CN113363713A - 一种vhf全向天线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种VHF全向天线，天线包括馈线、上套筒组件、金属弹簧、下套筒组件和射频连接器，金属弹簧的两端分别与下套筒组件和上套筒组件连接，馈线依次穿过上套筒组件、金属弹簧和下套筒组件的内部，金属弹簧使上套筒组件的表面电流和下套筒组件的表面电流一致并相位相同，上、下套筒组件取鉴小型化的λ/4波长单极子天线理论，将高增益的λ/2波长偶极子理论天线长度压缩，实现了短波VHF全向天线的小型化、超宽带和高增益。

Description

一种VHF全向天线
技术领域
本发明无线通信领域，特别是涉及一种VHF全向天线。
背景技术
现有全向天线技术主要有三种，第一种是采用λ/2波长偶极子实现，如：CN201821536751.5；该天线包括支撑导管，内设有馈电芯线；扼流管振子对，所述扼流管振子对包括套设在所述支撑导管上的两个扼流管振子；以及振子固定座，固设于所述支撑导管。第二种是采用λ/4波长单极子实现，如：CN201811492036.0；该天线包括异形金属单极子、圆环介质垫片、台阶式介质隔离垫片、金属底板、金属垫片以及同轴馈电连接器；所述异形金属单极子上下部一体化，中间有螺纹孔；所述圆环介质垫片中间有通孔，上部紧邻异形金属单极子底部，下部紧邻同轴连接器介质层；所述台阶式介质隔离垫片中间有孔洞，可以依次压住异形金属单极子及圆环介质垫片；所述金属底板直接压接在台阶式介质隔离垫片；所述金属底板上部设有螺钉孔，用于天线与载体固定连接，下部螺钉孔用于金属底板与金属垫片连接；所述金属垫片中间有通孔；所述同轴馈电连接器，穿过圆环介质垫片与异形金属单极子内螺纹旋拧连接，金属垫片通过螺钉固定连接。第三种是采用定向天线背背相靠合围而成，如：CN201821536751.5；该天线包括第一天线阵列和第二天线阵列，所述第一天线阵列包括三面第一子天线，所述第二天线阵列包括三面第二子天线，所述第一子天线和第二子天线交错间隔设置形成六边形。
而这三种技术均存在缺点，CN201821536751.5的缺点是尺寸大且带宽仅有15.25％带宽，因该天线属于λ/2波长套筒偶极子天线理论范畴，该理论无法实现小型化和超宽带目的；CN201811492036.0的缺点是带宽仅有17％带宽，因λ/4波长单极子依赖金属底板镜像，实现偶极子天线电气特征，故整个天线直径过大，无法实现小型化和超宽带目的；CN201821536751.5的缺点是整体尺寸过大，因采用定向天线背背相靠合围而成，故无法实现小型化目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种VHF全向天线，以实现短波VHF全向天线的小型化和超宽带。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种VHF全向天线，所述天线包括：馈线、上套筒组件、金属弹簧、下套筒组件和射频连接器；
金属弹簧的两端分别与下套筒组件的一端和上套筒组件的一端连接；所述下套筒组件的另一端与射频连接器的外壳连接；
所述馈线依次穿过上套筒组件、金属弹簧和下套筒组件的内部，所述馈线一端的芯线与射频连接器内部的导体连接，所述馈线另一端的芯线锡焊接在上套筒组件的另一端，所述馈线的另一端作为VHF全向天线的辐射端或接收端；
所述金属弹簧用于使上套筒组件的表面电流和下套筒组件的表面电流一致并相位相同。
可选的，所述天线还包括：环氧树脂管；
所述环氧树脂管设置于所述金属弹簧的内部，所述馈线穿过所述环氧树脂管的内部；
所述环氧树脂管的两端分别与下套筒组件的一端和上套筒组件的一端连接。
可选的，所述上套筒组件包括：第一铜管、第二铜管和第一金属堵头；
所述第二铜管套设在第一铜管上，第二铜管的一端和第一铜管的一端均连接在所述第一金属堵头的一端；
所述金属弹簧套设在所述第一金属堵头上，所述环氧树脂管的一端与所述第一金属堵头的另一端连接；
所述馈线依次穿过第一铜管和第一金属堵头，所述馈线另一端的芯线锡焊接在第一铜管的另一端。
可选的，所述第一金属堵头包括：第一阻挡部、第二阻挡部和封堵部；
所述第一阻挡部的上部设置第二阻挡部，第二阻挡部的上部设置封堵部；第一阻挡部、第二阻挡部和封堵部的外径依次减小；第一阻挡部、第二阻挡部和封堵部的内部为直径相同且同轴的中空状的圆柱；
