CN109326876A - 一种高辐射效率天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高辐射效率天线，涉及电子信息技术领域，主要应用于无线电监测、通信行业。本发明采用了改善天线上的电流分布，提高了天线的有效高度，从而提高天线的辐射效率；扩展天线的工作频率，在天线上分段接入电抗与电阻元件，使得天线具有很宽的频率特性；采用场路协同方针，利用遗传迭代算法对加载位置进行优化，最终得到最优加载点位置，解决了一幅短波无源接收天线频率范围能达到1MHz‑8MHz的技术问题，并能实现辐射效率高，输入阻抗均匀的性能指标。

Description

一种高辐射效率天线

技术领域

本发明涉及电子信息技术领域，特别涉及一种高辐射效率天线。

背景技术

从传播角度看，无线电技术摒除了时空约束。在传播介质上，选取了无线电波用来传送信息。传输信号及对应的接收过程都借助于频率变化。从根本原理来看，依照电磁波的机理来构建无线电技术。在导体范围内，电磁场会同步于电流的波动，这种基础上的无线电波将会随之更替，表现出规律性。经过调制的步骤，电流被转变成精确信息并附着于介质。传送并且接到信息之后，导体将会更改原先的磁场状态，因而明确了各阶段内的电流变化。充分转化之后，即可用来传递信息。详细而言，无线电技术包含了各异长度的波形，例如长波、短波以及中波。相比来看，各长度的波形都拥有独特的传输优势，也包含了缺陷。经过长期演进，无线电传输摒除了传统形态的晶体管，构建集成电路，而后衍生出微波的传输。而目前的天线短波接收天线设计，一般都是采用有源和无源两种方法，无源天线：通常采用接收的最大功率与功率密度的比值确定天线的有效口径，即：A＝Pmax/S。式中，A为天线有效口径；Pmax为接收的最大功率；S为功率密度。有源天线：用有源网络的增益来补偿无源天线因尺寸变小所造成的增益下降，从而达到缩减天线尺寸的目的。就目前的天线技术而言，天线频率范围不可能在1MHz---8MHz频率范围内达到较高的辐射效率，而且输入阻抗变化很大；采用有源天线设计原理设计的天线，虽然能扩宽频带，但勇士也降低了天线的信噪比和可靠性，增加了互调产物的形成几率，很难获得均匀的输入阻抗，并且传统的分节负荷天线设计方式，单纯靠计算很难确定最优加载位置，只有通过不断尝试来确定，这样需要反复试验，具有一定的盲目性，而且工作量很大。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种，解决了短波天线的辐射效率低、常规天线在1MHz-8MHz接收灵敏度差的问题，并获得均匀的输入阻抗。

本发明采用的技术方案如下：

一种高辐射效率天线，包括顶部杆，上部杆，中部杆，下部杆，上部加感器，中部加感器，天线变量器，其特征在于：顶部杆的一端连接上部杆，另一端连接圆面接收器；上部杆的另一端连接中部杆，中部杆的另一端连接下部杆，整体呈直线形式；顶部杆中端设置上部加感器；上部杆中端设置中部加感器；下部杆底部设置天线变量器。

顶部杆，上部杆，中部杆以及下部杆连接成整体，总长达到18米，使得天线整体有效高度得到了提高；圆面接收器与顶部端连接处为电动转动轴，电动转动轴进行自动旋转；将天线整体垂直于地网，下部杆一端接触地网；在现有的天线中，大部分存在天线上电流分布不均情况，本发明在顶部杆与上部杆中端设置上部加感器以及上部杆与中部杆中端设置中部加感器；当满足h/入<<1时，天线上电流按正弦规律分布，天线顶部的电流为零，靠近天线顶端的电流很小，所以天线顶端附近接收效能很低；设置加感器，使之尽量接近均匀，提高天线的有效高度，从而提高天线的辐射效率，通过加载方式，在工作频率范围1MHz-8MHz内，可以获得均匀的输入阻抗。

