[实用新型]波束上仰高增益全向天线

说明书

【技术领域】

本实用新型涉及一种全向天线设备与技术，特别是涉及一种适合无人机地面控制站的小型化波束上仰高增益全向天线及其技术。

【背景技术】

随着航空工业和信息技术的发展，人类进入了无人机时代。无人机适合执行各类任务，且具有高性价比的优势，在军民领域都具有广阔的应用前景。军用方面，无人机用于地图测绘、情报侦察、战场监视、对敌攻击、中继通信等；民用方面，无人机用于航空拍摄、物流快递和科学探险等。目前，中国在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遮挡，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，高增益全向天线通常采用半波振子共轴组阵来实现，其最大辐射方向指向水平方向。这使得而无人机在接近地平线的低仰角区域控制效果好，而高仰角的空间区域控制效果很差，导致其活动空域极大地受限。因此，全向天线的主瓣需要上仰一定的角度，且上旁瓣间的零点进行填充，才能满足无人机广阔空域飞行控制的需要。通常，波束赋形采用阵列加权方式实现，但需要设计复杂的馈电网络，造成天线增益下降、尺寸增大、便携性变差、成本增加等。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；尺寸增大，导致机动部署不便、风载过高。另一种方案是，采用串馈振子阵列，该方案的优点是馈电简单、结构紧凑、成本低，缺点是增益偏低、带宽窄、波束下倾而不上仰。

【发明内容】

本实用新型的目的在于提供一种高增益、水平全向、波束上仰、大功率、轻小便携、结构简单的垂直极化的全向天线。

为实现本实用新型目的，提供以下技术方案：

本实用新型提供一种波束上仰高增益全向天线，其包括共轴排列在介质基板上的第一子阵和第二子阵，其阵元均为U形对称振子，该介质基板上还设有馈电导线，连接所述第一子阵和第二子阵的各振子，该第一子阵和第二子阵通过馈电导线连接馈电电缆，分别连接第一子阵和第二子阵的两段所述馈电电缆的特性阻抗分别为Z₀₁和Z₀₂，该第一子阵和第二子阵的输入阻抗Z_in1、Z_in2分别等于其馈电电缆的特性阻抗，即：Z₀₁＝Z_in1，Z₀₂＝Z_in2，其中所述第一子阵为M元子阵，所述第二子阵为N元子阵，其中M和N为大于等于1的自然数，M和N不相等。

上述第一子阵和第二子阵，两个子阵的阵元数不相等，并且第一子阵和第二子阵的上下排布不作限制，可以分别为1和2、2和3、3和4、2和5、5和3、4和2等等数字组合，前述组合例子只是本实用新型实施方式的部分实施例，并不作为本实用新型权利范围限制，所述第一子阵和第二子阵的阵元数可以为任意个数，只要第一子阵和第二子阵的阵元数不相等即可。

上述第一子阵和第二子阵的振子的上下臂分别位于介质基板的正反面，位于正面的U形臂朝向基板一端，位于反面的U形臂则朝向基板另一端，或者刚好相反。

上述第一子阵和第二子阵可分别印制在不同介质基板上，也可以共用同一块介质基板，共用共同一块介质基板时，结构强度更佳。

优选的，所述特性阻抗为Z₀₁和Z₀₂的馈电电缆，其长度分别为L₀₁和L₀₂，并且满足以下数学式关系：

L₀₁＝(2·π·λ₁)×(5·γ)×sin(π·θ/180)+(λ₁/λ₂)·L₀₂

关系式中，λ₁、λ₁分别为特性阻抗为Z₀₁和Z₀₂的馈电电缆中的导波波长，γ为阵元间距的电长度系数，即阵元间距为γ·λ₀，λ₀为真空中波长，θ为波束上仰角度，即波束主瓣与水平方向的夹角。