CN103247854B - 一种电磁脉冲防护一体化车载天线 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车载天线设计领域，尤其是一种电磁脉冲防护一体化车载天线。本发明针对现有技术中存在问题，提供一种电磁脉冲防护一体化车载天线，本设计在感应防雷器基础上将该电磁脉冲防护装置设计于天线底座内，天线整体安装后，可从外部对电磁脉冲防护装置中的可更换式气体放电管进行更换，并在电磁脉冲防护装置内部增加了对上升时间更快的电磁脉冲防护能力的双向瞬态抑制二极管，达到感应雷和上升时间更快的电磁脉冲同时进行防护的问题，并解决了拆卸天线进行感应防雷器器件更换的问题。本发明应用于车载天线设计领域。

Description

一种电磁脉冲防护一体化车载天线

技术领域

本发明涉及车载天线设计领域，尤其是一种电磁脉冲防护一体化车载天线。

背景技术

目前，车载天线基本采取的是串接分离式的防雷器，主要用于防护感应雷击造成的影响。但在加装防雷器后，天线的指标有所降低，防雷器的安装位于天线底座下方，通常处于车顶内饰层内部，其遭受雷击或其它电磁脉冲之后难以维修或更换，且装配过程需专业指导操作，才能保证射频连接的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中存在的车载天线加装感应雷防护器后只能对感应雷造成的影响进行防护，且维修更换极为不便的问题，并针对现有技术中车载天线加装感应防雷器后阻抗匹配及传输损耗较大的问题，提供一种电磁脉冲防护一体化车载天线，本设计在感应防雷器基础上将该电磁脉冲防护装置设计于天线底座内，天线整体安装后，可从外部对电磁脉冲防护装置中的可更换式气体放电管进行更换，并在电磁脉冲防护装置内部增加了对上升时间更快的电磁脉冲防护能力的双向瞬态抑制二极管，达到及时响应并泄放电磁脉冲信号，同时方便拆卸天线底座进行防雷器器件更换的问题，进一步的解决快速泄放包含雷电在内的强电磁脉冲信号，保护车载天线安全工作的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种电磁脉冲防护一体化车载天线，包括天线辐射体1、天线底座2、射频线缆11、电磁脉冲防护装置3、金属圆盘7、侧面盖板4，，所述天线辐射体1安装于天线底座上所述天线底座2侧面开口，通过侧面盖板4密封天线底座2，所述电磁脉冲防护装置3通过金属圆盘7固定与天线底座2内部，电磁脉冲防护装置3上端部通过射频线缆11与天线底座2顶部的馈电点连接，电磁脉冲防护装置3下端部通过射频缆线11与法兰安装射频同轴插座连接器12连接，所述电磁脉冲防护装置3上端部、电磁脉冲防护装置3下端部与射频缆线11通过射频连接插头6连接，所述电磁脉冲防护装置3包括可更换式气体放电管8、气体放电管支座9、导体13、绝缘固定件14、壳体18，所述导体13通过绝缘固定件14支撑安装在3内部，所述气体放电管支座9与壳体18连接，所述可更换式气体放电管8一端套入气体放电管支座9上端部，所述可更换式气体放电管8另一端与导体13连接。

所述可更换式气体放电管8包括气体放电管气室16、外放电电极19、内放电电极20、电子陶瓷15，所述外放电电极19是筒状，内放电电极20底面是一个圆端面，内放电电极20圆端面竖直安装有一上端部，所述内放电电极20底端面直径与外放电电极19底端面直径尺寸相同，所述内放电电极20顶端深入外放电电极19内部，所述外放电电极19与内放电电极20之间通过电子陶瓷15密封，电子陶瓷15表面与外放电电极19、内放电电极20内壁接触的表面部分是通过电真空焊料焊接，外放电电极19内部其余部分封闭部分是气体放电管气室16。

所述放电外电极19与放电内电极20材料是Fe-Ni-Co合金，Fe的质量百分比含量为50%～55%，Ni质量百分比含量为25%～35%，Co质量百分比含量为10%～20%，气体放电管气室16接触的表面部分喷涂电子粉。

