一種多頻段電磁集成桅桿的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種多頻段電磁集成桅桿，衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)固接在中心穿桿的頂端，中心穿桿依次穿過(guò)并固接UHF1通信系統(tǒng)、UHF2通信系統(tǒng)、HF/VHF通信系統(tǒng)和RF系統(tǒng)；所述的UHF1通信系統(tǒng)底部與衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)底部間距為0.8～0.9m，中心穿桿直徑為2cm；所述的UHF2通信系統(tǒng)底部與UHF1通信系統(tǒng)底部間距為0.8～0.9m，中心穿桿直徑為2.5cm；所述的RF系統(tǒng)頂部與UHF2通信系統(tǒng)底部間距為2.8～3m，中心穿桿直徑為3～4cm；所述的RF系統(tǒng)頂部與地面間距為0.6～0.8m。本發(fā)明能夠覆蓋多個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻段，改善電磁環(huán)境，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，且占用空間小、模塊化設(shè)計(jì)，有助于多功能集成。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種多頻段電磁集成跪桿

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通信、導(dǎo)航等電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種多頻段電磁集成桅桿系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)架。

【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)許多通信導(dǎo)航臺(tái)站、車(chē)輛、船只乃至建筑屋頂架設(shè)了許多GPS、UHF、HF等天線(xiàn)及射頻網(wǎng)絡(luò)，這種林立的天線(xiàn)造成了復(fù)雜的電磁環(huán)境和大量的資源浪費(fèi)，尤其在移動(dòng)平臺(tái)上這一矛盾更加突出。為了提高工作效率，改善電磁環(huán)境，許多用戶(hù)期望將各種系統(tǒng)的收發(fā)天線(xiàn)進(jìn)行有效的整合，即采用綜合天線(xiàn)、綜合射頻、綜合信號(hào)處理的思路，將平臺(tái)傳感器集成一體化設(shè)計(jì)。物理上從上向下分別級(jí)聯(lián)GPS、UHF、HF等輻射體和射頻網(wǎng)絡(luò)，這就引出了收發(fā)寬帶天線(xiàn)、多頻段輻射體集成一體化、射頻穿桿、功率集成等一系列科學(xué)問(wèn)題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，可以實(shí)現(xiàn)某些頻段的寬帶設(shè)計(jì)，如VHH寬帶天線(xiàn)、UHF寬帶天線(xiàn)、HF自動(dòng)調(diào)諧天線(xiàn)等。但依據(jù)物理結(jié)構(gòu)集成時(shí)原有輻射體系統(tǒng)性能將大大下降，甚至失效。
[0004]為了保證多頻段收發(fā)系統(tǒng)的正常工作和有效集成，有必要設(shè)計(jì)一種多頻段電磁集成桅桿系統(tǒng)。該系統(tǒng)可確保GPS系統(tǒng)正常工作，VHF寬帶收發(fā)工作正常，UHF寬帶收發(fā)工作正常，HF調(diào)諧發(fā)射系統(tǒng)正常工作。系統(tǒng)在一定高度和直徑下實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)電磁輻射體和射頻網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)集成，且能驗(yàn)證集成收發(fā)的有效性。目前，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)中尚未有相關(guān)技術(shù)的報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種在多個(gè)無(wú)線(xiàn)收發(fā)設(shè)備前端集成、共用的多頻段電磁集成桅桿的實(shí)現(xiàn)方法和技術(shù)構(gòu)架，桅桿能夠覆蓋多個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻段，進(jìn)行綜合優(yōu)化，改善電磁環(huán)境，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性，且占用空間小、模塊化設(shè)計(jì)，有助于多功能集成。