CN103545620B

CN103545620B - 一种h面组阵短波对数立体阵列天线

Info

Publication number: CN103545620B
Application number: CN201310453697.3A
Authority: CN
Inventors: 崔立成; 张少林
Original assignee: An Accurate Hardwear Pty Ltd Is Pushed Up By Shenzhen
Current assignee: An Accurate Hardwear Pty Ltd Is Pushed Up By Shenzhen
Priority date: 2013-09-29
Filing date: 2013-09-29
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2033-09-29
Also published as: CN103545620A

Abstract

本发明公开一种H面组阵短波对数立体阵列天线，包括天线阵列和用于架设所述天线阵列的支撑架，所述天线阵列包括数个对数周期天线单元，所述数个对数周期天线单元之间按预定夹角角度排列，呈扇形分布；所述支撑架包括对应所述对数周期天线单元的排列呈扇形分布的数个水平桁架、用于固定所述水平桁架的垂直桁架，所述对数周期天线单元分别设置在相应的水平桁架上；所述对数周期天线单元包括沿水平桁架设置的集合线、按由短到长次序依次设置在集合线上的天线振子。本发明系统具有宽频带、大功率、高增益的优点，同时其天线结构简单、操作方便，具有极佳的应用前景。

Description

一种H面组阵短波对数立体阵列天线

技术领域

本发明涉及通信天线技术领域，尤其涉及一种H面组阵短波对数立体阵列天线。

背景技术

传统国内短波大型天线系统以宽带幕形天线为主，如图1和2所示。宽带幕形天线是由多层全波或半波偶极子组成的天线阵，水平方向图由每层阵元天线的数目控制，垂直方向图由阵元天线的层数和最低层天线的离地高度控制。其优点是频带范围较宽、功率较大、传播距离较远。但宽带幕形天线的缺点也很明显，主要包括：1 占地面积大，地形要求苛刻；2 天线主体高，结构体积大；3 工程施工难，建设周期长；4 使用操作复杂，维修保养困难。

而且宽带幕形天线通常为国外进口，国内部分厂家在该系统上也有研发生产，但核心技术没有突破，所生产的产品功率较小，覆盖范围窄，该类产品设计复杂、结构繁琐、零部件多、体积庞大、安装困难，且价格昂贵、维修不便，更重要的是核心技术受制于人，很多产品引进后因故障不能及时修复，无法使用。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种H面组阵短波对数立体阵列天线，旨在解决目前宽带幕形天线地形要求苛刻，施工难、操作复杂等问题。

本发明的技术方案如下：

一种H面组阵短波对数立体阵列天线，其中，包括天线阵列和用于架设所述天线阵列的支撑架，所述天线阵列包括数个对数周期天线单元，所述数个对数周期天线单元之间按预定夹角角度排列，呈扇形分布；

所述支撑架包括对应所述对数周期天线单元的排列呈扇形分布的数个水平桁架、用于固定所述水平桁架的垂直桁架，所述对数周期天线单元分别设置在相应的水平桁架上；

所述对数周期天线单元包括沿水平桁架设置的集合线、按由短到长次序依次设置在集合线上的天线振子。

所述的H面组阵短波对数立体阵列天线，其中，所述预定夹角角度根据天线增益及天线方向图做调整。

所述的H面组阵短波对数立体阵列天线，其中，所述预定夹角角度为15度。

所述的H面组阵短波对数立体阵列天线，其中，所述天线阵列包括4个对数周期天线单元，所述水平桁架相应设置为4个。

所述的H面组阵短波对数立体阵列天线，其中，从所述集合线靠近扇形顶点一端起始，所述天线振子按由短到长的次序依次设置在所述集合线上。

所述的H面组阵短波对数立体阵列天线，其中，所述天线振子的数量为32对。

所述的H面组阵短波对数立体阵列天线，其中，所述H面组阵短波对数立体阵列天线上还设置有避雷针。

有益效果：本发明提供一种H面组阵短波对数立体阵列天线，基于对数周期天线（LPDA）的优良特性，提出了对数周期天线H面垂直扇形阵组阵方案，设计了结构简便、功能灵活、性能指标高、占地面积小的LPDA阵列天线系统，该系统具有宽频带、大功率、高增益的优点，同时其天线结构简单、操作方便，具有极佳的应用前景。

