一种小型化机载超短波天线的制作方法

1.本发明属于超短波天线技术领域，具体涉及一种小型化机载超短波天线。


背景技术：

2.在广阔地域使用超短波通信，使用者希望通信话路畅通和保密。然而他们常遇到窃听、电子对抗、信道拥塞等问题，常规短波电台用固定频率发射和接收，无法避开窃听、人为干扰、信道阻塞。这些问题必须采用跳频技术才能彻底克服。
3.跳频技术是军事上抗干扰通信的常用手段。与定频通信相比，跳频通信比较隐蔽也难以被截获。只要对方不清楚载频跳变的规律，就很难截获我方的通信内容。跳频通信有两大功能，一是改善衰落，二是处于多径环境中的漫速移动的移动台通过采用跳频技术，大大改善移动台的通信质量，相当于频率分集。天线作为无线通信系统的重要组成部分，拓宽其工作带宽将有效提高跳频技术在无线通信中发挥的作用。
4.超短波天线常采用线天线进行设计，线天线具有性能稳定，结构简单，易于加工及成本低等特点，被广泛应用于实际工程中。对于现如今的机载超短波天线，要基于共形在频带内满足增益、方向图、驻波比等指标要求，设计周期和成本大大提高。
5.集总网络加载是短波、超短波天线进行尺寸小型化的常用手段，集总网络包括电抗元件、集总元件等。其中电阻的加载能有效改善低频阻抗、提高天线的工作带宽，但会降低天线的辐射效率，导致增益下降。如公知的506
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3型机载超短波天线采用电阻加载后虽然具有较宽的工作带宽，但其增益确非常低，低频增益只有
‑
9dbi。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种小型化机载超短波天线。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
7.一种小型化机载超短波天线，包括：底座、第一介质板、多个第一通孔、第二介质板、第一枝节、馈电贴片、微带馈线、辐射贴片、微带馈线地板、第二枝节和接地枝节；
8.所述第一介质板，底端与所述底座固定连接，背面与所述第二介质板的正面贴合，与所述第二介质板同心同轴；所述机载超短波天线以所述第一介质板的中心竖轴为轴对称结构；
9.所述第一枝节，设置在所述第一介质板的正面的上部，与所述馈电贴片的顶端连接；
10.所述馈电贴片，设置在所述第一介质板的正面，底端与所述微带馈线的顶端连接；
11.所述微带馈线，设置在所述第一介质板的正面，底端与馈电口连接；
12.所述辐射贴片，设置在所述第一介质板的背面，顶端与所述第一介质板的顶端连接，底端开设有缺口；
13.所述微带馈线地板，设置在所述第一介质板的背面，靠近所述缺口，与所述缺口之间具有间隙，底端与所述底座连接；
14.所述第一通孔，孔壁上镀有金属，两端连通所述第一枝节和所述辐射贴片的顶端；
15.所述第二介质板，底端与所述底座固定连接；
16.所述第二枝节，设置在所述第二介质板的背面的上部，底端与所述接地枝节的顶端连接连接；
17.所述接地枝节，设置在所述第二介质板的背面，底端与所述底座连接。
18.在本发明的一个实施例中，所述第一枝节，靠近所述第一介质板的顶端。
19.在本发明的一个实施例中，所述第二枝节为关于所述第二介质板的中心竖轴的轴对称图形。
20.在本发明的一个实施例中，所述第二枝节包括：第一横段、两个第一竖段、两个第二横段和两个第二竖段；
21.所述第一横段的两端分别与一个第一竖段的底端连接，所述第一竖段的顶端与所述第二横段的一端连接，所述第二横段的另一端与所述第二竖段连接；
22.所述第一横段和所述第一竖段之间、所述第一竖段和所述所述第二横段之间、所述第二横段和所述第二竖段之间相互垂直；
23.所述两个第二竖段间隔设置，所述第二竖段的底端与所述第一横段之间间隔设置。
24.在本发明的一个实施例中，所述第一通孔的数量为四个；且关于所述中心竖轴轴对称分布。
25.在本发明的一个实施例中，所述接地枝节，为长条状，位于所述第二介质板的中心竖轴上。
26.在本发明的一个实施例中，所述馈电贴片的上部自顶端向下逐渐变宽；所述馈电贴片的下部自与上部的连接处向下逐渐变窄，且所述馈电贴片的下部两侧在所述馈电贴片的底端相交；
27.所述馈电贴片的上部的两侧边和下部的两侧边为直线型。
28.在本发明的一个实施例中，所述缺口为矩形缺口结构，所述缺口关于所述第一介质板的中心竖轴轴对称。
