CN104466365B - 短波“动中通”谐振环天线 - Google Patents

Abstract

本发明属于“天线技术”领域，涉及一种车载短波通信天线，包括天线基架、矩形金属环、陶瓷真空可变电容、伽马耦合馈电结构，以及步进电机、绝对值编码器、控制电路。本发明所公布的短波“动中通”谐振环天线的主要优点在于阻抗匹配与天线一体化设计，天线馈电效率高，工作频率范围宽，外轮廓低；同等尺寸条件下，该谐振环天线具有比匹配类天线高得多的辐射效率。本发明提供的天线具有近垂直入射的能力，可有效解决短波通信盲区的问题。

Description

短波“动中通”谐振环天线

技术领域

本发明属于“天线技术”领域，涉及一种车载短波通信天线。

背景技术

传统短波车载天线多为鞭天线，鞭天线由于其方向图的限制，实际使用中不可避免的出现通信盲区。目前解决这一问题的方法主要有三种：一是加大电台发射功率，增大地波传输距离，从而减小短波通信盲区的范围；二是给鞭天线增加倒伏装置，提高天线辐射仰角，拉近天波第一跳落地点的距离，也可以减小短波通信盲区；三是利用近垂直入射原理，将原本垂直或倾斜的鞭天线弯曲使得末端接地，形成一个环形的回路，从而使天线具备高仰角辐射能力，消除理论上的通信盲区。

上述三种方法都能在一定程度上改善盲区通信效果，但都存在一些明显的缺点。第一种方法加大电台发射功率，对地波传输距离的提升效果有限，而且会因地质条件的不同导致通信效果差别较大；第二种方法通信时天线处于倒伏状态，车辆快速行进时会引起天线的剧烈晃动，导致通信质量不稳定，很难实现短波“动中通”的效果；第三种方法将鞭天线弯曲末端接地，使天线具有近垂直入射的能力，但其本质上仍属于匹配类天线，同等尺寸条件下，由于匹配网络的耗能和辐射体电流分布不均匀，会导致匹配类天线的辐射效率较低。

发明内容

根据背景技术涉及的技术问题，本发明提出了一种短波“动中通”谐振环天线，该天线根据“LC串联谐振原理”设计，具有轮廓低、结构简单、稳定可靠的特点，该天线不仅具有近垂直入射能力，还具有较高的辐射效率，可有效解决车载短波天线通信盲区的问题，并显著提升0～500公里范围内行进间的短波通信质量。

本发明提出的一种短波“动中通”谐振环天线，包括天线基架、矩形金属环、陶瓷真空可变电容、伽马耦合馈电结构，以及步进电机、绝对值编码器、控制电路。

天线基架采用金属材质制作，由铝管焊接成矩形框，外观似行李架，为天线的其它部分提供固定和支撑作用。矩形金属环为一边开放的半环形结构，矩形金属环的一端通过轴承固定于天线基架的一侧，矩形金属环的另一端经绝缘棒和轴承固定于天线基架的另一侧。矩形金属环连接绝缘棒的一端再经软铜带连接真空可变电容的一端，真空可变电容的另一端接天线基架。这样天线整体就形成了LC串联谐振回路，矩形金属环既是谐振回路的电感部分，也是整个天线的辐射部分。伽马耦合馈电结构是一个“Г”形铝带，铝带的一端固定于矩形金属环接天线基架的部分，铝带的另一端经软铜带接控制电路盒射频输出端。控制电路盒的输入端接电台射频电缆的输出端。步进电机和绝对值编码器与真空可变电容固定于同一个金属盒内，步进电机在控制电路的驱动下改变真空可变电容的容值大小，绝对值编码器用于记录真空可变电容的位置。

控制电路主要由频率检测模块、电压驻波比检测模块、电机驱动模块、电源转换模块，以及微处理器模块组成。电台发出的射频信号进入控制电路，电路实时检测输入信号的频率和输入电压驻波比，微处理器根据频率和电压驻波比以及绝对值编码器反馈的数值，控制步进电机按程序设定的方向旋转，改变真空可变电容的容值，使天线谐振于电台工作频率。在控制电路的作用下，步进电机带动真空可变电容从开始转动至停止转动，视为一次调谐，调谐后天线处于谐振状态即视为调谐成功。调谐成功后，天线进入正常工作状态。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的短波“动中通”谐振环天线，其中所述的伽马耦合馈电结构与真空可变电容分别置于矩形开口金属环的两端，要求电台馈电端远离电容端，使矩形金属环上的电流分布更加均匀，进而提高天线的辐射效率。

