CN208862154U - 空基中继通信增强***中的上行天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于无线通信技术领域，具体涉及一种空基中继通信增强***中的上行天线，目的是为了实现增强大面积范围内、多超短波电台用户的超视距通信能力。其特征在于：它包括螺旋线圈和反射板；其特征在于：所述的螺旋线圈采用锥形螺旋结构，其下端固定在反射板上；单臂螺旋天线高5.586m，最大直径2.26m，最小直径0.5m，螺旋角为14°，反射板直径4.4m。本实用新型的应用需求是对一定区域内的通信进行增强，经对各个频点的增益进行的仿真测算，增益最小值为1.4dB，最大值为5.3dB，增益效果符合应用需求，空中信号接收及变频后信号转发问题得到解决。

Description

空基中继通信增强***中的上行天线

技术领域

本实用新型属于无线通信技术领域，具体涉及一种空基中继通信增强***中的上行天线。

背景技术

1.1应用背景

随着移动通信技术在国内的不断普及，由于陆上移动基站的设立，在城市、乡镇等人口密集地区，基本实现了移动信号的全覆盖。然而近年来，突发事件频发，恶劣自然灾害的出现对社会稳定和人们的生命安全造成巨大损害，在多次灾难中，基于固定基础设施的通信***和网络以及供电***均遭到了严重破坏，甚至全面瘫痪，在应急救灾的黄金时段里，最低标准的通信链接难以建立，应急救援分队与灾区内部人员沟通不畅，难以辅助决策采取营救措施。此外，我国海上通信网络建设还有待完善，渔船、海监船出海后的通信手段十分有限，一旦出现紧急情况或监测到重要信息，难以第一时间将情况进行反馈。因此，我国针对陆上应急响应通信及海上通信的需求十分迫切。

为了应对上述需求，现实生活中也相继出现了一些针对应急通信的中继对策，例如临时调配分发卫星通信设备、利用无人机进行特定设备的通信中继等。但实际应用情况是:卫星通信对设备的要求十分苛刻，且价格昂贵,难以大量普及；对于现有的无人机通信中继方式而言,无人机上的中继载荷业务功能单一,和民间大量使用的对讲机、电台等常用无线通信设备无法联通，通用性较差。鉴于此，本专利面向民间大量现有的超短波设备，基于无人机平台，充分考虑收发天线隔离度的问题，对基于技侦和变频思想的空基中继通信增强***的两种天线分别进行设计。其中上行天线位于空中信号转发分***，主要对区域内的VHF(30M-88MHz)电波进行侦收及变频后的L频段(1.35G-1.85GHz)电波进行转发。为了实现载荷较小发射功率条件下更大范围的地面通信覆盖，本专利采用了单螺旋结构圆锥形定向天线来增加天线的方向性和信号增益，有效解决一定范围内、远距离通信对信号强度的需求。

1.2现有技术及其优缺点

天线是无线通信***中重要组成部分，负责对电磁波的收发进行增益，其构型设计对其收发频段、增益性能影响极大。天线方向性设计对天线性能影响极大，其差异直接导致天线对空间不同的辐射或接受能力。天线分为全向和定向两种。

全向天线在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，即无方向性。一般情况下波瓣宽度越小，增益越大。全向天线在通信***中一班应用距离近，覆盖范围大，成本低廉。定向天线在水平方向图上表现为一定角度范围辐射，即有方向性。同全向天线一样，波瓣宽度越小，增益越大。定向天线在通信***一般应用于通信距离远，覆盖范围小，目标密度大，频率利用率高的环境。较定向天线而言，全向天线电波辐射的区域更大，但代价是其对信号的增益较弱，无法重点保障指定区域内关键通信。定向天线尽管方向性更强，但辐射的范围有限。因此，在对天线进行设计时，需充分考虑实际应用场景对天线的构型进行选择。

螺旋天线是用导电性良好的金属做成的具有螺旋形状的天线，作为定向天线的典型代表，由于其圆极化、波束宽带宽的优点，被广泛用于卫星通讯、个人移动通信中。螺旋天线分为单螺旋天线和双螺旋天线，单螺旋天线又包括圆锥形螺旋天线、平面螺旋天线、圆柱形螺旋天线等多种。由于无人机提供给载荷的功率十分有限，需在有限的功放功率中尽可能对范围内的信号提高增益，故选择定向天线。此外，考虑到无人机的载荷承重、无人机与载荷天线的共形设计，专利选择了更为节省空间的单臂螺旋天线作为空中载荷天线。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了实现增强大面积范围内、多超短波电台用户的超视距通信能力，设计了基于技侦和变频转发思想的空基中继通信增强***，该***分为空中信号转发分***和地面信号转发分***两部分，分别对空、地的信号进行接收和变频转发。不同分***的天线设计极大程度上影响了整个***通信增强的能力。

本实用新型针对空中信号转发分***中的上行天线进行设计，该天线位于无人机的中继载荷上，负责侦收上行VHF信号和下行转发L频段的信号。为尽可能加强天线对指定区域内信号的收发增益，专利在充分考虑天线方向性、无人机的载重、功耗与共形设计的基础上，将位于空中信号转发分***的天线设计为空间利用率高、定向性好、波束带宽的单臂螺旋天线。专利设计了天线的具体尺寸、构型，并利用软件对其进行建模仿真和性能分析，能较好地满足空基中继通信增强***对多用户的信号侦收和转发需求，从而有潜力解决一定时间范围内、特定区域中由于缺乏地面通信中继***而导致的通信难题，对灾险救援、海上作业、战场无人区、反恐维稳等场景下的通信保障具有重大意义。