29.在本发明的一个实施例中，所述辐射贴片的顶端边沿和侧边边沿与所述第一介质板的顶端边沿和对应侧边边沿重合；
30.所述微带馈线地板的侧边边沿和底端边沿与所述第一介质板的对应侧边边沿和底端边沿重合；
31.所述第二枝节的顶端边沿和侧边边沿与所述第二介质板的顶端边沿和对应的侧边边沿重合。
32.在本发明的一个实施例中，所述第一介质板和第二介质板的最大长度均为0.30λ～0.31λ，λ为中心频率对应的波长。
33.本发明的有益效果：
34.1、本发明第一介质板上的第一通孔可以等效为电感，多个电感并联等效为一电抗更小的电感，辐射贴片和微带馈线地板之间的间隙可以等效为电容，电感和电容的串并联，在馈电结构上产生电磁耦合，产生的带通特性改善天线的电性能，有效拓宽天线带宽，覆盖0.425f
‑
1.57f频段(f为中心频率)。第一枝节和第二枝节延长了天线的电流路径，通过接地
枝节调节高低频阻抗，使天线在低频段仍拥有良好的驻波和辐射特性，最低频增益达
‑
5dbi。
35.2、本发明的机载超短波天线结构简单紧凑，体积小。
36.以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
37.图1是本发明实施例提供的一种小型化机载超短波天线的结构示意图。
38.附图标记说明：
39.10
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底座；11
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金属盘；12
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固定条；20
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第一介质板；21
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第一通孔；22
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第一枝节；23
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馈电贴片；24
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微带馈线；25
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辐射贴片；26
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微带馈线地板；27
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间隙；30
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第二介质板；40
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第二枝节；41
‑
第一横段；42
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第一竖段；43
‑
第二横段；44
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第二竖段；50
‑
接地枝节。
具体实施方式
40.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
41.实施例一
42.请参见图1，一种小型化机载超短波天线，包括：底座10、第一介质板20、多个第一通孔21、第二介质板30、第一枝节22、馈电贴片23、微带馈线24、辐射贴片25、微带馈线地板26、第二枝节40和接地枝节50。第一介质板20的底端与底座10固定连接，第一介质板20的背面与第二介质板30的正面贴合，第一介质板20的与第二介质板30同心同轴。机载超短波天线以第一介质板20的中心竖轴为轴对称结构。机载超短波天线整体为对称结构。具体地，辐射贴片25和微带馈线地板26位于第一介质板20的背面，且位于第一介质板20的背面和第二介质板30的正面之间。
