一種可伸縮鞭狀天線的設計

魯賽

【摘要】? ? 鞭狀天線是短波天線的一種常見的結(jié)構形式，因其具有結(jié)構簡單、體積小，全向性，易于機動化等特點得到了廣泛應用。本文詳細地介紹了一種可伸縮鞭狀天線設計方案，對于該類天線在機動平臺上的應用具有重要的參考價值。

【關鍵詞】? ? 鞭狀天線? ? 可伸縮? ? 天線結(jié)構? ? 機動平臺

引言

鞭狀天線是短波天線的一種常見的結(jié)構形式[1]，其形狀多為桿狀，具有結(jié)構簡單、體積小，全向性，易于機動化等優(yōu)點，廣泛應用于通信、偵收、監(jiān)視等領域。

本文提供了一種可收縮鞭狀天線的結(jié)構設計方案，為鞭狀天線在艦船、車載、背負等機動平臺的應用提供指導。

一、常見鞭狀天線

常見的鞭狀天線高度有2.4米、4米、6米、10米等尺寸，天線尺寸較大，在機動平臺使用時不易直接收納和搬運，所以在實際應用過程中一般需要將天線桿拆分成多個短節(jié)，以滿足天線的收納和機動性要求。

目前市場上的天線桿一般采用金屬材料，節(jié)與節(jié)之間的連接多采用插接和螺紋連接的方式，天線桿即為天線的輻射體。但這兩種連接方式由于電接觸點較多，在長時間使用后，接觸點易氧化、銹蝕，導致電接觸不良，影響天線的電氣性能;并且天線在收納時，由于天線短節(jié)需要并排放置，占用空間較大。

二、天線方案設計

本文提供的設計方案，天線由支撐桿、輻射線、收線盒等部分組成，如圖1所示。支撐桿采用套管式結(jié)構，可以手動伸縮，收納時充分利用了管內(nèi)空腔，減少了收納體積;輻射線選用連續(xù)的軟導線，減少了電接觸點的數(shù)量，增加了電連接的穩(wěn)定性;支撐桿底部安裝收線盒，天線收攏時，將輻射線收納到收線盒內(nèi)部空腔內(nèi)，天線展開時，將輻射線釋放到支撐桿內(nèi)部空腔內(nèi);收線盒內(nèi)部安裝發(fā)條彈簧[2]，使輻射線可以隨支撐桿的伸縮而自動收放，提高了天線的架設和撤收效率。

三、2.4米鞭狀天線結(jié)構設計

本文以2.4米鞭狀天線為例闡述該方案的具體結(jié)構設計。

3.1支撐桿結(jié)構設計

天線支撐桿為等截面套管，采用強度高、質(zhì)量輕、絕緣性好的玻璃鋼薄壁管，不僅減輕了天線的重量，同時減小了對天線性能的影響。

支撐桿展開長度約為2.4m，天線收納長度約為500mm，根據(jù)設計要求，將支撐桿分為6個短節(jié)，每節(jié)套管壁厚約為1mm，相鄰兩節(jié)套管之間有1mm～2mm左右間隙，保證支撐桿可以自由滑動。同時，為了保證天線在展開過程中，支撐桿不會在拉力作用下脫出，而且也不會在重力以及發(fā)條彈簧產(chǎn)生的拉力作用下自動回縮，需要在相鄰兩節(jié)套管之間設計限位結(jié)構。

如圖2所示，在相鄰兩節(jié)套管的外層套管一端安裝限位接頭，接頭可以借助螺紋在套管外側(cè)左右滑動，同時，在內(nèi)層套管一端設計凸臺，并在內(nèi)、外層套管之間的安裝限位鋼珠，當限位接頭滑動到鋼珠位置時，將鋼珠推入內(nèi)層套管的限位凹槽內(nèi)，達到限位目的。另外，內(nèi)層套管的凸臺除了具有限位作用，還起到減小套管之間的間隙，保證支撐桿展開時的結(jié)構穩(wěn)定性的作用。