所述气体放电管气室16管内为氖氩混合气体，其中氖质量百分比含量为70%～85%，氩质量百分比含量为15%～30%，管内气压为19～20kPa。

一种电磁脉冲防护一体化车载天性还包括垫片17，所述垫片17内置与气体放电管支座9上端部内部。所述垫片17分别与可更换式气体放电管8、气体放电管支座9上端部内圈底部连接。

一种电磁脉冲防护一体化车载天线还包括泄流单元10，所述泄流单元两端分别与导体13、壳体18连接。

所述泄流单元10包括两个瞬态电压抑制二极管，所述两个瞬态电压抑制二极管阴极串联，所述两个瞬态电压抑制二极管的阳极分别与导体13、壳体18连接。

所述金属圆盘为圆形，材料为铜，外部直径与天线底座2的内空直径相同，采用电焊接方式固定于天线底座2内部。

所述连接器12是法兰安装射频同轴插座或螺纹安装射频同轴插座。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1）  通过可更换式气体放电管8，当感应雷管产生的脉冲电流通过耦合进入天线1，电磁脉冲防护装置3中的可更换式气体放电管8将电流导至气体放电管支座9，再由气体放电管支座9导至壳体18，再由防护装置外部导电壳体18导至金属圆盘7，最终通过天线底座底面及安装平台将电流泄放至大地，进行电磁脉冲信号及时响应并泄放的问题。

2） 增强电极的抗氧化和耐腐蚀能力，达到提高电磁脉冲防护装置循环能力的效果。

3）进一步的，外放电电极与内放电电极的Fe-Ni合金中添加钴，提高合金的居里点而不增加膨胀系数的方法，提高放电电极与内放电电极在0℃～600℃与电子陶瓷15的膨胀系数的匹配程度，达到气体放电管气室良好封接的效果。

4）进一步的，气体放电管气室16的成分不同达到控制放电电压的效果。

5）进一步的，垫片17用于可更换式气体放电管8拧入气体放电管支座9上端部时起固定作用，使得可更换式气体放电管可稳固的放置于气体放电管支座9内部。

6）进一步的，电子陶瓷15与气体放电管气室16的接触面为斜面，使导通电弧产生的高压转变为对电子陶瓷15斜面的压力，达到提高气体放电的通流能力（至35kA）的效果。

7） 通过在可更换式气体放电管8基础上增加泄流单元10，，当相比感应雷上升时间更快的电磁脉冲进入天线1后，泄流单元10先于可更换式气体放电管8响应，将电流导至防护装置外部导电壳体18，由防护装置外部导电壳体18导至金属圆盘7，将电流传导至天线底座2的底面上，最终通过底面及安装平台将电流泄放至大地。

8）进一步的，金属圆盘达到将电磁脉冲防护装置3稳定固定于天线底座内部。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1本设计示意图。

图2本设计电磁脉冲防护装置结构示意图。

图3本设计电磁脉冲防护装置内部组成示意图。

1-  天线                2-天线底座          3-电磁脉冲防护装置

4-侧面盖板             5-沉头螺钉          6-射频同轴连接器插头

7-金属圆盘             8-可更换式气体放电管

9-气体放电管支座       10-泄流单元            11-射频线缆

12-连接器              13-导体              14-绝缘固定件

15-电子陶瓷            16-气体放电管气室       17-垫片

18-壳体                19-外放电电极           20-内放电电极

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本专利相关说明

1、侧面盖板通过沉头螺钉5安装于天线底座侧面。所述8是可更换式气体放电管作用是有电磁脉冲后，将形成的高电压以短路的形式导入地线，属于易损件，因此采用可更换式气体放电管。