43.第一枝节22设置在第一介质板20的正面的上部，第一枝节22与馈电贴片23的顶端连接。具体地，第一枝节22的中心处于馈电贴片23连接。馈电贴片23设置在第一介质板20的正面，馈电贴片23的底端与微带馈线24的顶端连接。微带馈线24设置在第一介质板20的正面，微带馈线24的底端与馈电口连接。辐射贴片25设置在第一介质板20的背面，辐射贴片25的顶端与第一介质板20的顶端连接，辐射贴片25的底端开设有缺口。微带馈线地板26设置在第一介质板20的背面，微带馈线地板26靠近缺口，微带馈线地板26与缺口之间具有间隙27，微带馈线地板26的底端与底座10连接。第一通孔21的孔壁上镀有金属，第一通孔21的两端连通第一枝节22和辐射贴片25的顶端。本实施例中，第一通孔21贯穿第一枝节22、第一介质板20和第一辐射贴片25。
44.本实施例中，第一介质板20上的第一通孔21可以等效为电感，多个电感并联等效为一电抗更小的电感，辐射贴片25和微带馈线地板26之间的间隙27可以等效为电容，电感和电容的串并联，在馈电结构上产生电磁耦合，产生的带通特性改善天线的电性能，有效拓宽天线带宽，覆盖0.425f
‑
1.57f频段(f为中心频率)。
45.第二介质板30的底端与底座10固定连接。第二枝节40设置在第二介质板30的背面的上部，第二枝节40的底端与接地枝节50的顶端连接连接。接地枝节50设置在第二介质板30的背面，接地枝节50的底端与底座10连接。本实施例中，第一枝节22和第二枝节40延长了
天线的电流路径，通过接地枝节50调节高低频阻抗，并改善高低频阻抗特性，提高天线的平均增益；使天线在低频段仍拥有良好的驻波和辐射特性，最低频增益达
‑
5dbi。
46.当然，第一介质板20和第二介质板30可以采用任意形状，优选地，第一介质板20和第二介质板30为矩形，第一介质板20的面积小于第二介质板30的面积，第一介质板20和第二介质板30的长度相同，介质板上的各个结构均为印刷在介质板上。第一介质板20采用fr4板材，长宽厚别为365mm*140mm*2mm。第二介质板30采用fr4板材，长宽厚别为365mm*180mm*1mm。底座10采用铝材，长宽高分别为200mm*85mm*17mm。除底座10以外，机载超短波天线的长宽厚仅为365mm*180mm*3mm，本实施例的机载超短波天线的辐射结构金属部分印刷于介质板上，尺寸小、体积小、重量轻，易于与飞机机翼共形，节约空间，便于安装。同时，第一介质板20和第二介质板30与底座10之间螺纹连接，易拆卸，进一步便于安装和维护。
47.在一种可行的实现方式中，第一介质板20和第二介质板30的最大长度均为0.30λ～0.31λ，λ为中心频率对应的波长。
48.优选地，第一介质板20和第二介质板30的最大长度均为0.304λ，也即是365mm。
49.需要说明的是，本发明无需采用集总网络加载实现了提高了超短波天线工作频带的同时，还提升了低频增益，在结构上实现了小型化，在没有集总网络加载情况下实现水平全向高增益的辐射性能。
50.在一种可行的实现方式中，各个结构可以为以介质板的中心竖轴为对称轴的轴对称形状，微带馈线地板26的缺口的形状可以为任意轴对称形状，包括但不限于倒u型、矩形、倒v型、弧形等。微带馈线24位于第一介质板20的中心竖轴上。
51.在一种可行的实现方式中，可以不采用介质板，采用金属片代替介质板上的印刷贴片同样体现本发明的设计思想。
52.进一步地，如图1所示，第一枝节22靠近第一介质板20的顶端。第一枝节22为条状，第一枝节22与超短波天线的纵轴垂直。
53.优选地，第一枝节22的长度小于第一介质板20的宽度，第一枝节22关于第一介质板20的中心竖轴轴对称，第一枝节22的中间部分与馈电贴片23的顶端连接。
54.进一步地，第一通孔21的数量和半径可以根据谐振频率进行调整。
55.优选地，如图1所示，第一通孔21的数量为四个。其中两个第一通孔21位于第一介质板20的中心竖轴的一侧，另外两个第一通孔21位于第一介质板20的中心竖轴的另一侧，四个第一通孔21关于中心竖轴轴对称分布。
56.进一步地，如图1所示，馈电贴片23的上部自顶端向下逐渐变宽。馈电贴片23的下部自与上部的连接处向下逐渐变窄，且馈电贴片23的下部两侧在馈电贴片23的底端相交。馈电贴片23的上部的两侧边和下部的两侧边为直线型。本实施例中，馈电贴片23的渐变结构在较宽频带内具有良好的阻抗匹配效果，改善了阻抗特性。