附图说明

图1为传统宽带幕形天线的结构示意图。

图2为传统宽带幕形天线的侧视图。

图3为本发明的H面组阵短波对数立体阵列天线的结构示意图。

图4为本发明的H面组阵短波对数立体阵列天线的系统组成示意图。

图5为本发明的H面组阵短波对数立体阵列天线的集合线双线模型示意图。

图6为本发明的H面组阵短波对数立体阵列天线的控制系统原理图。

具体实施方式

本发明提供一种H面组阵短波对数立体阵列天线，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

对数周期天线（LPDA）是一种具有极为优良电特性的宽频带天接，它在输入阻抗、方向图、增益系数等主要电参数方面都近似与频率无关，其电特性随工作频率成对数周期关系而变化，即在任一频率f₀所具有的特性将在所有的f_n=τf₀的频率上重复，此处f₀->τnf₀称为一个周期（τ为周期率， n=±1，2，3，...）。如果能设计在一个周期内天线电特性为一个常数，则在所有频率工作时，都将可认为同频率无关，这种结构便称为对数周期天线。

对数周期天线扇形阵的理论比之于各向同性单元组成的直线阵复杂得多，且不能应用方向图乘法。本发明应用矩量法对自由空间水平和垂直对数周期偶极天线扇形阵进行分析，并对阵列参数对天线性能的影响进行详细的分析计算从而实现天线性能的最优化。

如图3所示的一种H面（H面是指图中天线方向与磁场方向平行的切面）组阵短波对数立体阵列天线，其中，包括天线阵列和用于架设所述天线阵列的支撑架，所述天线阵列包括数个对数周期天线单元，所述数个对数周期天线单元之间按预定夹角角度排列，呈扇形分布。预定夹角角度的选择是根据天线增益及天线方向图进行的，如选择不当，会降造成天线增益与设计不符，方向图发生畸变，从而影响天线阵列的整体性能。较佳的是，该预定夹角角度为15度，在该夹角角度下，天线增益及方向图均符合设计要求。

所述支撑架包括对应所述对数周期天线单元的排列呈扇形分布的数个水平桁架210、用于固定所述水平桁架210的垂直桁架220，较佳的是，在水平桁架和垂直桁架的连接点，且处于对角线关系的两连接点再设置用于提高支撑架强度的斜杆。所述对数周期天线单元分别设置在相应的水平桁架210上。所述对数周期天线单元包括沿水平桁架设置的集合线110、按由短到长次序依次设置在集合线110上的天线振子120。所述集合线设置在水平桁架的中间位置并进行固定，所述集合线的尺寸是通过集合线理论模型计算获得，集合线的理论模型一般为传统的双线模型，如图5所示，其中L为双线长度，S为双线间距，D为双线直径，ε_r为介质相对介电常数，通过微波技术中的奇偶模理论，可以获得满足指标要求的集合线尺寸。

较佳的是，所述天线阵列包括4个对数周期天线单元，所述水平桁架相应设置为4个，所述对数周期天线单元并不限于4个，可根据需要进行设置。每个水平桁架上设置有一个对数周期天线单元，从所述集合线靠近扇形顶点一端起始，所述天线振子按由短到长的次序依次设置在所述集合线上。所属天线振子数目及相邻天线振子间距大小根据天线系统性能需要通过数值计算获得，选择不当也会对天线性能造成不良影响。较佳的是，所述天线振子的数量设置为32对，当然，天线振子数量并不限于32对，也可根据需要调整天线振子的数量。

在整个天线的重心位置设置有连接点与天线承载系统相连，所述天线承载系统包括用于实现天线支撑架翻转的翻转机构310、用于实现天线支撑架水平旋转的回转机构，起固定基础作用的砼基础330，所述回转机构包括与所述砼基础固定连接的固定塔桅321，一端与固定塔桅旋转连接且另一端与翻转机构固定连接的转动塔桅322。

所述回转机构中设置有万向转接头，所述万向转接头将射频信号由天线固定部分传送到天线转动部分。

所述翻转机构包括与转动塔桅固定连接的U型支撑架及活动连接在U型支撑架中间的翻转杆，所述翻转杆与所述支撑架固定连接，这样通过翻转机构可实现支撑架的翻转，即实现天线的方向调整。而通过回转机构的水平旋转，实现支撑架的整体水平旋转，同样使得天线调整其水平朝向。

所述H面组阵短波对数立体阵列天线还包括与天线的回转机构配套设置的控制系统，所述控制系统包括用于驱动回转机构的驱动系统及相应的变速箱、滑动离合器、角度编码器、制动系统等。

所述驱动系统包括变频电机、传动及减速装置、末级开式齿轮、制动装置、过载保护装置（大齿圈固定），可设置在固定塔桅也可设在转动塔桅部分。所述角度编码器就安装在变频电机上，当设定需要的方位角后，发送指令即可在360^o范围内按设定的要求转动到位。