2、射频连接插头6常可称为射频同轴连接器插头。

3、金属圆盘7结构参数为圆形，材料为铜，外部直径与天线底座2的内空直径相同，采用电焊接方式固定于天线底座2内部。具有导电性。将3固定于天线底座内部。

4、可更换式气体放电管8包括气体放电管气室16、外放电电极19、内放电电极20、电子陶瓷15，所述外放电电极19是筒状，内放电电极20底面是一个圆端面，内放电电极20圆端面竖直安装有一上端部，所述内放电电极20底端面直径与外放电电极19底端面直径尺寸一致，所述内放电电极20顶端深入外放电电极19内部，所述外放电电极19与内放电电极20通过电子陶瓷15密封（此处电子陶瓷15表面不经过陶瓷金属化工艺处理），所述电子陶瓷15表面与外放电电极19、内放电电极20内壁接触的表面部分是通过电真空焊料焊接，外放电电极19内部其余封闭部分形成气体放电管气室16（电子陶瓷15、外放电电极19、内放电电极包围的部分形成气体放电管气室16）。

5、气体放电管支座9是全金属体，下端部为实体螺母形式，用于人工安装操作。气体放电管支座9上端部中空。气体放电管支座9上端部外圈带螺纹，用于与可更换式气体放电管8螺纹连接，气体放电管支座9上端部内圈底部带有一个垫片17，用于可更换式气体放电管8拧入气体放电管支座9上端部时起固定作用。

6、当泄流单元10是双向瞬态抑制二极管，其两极受到瞬态电磁脉冲形成的高能量冲击时，以ns秒级的速度将两极间的高阻抗变为低阻抗，吸收浪涌功率，并将两极间的电压限制于一个预定值，保护线路中元器件不受到比感应雷上升时间更快的电磁脉冲的影响。泄流单元10作用是泄放电流，两个瞬态电压抑制二极管反向串联，在正反两个方向吸收瞬时大脉冲功率，因此双向瞬态二极管的两端均为阳极，分别与导体13和壳体18连接。

7、射频线缆11作用是提供射频信号传输通道，内芯承载信号，外部金属接地。

8、连接器12是法兰安装射频同轴插座连接器或螺纹安装射频同轴插座，作用是提供射频线缆的固定连接，用于信号的输入输出，内芯承载信号，外部金属接地。

9、导体13采用黄铜镀金导体或铍青铜镀金等，作用是以低阻抗传递高频信号。射频线缆11中的内芯导体材料与其相似，但为软质，材料成分不同，均为现有成熟技术。

10、绝缘固定件14为中空圆柱体，中空部分固定内芯导体，外部固定于电磁脉冲防护装置内壁，绝缘，起到将内芯导线与外部金属壳体绝缘的作用。

11、电子陶瓷15表面与外放电电极19、内放电电极20内壁接触表面部分是通过电真空焊料焊接。外放电电极19内部其余部分为真空部分，所述真空部分是气体放电管气室16。电子陶瓷15的材料为氧化铝瓷，主晶相成分分别为MgSiO₃及Al₂O₃，Al₂O3质量百分比含量为95%～99%。

12、壳体18是电磁脉冲防护装置的外部壳体，其作用是提供外部保护与接地。

13、外放电电极19、内放电电极20是通过放电电极制作而成。具有放电作用。内放电电极20底面是一个圆端面，内放电电极20圆端面竖直安装有一上端部，内放电电极20轴线剖面是一个“工”字型结构或“T”字形结构。外放电电极19为筒状，内放电电极20底端面直径与所述外放电电极19底端面直径相等。所述内放电电极20上端部深入到外放电电极20内部。

14、工作原理：当感应雷管产生的脉冲电流通过耦合进入天线1，电磁脉冲防护装置3中的可更换式气体放电管8（具体是：脉冲电流通过天线1进入时，外放电电极19与内放电电极20在高压差状态下，引起气体放电管气室16中的气体导通放电，并通过气体放电管支座9流出）将电流导至气体放电管支座9，再由气体放电管支座9导至壳体18，再由防护装置外部导电壳体18导至金属圆盘7，由于金属固定圆盘7安装于天线底座内部（并与天线底座2中防护装置外部导电壳体18内壁电连接），将电流传导至天线底座2的底面上，最终通过天线底座底面及安装平台将电流泄放至大地。

由于泄流单元10（采用双向瞬态抑制二极管）相比可更换式气体放电管8来说，前者动作时间短，后者电流泄放能力强，当相比感应雷上升时间更快的电磁脉冲进入天线1后，泄流单元10先于可更换式气体放电管8响应，将电流导至防护装置外部导电壳体18，由防护装置外部导电壳体18导至金属圆盘7，将电流传导至天线底座2的底面上，最终通过底面及安装平台将电流泄放至大地。强电流在泄放一部分后，电流泄放方向如图2中L-L1方向，进入可更换式气体放电管8的动作时间，由可更换式气体放电管8对剩余强电流进行泄放，如附图2中L-L2方向。