57.在一种可行的实现方式中，馈电贴片23的上部的两个侧边长度较长，下部的两个侧边的长度较短。馈电贴片23可以是将矩形贴片进行切角后的结构，将矩形贴片切去四个三角形切角，其中位于馈电贴片23底端两侧的两个切角较小，位于馈电贴片23的顶端两侧的两个切角较大。馈电贴片23位于辐射贴片25对应的面积范围内。
58.进一步地，微带馈线24位于第一介质板20的中心竖轴上竖向延伸，微带馈线24为线条形状。
59.进一步地，如图1所示，辐射贴片25的顶端边沿和辐射贴片25的侧边边沿与第一介质板20的顶端边沿和对应侧边边沿重合。本实施例中，辐射贴片25的三个边沿与第一介质板20的三个边沿重合。缺口为矩形缺口结构，缺口关于第一介质板20的中心竖轴轴对称。本实施例中，缺口为在矩形的辐射贴片25的底端开出矩形的缺口。
60.进一步地，如图1所示，微带馈线地板26的侧边边沿和底端边沿与第一介质板20的对应侧边边沿和底端边沿重合。本实施例中，微带馈线地板26的形状与辐射贴片25的缺口处的形状相匹配。具体地，微带馈线地板26的形状为“凸”字型，微带馈线地板26与缺口之间和辐射贴片25的底端之间均具有间隙27。
61.进一步地，如图1所示，第二枝节40为关于第二介质板30的中心竖轴的轴对称图形。具体地，第二枝节40的底端的对应位置处穿过馈电贴片23的上部。
62.进一步地，如图1所示，第二枝节40包括：第一横段41、两个第一竖段42、两个第二横段43和两个第二竖段44。第一横段41的两端分别与一个第一竖段42的底端连接，第一竖段42的顶端与第二横段43的一端连接，第二横段43的另一端与第二竖段44连接。
63.第一横段41和第一竖段42之间、第一竖段42和第二横段43之间、第二横段43和第二竖段44之间相互垂直。两个第二竖段44间隔设置，第二竖段44的底端与第一横段41之间间隔设置。两个第二竖段44之间间隔一定距离，第二竖段44的底端和第一横段41之间间隔一定距离。
64.本实施例中，第二枝节40的间隔形成“山”字型，相应的，也可以理解为第二枝节40是轴对称的双倒g型结构。
65.在一种可行的实现方式中，第二枝节40还可以是将一段宽度的枝节从中心到两端沿着一个方向弯折3次得到，每次弯折的角度为90
°
，弯折后枝节每一段的宽度两两不相等，也即是第一横段41、第一竖段42、第二横段43和第二竖段44的宽度均不相等。可以根据实际需要对第二枝节40的各段宽度进行调整。
66.进一步地，如图1所示，第二枝节40的顶端边沿和侧边边沿与第二介质板30的顶端边沿和对应的侧边边沿重合。具体地，第二横段43的顶端边沿与第二介质板30的顶端边沿重合，第一竖段42的外侧边沿与第二介质板30的外侧的边沿重合。
67.进一步地，如图1所示，接地枝节50为长条状，接地枝节50位于第二介质板30的中心竖轴上，竖向延伸。本实施例中，接地枝节50的顶端与第一横段41的底端的中点处连接。
68.进一步地，如图1所示，底座10包括：金属盘11和固定条12。固定条12固定于金属盘11上，位于第二介质板30的背面，固定条12与第二介质板30和第一介质板20固定连接。
69.在一种可行的实现方式中，固定条12上开设有六个连接孔，第二介质板30靠近底端处对应开设有六个第二通孔，第一介质板20靠近底端处对应开设有四个第三通孔，第三通孔穿过微带馈线地板26。连接孔通过螺钉或螺栓螺母与第二通孔和第三通孔固定连接。本实施例中，底座10和介质板采用螺纹连接方式固定连接，易于拆卸。
70.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
71.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
72.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
73.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
74.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
75.以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。