超宽带高增益全向天线制造技术

本发明专利技术提供一种超宽带高增益全向天线，其包括至少两节共轴嵌套的辐射管，所述至少两节辐射管包括设置在最下方的倒锥管，以及用嵌套方式设置在该倒锥管上的至少一节辐射管，所述至少两节辐射管竖立设置在阶梯状地板上，并在台阶上设置一组共圆周排列的倒L形金属片。本发明专利技术提供了一种超宽带、高增益、波束上仰、上零点填充、大功率、轻小便携、结构简单、经济耐用的单极化全向天线，并为更高增益的H/V双极化超宽带全向天线优化设计提供有效的参考方法，特别适合于无人机地面控制站。

【技术实现步骤摘要】
超宽带高增益全向天线
本专利技术涉及通信领域，特别是涉及一种适合野外部署的无人机地面控制站的超宽带、高增益全向天线设备与技术。
技术介绍
随着航空和电子技术的发展，人类进入了无人机时代。无人机适合执行各类任务，且具有低成本的优势，在军民领域都具有广泛的应用。在国防和警务方面，无人机用于地图测绘、情报侦察、跟踪监视、中继通信、对敌攻击等；民用方面，无人机用于航空拍摄、物流快递和业余爱好等。目前，中国在军民用无人机领域均处于世界领先水平。通常，无人机依靠地面站无线电遥控方式执行各类任务。这种无线链路由地面站和无人机的天线之间建立。地面站一般采用高增益抛物面天线，无人机则使用低增益全向天线。前者频率高、方向性强、波束窄、控制距离远，但是传播路径上不能有障碍物，而且受地球曲率影响，只能视距传播。因此，无人机飞行高度需要尽可能高，而且必须在主瓣波束内，且无法同时控制多架位于不同方位的无人机。另外，抛物面天线需要方位/俯仰面均可自由转动的机构，体积大、成本较高。相比之下，若控制站采用低频高增益全向天线，则可很好地解决上述问题。然而，高增益全向天线常采用振子共轴组阵来实现，其带宽较窄，且最大辐射方向指向水平方向。当然，可通过阵列加权方式实现波束上仰或下倾，但会损失较大的增益，增益下降会导致控制距离变近、无人机滞空时间变短等问题。跟其他天线一样，带宽也是地面站天线的关键指标之一，它决定了可以控制的无人机数量及无人机的数据回传速率。另外，为了使无线链路获得最佳信噪比，地面站天线宜采用多频段设计，利用不同波长电波的传播特性以保持链路的鲁棒性。显然，常规的振子共轴阵列的方案难以满足上述宽频带、多频段的要求，而必须另辟蹊径寻找其他设计方案。单锥天线带宽很宽，全向辐射，波束上仰，但增益偏低。若能设法提高其增益，则不失为一种理想的设计方案。本专利技术在常规单锥天线基础上进行深度创新，将杯状倒锥管变成多节同心嵌套的金属圆管，并将地板设计成多级阶梯状圆盘，且尺寸足够大，并在地板台阶上设置一组圆周排列的倒L形金属片。然后，在地板与第一节金属管间隙处用同轴电缆馈电。通过上述措施，天线在0.4～1.2GHz超宽频带(BW＝0.8GHz，100％)、近0.718·λl电长度上实现了50Ω良好匹配(|S11|<-10dB，最小<-40dB)，增益达到4～8.1dBi，相对带宽达100％；最高增益与等孔径的常规五单元半波振子阵列相当，竖直面(E面)半功率波束宽度25.58～54.75°，且波束上仰25～61°，省去了复杂的功分网络设计，减小了损耗，提高了效率(≥89％)；水平面(H面)不圆度小于1.34dB。并且，该设计短小便携、承受功率大、结构强度高、经济耐用，是适合无人机地面控制站的优选天线设计。