前述的短波“动中通”谐振环天线，其中所述的伽马耦合馈电结构为“Г”型铝片，起到耦合馈电和阻抗匹配的作用，具有很高的馈电效率，能在较宽的频率范围内实现阻抗匹配。

前述的短波“动中通”谐振环天线，其中所述的控制电路盒，其内部无任何用于阻抗匹配的加载电容或加载电感，控制电路盒上同轴线接口的内导体直接通过一段导线连接伽马耦合馈电结构，没有串联或并联任何电感或电容。

前述的短波“动中通”谐振环天线，其中所述的可变电容为陶瓷真空可变电容，具有较高的耐压值，工作电压不小于7.5KV。

前述的短波“动中通”谐振环天线，其中所述的天线谐振频率由矩形金属环尺寸和真空可变电容容值范围决定。矩形金属环尺寸确定之后，天线谐振频率范围由所选真空可变电容容值范围决定。优选地，矩形金属环长度确定为2米，选用真空可变电容容值范围为10～1500pF，天线谐振频率范围（即天线工作频率范围）包含3～15MHz。

总之，本发明的短波“动中通”谐振环天线的主要优点在于阻抗匹配与天线一体化设计，外轮廓低，天线馈电效率高，工作频率范围宽；同等尺寸条件下，该谐振环天线具有比匹配类天线高得多的辐射效率。本发明提供的天线具有近垂直入射的能力，可有效解决短波通信盲区的问题。

附图说明

图为本发明提出的一种短波“动中通”谐振环天线的结构图。

具体实施方式

本实施例是一种短波“动中通”谐振环天线，如附图示，本实施例中的天线包括天线基架1、矩形金属环2、玻璃钢绝缘棒3、电容固定金属盒4、 伽马耦合馈电结构5、控制电路金属盒6、陶瓷真空可变电容7、步进电机8、绝对值编码器9、控制信号电缆10、同轴线接口11组成。

天线基架1为金属结构，起到固定与连接天线其它结构的作用。矩形金属环2由垂直杆2A、水平杆2B 、垂直杆2C，以及倒L形铝带2D组成，垂直杆2A的一端与天线基架1的一端连接，垂直杆2C与天线基架1的另一端用玻璃钢绝缘棒3连接。倒L形铝带2D与陶瓷真空可变电容7的一端用软铜带连接，真空电容7的另一端与电容固定金属盒4连接，电容固定金属盒4与天线基架1连接。天线基架1、矩形金属环2、真空可变电容7形成LC串联谐振回路，其中电感为矩形金属环2和天线基架1组成的环形回路。

陶瓷真空电容7与步进电机8和绝对值编码器9之间用传动皮带连接。步进电机8、绝对值编码器9、陶瓷真空电容7均安装在电容固定金属盒4内部。步进电机8和绝对值编码器9经控制信号电缆10连接至控制电路金属盒6内部的控制电路。控制电路包含微处理器和相关电路模块及程序，微处理器通过驻波比检测电路反馈的输入电压驻波比及绝对值编码器9反馈的电容位置数据来控制步进电机8的运转，进而改变电容容值，使天线在不同频率上谐振。

同轴线接口11接电台射频信号输出电缆，同轴线接口11的外导体与控制电路金属盒连接导通。在控制电路金属盒6的内部，同轴线接口11的内导体穿过驻波比检测电路的磁环，并在控制电路金属盒6的中部经过铜柱和软铜带与伽马耦合馈电结构5连接。