15.拆装过程：通过打开侧面盖板4将电磁脉冲防护装置3通过金属圆盘7安装于天线底座2内部。然后通过沉头螺钉5将侧面盖板4封闭，所示电磁脉冲防护装置3与天线底座2相对位置如图2、3所示。当遭受雷击或其它电磁脉冲，本装置中电磁脉冲防护装置3被损坏需要更换时，则打开侧面盖板4将电磁防护装置3中的可更换式气体放电管8去除进行更换。

实施例一：如图1、2、3所述，一种电磁脉冲防护一体化车载天线，包括天线辐射体1、天线底座2、射频线缆11、电磁脉冲防护装置3、金属圆盘7、侧面盖板4，所述天线辐射体1安装于天线底座上，所述天线底座2侧面开口，通过侧面盖板4密封天线底座2，所述电磁脉冲防护装置3通过金属圆盘7固定与天线底座2内部，电磁脉冲防护装置3上端部通过射频线缆11与天线底座2顶部的馈电点连接，电磁脉冲防护装置3下端部通过射频缆线11与法兰安装射频同轴插座连接器12连接，所述电磁脉冲防护装置3上端部、电磁脉冲防护装置3下端部与射频缆线11通过射频连接插头6连接，所述电磁脉冲防护装置3包括可更换式气体放电管8、气体放电管支座9、导体13、绝缘固定件14、壳体18，所述导体13通过绝缘固定件14支撑安装在3内部，所述气体放电管支座9与壳体18连接，所述可更换式气体放电管8一端套入气体放电管支座9上端部，所述可更换式气体放电管8另一端与导体13连接。所述可更换式气体放电管8包括气体放电管气室16、外放电电极19、内放电电极20、电子陶瓷15，所述外放电电极19是筒状，内放电电极20底面是一个圆端面，内放电电极20圆端面竖直安装有一上端部，所述内放电电极20底端面直径与外放电电极19底端面直径尺寸相同，所述内放电电极20顶端深入外放电电极19内部，所述外放电电极19与内放电电极20之间通过电子陶瓷15密封，电子陶瓷15表面与外放电电极19、内放电电极20内壁接触部分是经过陶瓷金属化工艺后连接，外放电电极19内部其余部分封闭部分是气体放电管气室16。

实施例二：在实施例一基础上，所述放电外电极19与放电内电极20材料是Fe-Ni-Co合金，Fe的质量百分比含量为50%～55%，Ni质量百分比含量为25%～35%，Co质量百分比含量为10%～20%，与气体放电管气室16接触的表面部分喷涂电子粉。

实施例三：在实施例一或二基础上，所述Fe质量百分比54%，Ni质量百分比为29%，Co质量百分比为17%。放电外电极19和放电内电极20与Al₂O₃质量百分比含量为95%的电子陶瓷15的膨胀系数匹配表1如下：

表1

实施例四：在实施例一或二基础上，所述Fe质量百分比53%，Ni质量百分比为31%，Co质量百分比为16%。放电外电极19和放电内电极20与Al₂O₃质量百分比含量为95%的电子陶瓷15的膨胀系数匹配表2如下：

表2

实施例五：在实施例一或二基础上，所述Fe质量百分比52%，Ni质量百分比为33%，Co质量百分比为15%。放电外电极19和放电内电极20与Al₂O₃质量百分比含量为95%的电子陶瓷15的膨胀系数匹配表3如下：

表3

实施例六：在实施例一或二基础上，所述Fe的质量百分比为54%，Ni质量百分比含量为34%，Co质量百分比含量为12%。放电外电极19和放电内电极20与Al₂O₃质量百分比含量为95%的电子陶瓷15的膨胀系数匹配表4如下：