所述圆面接收器，包括半波对称振子，点源辐射器，谐振电路:采用四个半波对称振子沿垂线上下排列，呈垂直四元阵，增强接收能力和扩大接收范围。

所述上部加感器采用电阻R1，电感L1串联组成的电路，但是由于顶部杆与中部杆间的绝缘子，使得两者之间有一个分布电容，因此上部加感器实际上是一个谐振回路，当工作平平率F低于F0时，回路呈感性；当工作频率高于F0时，回路呈容性，电阻R1起降回路Q值得作用；实质上是电容中的电场能与电感中的磁场能相互交换，此增彼减，完全补偿，电场能和磁场能的总和时刻保持不变，电源不必与电容或电感往返转换能量，只需要给电路中电阻所消耗的电能，减少了天线整体电路中的电能损失。

所述中部加感器采用电阻R2，电感L2，电容C并联组成的谐振电路，具有类似上部加感器的特性，仅谐振频率不同；顶部杆用于改善低频端的特性。当接收频率低于加感线圈与杂散电容的并联谐振频率时，等效阻抗呈感性，起增长天线的作用，加感器所附阻尼电阻将谐振回路的Q值降低，使谐振曲线变钝，以适应宽频带天线的需要，中部加感与杂散电容组成的谐振频率通常选稍低于中心频率，这样就实现了天线振子长度的自动调整作用，从而使输入阻抗和在垂直面中的方向图在很宽的频率范围内变化不大，实现了宽频带。

本发明采用了场路协同仿真方法，采用了三维电磁场全波方法对封装与互连结构进行分析，采用电路分析方法对电路元件或电路模拟进行分析，最后将二者耦合起来实现，利用遗传迭代算法对加载位置进行优化，最终得到最优加载点位置。

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.本发明一种高辐射效率天线，通过加载方式，在工作频率范围1MHz-8MHZ内,可以获得均匀的输入阻抗。

2.本发明一种高辐射效率天线，通过场路协同仿真，利用遗传迭代算法对加载位置进行优化，大大减小了反复试验的工作量，达到设计及使用的目的。

3.本发明一种高辐射效率天线，采取在天线上加电感线圈的措施，改善天线上的电流分布，从而提高了短波天线的辐射效率；

4.本发明一种高辐射效率天线，在天线上分段接入电抗与电阻元件,实现了天线振子长度的自动调整，从而使输入阻抗和在垂直面中的方向图在很宽的频率范围内变化不大，实现接收频带的扩宽；

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是高辐射效率天线结构示意图；

图2是加感器安装示意图；

图3是拓宽天线的工作频率的电原理；

图4是频率特性图；

图中顶部杆-1上部杆-2中部杆-3下部杆-4上部加感器-5中部加感器-6天线变量器-7下部拉绳-8上部拉绳-9地网线-10预埋件-11N型输出口-12下部拉线盘-13上部拉线盘-14圆面接收器-15。

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。

下面结合图1至图4对本发明作详细说明。

实施例1

一种高辐射效率天线，包括顶部杆1，上部杆2，中部杆3，下部杆4，上部加感器5，中部加感器6，天线变量器7等；顶部杆1为外径Φ65mm，高4500，壁厚2.5mm的铝管，用连接法兰与上部杆2一端相连；在顶部杆一端，焊接电动转动轴；在电动转动轴另外一点，焊接圆面接收器的支撑点；在上部杆2与顶部杆1中端设置上部加感器5；上部杆2径为Φ90mm，高4550mm，壁厚3mm的铝管；中部杆3为外径Φ120mm，高4550mm，壁厚4mm的铝管，上部杆2一端用连接法兰连接中部杆3一端，在上部杆2上设置拉线盘，并在上部杆2与中部杆3中端设置中部加感器6；下部杆4为外径Φ159mm，壁厚3mm的304不锈钢管和外径Φ150mm，高4703mm，壁厚4mm的铝管及用环氧玻璃布管做成的绝缘子，中部杆3一端用连接法兰连接下部杆4，在中部杆3中端设置拉线盘，并与预埋件接通，在此预埋件左侧4500mm处，设置另一处预埋件；在预埋件右侧2000mm处设置N型输出口；用拉绳分别连接上部杆2的拉线盘和中部杆3的拉线盘，在将两段拉绳连接另一处的预埋件进行拉伸固定，将天线整体垂直于地网，下部杆一端接触地网；在下部端设置变量器7；将四节不同尺寸的铝合金管依次连接之后，天线整体呈直线形式，天线总长达到18米左右，提高了天线整体高度；N型输出口分别与上部杆2拉线盘处电路和中部杆3拉线盘处电路接通，从N型输出口输出电流，传至天线；顶部杆；采取以上方式，改善了天线上的电流分布，使得电流能够在天线上分布均匀，尤其是天线顶端的电流，提高了天线的有效高度，从而提高了天线的辐射效率。

