[发明专利]八木-宇田天线和包括八木-宇田天线的飞行器

说明书

本发明涉及一种八木‑宇田单极天线(300)和包括该八木‑宇田单极天线的飞行器。该八木‑宇田单极天线旨在被安装于交通工具(尤其是飞行器)的导电表面上。所述天线包括：辐射元件，其采用导电板(320)的形式，例如是具有圆盘(321)形状的导电板，所述板配备有回路导体(325)；反射元件(310)；以及至少一个引向元件(330)，其采用自身折叠的单极子的形式。所述各元件被安装在基本平坦的表面上，例如，飞行器的机身蒙皮上。所述天线同时具有宽的工作频带、良好的紧凑性和良好的方向性。所述天线尤其可以用作飞行器的多个空地通信系统的联合天线。

技术领域

本发明总体上涉及天线领域，更具体地八木-宇田(Yagi-Uda)类型的端射天线。根据本发明的天线可以有利地安装在飞行器上，以允许在宽频带内进行空地通信。

背景技术

随着安装在交通工具上的通信系统的数量不断增加，需要实现在多个频带中进行收发，这通常需要在交通工具上安装与它包括的单独通信系统的数量一样多的天线，而安装和维护两个方面的复杂性即源于天线的这种倍增。因此可能有利的是，尤其当这些通信的预期接收方就视角而言共址或靠近时，使用所有这些通信系统共有的联合天线。因此，例如，在飞行器上，使用单独频带的多个空地通信系统可以共享一个宽带联合天线。这种共享的另一个优点是飞行器表面的突起较小，因此阻力较小。

此外，机载天线往往优选地具有高方向性并因此具有高增益，以便降低功耗、增加信噪比。通常，由于天线的增益与天线的有效口径横截面积成比例，而天线的有效口径横截面积本身与正交于主瓣方向的平面中的天线面积成比例，因此，追求高方向性天线会导致天线在与发射方向的平面正交的平面上具有大的尺寸。在上述飞行器与地面之间通信的情况下，天线的主瓣必须具有小俯仰角(angle of elevation)，因此天线的口径面积在与飞行器的纵向轴线正交的平面上必须大，这增加了阻力，并因此增加油耗。

八木-宇田天线最初是为航空领域开发的，从那以后被普遍用作电视天线，它既具有良好的方向性又具有小的口径面积。具体地，本领域技术人员已知，这种类型的天线由半波线性偶极子(通常为折叠式)、位于该偶极子后面的反射寄生元件和位于该偶极子前面的一个或多个引向寄生元件构成，所有这些部件全部安装在同一支杆上，主瓣的方向由支杆的方向确定。反射元件的横向伸展大于偶极子的横向伸展，而偶极子的横向伸展又大于引向元件的横向伸展。反射寄生元件和引向寄生元件充当由半波偶极子通过感应馈送的辐射偶极子，所述半波偶极子是单独线馈送的。八木-宇田天线可以在第一近似程度上类似于其元件是通过互感来馈送的天线阵列。通过适当地选择各元件之间的位置和间距，由各元件发出的波在支杆方向上相长叠加，而在反方向上相消叠加。

然而，八木-宇田天线的一个主要缺点是它们工作于窄带，从而无法用作前述意义上的联合宽带天线。具体地，它们的分数带宽，或者换句话说，其带宽与其中心频率之间的比值约为10％。

因此，本发明的一个目的是提供具有小有效口径横截面积、同时具有宽工作频带和高方向性的天线。

发明内容

本发明由一种八木-宇田天线限定，所述八木-宇田天线包括辐射元件、反射寄生元件和至少一个引向寄生元件，这些元件沿所述天线的纵向轴线以此顺序放置，所述天线的特别之处在于，所述辐射元件由导电板形成，所述导电板基本正交于所述天线的纵向轴线并位于接地平面上方，以形成单极子，所述板在所述接地平面侧设置有用于施加或接收天线信号的馈送端子。

所述导电板有利地为圆形、椭圆形或矩形，并且在所述导电板与所述接地平面相反的一端配备有回路导体，所述回路导体电连接到所述接地平面，以使由所述导电板和所述回路导体组成的组件形成折叠式单极子。

特别地，所述导电板可以采用直径约为λ/4的圆盘，其中，λ是与所述天线的工作频带的下限对应的波长，所述回路导体采用杆或带的形式，其长度与所述圆盘的直径实质上相同。

根据第一变体，所述回路导体平行于所述圆盘延伸并位于其后面、位于所述圆盘与所述反射寄生元件之间。