CN102142621B - 一种接收天线 - Google Patents
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Abstract
本发明属于气象探测技术领域，为一种接收天线，包括变形单极子天线；二元折合振子天线；信号处理板，接收变形单极子天线和该二元折合振子天线的信号，处理、合成之后发送至地面接收机；信号处理板包含：第一滤波器，与变形单极子天线连接；第二滤波器，与二元折合振子天线连接；第一放大器，与第一滤波器连接，由地面接收机馈电；第二放大器，与第二滤波器连接，由地面接收机馈电；功分器，将信号送至地面接收机。本发明只用了2根天线结合使用，即适应了各个角度的信号接收，只需要判断全球定位系统数据中仰角是大于还是小于45度，分析处理过程和设备简单，重量小、体积小、维护方便，成本低，信号接收效果好，可广泛应用于气象观测。
Description
技术领域
本发明涉及一种天线，尤其涉及一种探测气象用窄带接收天线。
背景技术
现代气象探测不仅依靠地面设备进行观察，还大量使用高空观测，它是通过探空气球悬挂扫描仪和摄像机等探空仪器来观测的，通过发射机将观测数据传输至地面的接收天线，然后由地面设备接收观测数据，做后续分析处理，作为天气预报的主要依据。
因所处位置的风向、气压等环境原因，探空气球是运动的，其所处位置和天线方向都会发生变化。探空气球飞的很高，可能与接收天线接近垂直；飞的很低，可能会与接收天线平行。在探空气球的运动过程中，信号不断传输至接收天线，但，在360°范围内,仰角90°范围内的变化使地面接收天线接收到的信号不够理想。
为了解决这一问题，目前常见的全球定位系统气象探测系统接收信号使用的天线都是多天线组合结构，通过判断探空气球的方位、仰角来切换不同方向的接收天线以达到全向接收探空仪信号的目的。
如芬兰的全球定位系统系统接收天线，它由六副天线按60度角组合成一圈，再加垂直方向的一副天线，共七副天线。它依靠接收到的全球定位系统定位信息计算出来的方位、仰角切换不同的接收天线实现全向接收的功能。
由于需要七副天线组合，所以体积较大，重量较重，引线较多，设备架设较复杂，而且一旦全球定位系统丢星后即无法计算出方位、仰角，要在七副天线中手动切换寻找信号，容易造成地面接收数据缺失。
发明内容
本发明的目的是提供一种需要组合的天线数量少、结构简单、体积小、重量轻、接收效果好的接收天线，为此，本发明提供一种接收天线，包含：
变形单极子天线，接收仰角45度以下的信号；
二元折合振子天线，接收仰角45度以上的信号；
信号处理板，接收该变形单极子天线和该二元折合振子天线的信号，处理、合成之后发送至地面接收机；该信号处理板包含：
第一滤波器，与该变形单极子天线连接，将信号滤波处理；
第二滤波器，与该二元折合振子天线连接，将信号滤波处理；
第一放大器，与该第一滤波器连接，由该地面接收机馈电，放大信号；
第二放大器，与该第二滤波器连接，由该地面接收机馈电，放大信号；
功分器，将信号送至该地面接收机；该地面接收机根据发射机的全球定位系统数据，计算发射机的仰角，当仰角大于等于0°小于45°时，为该第一放大器馈电；当仰角大于等于45°，小于等于90°时，为该第二放大器馈电；该变形单极子天线为宽波束垂直极化全向天线，水平面方向为圆形，垂直面波束宽度为120°左右；变形单极子天线长度为1／4波长，阻抗为36欧姆；该变形单极子天线的辐射体为复合印刷板，由内外两层组成；内层辐射体满足阻抗匹配条件，外层辐射体满足最大辐射条件；两层辐射体为同向馈电，满足垂直面宽波束要求；该外层辐射体的高度为16至18cm、宽为7至10cm；
该内层辐射体是将一金属圆板匹配板放在同轴线外导体上来调节距离，该金属匹配板是根据直径为印刷板宽度的四分之一，与印刷板距离为印刷板宽度的1／50的距离，用厚1～2mm的四氟乙烯圆片隔开制成。
作为本发明的进一步改进，其中，该二元折合振子天线具有有源振子和反射板，该反射板直径稍长于有源振子，反射能量；该反射板使原来的双向辐射变成单向辐射，提高了天线的增益。
作为本发明的进一步改进，其中，该功分器具有隔离器，使得信号由功分器的输入端传输到输出端，单方向传输。
作为本发明的进一步改进，其中，该地面接收机以切换的方式为该第一放大器和该第二放大器之一馈电，电源208为+12V单电源。
本发明与现有的技术相比，具有本发明的接收天线仅仅由两幅天线组合，即仰角45度以下由一副圆柱体天线接收，仰角45度以上由另一幅天线接收，两幅天线依靠+12V单电源切换，相比普通的七副天线组合，免去了方位的判断，所以体积小巧、结构简单、切换方便、操作简便、安装简易，接收效果好。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明：
图1为本发明一种接收天线的结构示意图。
图2为本发明信号处理板的连接示意图。
具体实施方式
为了更进一步了解本发明的特征，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明的保护范围加以限制。
下面结合图1说明本发明接收天线的结构。它是由两根天线完成全向接收,本发明包括：
