CN103414021A

CN103414021A - 不需要旋转关节的360°扫描天线

Info

Publication number: CN103414021A
Application number: CN2013103712766A
Authority: CN
Inventors: 钟玲玲; 李永翔
Original assignee: No 8357 Research Institute of Third Academy of CASIC
Current assignee: No 8357 Research Institute of Third Academy of CASIC
Priority date: 2013-08-22
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2013-11-27

Abstract

本发明属于反射面天线开发技术领域，具体涉及一种不需要旋转关节的360°扫描天线。本发明将馈源与反射面分割为两部分，仅反射面随随动360°旋转，从而实现高增益全向特性，去掉了常规天线普遍采用的旋转关节，降低了天线近万元的成本；天线反射面采用90°夹角反射面，理论上馈源存在三个镜像，这使得天线的增益达到7.1dB，而常规全向单极子天线的增益小于2dB，天线的增益了大大的提高；天线增益得到提高，且实现了天线的小型化；当随动转动，由于处于静止状态的宽带单极子馈源的轴对称特性，可以使得天线在水平面360°范围内辐射场均匀分布。

Description

不需要旋转关节的360°扫描天线

技术领域

本发明属于反射面天线开发技术领域，具体涉及一种不需要旋转关节的360°扫描天线。

背景技术

天线是辐射或接收无线电波的装置。从方向特性分，天线可以分为全向天线和定向天线两大类。微波全向天线较多地应用于一点多址通信中，广泛地应用于军事、航天、遥控、遥测领域。近年来，飞行器等载体对通信链路通道容量和作用距离的要求越来越高，常规的全向天线比如单偶极子、刀型天线等增益较低（最多2dB左右），高增益全向天线如CoCo天线（CoaxialCollinear Antenna）、CTS天线（Continuous Transverse Stub Antenna）等虽然增益较高，但天线高度太大，至少需要2lamda，lamda为中心频率对应的波长，导致其占用的体积空间较大，对各类载体平台的气动特性带来较大的影响。

在上述情况下，用带有一维随动的高增益定向天线实现360°扫描辐射成为较理想的选择。在实际应用中，现有的机械扫描天线为了保证在方位角度上的连续无限转动，必须安装旋转关节。旋转关节使得包括馈源和反射面的天线能够无限制的连续旋转，目前它是小型天线消旋定向的必装产品。旋转关节虽具有体积小、易实现多通道传输等优点，但其价格昂贵，目前飞机或导弹上安装的质量较高的旋转关节价格都在万元左右，其占据了天线本身很大一部分成本，旋转关节的使用成为该类型天线成本居高不下的重要原因。

考虑到上述情况，为了提高通信链路的工作质量，改善通道容量和作用距离，同时降低成本有必要为实际通信平台开发一种不需要旋转关节的360°扫描天线，提供比现有的扫描天线更高的增益、更小的尺寸并大大降低天线的成本。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何克服现有技术中存在的不足和缺陷，如何提供一种不需要旋转关节的360°扫描天线。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种不需要旋转关节的360°扫描天线，所述天线包括：馈源1、反射器2、随动机构3、第一夹具4、同轴连接器5、同轴电缆以及第二夹具8；

所述随动机构3包括圆盘状的随动机构转轴3.a以及用于驱动随动机构转轴3.a旋转的随动机构电机3.b；所述随动机构转轴3.a的中央位置设置有贯通孔，所述随动机构转轴3.a边缘位置通过所述第一夹具4固定设置所述反射器2；

所述随动机构3.a的贯通孔内嵌入所述第二夹具8，所述第二夹具8一端固定于所述随动机构电机3.b上；所述第二夹具8内设有中空空腔，所述中空空腔内上部固定设置所述同轴连接器5，所述同轴连接器5上端固定连接所述馈源1，所述同轴电缆一端从所述同轴连接器5下端穿入，与所述馈源1下端通过螺纹同轴固定连接；所述同轴电缆另一端连接外部发射机；

工作时，通过所述同轴电缆输入外接发射机的发射信号至馈源1，同轴电缆输出的能量激起所述馈源1上的表面电流，从而向空间产生辐射电磁波；同时，随动机构电机3.b驱动随动机构转轴3.a带着反射器2作360°旋转，实现定向辐射。