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:包括衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)、UHFl通信系統(tǒng)、UHF2通信系統(tǒng)、HF/VHF通信系統(tǒng)和RF系統(tǒng)。
[0007]所述衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)固接在中心穿桿的頂端，中心穿桿依次穿過(guò)并固接UHFl通信系統(tǒng)、UHF2通信系統(tǒng)、HF/VHF通信系統(tǒng)和RF系統(tǒng)；所述的UHFl通信系統(tǒng)底部與衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)底部間距為0.8?0.9m,中心穿桿直徑為2cm ;所述的UHF2通信系統(tǒng)底部與UHFl通信系統(tǒng)底部間距為0.8?0.9m,中心穿桿直徑為2.5cm ;所述的RF系統(tǒng)頂部與UHF2通信系統(tǒng)底部間距為2.8?3m，中心穿桿直徑為3?4cm ;所述的RF系統(tǒng)頂部與地面間距為0.6?0.8m。
[0008]所述的衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)采用有源微帶天線(xiàn)陣或高增益螺旋天線(xiàn)。
[0009]所述UHFl通信系統(tǒng)的頂部加載短路環(huán)，短路環(huán)厚度為3?5mm，高度為5?10cm。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011]第一、衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)及輔助系統(tǒng)在集成的系統(tǒng)中工作良好，曲線(xiàn)參見(jiàn)圖6 ；
[0012]第二、UHFl通信系統(tǒng)在集成的系統(tǒng)中駐波帶寬優(yōu)良，收發(fā)通道工作正常，曲線(xiàn)參見(jiàn)圖7 ；
[0013]第三、UHF2通信系統(tǒng)在集成的系統(tǒng)中駐波帶寬優(yōu)良，收發(fā)通道工作正常，曲線(xiàn)參見(jiàn)圖8 ；
[0014]第四、HF/VHF通信系統(tǒng)在集成的系統(tǒng)中調(diào)諧良好，收發(fā)通道工作正常，曲線(xiàn)參見(jiàn)圖9 ；
[0015]第五、電磁集成桅桿收發(fā)轉(zhuǎn)換良好，復(fù)合測(cè)試性能與桅桿模型理論分析值吻合。單元組合性高，技術(shù)可移植性強(qiáng)。可應(yīng)用于多種平臺(tái)需要，實(shí)現(xiàn)綜合天線(xiàn)、綜合射頻的集成共用理念。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是多頻段電磁集成桅桿體系圖；
[0017]圖2是多頻段電磁集成桅桿模型圖；
[0018]圖3是UHFl內(nèi)部框架圖；
[0019]圖4是UHF2內(nèi)部框架圖；
[0020]圖5是HF/VHF內(nèi)部框架圖；
[0021 ]圖6是L波段駐波曲線(xiàn)；
[0022]圖7是UHFl段駐波曲線(xiàn)；
[0023]圖8是UHF2段駐波曲線(xiàn)；
[0024]圖9是部分HF段駐波曲線(xiàn)。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。
[0026]多頻段電磁集成桅桿由衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)及輔助系統(tǒng)、UHFl通信系統(tǒng)、UHF2通信系統(tǒng)、HF/VHF通信系統(tǒng)、RF系統(tǒng)等部分組成。各部分從上而下借助內(nèi)部金屬桿和部分介質(zhì)材料完成物理集成，并實(shí)現(xiàn)了整體和局部的電磁效能。圖1的“多頻段電磁集成桅桿體系圖”給出了相關(guān)示意。圖2給出了 “多頻段電磁集成桅桿模型圖”。
[0027]所述的衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)及輔助系統(tǒng)采用有源微帶天線(xiàn)陣或高增益螺旋天線(xiàn)。