所述滑动离合器是用来保护变频电机和传动零件的，即当吹过天线的风速超过120公里/小时的情况下，不管当时天线是处于转动过程还是静止在某一工作位置上，这个滑动离合器都会自动释放天线的刹车系统，即便发射机正在工作，也会使天线顺着风向旋转到阻力最小的位置，此时发射机也会自动断掉高压。这是天线的自我保护功能（当检测到风速大于极限值时，自动松开刹车，使天线自动转到迎风阻力最小状态）。正常起、制动时不打滑。

制动系统实现转动天线至目标角度后的静止定位，同时还能承担抵抗大风造成天线方向漂移的功能，另外还有一个作用，即当天线被驱动，当处于转动行进期间突然发生电源故障时，可防止由于晃动引起的负荷对天线结构造成影响。

如图4所示是本发明的H面组阵短波对数立体阵列天线的系统组成示意图，其中，发射机600通过馈线620发射信号进入功分器640，由功分器640输出信号经馈线由各平衡转换器630输入端输入，转换到平衡信号分别为各对数周期天线单元供电。较佳的是，发射机600发射的信号在进入功分器之前先经过连接在馈线上的通过式避雷器610，从而保证仪器设备的安全。另外，所述馈线的外皮也需要直流接地。所述功分器为功率分配元件，将从输入端口进来的能量分配到N个输出端口，在本发明方案中，功分器为一分四功分器，即由一个功分器输入端口输入信号分成四条信号分别由四个输出端口输出。所述平衡转换器又名巴仑（Balun）是英文“平衡－不平衡变换器”缩写。其作用除了平衡－不平衡变换之外，同时还视巴仑的形式、结构，可以进行 1:1、4:1、6:1、9:1、25:1等比值的阻抗转换。

总控制系统500通过控制线510实现对天线回转机构及翻转机构的控制，控制线同样需要直流接地。电源700通过动力线720连接天线为控制系统及发射机等提供动力，在动力线上还需要连接防浪涌保护器710，实现对间接雷电和直接雷电产生的瞬时过压的电涌进行保护。

雷电具有高电压、大电流和瞬时的特点对与天线系统危害巨大，根据工程雷电防护要求，对天线的天线部分即接闪器（避雷针）400、引下线及接地体（地网）实现避雷作用。

如图6所示，天线控制系统承担了天线转动角度调整，离合、刹车速度控制，天线安全互锁控制，手动、自动调整切换功能，远程、本地控制功能。天线控制系统CPU处理器A4之间间的信号传递和输入是通过一个远程I/O模块A8，即远程控制I/O扫描模块来进行相互通信。方位的预设值与实际值均会经接口转换器A3、耦合器A2显示在操作终端的触摸屏A1上。在用户通过角度转码器A7输入天线的角度，频率，并进一步输入紧急关机S1、制动控制S2、离合控制S3、门节点S4等执行命令后，控制系统开始比较预设的角度和实际的角度，然后控制系统计算需要调整的角度并发送必要的控制命令给变频器A5进而驱动电机A6，这些命令可以保证天线通过最短路径到达预设的角度。

本发明提供的H面组阵短波对数立体阵列天线，基于对数周期天线（LPDA）的优良特性，提出了对数周期天线H面垂直扇形阵组阵方案，设计了结构简便、功能灵活、性能指标高、占地面积小的LPDA阵列天线系统，该系统具有宽频带、大功率、高增益的优点，同时其天线结构简单、操作方便，具有极佳的应用前景。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种H面组阵短波对数立体阵列天线，其特征在于，包括天线阵列和用于架设所述天线阵列的支撑架，所述天线阵列包括数个对数周期天线单元，所述数个对数周期天线单元之间按预定夹角角度排列，呈扇形分布；

所述对数周期天线单元包括沿水平桁架设置的集合线、按由短到长次序依次设置在集合线上的天线振子；

所述预定夹角角度根据天线增益及天线方向图做调整；所述预定夹角角度为15度；

在所述水平桁架和垂直桁架的连接点，且处于对角线关系的两连接点设置用于提高支撑架强度的斜杆；

所述集合线设置在水平桁架的中间位置并进行固定，所述集合线的尺寸通过集合线理论模型计算获得。

2.根据权利要求1所述的H面组阵短波对数立体阵列天线，其特征在于，所述天线阵列包括4个对数周期天线单元，所述水平桁架相应设置为4个。

3.根据权利要求1所述的H面组阵短波对数立体阵列天线，其特征在于，从所述集合线靠近扇形顶点一端起始，所述天线振子按由短到长的次序依次设置在所述集合线上。

4.根据权利要求1所述的H面组阵短波对数立体阵列天线，其特征在于，所述天线振子的数量为32对。

5.根据权利要求1所述的H面组阵短波对数立体阵列天线，其特征在于，所述H面组阵短波对数立体阵列天线上还设置有避雷针。