其中，所述馈源1材料采用铜。

其中，所述馈源1为天线宽带单极子馈源、天线宽带偶极子馈源、天线宽带单锥馈源或者天线宽带双锥馈源。

其中，所述反射器2为平板形状的铜质反射面板。

其中，所述反射器2为由两块铜质平板垂直相交而成的90°夹角式反射面板。

其中，所述反射器2为半圆弧面形状的铜质反射面板。

其中，所述第一夹具材料采用非金属聚四氟乙烯介质。

其中，所述第二夹具材料采用铜。

（三）有益效果

本发明和现有技术相对照，其效果是积极和明显的。本发明将馈源与反射面分割为两部分，仅反射面随随动360°旋转，从而实现高增益全向特性，去掉了常规天线普遍采用的旋转关节，这降低了天线近万元的成本；天线馈源采用直径较大单极天线的基本结构，使得天线可以接收或发射垂直极化电磁波且带宽较宽，满足天线在所需频段的极化及带宽要求；天线反射面采用90°夹角反射面，理论上馈源存在三个镜像，这使得天线的增益达到7.1dB，而常规全向单极子天线的增益小于2dB，天线的增益了大大的提高；天线增益得到提高，但是天线馈源本身及反射面的高度均小于0.3lamda，而常规高增益天线高度至少为2lamda，天线的特殊结构使得实际高度却得到了有效的缩减，在高增益的情况下实现了天线的小型化；当随动转动，由于处于静止状态的宽带单极子馈源的轴对称特性，可以使得天线在水平面360°范围内辐射场均匀分布；此外，本天线馈源可根据实际应用需求适当调整为偶极子、单锥、双锥等形式，反射面也可调整为半圆形、平板形反射面，应用场合灵活。

附图说明

图1是本发明不需要旋转关节的360°扫描天线总体结构示意图。

图2是本发明天线的剖面图。

图3是本发明天线的驻波比与频率的关系。

图4是本发明天线定向辐射的水平面方向图。

图5是本发明天线全向辐射的等效水平面方向图。

图6-1、图6-2及图6-3是本发明实施例多种可选馈源形式。

图7-1及图7-2是本发明实施例多种可选反射面形式。

图中：1.宽带单极子馈源；2.90°夹角反射面；3.随动机构；

3.a.随动机构转动轴；3.b.随动机构电机；4.第一夹具；

5.同轴连接器；6.同轴电缆外皮；7.同轴电缆内芯；8.第二夹具。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有技术的问题，本发明提供一种不需要旋转关节的360°扫描天线，所述天线包括：馈源1、反射器2、随动机构3、第一夹具4、同轴连接器5、同轴电缆以及第二夹具8；

其中，所述馈源1材料采用铜。

其中，所述反射器2为平板形状的铜质反射面板。

其中，所述反射器2为半圆弧面形状的铜质反射面板。

其中，所述第一夹具材料采用非金属聚四氟乙烯介质。

其中，所述第二夹具材料采用铜。

下面就具体实施例来详细说明。

实施例

本实施例的具体情况参见图1、图2所示，本实施例提供一种不需要旋转关节的360°扫描天线，由宽带单极子馈源1、90°夹角反射面2、随动机构3、夹角反射面与随动之间的第一夹具4、同轴连接器5、同轴电缆外皮6、同轴电缆内芯7、支撑馈源及连接器的第二夹具8共同构成。

宽带单极子馈源1所用材料为金属铜，其为粗的铜制金属单极子，中间有螺纹孔使得同轴电缆内芯7与之旋拧连接，二者通过螺钉固连在支撑馈源及连接器的第二夹具8上，该金属夹具所用材料为铜；90°夹角反射器2由两片铜制反射平板垂直相交而成，其通过夹角反射面与随动之间的第一夹具4及螺钉固连在随动机构转动轴3.a上，可以跟随动机构进行360°全方位转动；第一夹具4所选材料为非金属聚四氟乙烯介质；天线的随动机构3为定制产品，中间有通孔使得宽带单极子馈源1、同轴电缆、支撑馈源及连接器的第二夹具8通过，并且支撑馈源及连接器的第二夹具8与随动机构电机3.b通过螺钉固连，由此，天线单极子、同轴连接器固连在与随动底座相连的铜制金属夹具上；天线采用N型同轴连接器5连接馈电，同轴连接器为市售产品，选用的是陕西华达科技有限公司生产的N型同轴连接器N-50KF-C，它本身由同轴外导体、同轴介质、同轴内芯及同轴法兰组成，其特殊之处在于伸出的内芯有螺纹部分，它可以直接金属单极子1中部的螺纹孔旋拧在一起，同轴馈电端口的内芯与天线单极子相连接，从而使得整个天线成为一个整体。

在本实施例中，天线宽带单极子馈源1是起辐射作用的最主要部件，用于向空间辐射电磁波，当发射信号时，同轴连接器5通过连接的同轴电缆输入外接发射机的发射信号，同轴接头输出的能量激起天线宽带单极子馈源1上的表面电流，从而产生辐射，再通过90°夹角反射面2实现定向辐射；由于本发明将宽带单极子馈源1与90°夹角反射面2分割为两部分，仅90°夹角反射面2随随动旋转，从而去掉了价格昂贵的旋转关节，大大降低了天线的成本；由于所采用的金属单极子1直径较大，使得天线可以发射较宽带宽范围内的垂直极化电磁波；由于天线反射面采用90°夹角反射面2，理论上馈源存在三个镜像，使得天线的增益得到了较大的提高；由于天线宽带单极子馈源1与90°夹角反射面2高度均小于0.3lamda，使得天线的尺寸得到了有效的缩减，在高增益的情况下实现了天线的小型化；由于所采用的宽带单极子馈源1的轴对称特性，可以使得天线在水平面360度范围内扫描辐射场均匀分布。

