一种VHF和UHF频段天线的制作方法

一种vhf和uhf频段天线
【技术领域】
1.本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种vhf和uhf频段天线。


背景技术：

2.单极子天线作为一种全向天线，具有优良的辐射性能，在很多通信设备中广泛使用。地面电台、车载电台、单兵背包及舰船、飞机上都配备了各式单极子天线。在vhf/uhf频段，全向单极子天线的尺寸一般比较大，不利于天线的安装隐蔽，对于机载刀型天线还要受制于其气动外形，因此需对单极子天线进行宽带小型化。现有的单极子天线很难同时满足宽带化、小型化和高增益。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种vhf和uhf频段天线，从而提高vhf和uhf频段天线的阻抗匹配效果，实现vhf和uhf频段天线的小型化、宽带化和高增益设计。
4.本发明实施例提供了一种vhf和uhf频段天线，其包括：
5.导电地板；
6.顶加载板，与所述导电地板面对面设置；
7.辐射体，连接在所述顶加载板和所述导电地板之间；
8.至少两个短路导电片，也连接于所述顶加载板和所述导电地板之间；
9.其中，所述辐射体的两侧的每一侧均开设有至少一个缝隙。
10.优选的，所述至少两个短路导电片分别设置在辐射体的前后两侧，所述至少两个短路导电片都与所述辐射体平行。
11.优选的，所述vhf和uhf频段天线还包括：至少两个耦合片，位于所述顶加载板与所述导电地板之间并且连接在所述导电地板上；所述至少两个耦合片分别设置在所述辐射体的左右两侧，所述至少两个耦合片都与所述辐射体垂直。
12.优选的，在所述vhf和uhf频段天线的侧面上，所述至少两个耦合片完全覆盖所述辐射体的两侧的所述至少一个缝隙。
13.优选的，所述至少两个耦合片的每个耦合片的形状均为矩形，所述至少两个短路导电片的每个短路导电片的形状均为矩形。
14.优选的，在所述vhf和uhf频段天线的俯视面上，所述顶加载板完全覆盖所述至少两个短路导电片和至少两个耦合片。
15.优选的，所述至少两个短路导电片沿所述辐射体的对称轴呈轴对称设置，所述至少两个耦合片沿所述辐射体的对称轴呈轴对称设置。
16.优选的，所述辐射体的顶端具有凸起部，所述凸起部与顶加载板连接；
17.所述至少两个短路导电片的每个短路导电片的宽度均小于所述凸起部的长度。
18.优选的，所述辐射体的底端具有渐变部，所述渐变部与导电地板连接；所述渐变部靠近导电地板的一端的长度小于所述渐变部远离导电地板的一端的长度。
19.优选的，所述vhf和uhf频段天线还包括：第一电容、第一电感、第二电感、第二电容、第三电感、第三电容和第四电感；
20.所述第一电容、第一电感、第二电感和第二电容依次串联在同轴端口与所述vhf和uhf频段天线的馈电点之间；所述第三电感连接在所述第一电容和所述第一电感的连接点与地之间；所述第三电容连接在所述第一电感和所述第二电感的连接点与地之间；所述第四电感连接在所述第二电容和所述馈电点的连接点与地之间。
21.本发明提供的vhf和uhf频段天线包括导电地板、顶加载板和连接在导电地板与顶加载板之间的辐射体，以及连接在顶加载板和导电地板之间的至少两个短路导电片，其中，辐射体的两侧的每一侧均设置有至少一个缝隙。本发明的vhf和uhf频段天线的短路导电片和缝隙的设计，可以在一定高度限制下拓展天线带宽，优化天线的阻抗匹配效果，降低了天线的高度，实现了vhf和uhf频段天线的小型化设计。
22.在导电地板上设置耦合片，进一步优化天线性能，降低天线高度。
23.辐射体两侧的矩形缝隙的高度在耦合片的高度覆盖范围内，可以优化天线的空间辐射，提高天线的辐射效率。
