专利名称：一种中短波段船用小型天线的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种天线。具体地说是一种小型化的偶极子天线。
背景技术：
海上无线电导航系统基于扩频体制，装备于舰船，工作在中短波段，利用地波进行测距定位，作为星基无线电导航系统的有效补充，该系统具有定位精度高、抗干扰能力强、 工作范围大、保密性好、安全可靠的特点，市场前景十分广阔。在海上无线电导航系统中，天线作为系统中的重要组成元件，决定了系统的集成度、定位精度以及工作范围，是保证系统能够安全稳定工作的基础。目前海上无线电导航系统接收设备普遍以大型鞭天线为主，属磁天线范畴。根据磁天线理论，为保证天线性能，其设计高度应不低于信号波长的十分之一。由于中短波段信号波长大，通常达到百米量级，因此系统天线高度往往不低于3米。天线尺寸大，难于安装及维护是影响系统接收设备集成度的重要问题。因此，中短波段船用小型接收天线成为了系统设计中的技术难点。天线小型化技术始终是天线研究领域的一个重要课题，如磁天线技术、弯折线天线、螺旋天线、微带天线以及2005年刚刚问世的左手介质天线等等。然而，在中短波段船用小型天线设计领域，上述若干天线小型化手段均存在有这样或那样的不足。如磁天线存在退磁、易破碎等缺点；螺旋天线小型化程度低，难以满足中短波段天线设计要求；左手介质在中短波段不存在，因此无法进行中短波左手介质天线设计等等。为此，2008年，东南大学的王志功教授、王科平博士所在课题组设计了一款基于弯折线及Hilbert分形结构的中短波段宽带小型接收天线，并撰写了学术论文“一种有限空间内中短波段宽带接收天线设计”一文，发表于《电波科学学报》中。然而，该文献所设计天线随能够工作在中短波段，且具有宽频带特点，但天线具有强方向性特点，不利于舰船上信号的全向接收与辐射。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型化程度高、低轮廓、宽频带、驻波特性良好的中短波段船用小型天线。本发明的目的是这样实现的包括电介质层、导线层、同轴馈电线、接地板四个组成部分；所述导线层为平面结构，敷刻于电介质层上表面，由多条首尾相连的弯曲导线段组成，所述导线段基于两片六阶 Hilbert分形结构，其导线末端由一截短导线连接；天线垂直安装于接地板上表面，接地板几何中心处开孔，同轴馈电线经由接地板开孔与天线相连接。本发明还可以包括这样一些特征(1)所述导线层导线角点位置设置为直角。(2)所述导线层在电介质层上的覆盖面为矩形，该覆盖面边长等于导线层边长，以此组成辐射天线元件。
(3)所述天线导线层边长^cm,宽13cm，导线段宽度约1mm。(4)天线导线段材质为铜箔，在导线段上镀有锡层。(5)所述天线电介质层材质为聚四氟乙烯板状结构，其边长大于导线层边长2mm， 电介质层厚度Imm ；(6)所述天线接地板为铜板结构，接地板厚度3mm。(7)所述天线由同轴线馈电，馈电接口为SMA头，馈电线阻抗50欧姆，其具体馈电位置为天线导线层底部几何中心处。本发明针对现有中短波段船用小型接收天线难以小型化，无法全向接收及辐射信号的缺点，公开了一种基于Hilbert分形的偶极子天线，基于该类型天线具有小型化程度高、低轮廓、宽频带、驻波特性良好的特点，同时克服了传统偶极子天线“8”字形方向图结构，具有全向辐射及接收特性，能够满足中短波段船用小型天线的设计要求；另外，本发明同时基于该天线公开了一种海上无线电导航系统接收设备的小型天线。本发明以分形理论为核心，同时结合经典的偶极子天线理论。将其中的单极子天线臂采用Hilbert分形曲线代替，从而形成双Hilbert结构。相对于相同高度的偶极子天线，本发明中的天线在有限空间内加大了天线的有效长度，增大了天线辐射电阻，提高了天线的辐射效率，虽然该天线仍隶属电小天线范畴，但突破了电小天线理论对接收天线尺寸的限制。本发明的中短波段船用小型天线，用于海上无线电导航系统的接收设备中，以替代设备中原有的大型鞭天线。综上所述，本发明将Hilbert分形结构引入偶极子天线的设计当中，为中短波段天线设计提供了一种新的小型化设计手段，基于该方案设计的天线高度仅为相同性能偶极子天线的4%左右。同时，本发明基于该方案设计的海上无线电导航系统接收设备天线具有以下有益的效果(1)天线高度仅为13cm，性能与系统中现有大型鞭天线类似，尺寸仅为现有天线的；(2)在2 8MHz频带范围内具有多个工作频段，天线具有宽频带特点，谐振频带内天线驻波比低于3;(3)具有约48欧姆的输出阻抗，易于与同轴线匹SS，信号能量在传输过程中损耗小；(4)具有全向辐射及接收信号的特点，对来自不同方向信号具有类似的增益，能够敏感于弱信号。需要说明的是，本发明公开的用于海上无线电导航系统接收设备的中短波段船用小型天线仅为更好的说明本发明中基于Hilbert分形的偶极子天线这一天线小型化实施技术方案而非限制，对该天线结构进行的等同替换或修改，而未脱离本实施方案范围，则均应涵盖在本发明的权利要求当中。