另外，该方法还具有思路新颖、原理清晰、方法普适、简单易行等特点，对于更高增益的H/V极化超宽带全向天线优化设计和改进也是适用和有效的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种超宽带、高增益、波束上仰、大功率、轻小便携、结构简单的超宽带高增益全向天线。本专利技术通过如下技术方案实现上述目的：本专利技术提供一种超宽带高增益全向天线，其包括至少两节共轴嵌套的辐射管，所述至少两节辐射管包括设置在最下方的倒锥管，以及用嵌套方式设置在该倒锥管上的至少一节辐射管，所述至少两节辐射管竖立设置在地板上。优选的，所述设置在该倒锥管上的至少一节辐射管包括依次设置的第一套管和第二套管，该第一套管从该倒锥管上端插入至该倒锥管内，该第二套管从该第一套管上端插入至该第一套管内。优选的，该倒锥管由中心圆锥形逐渐过渡为末端的圆柱形，且直径不断增大，该第一套管包括相连接的中空的第一内嵌套管、第一自嵌套管，该第二套管包括相连接的中空的第二内嵌套管、第二自嵌套管，该第一自嵌套管和第二自嵌套管分别包括至少两层相连接的内外嵌套的套管。优选的，该倒锥管包括自下而上连接的直径依次增大的单锥体第一圆锥段、单锥体第二圆锥段、单锥体圆柱段，单锥体第一圆锥段的底部开设馈电圆孔，并连通单锥体第二圆锥段、单锥体圆柱段直至顶端开口。优选的，在地板上设有倒L形片。优选的，该倒L形片包括依次连接的直立片、水平片和末端的弯折片。优选的，该第一内嵌套管包括自下而上连接的直径依次增大的套管第一圆柱段、套管圆锥段和套管第二圆柱段，套管第二圆柱段上连接该第一自嵌套管，该第一自嵌套管包括相连接并且内外嵌套的第一内圆柱段、第一中圆柱段、第一外圆柱段，该第一外圆柱段高于所述第一内圆柱段和第一中圆柱段，形成外露的圆柱辐射体，第一外圆柱段向内向下延伸出第一圆柱面内壁，第一圆柱面内壁内形成顶部嵌套空间。作为较佳实施方式，该第一中圆柱段嵌套在该第一内圆柱段外，该第一外圆柱段嵌套在该第一中圆柱段外，该第一内圆柱段上端与该第一中圆柱段上端连接于上连接面，该第一中圆柱段下端与该第一外圆柱段下端连接于下连接面。优选的，该第一圆柱面内壁的直径比第一内圆柱段和第一中圆柱段的直径大。优选的，第二内嵌套管包括自下而上连接的直径依次增大的套管第三圆柱段、套管第四圆柱段，该第二自嵌套管包括相连接并且内外嵌套的第二内圆柱段、第二中圆柱段、第二外圆柱段，该第二外圆柱段高于所述第二内圆柱段和第二中圆柱段，形成外露的圆柱辐射体，第二外圆柱段向内向下延伸出第二圆柱面内壁，第二圆柱面内壁内形成顶部嵌套空间。作为较佳实施方式，第二内圆柱段连接套管第四圆柱段上端并比套管第四圆柱段直径更大，该第二中圆柱段嵌套在该第二内圆柱段外，该第二外圆柱段嵌套在该第二中圆柱段外，该第二内圆柱段上端与该第二中圆柱段上端连接于上连接面，该第二中圆柱段下端与该第二外圆柱段下端连接于下连接面。优选的，该第二圆柱面内壁的直径比第二内圆柱段的直径大。优选的，该倒锥管直径取值范围为0.03·λl～0.20·λl，总体高度H1取值范围0.15·λl～0.25·λl，其中λl为最低频率波长，高度与管径比值取值范围为2～3；壁厚大于0而小于倒锥管顶端单锥体圆柱段半径。优选的，该地板为圆形阶梯状地板，该倒锥管置于地板中心上方，在地板底部设有介质板，在介质板和地板上设有相通的馈电中心孔，该地板包括自下而上连贯设置的底板、垫板、锥体板，底板尺寸比垫板和锥体板大，该锥体板顶部平直、边缘为斜面。