一种超小型化、超宽带、高效率短波发射天线的制作方法

本发明属于天线设计领域，特别涉及该领域中的一种超小型化、超宽带、高效率短波发射天线。

背景技术：

1、在距离地面约60～1000km的大气层中，中性大气在太阳紫外线、x射线和高能粒子的辐射作用下，部分发生电离形成电离层，对在其中传播的无线电波会产生散射、反射、吸收、法拉第旋转等效应，是日地空间环境的重要组成部分。短波可通过在电离层和地面之间的一次或多次反射，实现远距离大跨距传播，在远距离通信、无线电广播和超视距探测等领域得到广泛应用。天线作为无线通信系统中辐射和接收电磁波的关键元件，具有完成传输线上的导行波与自由空间中的电磁波之间转换的功能，是无线通信系统中不可或缺的一部分，其性能的好坏关系到整个系统性能的优劣。

2、由于短波波长分布在10～100m范围，常规短波天线物理尺寸在几十米量级，架设和维护非常困难，在实际应用中受到诸多限制，如单兵通信系统、移动作战平台等要求天线具有紧凑的尺寸，以更好地满足便携使用需求；随着无线通信设备不断向小型化方向发展，也需要天线具有紧凑的尺寸，以适应无线通信系统小型化的发展趋势。同时，受太阳辐射变化影响，电离层具有明显的时变特性，短波通信设备需具备自适应选频功能，要求短波天线能实现超宽带工作。此外，短波通信距离达上千公里，为保证信号强度，短波发射天线必须具备较高的辐射效率特性。

3、在短波通信雷达、短波电台中，常用的短波宽带发射天线主要有三大类，一是伞锥、扇锥、笼形和对数周期类天线，虽然频带较宽，但主要是靠自身庞大的空间尺寸来实现，且结构复杂，不适宜空间受限的场合；第二类是线状加载宽带天线，在原有天线基础上用rlc电路元件加载来展宽带宽，如三线天线、倒v形天线等，虽然相对尺寸小、带宽大，但天线的效率、增益和承受功率较低；第三类是双鞭天线，尽管不采用rlc加载技术实现宽频带，但中间频段的驻波过大，在实际中通常需要两副双边天线结合使用，增加了系统的复杂性，而且为了降低驻波比，有时不得不设计宽带匹配网络，牺牲效率、增益和功率容量。电小天线的电抗非常大而电阻很小，且随频率变化很大，与常用的50欧姆馈源严重失配，导致带宽很窄、辐射效率非常低，同时作为发射天线，难以通过集总元件加载、介质材料加载等技术实现超小型化设计，会造成带宽和效率的大幅降低。

4、要实现短波发射天线的机动化部署，必须要大幅减小其物理尺寸和重量，这就要求在保持超宽带、高辐射效率的情况下，实现天线的超小型化设计。在天线技术领域，小型化天线由于其紧凑的结构和较小的尺寸，有着巨大的应用前景，得到了广泛的关注和研究。根据天线设计原理，小型化、超宽带和高效率是互相矛盾的指标：小型化天线通常是窄带，甚至以牺牲天线效率为代价；而宽带天线基本都是电大尺寸，因此设计能够同时满足小型化、宽频带和高效率的短波天线技术难度很大。

5、小型化、宽频带和高效率短波天线既有迫切的现实需求，又有广阔的应用前景，一直以来都是天线领域研究的热点问题。亟待出现一种同时满足超小型化、超宽带和高辐射效率的短波发射天线。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题就是基于电小天线近场谐振寄生技术，提供一种超小型化、超宽带、高辐射效率的短波发射天线，在无需阻抗匹配网络的情况下，实现天线与馈源的匹配工作，并通过频率调谐实现宽频带覆盖。由于整个天线为全金属结构，且没有阻抗匹配网络等外部器件，可实现高效率辐射。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种超小型化、超宽带、高效率短波发射天线，其改进之处在于：包括底部的金属反射网，在金属反射网的顶部设置辐射单元，所述的辐射单元包括四个矩形金属天线面，其中第三天线面和第四天线面相对而置并垂直于金属反射网，第三天线面的高度大于第四天线面的高度，第一天线面水平安装在第三天线面的顶部，第二天线面水平安装在第四天线面的顶部，第一天线面和第二天线面尺寸一致、上下平行并有部分重叠，在四个矩形金属天线面所围成的空间内设置驱动单元，第一天线面和第二天线面在上述空间外的长度相等，驱动单元包括两根等尺寸的垂直于金属反射网的金属棒，两根金属棒的顶部由一根水平金属棒相连，在一根垂直金属棒的底部设置馈电点。

