一体化车载天馈系统.pdf

本发明提供了一体化车载天馈系统，包括天线(1)、天线基座(12)，所述天线基座(12)的腔体下端面通过螺栓(10)固定安装在车体外壳(11)上；其特征在于，所述天线基座(12)内部设置有天线调谐器(2)。天线调谐器(2)采用阻抗变换和调感式网络相结合的调谐方式实现了对天线调谐器(2)与天线采一体化集成设计。其突出的有益效果是，首先省去了馈线显著降低射频信号损耗，避免了采用过多分立器件带来的分布参数和插入的损耗；有效降低损耗显著提高天线辐射效率，使天线相对辐射效率更高，提高通信距离。再次，提高了车载电台通信系统的可靠性，安装和维修方便，特别是在战时节约维修时间，可保证足够长的通信时间。

权利要求书1.  一体化车载天馈系统，包括天线(1)、天线基座(12)，所述天线基座(12)的腔体下端面通过螺栓(10)固定安装在车体外壳(11)上，其特征在于：所述天线基座(12)内部设置有天线调谐器(2)；所述天线调谐器(2)包括电感器(4)、阻抗变换电路(5)、步进电机(6)、控制电路(7)、检测电路(13)；所述天线(1)与所述电感器(4)的上端(B)通过螺栓(9)相连接并保持射频信号导通，同时在所述天线(1)的底端面与所述天线基座(12)的壳体上端面之间的连接面加绝缘橡胶垫使两者绝缘并固定相连接；所述电感器(4)的下端(A)与所述阻抗变换电路(5)相连接；所述步进电机(6)和所述控制电路(7)相连接；所述阻抗变换电路(5)与所述控制电路(7)和所述检测电路(13)相连接；所述检测电路(13)与射频信号入口(8)相连接；所述射频信号先经过所述射频信号入口(8)送到所述检测电路(13)，所述检测电路(13)对所述射频信号的驻波比信息进行检测，检测过的所述射频信号再通过所述阻抗变换电路(5)将所述天线(1)阻抗变换到一定范围后，通过所述控制电路(7)控制所述步进电机(6)驱动滑动端子，改变所述电感器(4)的感值，使所述天线(1)输入口的负载阻抗尽可能接近50Ω，最终达到与所述天线(1)输出阻抗50Ω相匹配。2.  根据权利要求1所述的一体化车载天馈系统，其特征在于：所述阻抗变换电路(5)由3个网络阻抗变换器组成，其中，第一个网络阻抗变换器包括电容C19与二极管V18、继电器K1与线圈T2，所述二 极管V18连接在所述继电器K1控制信号端和电源端，所述继电器K1的两个刀和所述线圈T1并联，通过控制所述继电器K1的两个刀的通断，改变所述线圈T1接入射频通路或脱离射频通路；第二个网络阻抗变换器包括电容C20与二极管V19、继电器K2与线圈T3，所述二极管V19连接在所述继电器K2控制信号端和电源端，所述继电器K2两个刀和所述电容C20串联，通过控制所述继电器K2两个刀的通断，改变所述线圈T3接入射频通路或脱离射频通路；第三个网络阻抗变换器包括电容C21与二极管V20、继电器K3与线圈T4，所述二极管V20连接在所述继电器K3控制信号端和电源端，所述继电器K3两个刀和所述线圈T3并联，通过控制所述继电器K3两个刀的通断，改变所述线圈T3接入射频通路或脱离射频通路；再通过所述控制电路(7)切换所述网络阻抗变换器，通过频率分段信息来选择具体所述网络阻抗变换器，通过所述阻抗变换器接入网络或切出网络来改变所述天线(1)阻抗，使所述天线(1)阻抗变换到合适的位置。3.  根据权利要求1所述的一体化车载天馈系统，其特征在于，所述电感器(4)为空芯电感器。4.  根据权利要求3所述的一体化车载天馈系统，其特征在于，所述空芯电感器，感值为320μH。5.  根据权利要求1、2、3或4所述的一体化车载天馈系统，其特征在于，所述天线基座(12)为圆锥台形腔体或其它腔体结构，采用金属材料铸造或非金属材料加工成型，所述金属材料为铝或铝合金；所述 非金属为塑料。6.  根据权利要求5所述的一体化车载天馈系统，其特征在于，所述螺栓(9)为不锈钢材料。

