專利名稱：一種限制空間安裝的低成本寬帶垂直極化uhf波段天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種寬頻帶UHF波段天線。
背景技術(shù)：
目前，常用便攜式移動平臺上UHF波段通信線多以“J”型偶極子、盤錐或偶極子天線為主。“J”型偶極子天線以四分之三波長的主陣子為天線的基本輻射單元，通過主陣子旁邊引入四分之一波長的匹配陣子結(jié)構(gòu)完成整體系統(tǒng)與50歐姆饋電的匹配。根據(jù)普通偶極子匹配模式，W. B. Freely 最早在《A Two meter J Antenna)) (ff. B. Freely, A Twometer J Antenna [J] QS T, April, 1977)—文中提出了對該天線的設(shè)計?！癑”型偶極子天線具有結(jié)構(gòu)簡單，容易調(diào)諧等特性，但是它往往工作頻帶帶寬較窄(小于5%)，一般情況下為點頻工作，通過普通的增加帶寬措施難以起到效果，在UHF頻段尤其無法滿足寬帶通信的要求。另一種盤錐天線由一個導(dǎo)體圓盤和一個導(dǎo)體圓錐構(gòu)成，天線圓盤直徑與椎體高度近似為二分之一波長，因此在較低頻段工作時天線整體安裝尺寸偏大，架設(shè)及安裝很難滿足移動平臺上小型化、便攜化的要求。普通偶極子天線不論是采用套筒，還是反射地網(wǎng)形式，工作在UHF頻帶時其物理安裝尺寸均偏大，Brown G. H.和O. M. Woodward (Brown G. H. , O.M. Woodward, Experimentally Determined Radiation Characteristics of Conical andTriangular Antennas [J], RCA Review, Vol. 13, December 1952，PP. 425-452.)提出一種“蝶”型超寬帶偶極子天線，但是該天線采用平行雙線饋電不能滿足于普通50歐姆的射頻同軸電纜直接匹配互聯(lián)的需求。另外，在有些移動測控通信領(lǐng)域中，UHF通信頻率范圍內(nèi)，為擴(kuò)展通信控制距離，除了滿足天線垂直極化輻射、寬頻帶通信要求，同時也必須滿足隱蔽式、限制空間、小型化等特性，新的垂直極化、全向、寬頻帶，尤其是限制空間安裝的具有較高增益的移動測控通信天線的設(shè)計日趨重要。 發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)不能滿足在UHF波段通信系統(tǒng)天線在移動平臺上限制空間、小型化安裝的要求，本發(fā)明提供一種限制空間安裝的低成本寬頻帶UHF波段天線，天線輻射陣子本體采用普通單面PCB覆銅板加工制作，采用正反向平衡饋電原理設(shè)計天線與50歐射頻電纜的饋電端口，通過優(yōu)化天線陣子結(jié)構(gòu)及饋電端口的尺寸達(dá)到了在UHF波段內(nèi)天線與50歐射頻電纜實現(xiàn)簡單直連并寬頻帶工作的要求。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括天線陣子、正向直連連接電纜、反向平衡連接線、線纜固定卡子和射頻連接件。天線陣子采用單面覆銅PCB板，天線輻射本體由覆銅面刻蝕形成；天線輻射陣子由左右鏡像對稱的兩節(jié)構(gòu)成，每節(jié)均分為上、下兩部分，每節(jié)高度均為四分之一波長；每節(jié)的頂端到其高度的三分之二處構(gòu)成上面部分，呈矩形，寬度為八分之一波長；每節(jié)高度的三分之二處到其底端構(gòu)成下面部分，由上至下呈三角形收口漸變形式；兩節(jié)底端間距為波長的百分之二，在兩節(jié)底端一側(cè)距離百分之二處，對稱于天線輻射陣子的幾何中心線兩邊各開有一個通孔作為天線饋電電纜的固定安裝孔，兩通孔間距為1. 5倍天線饋電電纜外絕緣層的直徑。每節(jié)底端中心向上百分之二波長處開有一個天線的饋電通孔，天線輻射陣子金屬邊沿到天線陣子外沿的距離為百分之五波長。天線饋電電纜位于含有天線饋電電纜固定安裝孔位的一側(cè)，電纜與天線連接的一端將外導(dǎo)體層、中間介質(zhì)層和中心導(dǎo)體逐層剝離出來，外漏的中心導(dǎo)體向一側(cè)呈90度角彎折，并從天線陣子無覆銅的一面穿入任意一個天線輻射陣子的饋電通孔后與該節(jié)天線輻射陣子錫焊。