所述第一铜管的直径与所述中空状的圆柱的直径相同，第一铜管锡焊在第一阻挡部的下部，第一铜管与所述中空状的圆柱同轴；第二铜管铆压在第一阻挡部的外壁上；所述馈线依次穿过第一铜管和所述中空状的圆柱；
金属弹簧锡焊在第二阻挡部的外壁上；
封堵部抵入环氧树脂管的一端，所述第二阻挡部的上表面为肩部，所述肩部与环氧树脂管一端的断面相抵。
可选的，所述第一铜管的直径为8mm、长为325mm；
所述第二铜管的直径为18mm、长为300mm；
所述第一金属堵头的内径为8mm、高为20mm。
可选的，所述下套筒组件包括：第三铜管、第四铜管和第二金属堵头；
所述第四铜管套设在第三铜管上，第四铜管的一端和第三铜管的一端均连接在所述第二金属堵头的一端；
所述金属弹簧套设在所述第二金属堵头上，所述环氧树脂管的另一端与所述第二金属堵头的另一端连接；
所述馈线依次穿过第二金属堵头和第三铜管。
可选的，所述第三铜管的直径为8mm、长为410mm；
所述第四铜管的直径为18mm、长为200mm；
所述第二金属堵头的内径为8mm、高为20mm。
可选的，所述金属弹簧是由一直径2mm、长2.65m的铜丝绕制而成；
所述金属弹簧的直径为18mm；
所述金属弹簧的有效圈数为60圈，相邻两圈的间距为10.9mm。
可选的，所述环氧树脂管的外径为13mm，内径为11mm，长为650mm。
可选的，所述馈线为SYV-50-7电缆，长1400mm。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种VHF全向天线，金属弹簧的两端分别与下套筒组件和上套筒组件连接，馈线依次穿过上套筒组件、金属弹簧和下套筒组件的内部，金属弹簧使上套筒组件的表面电流和下套筒组件的表面电流一致并相位相同，上、下套筒组件取鉴小型化的λ/4波长单极子天线理论，将高增益的λ/2波长偶极子理论天线长度压缩，实现了短波VHF全向天线的小型化、超宽带和高增益。
本发明中上、下套筒组件和金属弹簧与射频连接器，可使天线直流接地，以达到大功率输入目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种VHF全向天线的结构图；
图2为本发明提供的天线表面电流的示意图；
图3为本发明提供的上套筒组件的结构图；
图4为本发明提供的下套筒组件的结构图；
图5为本发明提供的金属堵头的结构图；
图6为本发明提供的馈线芯线的馈电位置图；
图7为本发明提供的金属弹簧与环氧树脂管的放大图；
图8为本发明提供的等效电路图；图8(a)为上套筒组件的等效电路图，图8(b)为下套筒组件的等效电路图，图8(c)为VHF全向天线的等效电路图；
图9为本发明提供的天线驻波图；
图10为本发明提供的70MHz时的天线增益方向图；
图11为本发明提供的81MHz时的天线增益方向图；
图12为本发明提供的92MHz时的天线增益方向图；
符号说明：1-射频连接器，2-下套筒组件，3-金属弹簧，4-上套筒组件，5-馈线，6-环氧树脂管，I-第三铜管，Π-第四铜管，Ш-第二金属堵头，Ⅳ-第一铜管，Ⅴ-第二铜管，Ⅵ-第一金属堵头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种VHF全向天线，以实现短波VHF全向天线的小型化和超宽带。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明为解决市场对短波VHF(Very High Frequency，甚高频)天线小型化、高增益、超宽带和大功率全向天线的日益需求，提供了一种VHF全向天线，如图1所示，天线包括：馈线5、上套筒组件4、金属弹簧3、下套筒组件2和射频连接器1。
金属弹簧3的两端分别与下套筒组件2的一端和上套筒组件4的一端连接；下套筒组件2的另一端与射频连接器1的外壳连接；
馈线5依次穿过上套筒组件4、金属弹簧3和下套筒组件2的内部，馈线5一端的芯线与射频连接器1内部的导体连接，馈线5另一端的芯线锡焊接在上套筒组件4的另一端，馈线5的另一端作为VHF全向天线的辐射端或接收端；
