一种小型化超宽带VHF/UHF天线的制作方法

本实用新型涉及甚高频/超高频(VHF/UHF)无线通信技术领域,尤其涉及一种小型化超宽带VHF/UHF天线。

背景技术：

甚高频/超高频(VHF/UHF)无线通信的频率范围为30MHz-512MHz。甚高频/超高频(VHF/UHF)通信具有可用频率宽、制造简单、设备体积小等优点，使得甚高频/超高频(VHF/UHF)通信在军用民用领域得到广泛的应用。甚高频/超高频(VHF/UHF)跳频通信是一种重要的通讯手段，尤其是在现代军用通信中，甚高频/超高频(VHF/UHF)跳频通信具有很强的数据传输和抗干扰的能力，另外跳频通信技术还具有频谱利用率高、抗多径、抗衰落、易于组网等优点。

无线通信离不开天线，因为天线是射频无线通信系统中的出口和入口，是空间电磁信号与导波设备之间的转换中介，天线性能的好坏直接影响整个通信系统的优劣。在甚高频/超高频(VHF/UHF)频带内的跳频通信中，由于跳频天线的工作频段很宽，所以甚高频/超高频(VHF/UHF)宽带天线作为系统中的重要组成部分尤其重要。在实际应用中，要求天线在覆盖较宽工作频带的同时，尺寸尽可能小，这就使得小型化宽带天线的设计有很大的难度。因此,对于甚高频/超高频(VHF/UHF)天线高性能、宽频带、小型化的研究及其重要。

现有甚高频/超高频(VHF/UHF)天线在设计时，需同时满足两个指标：1、甚高频/超高频(VHF/UHF)天线在工作频带内要求的电压驻波比、增益及辐射效率等多项电性能指标；2、甚高频/超高频(VHF/UHF)天线的尺寸。因此甚高频/超高频(VHF/UHF)天线的主要技术着眼点是天线的尺寸和天线的匹配性能。为拓宽甚高频/超高频(VHF/UHF)天线的工作频带同时减小天线的尺寸，广泛应用加载技术。加载技术是指在天线结构中嵌入合适的电抗、阻抗或者介质材料等加载元件，加载元件可以是有源的也可以是无源的，可以是分布参数元件，也可以是集总参数元件。天线的匹配性能采用端口匹配网络加载技术,通过匹配网络对天线端口的阻抗进行调节使其匹配，增加天线的工作带宽、减小天线尺寸。

综上所述,现有甚高频/超高频(VHF/UHF)天线存在的问题是在一定的结构尺寸限制下所能达到的工作频带比较窄,同时采用的加载电阻造成甚高频/超高频(VHF/UHF)天线低频增益较低。

技术实现要素：

发明目的：针对上述现有技术，提出一种小型化超宽带VHF/UHF天线，可实现覆盖甚高频/超高频(VHF/UHF)无线通信频段的垂直极化辐射功能，具有体积小、工作带宽、增益高的优势。

技术方案：一种小型化超宽带VHF/UHF天线，包括天线辐射体,所述天线辐射体由辐射体上端、辐射体中端、辐射体下端组成，所述辐射体上端与辐射体中端之间设有缝隙，在所述缝隙处加载集总元件；还包括金属地板，金属地板与辐射体下端之间留有空气间隙，所述金属地板上设有同轴接头，所述辐射体下端与同轴接头连接，在所述辐射体下端与同轴接头连接处还加载匹配网络。

进一步的，天线辐射体前后、左右对称，天线从辐射体下端、辐射体中端到辐射体上端厚度渐变，所述辐射体下端宽度从上至下渐变缩小。

进一步的，所述同轴接头为N型射频连接器，所述同轴接头的馈电探针的宽度与辐射体下端宽度相同。

有益效果：本实用新型所设计的天线辐射体下端宽度渐变，使得与馈电点连接处的天线辐射体结构变化平缓。这种设计有利于天线阻抗匹配，增大天线的工作带宽，实现天线超宽带的设计。天线辐射体的厚度渐变，这种设计可以在有限高度内增大天线的辐射面积，从而展宽天线的工作带宽，提高天线增益，实现了天线小型化以及超宽带的设计。天线辐射体与金属地板之间留有一段空气间隙，天线辐射体末端与馈电端口连接处加载了匹配网络。将空气间隙与加载的匹配网络进行一体化设计，在不改变天线尺寸的条件下，展宽了天线工作带宽，实现了天线小型化以及超宽带的设计。天线辐射体上设有一段缝隙，可以等效为一集总加载的电容，天线的有效高度变高，有利于减小天线尺寸，实现了天线小型化的设计。在缝隙处加载的集总元件用于保证天线高频的谐振特性，拓展了天线的驻波带宽，有利于天线超宽带的设计。由于天线尺寸具有一定限制，传统的天线形式由于尺寸限制所能达到的工作频带较窄，而本实用新型的工作频带可以覆盖甚高频/超高频(VHF/UHF)无线通信的频率范围。