实施例2

本实施例与实施例1区别在于：在顶部杆1与上部杆2中端设置上部加感器，上部加感器5是由R，L串联组成的电路，但由于顶部杆与中部杆间的绝缘子使两者间有一个分布电容，因此上部加感器实际上是一个谐振回路。当工作频率F低于Fo时，回路呈感性；当工作频率高于Fo时，回路呈容性，电阻R1起降低回路Q值的作用。在上部杆与中部杆中端设置中部加感器，也是一个L，C，R的并联谐振回路，具有类似上部加感器的特性，仅谐振频率不同。顶部杆用于改善低频端的特性，当接收频率低于加感线圈与杂散电容的并联谐振频率时，等效阻抗呈感性，起增长天线的作用，加感器所附阻尼电阻将谐振回路的Q值降低，使谐振曲线变钝，以适应宽频带天线的需要，中部加感与杂散电容组成的谐振频率通常选稍低于中心频率，这样就实现了天线振子长度的自动调整作用，从而使输入阻抗和在垂直面中的方向图在很宽的频率范围内变化不大，实现了宽频带。

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高辐射效率天线，包括顶部杆(1)，上部杆(2)，中部杆(3)，下部杆(4)，上部加感器(5)，中部加感器(6)，天线变量器(7)，其特征在于：顶部杆(1)的一端连接上部杆(2)的一端，另一端连接电动转动轴(16)的一端，顶部杆(1)的中端设置上部加感器(5)；电动转动轴(16)另一端连接圆面接收器(15)；上部杆(2)的另一端连接中部杆(3)的一端，上部杆(2)的中端设置中部加感器(5)；中部杆(3)的另一端连接下部杆(4)的一端；下部杆(4)的另一端设置天线变量器(7)；顶部杆(1)，上部杆(2)，中部杆(3)和下部杆(4)处于同一直线上。

2.根据权利要求1所述的一种高辐射效率天线，其特征在于：所述圆面接收器(15)，包括半波对称振子，点源辐射器，谐振电路。

3.根据权利要求2所述的一种高辐射效率天线，其特征在于：所述圆面接收器(15)，包括四个半波对称振子沿垂线上下排列，呈垂直四元阵。

4.根据权利要求1所述的一种高辐射效率天线，其特征在于：所述上部加感器(5)，包括电阻，电感串联组成的电路，设置在上部杆(2)的凹槽内。

5.根据权利要求1所述的一种高辐射效率天线，其特征在于：所述中部加感器(6)，包括电阻，电感，电容并联组成的电路，设置在中部杆(3)的凹槽内。

6.根据权利要求1所述的一种高辐射效率天线，其特征在于：所述顶部杆(1)，采用外径Φ65mm，壁厚2.5mm的铝管，高4500mm；所述上部杆(2)，壁厚3mm的铝管，高4550mm；所述中部杆(3)，采用外径Φ120mm，壁厚4mm的铝管，高4550mm；所述下部杆(4)，采用外径壁厚3mm的304不锈钢管和外径Φ150mm，高4703mm，壁厚4mm的铝管及用环氧玻璃布管做成的绝缘子。