一种可伸缩鞭状天线的设计
鲁赛
【摘要】? ? 鞭状天线是短波天线的一种常见的结构形式，因其具有结构简单、体积小，全向性，易于机动化等特点得到了广泛应用。本文详细地介绍了一种可伸缩鞭状天线设计方案，对于该类天线在机动平台上的应用具有重要的参考价值。
【关键词】? ? 鞭状天线? ? 可伸缩? ? 天线结构? ? 机动平台
引言
鞭状天线是短波天线的一种常见的结构形式[1]，其形狀多为杆状，具有结构简单、体积小，全向性，易于机动化等优点，广泛应用于通信、侦收、监视等领域。
本文提供了一种可收缩鞭状天线的结构设计方案，为鞭状天线在舰船、车载、背负等机动平台的应用提供指导。
一、常见鞭状天线
常见的鞭状天线高度有2.4米、4米、6米、10米等尺寸，天线尺寸较大，在机动平台使用时不易直接收纳和搬运，所以在实际应用过程中一般需要将天线杆拆分成多个短节，以满足天线的收纳和机动性要求。
目前市场上的天线杆一般采用金属材料，节与节之间的连接多采用插接和螺纹连接的方式，天线杆即为天线的辐射体。但这两种连接方式由于电接触点较多，在长时间使用后，接触点易氧化、锈蚀，导致电接触不良，影响天线的电气性能;并且天线在收纳时，由于天线短节需要并排放置，占用空间较大。
二、天线方案设计
本文提供的设计方案，天线由支撑杆、辐射线、收线盒等部分组成，如图1所示。支撑杆采用套管式结构，可以手动伸缩，收纳时充分利用了管内空腔，减少了收纳体积;辐射线选用连续的软导线，减少了电接触点的数量，增加了电连接的稳定性;支撑杆底部安装收线盒，天线收拢时，将辐射线收纳到收线盒内部空腔内，天线展开时，将辐射线释放到支撑杆内部空腔内;收线盒内部安装发条弹簧[2]，使辐射线可以随支撑杆的伸缩而自动收放，提高了天线的架设和撤收效率。
三、2.4米鞭状天线结构设计
本文以2.4米鞭状天线为例阐述该方案的具体结构设计。
3.1支撑杆结构设计
天线支撑杆为等截面套管，采用强度高、质量轻、绝缘性好的玻璃钢薄壁管，不仅减轻了天线的重量，同时减小了对天线性能的影响。
支撑杆展开长度约为2.4m，天线收纳长度约为500mm，根据设计要求，将支撑杆分为6个短节，每节套管壁厚约为1mm，相邻两节套管之间有1mm～2mm左右间隙，保证支撑杆可以自由滑动。同时，为了保证天线在展开过程中，支撑杆不会在拉力作用下脱出，而且也不会在重力以及发条弹簧产生的拉力作用下自动回缩，需要在相邻两节套管之间设计限位结构。
如图2所示，在相邻两节套管的外层套管一端安装限位接头，接头可以借助螺纹在套管外侧左右滑动，同时，在内层套管一端设计凸台，并在内、外层套管之间的安装限位钢珠，当限位接头滑动到钢珠位置时，将钢珠推入内层套管的限位凹槽内，达到限位目的。另外，内层套管的凸台除了具有限位作用，还起到减小套管之间的间隙，保证支撑杆展开时的结构稳定性的作用。
3.2 收线盒结构设计
收线盒安装在支撑杆底部，主要起到收放辐射线的作用，并通过转接接头将辐射线连接到天调或匹配器上，形成电气通路。
收线盒由绝缘外壳、绕线轮、转接接头等部分组成（如图3所示）。收线盒外形尺寸约为116mm（长）×40mm（宽）×132mm（高）。
绝缘外壳和绕线轮选用强度高、绝缘性好的玻纤增强尼龙、ABS等非金属材料制作，转接接头选用导电性能好，可焊接的紫铜制作。
2.4米鞭状天线常在背负平台使用，因此将收线盒作为天线的安装底座，在绝缘外壳底部设计法兰接口，直接安装到背架上;绝缘外壳与支撑杆连接处为应力集中点，因此设计加强筋保证其结构强度。
绕线轮安装在绝缘外壳的空腔内，可以绕固定轴转动。绕线轮内部安装发条弹簧，天线展开时，辐射线牵引绕线轮转动，发条弹簧收紧储能;天线收拢时，发条弹簧依靠储备的能量，驱动绕线轮转动，将辐射线自动收纳到收线盒内部的空腔内。
3.3 辐射线的选用和安装
由于该方案要求辐射线能够随着支撑杆的收拢而自由地缠绕到收线轮上，而且在天线展开时还要承受一定的拉力，因此要求辐射线不仅能满足天线的电气性能，还要满足结构性能。本方案选用了直径2mm的镀银铜芯特软绞线，满足以上使用要求。
为了保证电气连接的可靠性，辐射线的上、下两端均采用焊接方式连接到相应的金属接头上。
如图4所示，辐射线上端焊接到金属接头以后，再将金属接头安装到支撑杆上，保证支撑杆伸缩时可以带动辐射线的收放。
如图5所示，辐射线下端先穿过绕线轮后再焊接到转接接头上，利用绕线轮的绝缘性能保证辐射线与发条弹簧的绝缘间距。
四、天线的架设和撤收
2.4米鞭状天线结构简单，体积较小，背负使用时，可以以背架为基座，单人完成架设和撤收。
线架设过程如下：
a）将天线从背包内取出，组装到背架的安装接口上;
b）将天线倾斜，使之与地面成较小角度，然后依次将各支撑杆短节抽拉到限位接头位置，旋动限位接头，将限位钢珠推到限位凹槽内，将各短节固定好;
c）将天线直立，并旋紧收线盒转接接头旋钮，使电气通路导通，然后连接天调、电台等设备，完成天线架设。
天线撤收过程如下：
a）旋松收线盒转接接头旋钮，使绕线轮可以自由转动;
b）将天线倾斜，使之与地面成较小角度，反向旋动限位接头，使限位钢珠从限位凹槽内脱出，然后依次将支撑杆短节收拢;
c）将天线从背架上拆卸，并收纳到背包内，完成天线撤收。
五、结语
本文提供了一种可伸缩鞭状天线的结构设计方案，并以2.4米鞭状天线为例阐述了天线各部分的结构设计，并对天线的架设和撤收过程进行了介绍。而在具体的实施过程中还需要根据天线的设计要求、安装条件以及使用环境等因素对天线各部件的设计参数进行详细的设计、计算和校核，如支撑杆短节的长度、直径，发条弹簧的卷绕力，在不同平台应用时天线的安装形式等。
随着市场对天线设备小型化、机动化的需求日益提高[3]，本文提出的天线设计方案对于类似天线在机动平台的应用具有重要的参考价值。
参? 考? 文? 献
[1].管耀武，吴其山，黄世勇，常用短波鞭天线性能优化工程技术研究[D].成都：通信技术，2014
[2].成大先，机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2018
[3].李思聪，凌孝明，短波宽带有源鞭天线设计[D].新乡：电波科学学报，2014