剝?nèi)∫还?jié)與該天線饋電電纜型號相同的電纜的中心導(dǎo)體構(gòu)成反向平衡連接線，其剝?nèi)￠L度為百分之五波長，并從一端往上百分之二波長處向一側(cè)呈90度彎折，被彎折部分長度為百分之三波長，將其百分之二波長部分與天線饋電電纜外漏的外導(dǎo)體層均勻錫焊，被彎折的百分之三波長部分與天線饋電電纜外漏并被彎折的中心導(dǎo)體部分在同一平面內(nèi)，彎折方向相反，其余部分從天線陣子無覆銅的一面穿入另一個天線陣子的饋電通孔后與該節(jié)天線輻射陣子錫焊。天線饋電電纜在電纜上端靠近外漏的外導(dǎo)體下端通過線纜固定卡子固定在天線陣子無覆銅的一面。
所述的天線陣子采用FR-4型號的單面覆銅PCB板。所述的天線饋電電纜采用滿足SMA-JB3系列接頭安裝要求的50歐同軸饋電電纜。所述的天線饋電電纜剝離后，外導(dǎo)體層外漏長度為百分之二波長，中間介質(zhì)層外漏長度高于外導(dǎo)體層1mm，中心導(dǎo)體外漏長度為百分之三波長。所述的線纜固定卡子為特氟隆材質(zhì)的立方體，厚度為5mm，長度為百分之五波長，寬度為百分之二波長，在幾何中心處兩邊各開有一個直徑為M3大小的通孔，兩通孔間距為1. 5倍天線饋電電纜外絕緣層的直徑。其將天線饋電電纜通過天線陣子上對應(yīng)天線饋電電纜固定安裝孔，將天線饋電電纜固定安裝。所述的射頻連接件為SMA-KB3射頻連接件。本發(fā)明的有益效果是由于采用中心反向平衡饋電方式，陣子輻射體漸變形過渡設(shè)計起到平衡電流，擴(kuò)展工作帶寬，控制天線輻射方向的作用。另外，采用PCB板設(shè)計使得天線在縱向的安裝尺寸要求較小，滿足了隱蔽式、狹窄空間安裝的要求。通過采用以上設(shè)計使得天線滿足在UHF工作頻段垂直極化、全向輻射要求，天線增益達(dá)1. 5dB，天線3dB波束寬度為65°，駐波2以下頻帶寬度近25%。

圖1是本發(fā)明的示意圖；圖2是本發(fā)明的爆炸示意圖；圖3是本發(fā)明的底視圖；圖4是本發(fā)明的側(cè)視圖；圖5是本發(fā)明的駐波比圖；圖6是本發(fā)明的E面方向圖；圖中，1.天線陣子，2.正向直連連接電纜，3.反向平衡連接線，4.線纜固定卡子，5.線纜固定卡子安裝螺栓組件，6.射頻連接件。
具體實施方式
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括天線陣子、正向直連連接電纜、反向平衡連接線、線纜固定卡子和射頻連接件。天線陣子采用普通FR-4型號的單面覆銅PCB板制作，天線輻射本體由覆銅面刻蝕形成。天線輻射陣子由左右鏡像對稱的兩節(jié)構(gòu)成，每節(jié)的形式一樣分為上、下兩部分，兩部分總高度均為四分之一波長。由單節(jié)陣子的頂端到單節(jié)陣子總高度的三分之二處構(gòu)成上面部分，其總體呈矩形，寬度為八分之一波長。由單節(jié)陣子總高度的三分之二處到單節(jié)陣子底端構(gòu)成單節(jié)陣子的下面部分。下面部分的總高度占單節(jié)陣子總高度的三分之一， 從單節(jié)陣子總高度的三分之二處到單節(jié)陣子的底端呈三角形收口漸變形式，此三角型的夾角度數(shù)由天線優(yōu)化計算結(jié)果確定。兩節(jié)天線輻射陣子底端之間間距為波長的百分之二，在兩節(jié)天線輻射陣子底端一側(cè)，距離為百分之二的天線陣子上對稱于幾何中心線兩邊各開有一個直徑為M3的通孔作為天線饋電電纜的固定安裝孔，兩通孔間距為1. 5倍天線饋電電纜外絕緣層的直徑。從單節(jié)陣子底端中心處向上百分之二波長處開有一個直徑為Imm的通孔，作為天線的饋電通孔，天線輻射陣子金屬邊沿到天線陣子邊外沿的距離為百分之五波長。天線饋電電纜位于含有天線饋電電纜固定安裝孔位的一偵牝采用標(biāo)準(zhǔn)的能夠滿足SMA-JB3系列接頭安裝要求的50歐同軸饋電電纜，電纜上端(與天線連接端)須將外導(dǎo)體層、中間介質(zhì)層和中心導(dǎo)體逐層剝離出來使外導(dǎo)體層外漏長度為百分之二波長，中間介質(zhì)層外漏長度應(yīng)高于外導(dǎo)體層1mm，中心導(dǎo)體外漏長度為百分之三波長。