24.天线底端设置为渐变部，可以进一步拓展天线带宽。
25.在同轴端口与馈电点之间设置宽带匹配网络，可以优化阻抗匹配效果，降低电压驻波比，提升天线性能。
【附图说明】
26.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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它的附图。
27.图1示出了根据本发明实施例的vhf和uhf频段天线的立体结构示意图；
28.图2示出了根据本发明实施例的vhf和uhf频段天线的前视图；
29.图3示出了根据本发明实施例的vhf和uhf频段天线的匹配网络结构示意图；
30.图4a示出了根据本发明实施例的vhf和uhf频段天线未加载图3所示的匹配网络的电压驻波比；
31.图4b示出了根据本发明实施例的vhf和uhf频段天线加载了图3所示的匹配网络的电压驻波比；
32.图5a、图5b、图5c、图5d、图5e、图5f、图5g、图5h示出了根据本发明实施例的vhf和uhf频段天线的八个频点的h面(θ＝90
°
)辐射方向图。
【具体实施方式】
33.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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
34.图1示出了根据本发明实施例的vhf和uhf频段天线的立体结构示意图。图2示出了
根据本发明实施例的vhf和uhf频段天线的正视结构示意图。其中，z轴方向为长度方向，x轴方向宽度方向，y轴方向为高度方向。
35.本发明实施例的vhf和uhf频段天线包括导电地板1、辐射体2、顶加载板3、耦合片4、至少两个短路导电片5以及馈电点21。导电地板1、辐射体2、顶加载板3、耦合片4和短路导电片5均为导电的板状结构。优选的，辐射体2、顶加载板3、耦合片4和短路导电片5均为全金属结构。
36.导电地板1与顶加载板3面对面设置。具体地，导电地板1与顶加载板3平行设置。辐射体2连接在顶加载板3和导电地板1之间。具体地，辐射体2垂直的连接在顶加载板3和导电地板1之间。馈电点21位于辐射体2的底端，穿过导电地板1与同轴端口连接，辐射体2的顶端连接顶加载板3。且辐射体2优选为左右对称结构，对称结构的设计要素易于实现，且规则的物理结构便于理论计算、分析。馈电点21优选设置在左右对称的辐射体2的左右对称轴上，利于全方向上的阻抗匹配，使vhf和uhf频段天线具备良好的全方向增益。
37.其中，所述辐射体2的两侧的每一侧均开设有至少一个缝隙22。至少两个短路导电片5，也连接于顶加载板3和导电地板1之间。具体地，所述至少两个短路导电片5分别设置在辐射体2的前后两侧，所述至少两个短路导电片5都与所述辐射体2平行。
38.进一步地，vhf和uhf频段天线还包括至少两个耦合片4。至少两个耦合片4，位于顶加载板3与导电地板1之间并且连接在导电地板1上；至少两个耦合片4分别设置在辐射体2的左右两侧，至少两个耦合片4都与辐射体2垂直。具体地，至少两个耦合片4都没有与顶加载板3连接。
39.在本实施例中，至少两个短路导电片5沿辐射体2的对称轴呈轴对称设置，至少两个耦合片4沿辐射体2的对称轴呈轴对称设置。
40.辐射体2的顶端具有凸起部23，凸起部23与顶加载板3连接。至少两个短路导电片5的每个短路导电片5的宽度均小于凸起部23的长度。
41.凸起部23的长度大于缝隙22的长度，缝隙22的宽度大于凸起部23的宽度(或称为凸起部23的高度)。