优选的，该垫板上端和锥体板下端大小一致。优选的，该超宽带高增益全向天线采用同轴电缆馈电，电缆外导体穿过该阶梯状地板馈电中心孔与该阶梯状地板顶部中心相连，电缆内导体延伸至倒锥管底部的馈电圆孔，并与倒锥管底部连接。优选的，该超宽带高增益全向天线采用同轴电缆馈电，电缆外导体穿过该阶梯状地板馈电中心孔与该阶梯状地板顶部中心相连，电缆内导体延伸至倒锥管底部的馈电圆孔，并与倒锥管底部连接。优选的，该倒L形片为金属片，优选的，在地板上设有多个所述倒L形片，该多个倒L形片在地板斜面位置按圆周排列设置。优选的，该倒L形片的高度Hs取值范围为0.05·λl～0.15·λll，末端弯折角度为90°～180°。优选的，该地板直径和高度分别为Dg、Hg，优选的，该介质板与地板等直径。优选的，在地板的馈电中心孔上方设有馈电金属环和介质环，优选的，该倒锥管、第一套管、第二套管、地板、倒L形片圆阵、馈电金属环和介质环、同轴电缆均共轴同心排列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超宽带高增益全向天线，其特征在于，其包括至少两节共轴嵌套的辐射管，所述至少两节辐射管包括设置在最下方的倒锥管，以及用嵌套方式设置在该倒锥管上的至少一节辐射管，所述至少两节辐射管竖立设置在地板上。

【技术特征摘要】
1.一种超宽带高增益全向天线，其特征在于，其包括至少两节共轴嵌套的辐射管，所述至少两节辐射管包括设置在最下方的倒锥管，以及用嵌套方式设置在该倒锥管上的至少一节辐射管，所述至少两节辐射管竖立设置在地板上。2.如权利要求1所述的超宽带高增益全向天线，其特征在于，所述设置在该倒锥管上的至少一节辐射管包括依次设置的第一套管和第二套管，该第一套管从该倒锥管上端插入至该倒锥管内，该第二套管从该第一套管上端插入至该第一套管内。3.如权利要求2所述的超宽带高增益全向天线，其特征在于，该倒锥管由中心圆锥形逐渐过渡为末端的圆柱形，且直径不断增大，该第一套管包括相连接的中空的第一内嵌套管、第一自嵌套管，该第二套管包括相连接的中空的第二内嵌套管、第二自嵌套管，该第一自嵌套管和第二自嵌套管分别包括至少两层相连接的内外嵌套的套管。4.如权利要求3所述的超宽带高增益全向天线，其特征在于，该倒锥管包括自下而上连接的直径依次增大的单锥体第一圆锥段、单锥体第二圆锥段、单锥体圆柱段，单锥体第一圆锥段的底部设有馈电圆孔，馈电圆孔连通单锥体第二圆锥段、单锥体圆柱段直至顶端开口。5.如权利要求4所述的超宽带高增益全向天线，其特征在于，在地板上设有倒L形片，该倒L形片包括依次连接的直立片、水平片和末端的弯折片。6.如权利要求4或5任一项所述的超宽带高增益全向天线，其特征在于，该第一内嵌套管包括自下而上连接的直径依次增大的套管第一圆柱段、套管圆锥段和套管第二圆柱段，套管第二圆柱段上连接该第一自嵌套管，该第一自嵌套管包括相连接并且内外嵌套的第一内圆柱段、第一中圆柱段、第一外圆柱段，该第一外圆柱段高于所述第一内圆柱段和第一中圆柱段，形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：李道铁，吴中林，刘木林，
申请(专利权)人：广东通宇通讯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44