图1为本发明中双Hilbert分形天线结构示意图；图2为本发明中所涉及天线的回波损耗；图3为本发明中所涉及天线的驻波特性；
图4为本发明中天线第一谐振频点处E面归一化方向图；图5为本发明中天线第一谐振频点处H面归一化方向图。
具体实施例方式下面结合附图举例对本发明做更详细地描述本发明主要提供了一种新的偶极子天线的小型化实施方案，利用Hilbert分形天线替代组成偶极子天线的单极子天线，在天线谐振特性不变的前提下，达到增大天线有效长度，提高输入阻抗，改善天线辐射效率的目的。同时，由于Hilbert分形天线电流分布均勻，是一种全向天线。因此，将其应用于偶极子天线的设计中，可改善天线的原有辐射特性， 降低天线方向性，消除天线接收零点，使天线能够做到全向接收。本发明将上述天线设计方案应用于海上无线电导航系统中，为其提供了一种能够工作于中短波段的小型接收天线。本发明中Hilbert分形天线的迭代次数选为6，天线尺寸定为^cmX 13cm,天线导线总长8. 2米，天线导线半径为0. 5mm。图1为本发明中天线结构图，其中天线背板材质选为介电常数为2. 65的聚四氟乙烯，天线导线为半径0. 25mm的铜线，单面蚀刻，铜线凸出背板0. 25mm,背板厚度0. 5mm,两 Hilbert分形天线固连处为天线馈电点。天线设计过程中最终数据选择如下表1基于双Hilbert分形的偶极子天线结构数据Table Ithe configuration data of two polar antennas which isbased on the double-Hilbert fractal curve
权利要求
1.一种中短波段船用小型天线，包括电介质层、导线层、同轴馈电线、接地板四个组成部分；其特征是所述导线层为平面结构，敷刻于电介质层上表面，由多条首尾相连的弯曲导线段组成，所述导线段基于两片六阶Hilbert分形结构，其导线末端由一截短导线连接； 天线垂直安装于接地板上表面，接地板几何中心处开孔，同轴馈电线经由接地板开孔与天线相连接。
2.根据权利要求1所述的一种中短波段船用小型天线，其特征是所述导线层导线角点位置设置为直角。
3.根据权利要求2所述的一种中短波段船用小型天线，其特征是所述导线层在电介质层上的覆盖面为矩形，该覆盖面边长等于导线层边长，以此组成辐射天线元件。
4.根据权利要求3所述的一种中短波段船用小型天线，其特征是所述天线导线层边长^cm,宽13cm，导线段宽度约1mm。
5.根据权利要求4所述的一种中短波段船用小型天线，其特征是天线导线段材质为铜箔，在导线段上镀有锡层。
6.根据权利要求5所述的一种中短波段船用小型天线，其特征是所述天线电介质层材质为聚四氟乙烯板状结构，其边长大于导线层边长2mm，电介质层厚度Imm ；
7.根据权利要求6所述的一种中短波段船用小型天线，其特征是所述天线接地板为铜板结构，接地板厚度3mm。
8.根据权利要求7所述的一种中短波段船用小型天线，其特征是所述天线由同轴线馈电，馈电接口为SMA头，馈电线阻抗50欧姆，其具体馈电位置为天线导线层底部几何中心处。
全文摘要
本发明公开了一种中短波段船用小型天线。包括电介质层、导线层、同轴馈电线、接地板四个组成部分；所述导线层为平面结构，敷刻于电介质层上表面，由多条首尾相连的弯曲导线段组成，所述导线段基于两片六阶Hilbert分形结构，其导线末端由一截短导线连接；天线垂直安装于接地板上表面，接地板几何中心处开孔，同轴馈电线经由接地板开孔与天线相连接。实验数据表明，该天线样机能够工作在2～8MHz的中短波段，具有体积小，宽频带，低轮廓，全向性，适合船用的特点。本发明不仅可用于海上无线电导航系统，也可推广至其他相关系统中。
文档编号H01Q1/34GK102270778SQ20101028256
公开日2011年12月7日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者刘洋, 孙丽丽, 焦健, 赵琳 申请人:哈尔滨工程大学