当电台发出的射频信号经同轴线接口11、控制电路金属盒6和伽马耦合馈电结构5，进入由天线基架1、矩形金属环2、真空可变电容7组成的LC谐振回路，控制电路金属盒6内部的驻波比检测电路检测输入电压驻波比。微处理电路根据预先设定的程序和电压驻波比、绝对值编码器9反馈的数据，经电机驱动电路控制步进电机8的运转，步进电机8 带动真空可变电容7转动，从而改变LC串联谐振回路的电容容值大小，进而改变谐振回路（天线）的谐振频率，使天线谐振频率与电台发出信号的频率一致。一般地，该天线谐振时通常驻波比较小，故通过检测输入电压驻波比来衡量天线谐振情况。由于该天线尺寸（长度不超过3米，高度不超过0.7米）远小于工作频率的波长，属于电小天线，因此该天线具有很高的品质因数（Q值）。

根据LC串联谐振电路的特点可知，谐振时电路中电容的端电压为回路输入电压的Q倍（Q为谐振电路的品质因数）。因此，天线发射状态下，陶瓷真空可变电容7两端的电压值为伽马耦合馈电结构5以耦合方式馈入谐振回路电压的Q倍。陶瓷真空可变电容7与伽马耦合馈电结构5分置于矩形金属环2的两端，有助于改善作为辐射体的矩形金属环2上的电流分布，获得较好的辐射方向图和通信效果。

以上所述，仅为本发明的一个较为优秀的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，凡是根据本发明的原理进行的等效变换形成的技术方案，都在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.短波“动中通”谐振环天线，其特征在于：包括天线基架(1)、矩形金属环(2)、玻璃钢绝缘棒(3)、电容固定金属盒(4)、伽马耦合馈电结构(5)、控制电路金属盒(6)、陶瓷真空可变电容(7)、步进电机(8)、绝对值编码器(9)、控制信号电缆(10)、同轴线接口(11)；

天线基架(1)为金属结构，起到固定与连接天线其它结构的作用；矩形金属环(2)由垂直杆(2A)、水平杆(2B)、垂直杆(2C)，以及倒L形铝带(2D)组成，垂直杆(2A)的一端与天线基架(1)的一端连接，垂直杆(2C)与天线基架(1)的另一端用玻璃钢绝缘棒(3)连接；倒L形铝带(2D)与陶瓷真空可变电容(7)的一端用软铜带连接，真空电容(7)的另一端与电容固定金属盒(4)连接，电容固定金属盒(4)与天线基架(1)连接；天线基架(1)、矩形金属环(2)、真空可变电容(7)就形成LC串联谐振回路，其中电感为矩形金属环(2)和天线基架(1)组成的环形回路；

真空可变电容(7)与步进电机(8)和绝对值编码器(9)之间用传动皮带连接；步进电机(8)、绝对值编码器(9)、陶瓷真空电容(7)均安装在电容固定金属盒(4)内部；步进电机(8)和绝对值编码器(9)经控制信号电缆(10)连接至控制电路金属盒(6)内部的控制电路；控制电路内含有微处理器和相关电路模块及程序，微处理器通过驻波比检测电路反馈的输入电压驻波比及绝对值编码器(9)反馈的电容位置数据来控制步进电机(8)的运转，进而改变电容容值，使天线在不同频率上谐振；

伽马耦合馈电结构(5)与陶瓷真空可变电容(7)两者分别置于矩形开口金属环的两端，电台馈电端远离电容端，使矩形金属环上的电流分布更加均匀，进而提高天线的辐射效率。

2.根据权利要求1所述的短波“动中通”谐振环天线，其特征在于：伽马耦合馈电结构(5)为“Г”型铝片，起到耦合馈电和阻抗匹配的作用。

3.根据权利要求1所述的短波“动中通”谐振环天线，其特征在于：控制电路金属盒(6)内部无任何用于阻抗匹配的加载电容或加载电感，即控制电路盒上同轴线接口的内导体直接通过一段导线连接伽马耦合馈电结构，而没有串联或并联任何电感或电容。

4.根据权利要求1所述的短波“动中通”谐振环天线，其特征在于：陶瓷真空可变电容(7)具有较高的耐压值，工作电压不小于7.5KV。

5.根据权利要求1所述的短波“动中通”谐振环天线，其特征在于：天线谐振频率由矩形金属环(2)的尺寸和陶瓷真空可变电容(7)的容值范围共同决定；矩形金属环(2)尺寸根据天线载体大小确定之后，天线谐振频率范围由所选陶瓷真空可变电容(7)的容值范围决定。