金属弹簧3用于使上套筒组件4的表面电流和下套筒组件2的表面电流一致并相位相同。如图2所示，上、下套筒组件2取鉴小型化的λ/4波长单极子天线理论，将高增益的λ/2波长偶极子理论天线长度压缩，此时上、下套筒组件2表面电流呈反向、相位相反，天线辐射波束杂乱无章，而在上、下套筒组件2间连接金属弹簧3，可使得上、下套筒组件2表面电流一致，相位相同，达到高增益、超宽带和小型化目的。此时上、下套筒组件2等效电路如图8(a)和(b)。
上、下套筒组件2和金属弹簧3与射频连接器1，可使天线直流接地，以达到大功率输入目的。
天线的等效电路如图8(c)所示。图8中U表示电源电压，I1表示上套筒组件4流过的电流，ZL1表示上套筒组件4的等效阻抗，I2表示下套筒组件2流过的电流，ZL2表示下套筒组件2的等效阻抗，ZL3表示金属弹簧3段馈线5的等效阻抗，I表示电源输出电流。
如图7所示，天线还包括：环氧树脂管6；环氧树脂管6设置于金属弹簧3的内部，馈线5穿过环氧树脂管6的内部；环氧树脂管6的两端分别与下套筒组件2的一端和上套筒组件4的一端连接。环氧树脂管6确保上、下金属套筒组件之间的间距和天线整体结构的可靠性。
环氧树脂管6的外径为13mm，内径为11mm，长为650mm。
如图3所示，上套筒组件4包括：第一铜管Ⅳ、第二铜管Ⅴ和第一金属堵头Ⅵ；
第二铜管Ⅴ套设在第一铜管Ⅳ上，第二铜管Ⅴ的一端和第一铜管Ⅳ的一端均连接在第一金属堵头Ⅵ的一端；
金属弹簧3套设在第一金属堵头Ⅵ上，环氧树脂管6的一端与第一金属堵头Ⅵ的另一端连接；
馈线5依次穿过第一铜管Ⅳ和第一金属堵头Ⅵ，馈线5另一端的芯线锡焊接在第一铜管Ⅳ的另一端，如图6所示。
第一金属堵头Ⅵ使上套筒组件4成为一整体组件。
其中，第一金属堵头Ⅵ包括：第一阻挡部、第二阻挡部和封堵部；
第一阻挡部的上部设置第二阻挡部，第二阻挡部的上部设置封堵部；第一阻挡部、第二阻挡部和封堵部的外径依次减小；第一阻挡部、第二阻挡部和封堵部的内部为直径相同且同轴的中空状的圆柱；
第一铜管Ⅳ的直径与中空状的圆柱的直径相同，第一铜管Ⅳ锡焊在第一阻挡部的下部，第一铜管Ⅳ与中空状的圆柱同轴；第二铜管Ⅴ铆压在第一阻挡部的外壁上；馈线5依次穿过第一铜管Ⅳ和中空状的圆柱；
金属弹簧3锡焊在第二阻挡部的外壁上；
封堵部抵入环氧树脂管6的一端，第二阻挡部的上表面为肩部，肩部与环氧树脂管6一端的断面相抵。
优选地，第一铜管Ⅳ的直径为8mm、长为325mm；第二铜管Ⅴ的直径为18mm、长为300mm；第一金属堵头Ⅵ的内径为8mm、高为20mm。
如图4所示，下套筒组件2包括：第三铜管I、第四铜管Π和第二金属堵头Ш；
第四铜管Π套设在第三铜管I上，第四铜管Π的一端和第三铜管I的一端均连接在第二金属堵头Ш的一端；
金属弹簧3套设在第二金属堵头Ш上，环氧树脂管6的另一端与第二金属堵头Ш的另一端连接；
馈线5依次穿过第二金属堵头Ш和第三铜管I。
第二金属堵头Ш使下套筒组件2成为一整体组件。
第二金属堵头Ш和第一金属堵头Ⅵ的结构完全相同，统称为金属堵头，如图5所示。
第二金属堵头Ш包括：第三阻挡部、第四阻挡部和封堵部；
第三阻挡部的上部设置第二阻挡部，第二阻挡部的上部设置封堵部；第三阻挡部、第四阻挡部和封堵部的外径依次减小；第三阻挡部、第四阻挡部和封堵部的内部为直径相同且同轴的中空状的圆柱；
第三铜管I的直径与中空状的圆柱的直径相同，第三铜管I锡焊在第三阻挡部的下部，第三铜管I与中空状的圆柱同轴；第四铜管Π铆压在第三阻挡部的外壁上；馈线5依次穿过第三铜管I和中空状的圆柱；
金属弹簧3锡焊在第四阻挡部的外壁上；
封堵部抵入环氧树脂管6的另一端，第四阻挡部的上表面为肩部，肩部与环氧树脂管6另一端的断面相抵。
优选地，第三铜管I的直径为8mm、长为410mm；第四铜管Π的直径为18mm、长为200mm；第二金属堵头Ш的内径为8mm、高为20mm。
金属弹簧3是由一直径2mm、长2.65m的铜丝绕制而成；金属弹簧3的直径为18mm；金属弹簧3的有效圈数为60圈，相邻两圈的间距为10.9mm。
馈线5为SYV-50-7电缆，长1400mm。
射频连接器1的型号为NK-50-7。
本发明取鉴于λ/2波长偶极子理论的高增益和λ/4波长单极子理论的小尺寸，将天线尺寸压缩至：直径18×1400mm，实现了小型化、高增益和超宽带目的，如图9-图12。
图9的横坐标表示频率值，纵坐标表示驻波值刻度。图10中频率为70MHz时：
Figure BDA0003165811850000083