42.辐射体2的底端具有渐变部，渐变部与导电地板1连接；所述渐变部靠近导电地板1的一端的长度小于所述渐变部远离导电地板1的一端的长度。在可选的实施例中，所述渐变部的形状可选为梯形。
43.渐变部也可以设计为三角形，其靠近导电地板1的一端设置馈电点接收馈电信息，其优选为等腰梯形或等边三角形，可以提升辐射体2的辐射效果。
44.具体地，所述缝隙22的数量为两个，也即辐射体2的两侧分别开设有左右对称的两个缝隙22，两个缝隙22的形状都为矩形。
45.缝隙22和凸起部23设计为矩形为优选方案，其阻抗匹配效果好，且便于生产制造。缝隙22不限制为一对，形状也不限制为矩形，例如设计为扇形或三角形。在本实施例中，缝隙22在上下方向上位于中部，阻抗匹配效果好，也可以设计为偏离中部，靠近上端或下端。凸起部23与顶加载板3连接，承担辐射体2与顶加载3的连接作用的凸起部23的宽度(或称为凸起部23的高度)小于辐射体2的整体高度，其阻抗匹配效果更好。
46.具体地，所述至少两个耦合片4的数量为两个，两个耦合片4分别位于辐射体2的左右两侧，且都连接于导电地板1上。优选为对称结构，与辐射体2和导电地板1都垂直，且在z
轴方向即天线的侧面上，耦合片4完全覆盖缝隙22，即耦合片4的顶端高度大于缝隙22的顶端高度；同时，辐射体2的凸起部23完全暴露在vhf和uhf频段天线的侧面上；可以优化空间辐射效果，提升天线性能。
47.具体地，所述至少短路导电片5的数量为两个，每个短路导电片5优选匹配设置在辐射体2的中部位置，与辐射体2平行，连接在顶加载板3和导电地板1之间。在本实施例的vhf和uhf频段天线中，短路导电片5的形状为矩形。
48.本发明实施例的vhf和uhf频段天线的顶加载板3的长度为0.18λ，宽度为0.073λ，其中，vhf和uhf频段天线的整体高度为0.09λ，λ为vhf和uhf频段天线的最低频率电磁波的波长。
49.导电地板1中心设置通孔，馈电点21由通孔与同轴端口连接，接收馈电，耦合片4设置在辐射体2左右两侧，短路导电片5的数量为两个，对称设置在辐射体2的前后两侧，与辐射体2无接触，形成类似套筒结构，顶加载板3为椭圆形，也可以设计为圆形或方形。耦合片4和短路导电片5皆为矩形，立在导电地板1上，短路导电片5连接于导电地板1和顶加载板3之间，可以拓展天线带宽，同时降低顶加载板3在x轴方向上的宽度，耦合片4仅与导电地板1连接，有利于拓展天线带宽降低天线高度。耦合片4和任意一个短路导电片5的宽度都小于或等于顶加载板3对应区域的尺寸，即是从俯视面(也即俯视图视角)上看，顶加载板3完全覆盖或遮挡两个耦合片4和两个短路导电片5，在俯视面上仅能看到顶加载板3，而无任何耦合片4和短路导电片5露出顶加载板3的尺寸范围。
50.以导电地板1的中心通孔为基准，天线的各结构在俯视面上均优选为中心对称结构。
51.短路导电片5设计为一对，还可以设计为多对，相对于辐射体2的左右对称轴线对称设置。导电地板1可以是矩形、多边形、椭圆形或圆形，其尺寸常规选择为大于顶加载板3的尺寸。顶加载板3可以是椭圆形、矩形或多边形，与辐射体2相匹配可优选为椭圆形。
52.图3示出了根据本发明实施例的vhf和uhf频段天线的宽带匹配网络示意图。宽带匹配网络包括第一电容c1、第一电感l1、第二电感l2、第二电容c2、第三电感l3、第三电容c3和第四电感l4。第一电容c1、第一电感l1、第二电感l2和第二电容c2依次串联在同轴端口in与vhf和uhf频段天线的馈电点21之间；第三电感l3连接在第一电容c1和第一电感l1的连接点与地之间；第三电容c3连接在第一电感l1和第二电感l2的连接点与地之间；第四电感l4连接在第二电容c2和馈电点21的连接点与地之间。