说明书一体化车载天馈系统
技术领域
本发明属于短波通信技术领域，涉及电台通信，具体涉及一体化车载天馈系统。
背景技术
在现有的车载电台通信天馈系统中，包括天线调谐器(简称“天调”)、鞭天线(简称“天线”)和连接天调与天线用的射频馈线(简称“馈线”)。通常为了方便天调与天线的安装，往往把天调安装在通信车箱内部，天线则安装在通信车箱外部的车壳体上，两者之间再采用较长的射频馈线连接，三者组成了车载电台通信天馈系统(简称“天馈系统”)，如图1所示，现有天馈系统的天线调谐器、馈线与天线没有集成在一起，比较分散，馈线较长，馈线绕着车体外壳走线；再如图6所示，现有天馈系统使用许多分立器件，包括继电器驱动器，还使用了10个二进制电感、9个二进制电容。
现有技术存在的问题是：通信质量效果会变得很差，进而影响通信距离。具体来说，一是现有技术连接方式会造成一定的信号辐射能量损耗，降低辐射效率，从天调输出端，到天线的射频连接电缆，已构成了天线辐射体的一部分，会受到金属车壳屏蔽。通常大约每一米长度损失的射频能量为-3dB，电台功率会损失一半。如果再把射频电缆延长和贴着车箱壳体走线，往往送达天线的功 率只有电台输出功率的20％左右，可见损耗就更大了；二是由射频连接电缆和天线一起构成天线辐射体已经不是规则的“L”状天线结构，这会严重影响信号的辐射，通信质量效果会变得很差，影响通信距离。三是现有天馈系统的天调网络匹配采用二进制电感和二进制电容组成类似“Γ”、“∏”型天线天调网络，由于其使用分立器件过多，分立器件的对射频信号的插入损耗大，往往使射频功率在没有到达天线辐射时已经损耗了部分功率。
发明内容
为有效克服现有技术问题，本发明对现有车载天馈系统进行了简化，去掉了馈线，对天馈系统的天线和天调进行一体化集成设计，以避免辐射信号的损失和影响通信距离。技术方案具体为：
一体化车载天馈系统，包括天线(1)、天线基座(12)，所述天线基座(12)的腔体下端面通过螺栓(10)固定安装在车体外壳(11)上，其特征在于：所述天线基座(12)内部设置有天线调谐器(2)；所述天线调谐器(2)包括电感器(4)、阻抗变换电路(5)、步进电机(6)、控制电路(7)、检测电路(13)；所述天线(1)与所述电感器(4)的上端(B)通过螺栓(9)相连接并保持射频信号导通，同时在所述天线(1)的底端面与所述天线基座(12)的壳体上端面之间的连接面加绝缘橡胶垫使两者绝缘并固定相连接；所述电感器(4)的下端(A)与所述阻抗变换电路(5)相连接；所述步进电机(6)和所述控制电路(7)相连接；所述阻抗变换电路(5)与所述控制电路(7)和所述 检测电路(13)相连接；所述检测电路(13)与射频信号入口(8)相连接；所述射频信号先经过所述射频信号入口(8)送到所述检测电路(13)，所述检测电路(13)对所述射频信号的驻波比信息进行检测，检测过的所述射频信号再通过所述阻抗变换电路(5)将所述天线(1)阻抗变换到一定范围后，通过所述控制电路(7)控制所述步进电机(6)驱动滑动端子，改变所述电感器(4)的感值，使所述天线(1)输入口的负载阻抗尽可能接近50Ω，最终达到与所述天线(1)输出阻抗50Ω相匹配。