本实用新型的特点是天线整体结构简单，天线体积小、重量轻、增益高。通过多处采用渐变形式的天线辐射体，在不增加天线高度的情况下展宽天线工作带宽；通过在天线辐射体末端与馈电端口之间加载损耗较小的匹配网络，在不改变天线尺寸的条件下展宽天线工作带宽。

附图说明

图1为本实用新型实施例天线的结构主视图；

图2为本实用新型实施例天线的结构侧视图；

图3为本实用新型实施例天线加载匹配网络的电路结构图；

图中，1-辐射体上端，2-集总元件，3-缝隙，4-辐射体中端，5-辐射体下端，6-匹配网络，7-金属地板，8-同轴接头。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做更进一步的解释。

如图1和图2所示，本实用新型实施例提供的小型化超宽带VHF/UHF天线包括天线辐射体,天线辐射体由辐射体上端1、辐射体中端4、辐射体下端5组成。辐射体上端1与辐射体中端4之间设有缝隙3，在缝隙3处加载集总元件2。还包括金属地板7，金属地板7与辐射体下端5之间留有空气间隙，金属地板7上设有同轴接头8，辐射体下端5与同轴接头8连接，在辐射体下端5与同轴接头8连接处还加载匹配网络6。

天线辐射体前后、左右对称，天线从辐射体下端5、辐射体中端4到辐射体上端1厚度渐变增加。在天线高度受限的条件下，厚度渐变可以增大天线的辐射面积，从而增大天线的工作带宽，提高天线增益，实现天线小型化以及超宽带的设计。天线辐射体下端5宽度从上至下渐变缩小，使得与馈电点连接处的天线辐射体结构变化平缓，这样有利于天线阻抗匹配，从而扩展天线驻波带宽，实现天线超宽带的设计。天线辐射体既可以是实心也可以是空心的金属加工件。

天线辐射体上设有缝隙3，缝隙3可以等效为一集总加载的电容，作用为延长天线辐射体，增大天线辐射体的有效高度，有利于天线小型化。通过缝隙3引入的电容可以减小天线输入端的容抗，改变缝隙的尺寸可以改变电容值进而改变天线输入端的容抗值。当天线的导纳曲线趋于平缓时，天线具有较好的宽带性质。通过缝隙3引入的电容还可以增大天线的辐射效率，提高天线增益。

在缝隙3处加载集总元件2可以保证天线高频处的谐振特性，拓展天线的驻波带宽，实现天线超宽带设计。

金属地板7与天线辐射体下端5之间有一段空气间隙，空气间隙的高度对天线具有良好阻抗匹配频带中的最高频率有影响。天线辐射体下端7与同轴接头8之间加载了如图3所示的匹配网络6。空气间隙与匹配网络共同影响天线的阻抗匹配带宽，通过将空气间隙与加载的匹配网络6进行一体化设计，可以在不改变天线尺寸的条件下，增大天线的工作带宽，实现天线小型化以及超宽带设计。

金属地板7上设有的同轴接头8为N型射频连接器。同轴接头8馈电探针的宽度与天线辐射体下端5宽度相同。天线辐射体与馈电点连接处结构没有发生突变，有利于天线阻抗匹配，从而增大天线工作带宽，实现天线超宽带设计。

需要说明的是：空气间隙使辐射体下端5与金属地板7之间完全分离，而缝隙3是嵌在辐射体上，位于辐射体上端1与辐射体中端4之间。一体化设计是指：空气间隙的高度与匹配网络中的元器件共同设计，空气间隙的高度会对匹配网络中元器件的取值产生影响。

本实用新型实施例所采用的天线结构实现了小型化超宽带VHF/UHF天线。天线辐射体下端宽度渐变、天线辐射体厚度渐变、天线辐射体上开缝、加载集总元件以及匹配网络等设计大大拓宽了天线的工作带宽,保证了较小尺寸天线在宽频带范围内的阻抗匹配。相比于传统的机载天线,实施例中采用的天线结构具有较高的低频增益,从而增大了VHF/UHF通信系统的通信质量,同时,天线结构简单,容易实现,体积小,成本低。

本实用新型所采用的金属地板并不仅限于矩形金属地板,金属地板的形状可以替换为其他形状；本实用新型天线辐射体末端的渐变结构以及辐射体厚度渐变结构也不仅局限于实施例中所示结构；实施例中天线辐射体下端采用形如曲线：y(t)＝c1*exp(r*t)+c2的渐变结构，其中t表示变量，r表示曲率，c1、c2分别为常数系数，实施例中r＝0.07时天线性能指标最优。实施例中天线辐射体厚度采用形如直线：y(t)＝kt+b的渐变结构，其中t表示变量，k表示斜率，b为常数系数，实施例中k＝27.2时天线性能指标最优；在实施例中采用的天线辐射体可以为实心铝制加工件也可以为空心铝制加工件，同样体现本实用新型的设计思想。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。