[0028]所述的UHFl通信系統(tǒng)采用四線(xiàn)螺旋和移相射頻網(wǎng)絡(luò)集成設(shè)計(jì)，總高度0.8—
0.9m,中心穿桿直徑2cm。
[0029]所述的UHF2通信系統(tǒng)采用套筒雙錐和射頻網(wǎng)絡(luò)集成設(shè)計(jì)，總高度0.8 — 0.9m,中心穿桿直徑2.5cm。
[0030]所述的HF/VHF通信系統(tǒng)采用變形套筒、螺旋線(xiàn)圈、伺服電路、及射頻網(wǎng)絡(luò)集成設(shè)計(jì)，總高度2.8一3m,中心穿桿直徑3-4cm。
[0031]所述的RF系統(tǒng)采用射頻濾波、放大、功率分配、功率合成、電源、控制開(kāi)關(guān)等模塊連同電纜組件網(wǎng)絡(luò)和接口單元組成。該部分總高度在0.6—0.8m。
[0032]本發(fā)明重點(diǎn)在多頻段電磁集成桅桿體系和桅桿模型體，各個(gè)分系統(tǒng)的內(nèi)部細(xì)節(jié)將在其它專(zhuān)利中體現(xiàn)。
[0033]為了實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的級(jí)聯(lián)，位于上部天線(xiàn)的饋線(xiàn)要從下部天線(xiàn)的內(nèi)部穿過(guò)，需在天線(xiàn)內(nèi)部穿桿。VHF/UHF頻段穿桿后會(huì)對(duì)天線(xiàn)駐波特性帶來(lái)影響，本發(fā)明通過(guò)各個(gè)單元寬帶穿桿化設(shè)計(jì)解決了收發(fā)寬帶天線(xiàn)穿桿問(wèn)題。
[0034]兩個(gè)或兩個(gè)以上的傳感器級(jí)聯(lián)后，原有的輻射體所對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)性能大大下降甚至無(wú)法使用。本發(fā)明構(gòu)建了多頻段傳感器電磁布局方式，給出了合理的桅桿電磁模型。
[0035]本發(fā)明通過(guò)綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了桅桿綜合天線(xiàn)。對(duì)現(xiàn)有的HF收發(fā)、VHF收發(fā)、UHF收發(fā)等輻射體和射頻單元可以進(jìn)局部重構(gòu)。
[0036]圖1 “多頻段電磁集成桅桿體系圖”和圖2 “多頻段電磁集成桅桿模型圖”中6反應(yīng)多頻段電磁集成桅桿的全貌。
[0037]頂端衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)及輔助系統(tǒng)I射頻電纜通過(guò)內(nèi)部的金屬桿至桅桿底端的轉(zhuǎn)換接口。在GPS等L波段系統(tǒng)接收工作時(shí)直接獲取空間信號(hào)。通過(guò)四個(gè)螺絲固定在金屬桿頂部的圓盤(pán)上。
[0038]UHFl通信系統(tǒng)2物理長(zhǎng)度指示為7。內(nèi)部有金屬桿穿過(guò)。為了改善天線(xiàn)的電性能，在頂部加載短路環(huán)的改善駐波特性，短路環(huán)厚度為3mm到5mm,高度5cm到10cm。UHFl通信系統(tǒng)2下部集成的射頻網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖3。四路移相單元分別與四路天線(xiàn)旋臂相接，并經(jīng)過(guò)公分網(wǎng)絡(luò)與射頻模塊相同連接。UHFl通信系統(tǒng)能獲得3倍頻的帶寬，且頻帶內(nèi)輻射特性良好。圖7為UHFl段駐波曲線(xiàn)。
[0039]UHF2通信系統(tǒng)3物理長(zhǎng)度指示為8。內(nèi)部有金屬桿穿過(guò)。輻射體包括雙錐和粗振子，所述的雙錐是共軸線(xiàn)的兩個(gè)圓臺(tái)導(dǎo)體面，且兩圓臺(tái)的上底面相對(duì)，兩圓臺(tái)的母線(xiàn)與軸線(xiàn)的夾角相等，兩圓臺(tái)的下底面分別連接等直徑的粗振子，所述天線(xiàn)內(nèi)部接地桿貫穿雙錐和粗振子，且高度大于天線(xiàn)輻射體，雙錐外側(cè)套有同軸的外部寄生套筒，外部寄生套筒的高度小于雙錐的高度；天線(xiàn)內(nèi)部接地桿外側(cè)套有同軸的內(nèi)套筒，內(nèi)套筒分為上下兩部分，總高度小于輻射體高度，內(nèi)套筒的上下兩部分分別與雙錐的兩個(gè)上底面相連；底部收發(fā)控制電路通過(guò)級(jí)聯(lián)的形式直接與天線(xiàn)福射體的饋線(xiàn)相連接。