表4

实施例七：在实施例一至六之一基础上，所述气体放电管气室16管内为氖氩混合气体，其中氖质量百分比含量为70%～85%，氩质量百分比含量为15%～30%，管内气压为19～20kPa。

实施例八：在实施例七基础上，所述氖质量百分比含量为85%，氩质量百分比含量为15%。其放电电压U与气体放电管气室内气压与放电极间隙的乘积Pd的关系如表5如下：

表5

实施例九：在实施例七基础上，所述氖质量百分比含量为70%，氩质量百分比含量为30%。其放电电压U与气体放电管气室内气压与放电极间隙的乘积Pd的关系表6如下：

表6

实施例十：在实施例一至九基础上，所述电子陶瓷15的材料为Al₂O₃，氧化铝瓷，主晶相成分分别为MgSiO₃及Al₂O₃，Al₂O₃质量百分比含量为95%～99%。

实施例十一：在实施例十基础上，所述射频线缆11与天线底座2顶部的馈电点连接具体方式是射频线缆11的内芯导体与馈电点中心导体连接，射频线缆11的外部金属导体与馈电点外部的金属地连接。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种电磁脉冲防护一体化车载天线，包括天线辐射体、天线底座、射频线缆，所述天线辐射体安装于天线底座上，其特征在于还包括电磁脉冲防护装置、金属圆盘、侧面盖板，所述天线底座侧面开口，通过侧面盖板密封天线底座，所述电磁脉冲防护装置通过金属圆盘固定于天线底座内部，电磁脉冲防护装置上端部通过射频线缆与天线底座顶部的馈电点连接，电磁脉冲防护装置下端部通过射频缆线与法兰安装射频同轴插座连接器连接，所述电磁脉冲防护装置上端部、电磁脉冲防护装置下端部与射频缆线通过射频连接插头连接，所述电磁脉冲防护装置包括可更换式气体放电管、气体放电管支座、导体、绝缘固定件、壳体，所述导体通过绝缘固定件支撑安装在内部，所述气体放电管支座与壳体连接，所述可更换式气体放电管一端套入气体放电管支座上端部，所述可更换式气体放电管另一端与导体连接；

所述可更换式气体放电管包括气体放电管气室、外放电电极、内放电电极、电子陶瓷，所述外放电电极是筒状，内放电电极底面是一个圆端面，内放电电极圆端面竖直安装有一上端部，所述内放电电极底端面直径与外放电电极底端面直径尺寸相同，所述内放电电极顶端深入外放电电极内部，所述外放电电极与内放电电极之间通过电子陶瓷密封，电子陶瓷表面与外放电电极、内放电电极内壁接触的表面部分是通过电真空焊料焊接，外放电电极内部其余封闭部分是气体放电管气室；

所述外放电电极与内放电电极材料是Fe-Ni-Co合金，Fe质量百分比含量为50%～55%，Ni质量百分比含量为25%～35%，Co质量百分比含量为10%～20%，气体放电管气室接触的表面部分喷涂电子粉；

所述气体放电管气室管内为氖氩混合气体，其中氖质量百分比含量为70%～85%，氩质量百分比含量为15%～30%，管内气压为19～20kPa。

2.根据权利要求1所述的一种电磁脉冲防护一体化车载天线，其特征在于还包括垫片，所述垫片内置于气体放电管支座上端部内部，所述垫片分别与可更换式气体放电管、气体放电管支座上端部内圈底部连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种电磁脉冲防护一体化车载天线，其特征在于还包括泄流单元，所述泄流单元两端分别与导体、壳体连接。

4.根据权利要求3所述的一种电磁脉冲防护一体化车载天线，其特征在于所述泄流单元包括两个瞬态电压抑制二极管，所述两个瞬态电压抑制二极管阴极串联，所述两个瞬态电压抑制二极管的阳极分别与导体、壳体连接。

5.根据权利要求4所述的一种电磁脉冲防护一体化车载天线，其特征在于所述金属圆盘为圆形，材料为铜，外部直径与天线底座的内直径相同，采用电焊接方式固定于天线底座内部。

6.根据权利要求5所述的一种电磁脉冲防护一体化车载天线，其特征在于所述连接器是法兰安装射频同轴插座或螺纹安装射频同轴插座。