外漏的中心導(dǎo)體應(yīng)在不傷害外漏的中間介質(zhì)層的情況下向一側(cè)呈90度角彎折，并從天線陣子背面(無覆銅的一面)穿入任意一個天線陣子的饋電通孔后與該節(jié)天線輻射陣子錫焊。再單獨剝?nèi)∫还?jié)與該天線饋電同軸電纜型號相同的電纜中的中心導(dǎo)體構(gòu)成反向平衡連接線，其剝?nèi)￠L度為百分之五波長，并從一端往上百分之二波長處向一側(cè)呈90度彎折，被彎折部分長度為百分之三波長，將其百分之二波長部分與天線饋電電纜外漏的外導(dǎo)體層均勻錫焊，并保證其被彎折的百分之三波長部分與天線饋電電纜外漏并被彎折的中心導(dǎo)體部分在同一平面內(nèi)，彎折方向相反，再將其余部分從天線陣子背面(無覆銅的一面)穿入另一個天線陣子的饋電通孔后與該節(jié)天線輻射陣子錫焊。天線饋電電纜在電纜上端靠近外漏的外導(dǎo)體下端通過線纜固定卡子被固定安裝在天線陣子背面(無覆銅的一面)。所述的線纜固定卡子為特氟隆材質(zhì)的立方體，厚度為5mm，長度為百分之五波長，寬度為百分之二波長，在幾何中心處兩邊各開有一個直徑為M3大小的通孔，兩通孔間距為1.5倍天線饋電電纜外絕緣層的直徑。其將天線饋電電纜通過天線陣子上對應(yīng)天線饋電電纜固定安裝孔，將天線饋電電纜固定安裝。所述的射頻連接件為市售的SMA-KB3射頻連接件。
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。通過不斷地優(yōu)化調(diào)整天線陣子的總高度、單節(jié)陣子中上面矩形部分與下面三角形部分的高度及三角形部分的夾角度數(shù)可以獲得滿足駐波及方向圖要求的天線方案，具體實施方式
如下圖1為本發(fā)明一種限制空間安裝的低成本寬帶垂直極化UHF波段天線結(jié)構(gòu)的示意圖。天線陣子I采用厚度為1. 5mm，覆銅厚度為O. 035mm，長為197mm，寬為64mm的單面FR4型號的PCB板。天線陣子輻射體總高度為87mm，上面矩形部分長62mm，寬為44mm，下面三角形夾角為45度。兩節(jié)天線輻射陣子底端之間間距為10mm，在兩節(jié)天線輻射陣子底端一偵牝距離為15mm的天線陣子上對稱于幾何中心線兩邊各開有一個直徑為M3的通孔作為正向直連連接電纜2的固定安裝孔，兩通孔間距為6mm。從單節(jié)陣子底端中心處向上8mm處開有一個直徑為Imm的通孔，作為天線的饋電通孔，天線輻射陣子金屬邊沿到天線陣子邊外沿的距離為10mm。圖2是本發(fā)明一種限制空間安裝的低成本寬帶垂直極化UHF波段天線結(jié)構(gòu)裝置示意圖。正向直連連接電纜2上端(與天線連接端)須將外導(dǎo)體層、中間介質(zhì)層和中心導(dǎo)體逐層剝離出來使外導(dǎo)體層外漏長度為10_，中間介質(zhì)層外漏長度應(yīng)高于外導(dǎo)體層1_，中心導(dǎo)體外漏長度為12mm。外漏的中心導(dǎo)體應(yīng)在不傷害外漏的中間介質(zhì)層的情況下向一側(cè)呈90度角彎折，并從天線陣子背面(無覆銅的一面)穿入任意一個天線陣子的饋電通孔后與該節(jié)天線輻射陣子錫焊。再單獨剝?nèi)∫还?jié)與正向直連連接電纜2型號相同的電纜中的中心導(dǎo)體構(gòu)成反向平衡連接線3，其剝?nèi)￠L度為16mm，并從一端往上IOmm處向一側(cè)呈90度彎折，被彎折部分長度為6mm，將其IOmm長部分與天線饋電電纜外漏的外導(dǎo)體層均勻錫焊，并保證其被彎折的6mm部分與正向直連連接電纜2外漏并被彎折的中心導(dǎo)體部分在同一平面內(nèi)，彎折方向相反，再將其余部分從天線陣子I背面(無覆銅的一面)穿入另一個天線陣子I的饋電通孔后與該節(jié)天線輻射陣子錫焊。射頻連接件6SMA-KB3為市售標(biāo)準(zhǔn)射頻連接件，通過線纜固定卡子4和安裝螺栓組件5固定安裝天線陣子I上。線纜固定卡子4為特氟隆·材質(zhì)的立方體,厚度為5mm,長度為15mm,寬度為IOmm,在幾何中心處兩邊各開有一個直徑為M3大小的通孔，兩通孔間距為6mm。其將正向直連連接電纜2通過天線陣子上對應(yīng)正向直連連接電纜2固定安裝孔，將正向直連連接電纜2固定安裝。