[0040]UHF2通信系統(tǒng)3實(shí)例中外套筒直徑取Dl = 25cm,高度Hl = 22cm,內(nèi)套筒直徑D2=6.5cm,高度H2 = 60cm,天線(xiàn)福射體總高度H3 = 80cm,天線(xiàn)內(nèi)部接地桿高度H4 = 90cm時(shí)可以有效地改善天線(xiàn)穿桿后的駐波特性。在輻射體8下端玻璃鋼背面排布射頻電路，以實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)的收發(fā)復(fù)用。圖4為UHF2內(nèi)部框架圖。輻射體8帶寬可以達(dá)到5個(gè)倍頻程以上，實(shí)現(xiàn)多頻寬帶工作。圖8為UHF2段駐波曲線(xiàn)。
[0041]HF/VHF通信系統(tǒng)4物理長(zhǎng)度指示為9。內(nèi)部有金屬桿穿過(guò)。又上部輻射筒和下部調(diào)諧線(xiàn)圈組成，通過(guò)伺服系統(tǒng)完成HF的調(diào)諧。HF和VHF通過(guò)開(kāi)關(guān)組完成切換。圖5為HF/VHF內(nèi)部框架圖。圖9為部分HF段駐波曲線(xiàn)。通過(guò)調(diào)諧得到了較好的駐波特性，且VHF段可通過(guò)匹配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)寬帶化。
[0042]RF系統(tǒng)5物理長(zhǎng)度指示為10。內(nèi)部有金屬桿穿過(guò)。內(nèi)部集成了射頻、開(kāi)關(guān)、控制、接口等組件，通過(guò)射頻電纜組件、控制線(xiàn)分別與底部射頻、通信接口相連接。電磁集成桅桿收發(fā)轉(zhuǎn)換良好。
[0043]多頻段電磁集成桅桿通過(guò)各個(gè)單元寬帶穿桿化設(shè)計(jì)解決了收發(fā)寬帶天線(xiàn)穿桿問(wèn)題。構(gòu)建了多頻段傳感器電磁布局方式，給出了合理的桅桿電磁模型。實(shí)現(xiàn)了桅桿綜合天線(xiàn)。對(duì)現(xiàn)有的HF收發(fā)、VHF收發(fā)、UHF收發(fā)等輻射體和射頻單元可以進(jìn)局部重構(gòu)。測(cè)試性能與桅桿模型理論分析值吻合。單元組合性高，技術(shù)可移植性強(qiáng)?？蓱?yīng)用于多種平臺(tái)需要，實(shí)現(xiàn)綜合天線(xiàn)、綜合射頻的集成共用理念。
【權(quán)利要求】
1.一種多頻段電磁集成桅桿，包括衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)、UHF1通信系統(tǒng)、UHF2通信系統(tǒng)、HF/VHF通信系統(tǒng)和RF系統(tǒng)，其特征在于:所述衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)固接在中心穿桿的頂端，中心穿桿依次穿過(guò)并固接UHF1通信系統(tǒng)、UHF2通信系統(tǒng)、HF/VHF通信系統(tǒng)和RF系統(tǒng)；所述的UHF1通信系統(tǒng)底部與衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)底部間距為0.8?0.9m,中心穿桿直徑為2cm ;所述的UHF2通信系統(tǒng)底部與UHF1通信系統(tǒng)底部間距為0.8?0.9m,中心穿桿直徑為2.5cm ;所述的RF系統(tǒng)頂部與UHF2通信系統(tǒng)底部間距為2.8?3m，中心穿桿直徑為3?4cm ;所述的RF系統(tǒng)頂部與地面間距為0.6?0.8m。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻段電磁集成桅桿，其特征在于:所述的衛(wèi)導(dǎo)天線(xiàn)采用有源微帶天線(xiàn)陣或高增益螺旋天線(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多頻段電磁集成桅桿，其特征在于:所述UHF1通信系統(tǒng)的頂部加載短路環(huán)，短路環(huán)厚度為3?5mm，高度為5?10cm。
【文檔編號(hào)】H01Q1/22GK104410433SQ201410662566
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月19日
【發(fā)明者】梁西銘, 張海光, 張佳, 劉鵬, 關(guān)志勇, 郭衛(wèi)展, 張驊, 謝歡歡, 許奎 申請(qǐng)人:中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所