本实用新型是这样实现的：

一种空基中继通信增强***中的上行天线，包括螺旋线圈和反射板；其特征在于：所述的螺旋线圈采用锥形螺旋结构，其下端固定在反射板上；单臂螺旋天线高5.586m，最大直径2.26m，最小直径0.5m，螺旋角为14°，反射板直径4.4m。

该上行天线端口输入回波损耗在30-88MHz带宽范围内均小于-7.4dB，电压驻波比小于2.5。

该上行天线工作频率为75MHz时，辐射增益最小值为1.4dB；工作频率为45MHz时，辐射增益最大值为5.3dB。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的应用需求是对一定区域内的通信进行增强，受限于载荷的功放功率，上行天线必须在有限的功率中尽可能对范围内的信号提高增益，故选择定向天线。此外，考虑到无人机的载荷承重、无人机与载荷天线的共形设计，选择了更为节省空间的单臂螺旋天线作为空中载荷天线。经对各个频点的增益进行的仿真测算，增益最小值为1.4dB，最大值为5.3dB，增益效果符合应用需求(在进行电波传播链路预算时，按照天线增益0dBi进行计算)，空中信号接收及变频后信号转发问题得到解决。

附图说明

图1是本实用新型的空基中继通信增强***中的上行天线的结构示意图；

图2是本实用新型的空基中继通信增强***中的上行天线的S11仿真结果曲线；

图3是本实用新型的空基中继通信增强***中的上行天线的VSWR仿真结果曲线；

图4是本实用新型的空基中继通信增强***中的上行天线的主要频点在0度方向的增益曲线。

其中：1.螺旋线圈，2.反射板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步描述。

基于技侦的空基中继通信增强***由空中信号转发分***与地面信号转发分***两部分组成，其中前者实现了空中载荷对VHF频段信号的侦收与L频段信号的变频转发，后者实现了地面设备对L频段信号的接收与VHF频段信号的变频转发。

为了解决空中平台中继载荷上收发天线隔离度问题，确保收发信号间无显著同频干扰。专利将天线分为位于空中信号转发分***中的上行天线和位于地面信号转发分***的下行天线两部分。根据相对带宽BW＝(fh-fl)/f0计算可知，上行频段线极化天线的相对带宽BW≈98％，为使位于空中平台的天线在尽可能节省空间、增强定向性的前提下获得更稳定的辐射方向和更高的增益，专利设计了一种单臂螺旋的上行天线，天线结构如图1所示。

本实用新型设计了一种工作频段位于30MHz—88MHz的单臂螺旋定向天线，该天线位于空中信号转发分***的中继载荷上。为了满足设计要求的工作带宽要求，专利采用锥形螺旋结构，即螺旋半径随着圈数的增加而增加。对该单臂螺旋天线进行了优化仿真，优化后的单臂螺旋天线高约5.586m，最大直径2.26m，最小直径0.5m，螺旋角为14°，反射板直径4.4m。天线仿真结果如图2和图3所示。

图2和图3为端口匹配特性示意图，由上图可以看出，该尺寸下的螺旋天线端口输入回波损耗在30-88MHz带宽范围内均小于-7.4dB，电压驻波比小于2.5(天线传输功率>81.6％)，符合电台通信对天线驻波比的要求。

依次对工作频率为35MHz，45MHz，55MHz，60MHz，65MHz，75MHz，85MHz时的天线辐射增益进行了仿真，结果显示，该天线辐射增益最小值为1.4dB，位于75MHz处，辐射增益最大值为5.3dB，位于45MHz处，主要频点在0度方向的增益曲线如图4所示。综合仿真结果来看，螺旋天线的增益效果较好，符合需求，且其在较低频段的天象辐射方向更为稳定，增益较强，随着频率升高，则辐射方向出现畸变的概率增大，增益效果也有所减弱。

本实用新型的应用需求是对一定区域内的通信进行增强，受限于载荷的功放功率，上行天线必须在有限的功率中尽可能对范围内的信号提高增益，故选择定向天线。此外，考虑到无人机的载荷承重、无人机与载荷天线的共形设计，选择了更为节省空间的单臂螺旋天线作为空中载荷天线。经对各个频点的增益进行的仿真测算，增益最小值为1.4dB，最大值为5.3dB，增益效果符合应用需求(在进行电波传播链路预算时，按照天线增益0dBi进行计算)，空中信号接收及变频后信号转发问题得到解决。

上面结合实施例对本实用新型的实施方法作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。本实用新型说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (3)

1.一种空基中继通信增强***中的上行天线，包括螺旋线圈(1)和反射板(2)；其特征在于：所述的螺旋线圈(1)采用锥形螺旋结构，其下端固定在反射板(2)上；单臂螺旋天线高5.586m，最大直径2.26m，最小直径0.5m，螺旋角为14°，反射板(2)直径4.4m。

2.根据权利要求1所述的空基中继通信增强***中的上行天线，其特征在于：该上行天线端口输入回波损耗在30-88MHz带宽范围内均小于-7.4dB，电压驻波比小于2.5。

3.根据权利要求1所述的空基中继通信增强***中的上行天线，其特征在于：该上行天线工作频率为75MHz时，辐射增益最小值为1.4dB；工作频率为45MHz时，辐射增益最大值为5.3dB。