權(quán)利要求1.一種限制空間安裝的低成本寬帶垂直極化UHF波段天線，包括天線陣子、正向直連連接電纜、反向平衡連接線、線纜固定卡子和射頻連接件，其特征在于天線陣子采用單面覆銅PCB板，天線輻射本體由覆銅面刻蝕形成；天線輻射陣子由左右鏡像對稱的兩節(jié)構(gòu)成，每節(jié)均分為上、下兩部分，每節(jié)高度均為四分之一波長；每節(jié)的頂端到其高度的三分之二處構(gòu)成上面部分，呈矩形，寬度為八分之一波長；每節(jié)高度的三分之二處到其底端構(gòu)成下面部分，由上至下呈三角形收口漸變形式；兩節(jié)底端間距為波長的百分之二，在兩節(jié)底端一側(cè)距離百分之二處，對稱于天線輻射陣子的幾何中心線兩邊各開有一個通孔作為天線饋電電纜的固定安裝孔，兩通孔間距為1. 5倍天線饋電電纜外絕緣層的直徑；每節(jié)底端中心向上百分之二波長處開有一個天線的饋電通孔，天線輻射陣子金屬邊沿到天線陣子外沿的距離為百分之五波長；天線饋電電纜位于含有天線饋電電纜固定安裝孔位的一側(cè)，電纜與天線連接的一端將外導(dǎo)體層、中間介質(zhì)層和中心導(dǎo)體逐層剝離出來，外漏的中心導(dǎo)體向一側(cè)呈90度角彎折，并從天線陣子無覆銅的一面穿入任意一個天線輻射陣子的饋電通孔后與該節(jié)天線輻射陣子錫焊；剝?nèi)∫还?jié)與該天線饋電電纜型號相同的電纜的中心導(dǎo)體構(gòu)成反向平衡連接線，其剝?nèi)￠L度為百分之五波長，并從一端往上百分之二波長處向一側(cè)呈90度彎折，被彎折部分長度為百分之三波長，將其百分之二波長部分與天線饋電電纜外漏的外導(dǎo)體層均勻錫焊，被彎折的百分之三波長部分與天線饋電電纜外漏并被彎折的中心導(dǎo)體部分在同一平面內(nèi)，彎折方向相反，其余部分從天線陣子無覆銅的一面穿入另一個天線陣子的饋電通孔后與該節(jié)天線輻射陣子錫焊；天線饋電電纜在電纜上端靠近外漏的外導(dǎo)體下端通過線纜固定卡子固定在天線陣子無覆銅的一面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限制空間安裝的低成本寬帶垂直極化UHF波段天線，其特征在于所述的天線陣子采用FR-4型號的單面覆銅PCB板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限制空間安裝的低成本寬帶垂直極化UHF波段天線，其特征在于所述的天線饋電電纜采用滿足SMA-JB3系列接頭安裝要求的50歐同軸饋電電纜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限制空間安裝的低成本寬帶垂直極化UHF波段天線，其特征在于所述的天線饋電電纜剝離后，外導(dǎo)體層外漏長度為百分之二波長，中間介質(zhì)層外漏長度高于外導(dǎo)體層1mm，中心導(dǎo)體外漏長度為百分之三波長。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限制空間安裝的低成本寬帶垂直極化UHF波段天線，其特征在于所述的線纜固定卡子為特氟隆材質(zhì)的立方體，厚度為5mm，長度為百分之五波長，寬度為百分之二波長，在幾何中心處兩邊各開有一個直徑為M3大小的通孔，兩通孔間距為1. 5倍天線饋電電纜外絕緣層的直徑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的限制空間安裝的低成本寬帶垂直極化UHF波段天線，其特征在于所述的射頻連接件為SMA-KB3射頻連接件。
專利摘要本實用新型公開了一種限制空間安裝的低成本寬帶垂直極化UHF波段天線，包括天線陣子、正向直連連接電纜、反向平衡連接線、線纜固定卡子和射頻連接件，天線輻射陣子本體采用普通單面PCB覆銅板加工制作，采用正反向平衡饋電原理設(shè)計天線與50歐射頻電纜的饋電端口，通過優(yōu)化天線陣子結(jié)構(gòu)及饋電端口的尺寸達(dá)到了在UHF波段內(nèi)天線與50歐射頻電纜實現(xiàn)簡單直連并寬頻帶工作的要求。
文檔編號H01Q1/38GK202888401SQ20122023403
公開日2013年4月17日 申請日期2012年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月23日
發(fā)明者張朋, 劉春陽, 袁俊 申請人:西北工業(yè)大學(xué)