4、进一步的，金属反射网采用栅格化设计。

5、进一步的，金属反射网大于四个矩形金属天线面所围成空间的底面，超出部分的长度不小于天线最大工作频率的1/2。

6、进一步的，第一天线面通过带刻度的非金属滑轨水平安装在第三天线面顶部，第二天线面通过带刻度的非金属滑轨水平安装在第四天线面顶部。

7、进一步的，两根垂直于金属反射网的金属棒均为能调整高度的伸缩棒。

8、进一步的，两根金属棒的顶部均采用焊接工艺与水平金属棒相连。

9、进一步的，天线的材料选择铜材。

10、本发明的有益效果是：

11、本发明所公开的短波发射天线，物理尺寸仅为传统短波天线的1/10左右，体积小、重量轻，可以实现机动部署，也可以车载使用，特别适用于体积重量受限的应用场景；通过调谐方式实现宽频带，天线瞬时带宽较窄，具备高品质因数的窄带滤波特性，可以大大提高天线的抗干扰能力；驱动单元设计为中空的矩形环形式，同时在下方用金属反射网实现单向辐射，在降低天线剖面高度、提高天线辐射增益的同时，还可以消除地面等外界因素对天线特性的影响。

技术特征：

1.一种超小型化、超宽带、高效率短波发射天线，其特征在于：包括底部的金属反射网，在金属反射网的顶部设置辐射单元，所述的辐射单元包括四个矩形金属天线面，其中第三天线面和第四天线面相对而置并垂直于金属反射网，第三天线面的高度大于第四天线面的高度，第一天线面水平安装在第三天线面的顶部，第二天线面水平安装在第四天线面的顶部，第一天线面和第二天线面尺寸一致、上下平行并有部分重叠，在四个矩形金属天线面所围成的空间内设置驱动单元，第一天线面和第二天线面在上述空间外的长度相等，驱动单元包括两根等尺寸的垂直于金属反射网的金属棒，两根金属棒的顶部由一根水平金属棒相连，在一根垂直金属棒的底部设置馈电点。

2.根据权利要求1所述的超小型化、超宽带、高效率短波发射天线，其特征在于：金属反射网采用栅格化设计。

3.根据权利要求1所述的超小型化、超宽带、高效率短波发射天线，其特征在于：金属反射网大于四个矩形金属天线面所围成空间的底面，超出部分的长度不小于天线最大工作频率的1/2。

4.根据权利要求1所述的超小型化、超宽带、高效率短波发射天线，其特征在于：第一天线面通过带刻度的非金属滑轨水平安装在第三天线面顶部，第二天线面通过带刻度的非金属滑轨水平安装在第四天线面顶部。

5.根据权利要求1所述的超小型化、超宽带、高效率短波发射天线，其特征在于：两根垂直于金属反射网的金属棒均为能调整高度的伸缩棒。

6.根据权利要求1所述的超小型化、超宽带、高效率短波发射天线，其特征在于：两根金属棒的顶部均采用焊接工艺与水平金属棒相连。

7.根据权利要求1所述的超小型化、超宽带、高效率短波发射天线，其特征在于：天线的材料选择铜材。

技术总结本发明公开了一种超小型化、超宽带、高效率短波发射天线，包括底部的金属反射网，在金属反射网的顶部设置辐射单元，所述的辐射单元包括四个矩形金属天线面，其中第三天线面和第四天线面相对而置并垂直于金属反射网，第三天线面的高度大于第四天线面的高度。本发明所公开的短波发射天线，物理尺寸仅为传统短波天线的1/10左右，体积小、重量轻，可以实现机动部署，也可以车载使用，特别适用于体积重量受限的应用场景；通过调谐方式实现宽频带，天线瞬时带宽较窄，具备高品质因数的窄带滤波特性，可以大大提高天线的抗干扰能力。技术研发人员：崔玉国,丁建,满莉,牛晓明,江晓楠受保护的技术使用者：中国电波传播研究所（中国电子科技集团公司第二十二研究所）技术研发日：技术公布日：2024/11/14