的内导体与第一接头的内芯连接，同轴电缆的外导体与第一接头的外臂连接。辐射振子4的一端固定在上节铜管3内，下节铜管1、传输线变压器2、上节铜管3密闭在第一段玻璃钢管28a，第二段玻璃钢管28b插在第一段玻璃钢管28a内，第三段玻璃钢管28c插在第而二段玻璃钢管28b内，该三段玻璃钢管同心，辐射振子4的另一端依次穿在三段玻璃钢管内。第一接头30与第一段玻璃钢管28a连接。第二接头29固定在第三段玻璃钢管28c上，第一接头30与底座弹簧上接头16采用螺纹连接。

[0029] 参照图7，上段辐射体由第三接头31、玻璃钢双层管32和金属导体33组成。第三接头31与金属导体33连接后密封于玻璃钢双层管32内。第三接头31与第二接头29间采用螺纹连接，辐射振子4与金属导体33开路，辐射振子4与金属导体33之间可等效为一个电子开关，控制频段的转换。当天线工作在高频225～512MHz时，传输线变压器2断开，只有下节铜管1作为辐射体，此时下节铜管1可等效为一个单极子天线；当天线工作降低108～225MHz时，传输线变压器2导通，上节铜管3和辐射振子4等效为一个套筒天线，即为上节铜管3外套筒，辐射振子4为套筒的芯线；当天线工作再降低30～108MHz时，由于辐射振子4端面分布电容的存在，在频率较低时，容抗(Xc＝1/ωc)近似为0，这样从高频的角度来看，辐射振子4和上段辐射体5连通，这时，上节铜管3和辐射振子4+辐射体5等效为一个套筒天线，即上节铜管3为外套筒，辐射振子4+辐射体5为套筒的芯线。该辐射振子4采用Φ2mm的漆包线，金属导体33采用Φ1.5mm的铜线。

[0030] 本发明的天线经过实测，在30～512MHz范围内电压驻波比小于4，增益为3dB，符合全向军用天线的指标要求。

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