参见图3、图4、图5所示为本实施例所能达到的技术指标，具体说明如下：

驻波比是天线的一个重要性能参数，它反映了被测天线的阻抗特性，也决定了天线的阻抗带宽。图3是本发明天线的驻波比VSWR与频率的关系。参见图3所示，在f_L～f_H的宽频范围内，天线的驻波比均小于2，分数带宽可达37%，这说明在该频段内天线可以良好的与50Ω同轴电缆匹配，从而保证天线具有较宽的阻抗带宽。

方向图是表征天线辐射特性与空间角度关系的图形。图4是本发明天线中心频率f₀处定向辐射的水平面方向图，图5是本发明天线在f_L、f₀、f_H三个频点全向辐射的等效水平面方向图。参见图4所示，本发明天线中心频率处定向辐射的水平面方向增益可达7.1dB，波束宽度82°；参见图5所示，天线在水平面360度的范围内扫描辐射场均匀全向分布，在整个工作频段范围内波动时，水平面增益浮动不超过1dB，方向图几乎保持不变。

参见图6-1、图6-2、图6-3、图7-1、图7-2所示，本天线馈源可根据实际应用需求适当调整为偶极子、单锥、双锥等形式，反射面也可调整为半圆形、平板形反射面，应用场合灵活。6-1、图6-2及图6-3是本实施例多种可选馈源形式，图6-1为馈源为偶极子，图6-2为馈源为单锥，图6-3为馈源为双锥；图7-1及图7-2是本实施例多种可选反射面形式，图7-1为反射面为半圆弧形，图7-2为反射面为平板。注：图中仅显示馈源及反射面。

综上，本发明提供一种用于无线通信且不需要旋转关节即可实现水平面360°扫描辐射的反射面天线。其解决常规的全向天线如单偶极子、刀型天线等增益较低，高增益全向天线如CoCo天线、CTS天线等占用体积空间过大，普通一维随动高增益定向天线旋转关节价格昂贵等问题。本发明用于发射和接收垂直极化电磁波，其结构简单，无需旋转关节，随动机构只需带动反射面转动，加工制作容易且成本得到了大大降低；天线的总体高度小于0.3lamda，增益可达7.1dB，有效缩小了高增益天线的高度（常规高增益天线高度至少为2lamda），实现了天线的小型化；该天线匹配容易带宽较宽，分数带宽可达37%，可直接用50Ω同轴线馈电；天线的扫描辐射场在水平面360度范围内分布均匀，可以实现良好的全向特性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种不需要旋转关节的360°扫描天线，其特征在于，所述天线包括：馈源（1）、反射器（2）、随动机构（3）、第一夹具（4）、同轴连接器（5）、同轴电缆以及第二夹具（8）；

所述随动机构（3）包括圆盘状的随动机构转轴（3.a）以及用于驱动随动机构转轴（3.a）旋转的随动机构电机（3.b）；所述随动机构转轴（3.a）的中央位置设置有贯通孔，所述随动机构转轴（3.a）边缘位置通过所述第一夹具（4）固定设置所述反射器（2）；

所述随动机构（3.a）的贯通孔内嵌入所述第二夹具（8），所述第二夹具（8）一端固定于所述随动机构电机（3.b）上；所述第二夹具（8）内设有中空空腔，所述中空空腔内上部固定设置所述同轴连接器（5），所述同轴连接器（5）上端固定连接所述馈源（1），所述同轴电缆一端从所述同轴连接器（5）下端穿入，与所述馈源（1）下端通过螺纹同轴固定连接；所述同轴电缆另一端连接外部发射机；

工作时，通过所述同轴电缆输入外接发射机的发射信号至馈源（1），同轴电缆输出的能量激起所述馈源（1）上的表面电流，从而向空间产生辐射电磁波；同时，随动机构电机（3.b）驱动随动机构转轴（3.a）带着反射器（2）作360°旋转，实现定向辐射。

2.如权利要求1所述的不需要旋转关节的360°扫描天线，其特征在于，所述馈源（1）材料采用铜。

3.如权利要求1所述的不需要旋转关节的360°扫描天线，其特征在于，所述馈源（1）为天线宽带单极子馈源、天线宽带偶极子馈源、天线宽带单锥馈源或者天线宽带双锥馈源。

4.如权利要求1所述的不需要旋转关节的360°扫描天线，其特征在于，所述反射器（2）为平板形状的铜质反射面板。

5.如权利要求1所述的不需要旋转关节的360°扫描天线，其特征在于，所述反射器（2）为由两块铜质平板垂直相交而成的90°夹角式反射面板。

6.如权利要求1所述的不需要旋转关节的360°扫描天线，其特征在于，所述反射器（2）为半圆弧面形状的铜质反射面板。

7.如权利要求1所述的不需要旋转关节的360°扫描天线，其特征在于，所述第一夹具材料采用非金属聚四氟乙烯介质。

8.如权利要求1所述的不需要旋转关节的360°扫描天线，其特征在于，所述第二夹具材料采用铜。