变形单极子天线101，它是宽波束垂直极化全向天线，即水平面方向为圆形，垂直面波束宽度为120°左右，是一根圆柱体天线。本发明用它来接收仰角45度以下的信号。本发明的一个实施例中，变形单极子天线101长度为1／4波长，阻抗为36欧姆。变形单极子天线101的辐射体为复合印刷板，它分为内外两层；内层辐射体满足阻抗匹配条件，外层辐射体满足最大辐射条件；两层辐射体为同向馈电，满足垂直面宽波束要求。根据天线方向图曲线族，在本发明的其中一个实施例中，选外层辐射体的高度为16至18cm、宽为7至10cm。为了达到匹配，将一匹配板（为金属圆板）放在同轴线外导体上来调节距离，匹配板的大小及位置既影响驻波特性也与方向图有一定关系。匹配板是根据直径约为印刷板宽度的四分之一，而与印刷板距离约为印刷板宽度的1／50的距离，用厚1～2mm的四氟乙烯圆片隔开制成。
二元折合振子天线102，由一个有源振子107和一个反射板108组成，反射板108直径稍长于有源振子107，反射能量。反射板108使双向辐射变成单向辐射，提高了天线的增益。二元折合振子天线102结构简单，方向性不强，增益≥2.5dB。本发明用二元折合振子天线102接收仰角45度以上的信号。
变形单极子天线101通过信号线103连接信号处理板105的一个输入端,二元折合振子天线102通过信号线104连接信号处理板105的另一个输入端。两路天线接收的信号通过信号处理板105的处理、合成之后发送至地面接收机。
本发明还包含支架106，固定天线。
图2显示了本发明信号处理板105各部件的详细连接关系。在底板200上设置有两个滤波器、两个放大器和一个功分器。变形单极子天线101的信号经过信号线103从输入端201发送至第一滤波器203。二元折合振子天线102的信号通过信号线104从输入端202连接第二滤波器204。经滤波处理之后，变形单极子天线101的信号传输至第一放大器205，二元折合振子天线102的信号传输至第二放大器206，进行放大处理；两个放大器通过电源208由地面接收机馈电。电源208为+12V单电源，以切换的方式为两个放大器之一馈电。然后信号被传输至功分器207，将信号送至地面接收机。功分器207具有隔离器209，使得信号由功分器的输入端传输到输出端，单方向传输，而不会在功分器的两个输入端之间由一个输入端传输到另个输入端去。地面接收机根据全球定位系统数据，计算发射机的仰角，当仰角大于等于0°小于45°时，打开第一放大器205的电源开关，关闭第二放大器206的电源开关，电源208为第一放大器205馈电；而当仰角大于等于45°，小于等于90°时，打开第二放大器206的电源开关，关闭第一放大器205的电源开关，电源208为第二放大器206馈电。这样确保进入功分器207的一路信号是信号最佳的一路信号。
由此可见，使用本发明的天线，只用了2根天线结合使用，即适应了各个角度的信号接收，只需要判断全球定位系统数据中仰角是大于45度还是小于等于45度，分析处理过程和设备简单。本发明结构简单，重量小、体积小、维护方便，成本低，信号接收效果好。本发明可广泛应用于气象观测领域的接收天线。
本发明尤其适合400MHz窄带接收天线。
应当理解的是，上述对实施例的详细说明仅为了理解本发明，对本领域普通技术人员而言，可以根据上述说明加以改进或变换。例如变形单极子天线101可以用来接收0至60°的信号；二元折合振子天线102可以用来接收40至90度的信号；电源108既可以是+12V单电源，也可以使+18V单电源；只要是达到此目的的所有改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种接收天线，其特征在于，包含：
变形单极子天线，接收仰角45度以下的信号；
二元折合振子天线，接收仰角45度以上的信号；
信号处理板，接收该变形单极子天线和该二元折合振子天线的信号，处理、合成之后发送至地面接收机；该信号处理板包含：
第一滤波器，与该变形单极子天线连接，将信号滤波处理；
第二滤波器，与该二元折合振子天线连接，将信号滤波处理；
第一放大器，与该第一滤波器连接，由该地面接收机馈电，放大信号；
第二放大器，与该第二滤波器连接，由该地面接收机馈电，放大信号；
功分器，将信号送至该地面接收机；该地面接收机根据发射机的全球定位系统数据，计算发射机的仰角，当仰角大于等于0°小于45°时，为该第一放大器馈电；当仰角大于等于45°，小于等于90°时，为该第二放大器馈电；该变形单极子天线为宽波束垂直极化全向天线，水平面方向为圆形，垂直面波束宽度为120°左右；变形单极子天线长度为1／4波长，阻抗为36欧姆；该变形单极子天线的辐射体为复合印刷板，由内外两层组成；内层辐射体满足阻抗匹配条件，外层辐射体满足最大辐射条件；两层辐射体为同向馈电，满足垂直面宽波束要求；该外层辐射体的高度为16至18cm、宽为7至10cm；该内层辐射体是将一金属圆板匹配板放在同轴线外导体上来调节距离，该金属匹配板是根据直径为印刷板宽度的四分之一，与印刷板距离为印刷板宽度的1／50的距离，用厚1～2mm的四氟乙烯圆片隔开制成。
2.如权利要求1所述的一种接收天线，其特征在于，该二元折合振子天线具有有源振子和反射板，该反射板直径稍长于有源振子，反射能量；该反射板使原来的双向辐射变成单向辐射，提高了天线的增益。
3.如权利要求1所述的接收天线，其特征在于，该功分器具有隔离器，使得信号由功分器的输入端传输到输出端，单方向传输。
4.如权利要求1所述的接收天线，其特征在于，该地面接收机以切换的方式为该第一放大器和该第二放大器之一馈电，电源208为+12V单电源。
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