进一步的，所述阻抗变换电路(5)由3个网络阻抗变换器组成，其中，第一个网络阻抗变换器包括电容C19与二极管V18、继电器K1与线圈T2，所述二极管V18连接在所述继电器K1控制信号端和电源端，所述继电器K1的两个刀和所述线圈T1并联，通过控制所述继电器K1的两个刀的通断，改变所述线圈T1接入射频通路或脱离射频通路；第二个网络阻抗变换器包括电容C20与二极管V19、继电器K2与线圈T3，所述二极管V19连接在所述继电器K2控制信号端和电源端，所述继电器K2两个刀和所述电容C20串联，通过控制所述继电器K2两个刀的通断，改变所述线圈T3接入射频通路或脱离射频通路；第三个网络阻抗变换器包括电容C21与二极管V20、继电器K3与线圈T4，所述二极管V20连接在所述继电器K3控制信号端和电源端，所述继电器K3两个刀和所述线圈T3并联，通过控制所述继电器K3两个刀的通断，改变所述线圈T3接入射频通路或脱离射频通路；再通过所述控制电路(7)切换所述网络阻抗变换器，通过频率分段信息来选择具体所述网络阻抗变换器，通过所述阻抗变换器接入网络或切出网络来改变所述天线(1)阻抗，使所述天线(1)阻抗变换到合适的位置，完成所述天线调谐器(2)调感网络调谐。
进一步的，所述电感器(4)为空芯电感器。
进一步的，所述空芯电感器，感值为320μH。
进一步的，所述天线基座(12)为圆锥台形腔体或其它腔体结构，采用金属材料铸造或非金属材料加工成型，所述金属材料为铝或铝合金；所述非金属为塑料。
进一步的，螺栓(9)为不锈钢材料。
本发明具有如下有益效果：本发明一体化车载天馈系统，与现有技术相比，省去了天调到天线的50Ω馈线，把天调设置在天线的基座内，实现了对天调与天线一体化集成设计，放弃了原二进制电感和二进制电容组成的“Γ”、“∏”型天线天调网络，采用了阻抗变换和调感式网络相结合的调谐方式。其突出的有益效果，首先是一体化车载天馈系统可显著提高天线辐射效率，减少了附加损耗，使天线相对辐射效率更高。其次，天馈系统的天调部分采用了由3个网络阻抗变换器组成的阻抗变换电路单元和320μH电感线圈组合构成了天线调谐网络，减少了分立器件的数量，降低分立器件的插入损耗，有效降低损耗，改善通信质量，显著提高通信距离。再次，提高了车载电台通信系统的可靠性，安装和维修方便，特别是在战时节约维修时间，保证足够长的通信时间的需要。
附图说明
图1，为现有技术天馈系统示意图。图中，1--天线；2--天线调谐器；3--50Ω馈线；8--为射频信号入口；11--车体外壳安装面；14--天线基座；15--天线基座与车体外壳的连接螺栓。
图2，为本发明的一体化车载天馈系统装配图。图中，1--天线；2--天线调谐器；4--320μH电感器；5--阻抗变换电路；6--步进电机；7--控制电路；8--射频信号入口；9--连接螺栓；10--连接螺栓；11--车体外壳；12--天线基座；13--检测电路。
图3，为本发明的一体化天馈系统工作原理框图。
图4，为本发明的一体化车载天馈系统调感式网络工作原理图。
图5，为本发明的一体化车载天馈系统阻抗变换及调谐网络结构图。
图6，为现有技术天馈系统的原理框图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的一体化车载天馈系统进一步详细的说明。
如图2所示，为本发明某电台的一体化车载天馈系统装配图，包括天线1、天线基座12，所述天线基座12的腔体下端面通过螺栓10固定安装在车体外壳11上；其特征是，所述天线基座12内部设置有天线调谐器2，所述天线调谐器2包括电感器4、阻抗变换电路5、步进电机6、控制电路7、检测电路13。所述天线1与所述电感器4的上端(即B端)通过螺栓9相连接并保持射频信号导通，即所述螺栓9也起到射频信号电通路的作用，同时在所述天线1的底端面与所述天线基座12的壳体上端面之间的连接面加绝缘橡胶垫使两者绝缘并固定相连接，使所述天线基座12与所述天线1相互绝缘；所述电感器4的下端(即A端)与所述阻抗变换电路5相连接，所述步进电机6和所述控制电路7 相连接，所述阻抗变换电路5与所述控制电路7和所述检测电路13相连接，所述检测电路13与射频信号入口8相连接。所述天线基座12为腔体结构，该腔体结构以能够容置天线调器的设置为前提，可为圆锥台或其他形状。本发明优选圆锥台形腔体结构，其上端口直径根据天线下端口直径而定；其上端口直径小于下端口直径，便于稳定安装在通信车外壳体11上。所述天线基座12采用金属铸造成型或非金属加工成型；材料优选为轻质的铝或铝合金、或塑料注塑成型。所述螺栓9的材料，优选为在空气和雨水中耐腐蚀的不锈钢材料，以延长产品使用寿命；所述螺栓10为普通螺栓。