等于90度，增益最大值为1.3559dB，半功率波束宽度为83.4593；θ等于90度，增益最大值为1.3339dB。图11中频率为81MHz时：
Figure BDA0003165811850000081
等于90度，增益最大值为2.5102dB，半功率波束宽度为82.3484；θ等于90度，增益最大值为2.5111dB。图12中频率为81MHz时：
Figure BDA0003165811850000082
等于90度，增益最大值为2.4134dB，半功率波束宽度为78.5700；θ等于90度，增益最大值为2.4384dB。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的***而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种VHF全向天线，其特征在于，所述天线包括：馈线、上套筒组件、金属弹簧、下套筒组件和射频连接器；
金属弹簧的两端分别与下套筒组件的一端和上套筒组件的一端连接；所述下套筒组件的另一端与射频连接器的外壳连接；
所述馈线依次穿过上套筒组件、金属弹簧和下套筒组件的内部，所述馈线一端的芯线与射频连接器内部的导体连接，所述馈线另一端的芯线锡焊接在上套筒组件的另一端，所述馈线的另一端作为VHF全向天线的辐射端或接收端；
所述金属弹簧用于使上套筒组件的表面电流和下套筒组件的表面电流一致并相位相同。
2.根据权利要求1所述的VHF全向天线，其特征在于，所述天线还包括：环氧树脂管；
所述环氧树脂管设置于所述金属弹簧的内部，所述馈线穿过所述环氧树脂管的内部；
所述环氧树脂管的两端分别与下套筒组件的一端和上套筒组件的一端连接。
3.根据权利要求2所述的VHF全向天线，其特征在于，所述上套筒组件包括：第一铜管、第二铜管和第一金属堵头；
所述第二铜管套设在第一铜管上，第二铜管的一端和第一铜管的一端均连接在所述第一金属堵头的一端；
所述金属弹簧套设在所述第一金属堵头上，所述环氧树脂管的一端与所述第一金属堵头的另一端连接；
所述馈线依次穿过第一铜管和第一金属堵头，所述馈线另一端的芯线锡焊接在第一铜管的另一端。
4.根据权利要求3所述的VHF全向天线，其特征在于，所述第一金属堵头包括：第一阻挡部、第二阻挡部和封堵部；
所述第一阻挡部的上部设置第二阻挡部，第二阻挡部的上部设置封堵部；第一阻挡部、第二阻挡部和封堵部的外径依次减小；第一阻挡部、第二阻挡部和封堵部的内部为直径相同且同轴的中空状的圆柱；
所述第一铜管的直径与所述中空状的圆柱的直径相同，第一铜管锡焊在第一阻挡部的下部，第一铜管与所述中空状的圆柱同轴；第二铜管铆压在第一阻挡部的外壁上；所述馈线依次穿过第一铜管和所述中空状的圆柱；
金属弹簧锡焊在第二阻挡部的外壁上；
封堵部抵入环氧树脂管的一端，所述第二阻挡部的上表面为肩部，所述肩部与环氧树脂管一端的断面相抵。
5.根据权利要求3所述的VHF全向天线，其特征在于，
所述第一铜管的直径为8mm、长为325mm；
所述第二铜管的直径为18mm、长为300mm；
所述第一金属堵头的内径为8mm、高为20mm。
6.根据权利要求1所述的VHF全向天线，其特征在于，所述下套筒组件包括：第三铜管、第四铜管和第二金属堵头；
所述第四铜管套设在第三铜管上，第四铜管的一端和第三铜管的一端均连接在所述第二金属堵头的一端；
所述金属弹簧套设在所述第二金属堵头上，所述环氧树脂管的另一端与所述第二金属堵头的另一端连接；
所述馈线依次穿过第二金属堵头和第三铜管。
7.根据权利要求6所述的VHF全向天线，其特征在于，
所述第三铜管的直径为8mm、长为410mm；
所述第四铜管的直径为18mm、长为200mm；
所述第二金属堵头的内径为8mm、高为20mm。
8.根据权利要求1所述的VHF全向天线，其特征在于，所述金属弹簧是由一直径2mm、长2.65m的铜丝绕制而成；
所述金属弹簧的直径为18mm；
所述金属弹簧的有效圈数为60圈，相邻两圈的间距为10.9mm。
9.根据权利要求2所述的VHF全向天线，其特征在于，所述环氧树脂管的外径为13mm，内径为11mm，长为650mm。
10.根据权利要求1所述的VHF全向天线，其特征在于，所述馈线为SYV-50-7电缆，长1400mm。
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