3.2 收線盒結(jié)構設計

收線盒安裝在支撐桿底部，主要起到收放輻射線的作用，并通過轉(zhuǎn)接接頭將輻射線連接到天調(diào)或匹配器上，形成電氣通路。

收線盒由絕緣外殼、繞線輪、轉(zhuǎn)接接頭等部分組成（如圖3所示）。收線盒外形尺寸約為116mm（長）×40mm（寬）×132mm（高）。

絕緣外殼和繞線輪選用強度高、絕緣性好的玻纖增強尼龍、ABS等非金屬材料制作，轉(zhuǎn)接接頭選用導電性能好，可焊接的紫銅制作。

2.4米鞭狀天線常在背負平臺使用，因此將收線盒作為天線的安裝底座，在絕緣外殼底部設計法蘭接口，直接安裝到背架上;絕緣外殼與支撐桿連接處為應力集中點，因此設計加強筋保證其結(jié)構強度。

繞線輪安裝在絕緣外殼的空腔內(nèi)，可以繞固定軸轉(zhuǎn)動。繞線輪內(nèi)部安裝發(fā)條彈簧，天線展開時，輻射線牽引繞線輪轉(zhuǎn)動，發(fā)條彈簧收緊儲能;天線收攏時，發(fā)條彈簧依靠儲備的能量，驅(qū)動繞線輪轉(zhuǎn)動，將輻射線自動收納到收線盒內(nèi)部的空腔內(nèi)。

3.3 輻射線的選用和安裝

由于該方案要求輻射線能夠隨著支撐桿的收攏而自由地纏繞到收線輪上，而且在天線展開時還要承受一定的拉力，因此要求輻射線不僅能滿足天線的電氣性能，還要滿足結(jié)構性能。本方案選用了直徑2mm的鍍銀銅芯特軟絞線，滿足以上使用要求。

為了保證電氣連接的可靠性，輻射線的上、下兩端均采用焊接方式連接到相應的金屬接頭上。

如圖4所示，輻射線上端焊接到金屬接頭以后，再將金屬接頭安裝到支撐桿上，保證支撐桿伸縮時可以帶動輻射線的收放。

如圖5所示，輻射線下端先穿過繞線輪后再焊接到轉(zhuǎn)接接頭上，利用繞線輪的絕緣性能保證輻射線與發(fā)條彈簧的絕緣間距。

四、天線的架設和撤收

2.4米鞭狀天線結(jié)構簡單，體積較小，背負使用時，可以以背架為基座，單人完成架設和撤收。

線架設過程如下：

a）將天線從背包內(nèi)取出，組裝到背架的安裝接口上;

b）將天線傾斜，使之與地面成較小角度，然后依次將各支撐桿短節(jié)抽拉到限位接頭位置，旋動限位接頭，將限位鋼珠推到限位凹槽內(nèi)，將各短節(jié)固定好;

c）將天線直立，并旋緊收線盒轉(zhuǎn)接接頭旋鈕，使電氣通路導通，然后連接天調(diào)、電臺等設備，完成天線架設。

天線撤收過程如下：

a）旋松收線盒轉(zhuǎn)接接頭旋鈕，使繞線輪可以自由轉(zhuǎn)動;

b）將天線傾斜，使之與地面成較小角度，反向旋動限位接頭，使限位鋼珠從限位凹槽內(nèi)脫出，然后依次將支撐桿短節(jié)收攏;

c）將天線從背架上拆卸，并收納到背包內(nèi)，完成天線撤收。

五、結(jié)語

本文提供了一種可伸縮鞭狀天線的結(jié)構設計方案，并以2.4米鞭狀天線為例闡述了天線各部分的結(jié)構設計，并對天線的架設和撤收過程進行了介紹。而在具體的實施過程中還需要根據(jù)天線的設計要求、安裝條件以及使用環(huán)境等因素對天線各部件的設計參數(shù)進行詳細的設計、計算和校核，如支撐桿短節(jié)的長度、直徑，發(fā)條彈簧的卷繞力，在不同平臺應用時天線的安裝形式等。

隨著市場對天線設備小型化、機動化的需求日益提高[3]，本文提出的天線設計方案對于類似天線在機動平臺的應用具有重要的參考價值。

參? 考? 文? 獻

[1].管耀武，吳其山，黃世勇，常用短波鞭天線性能優(yōu)化工程技術研究[D].成都：通信技術，2014

[2].成大先，機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2018

[3].李思聰，凌孝明，短波寬帶有源鞭天線設計[D].新鄉(xiāng)：電波科學學報，2014