如图3所示的，为本发明某电台的一体化天馈系统工作原理框图，天线调谐器2包括检测电路13、控制电路7、阻抗变换电路5、步进电机6(带有滑动端子)、电感器4，其中电感器4感值为320μH的空心电感器，即空心电感线圈。天线调谐器2工作过程是：检测电路13实现对射频信号入口8输入的射频信号的驻波比信息的检测；控制电路7实现对检测信息处理和对阻抗变换电路5和步进电机6的控制；步进电机6是接收控制电路7的信息并驱动滑动端子，滑动端子和电感器4组成了一个可变的等效电感器。进一步，如图4所示为一体化车载天馈系统调感式网络工作原理图(即调感式调谐示意图)，天线调谐器2具体的调谐过程是：首先射频信号先经过射频信号入口8送到天线调谐器2的检测电路13，检测电路13对射频信号的驻波比信息进行检测，然后检测后的所述射频信号通过所述阻抗变换电路5，再通过所述阻抗变换电路5将天线1阻抗变换到一定范围后，通过控制所述步进电机6驱动滑动端子，改变电感4的感值，使天线1输入口的负载阻抗尽可能接近50Ω，最终达到与天线阻抗输出阻抗(50Ω)相匹配。
进一步的，如图5所示为本发明的某电台一体化车载天馈系统阻抗变换及调谐网络结构图，天调网络单元采用单纯调感式网络，其中阻抗变换器电路5在电感4前端。阻抗变换器电路5由3个网络阻抗变换器组成，分别是电容C19与二极管V18和继电器开关K1与线圈T2组成第一个阻抗变换器，C19作为继电器K1控制信号的滤波电容，V18连接在继电器K1控制信号端和电源端，作为续流二极管保护元件不被感应电压击穿或烧坏，继电器K1两个刀(管脚)和线圈T1并联，通过控制继电器K1两个刀的通断，改变线圈接入射频通路或脱离射频通路；电容C20与二极管V19和开关K2与线圈T3组成第二个阻抗变换器，C20作为继电器K2控制信号的滤波电容，V19连接在继电器K2控制信号端和电源端，作为续流二极管保护元件不被感应电压击穿或烧坏，继电器K2两个刀(管脚)和电容C20串联，通过控制继电器K2两个刀的通断，改变线圈接入射频通路或脱离射频通路；电容C21与二极管V20和开关K3与线圈T4组成第三个阻抗变换器，C21作为继电器K3控制信号的滤波电容；V20连接在继电器K3控制信号端和电源端，作为续流二极管保护元件不被感应电压击穿或烧坏，继电器K3两个刀(管脚)和线圈T3并联，通过控制继电器K3两个刀的通断，改变线圈接入射频通路或脱离射频通路。再通过控制电路7切换网络阻抗变换器，通过频率分段信息来确定需要具体哪一个阻抗变换器，通过阻抗变换器接入网络或切出网络来改变天线阻抗目的，使天线阻抗变换到合适的位置，便于天调调感网络进行调谐。其中天调电感4采用320μH的电感空心线圈，空心线圈中间采用滑动端子，移动滑动端子改变空心线圈的电感量从而实现了调谐的过程，完成调谐。
本发明具有如下有益效果，试用表明省去了天调到天线的50Ω馈线，把天 调设置在天线的基座内，实现了对天调与天线采一体化集成设计，采用了阻抗变换和调感式网络相结合的调谐方式。其突出的有益效果，是一体化车载天馈系统可显著提高天线辐射效率，减少了附加损耗，使天线相对辐射效率更高。其次，天馈系统的天调部分采用了由3个网络阻抗变换器组成的阻抗变换电路单元和320μH空心电感器组合构成了天线调谐网络，减少了分立器件的数量，降低分立器件的插入损耗，有效降低损耗，改善通信质量，显著提高通信距离。再次，提高了车载电台通信系统的可靠性，安装和维修方便，特别是在战时节约维修时间，保证足够长的通信时间的需要。