53.在本实施例中，同轴端口in为50欧同轴端口，电容c1＝25.8844pf(皮法)，电感l1＝12.9478nh(纳亨)，电感l2＝53.8626nh，电容c2＝6.16959pf，电感l3＝6.8315nh，电容c3＝7.07228pf，电感l4＝9.4896nh。
54.图4a示出了根据本发明实施例的vhf和uhf频段天线未加载图3所示的宽带匹配网络的电压驻波比。横坐标为频率，纵坐标为电压驻波比，其中，flow为本发明实施例的vhf和uhf频段天线的最低频频点，fhigh为本发明实施例的vhf和uhf频段天线的最高频频点，f1至f6为中间的六个频点，点1(flow，11.033)，点2(f
high
，2.0207)。本发明实施例的vhf和uhf频段天线未加载图3所示的宽带匹配网络的电压驻波比在低频段的电压驻波比高达11.033，低频阻抗匹配效果极差，在f1至f6频段的电压驻波比均小于2，高频点fhigh的电压驻波比为2.0207，高频点的阻抗匹配效果较好。
55.图4b示出了根据本发明实施例的vhf和uhf频段天线加载了图3所示的宽带匹配网络的电压驻波比。频点1(f
low
，2.6223)，频点2(f
high
，1.8684)，各频点与图4a标记的频点相同，本发明实施例的vhf和uhf频段天线加载了图3所示的宽带匹配网络后的低频点f
low
的电压驻波比降低至2.6223<3，天线全频段带宽范围内f
low
至f
high
的电压驻波比整体小于3，满足工程要求。
56.图5a、图5b、图5c、图5d、图5e、图5f、图5g、图5h示出了根据本发明实施例的vhf和uhf频段天线的八个频点的h面(θ＝90
°
)辐射方向图。图5a、图5b、图5c、图5d、图5e、图5f、图5g、图5h分别对应于f
low
、f1、f2、f3、f4、f5、f6、f
high
频点。
57.参照图5a，f
low
频点的主瓣增益为-0.415db，主瓣方向为90.0度。
58.参照图5b，f1频点的主瓣增益为-1.07db，主瓣方向为90.0度。
59.参照图5c，f2频点的主瓣增益为-1.52db，主瓣方向为-29.0度。
60.参照图5d，f3频点的主瓣增益为-2.27db，主瓣方向为178.0度。
61.参照图5e，f4频点的主瓣增益为-1.59db，主瓣方向为0.0度。
62.参照图5f，f5频点的主瓣增益为-0.388db，主瓣方向为-9.0度。
63.参照图5g，f6频点的主瓣增益为0.437db，主瓣方向为-178度，3db波束宽度为124.3度。
64.参照图5h，f
high
频点的主瓣增益为0.907db，主瓣方向为180度，3db波束宽度为78.6db，副瓣增益为-3.6db。
65.其结果显示本发明实施例的vhf和uhf频段天线在加载图3所示宽带匹配网络后具有较好的全频段增益，以及较好的全方向性。
66.本发明的vhf和uhf频段天线设计短路导电片降低顶加载板的宽度，同时辐射体侧边设置缝隙(例如矩形缝隙)，拓展天线带宽、优化阻抗匹配，降低天线尺寸；设计顶加载板拓展天线带宽、降低天线高度；设计耦合片作为接地柱，拓展天线带宽、降低天线高度；在馈电点与50欧同轴端口之间加载宽带匹配网络，优化阻抗，有效降低了低频点的电压驻波比，拓展了天线带宽。整体结构简洁，其长宽高为(0.18λ，0.073λ，0.09λ)，λ为天线最低频率电磁波的波长，整体尺寸小，符合小型化天线设计，全频段电压驻波比小于3，阻抗匹配效果好，全方向增益良好，vhf和uhf频段天线的性能优良。
67.以上对本发明实施例进行了详细介绍，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。