CN112310626B - 用于电磁兼容测试的低频宽带天线 - Google Patents

Abstract

用于电磁兼容测试的低频宽带天线主要包括接地导体板（1）、极板（2）和接头（3）；接地导体板（1）平铺在地面上，极板（2）与接地导体板（1）垂直，极板（2）与接地导体板（1）构成天线的两个极；极板（2）在接地导体板（1）上垂直投影（20）的长度不低于最大工作波长的二分之一；极板（2）的形状为不规则多边形，该多边形的指数状边缘（21）形状为指数形，其余边缘的形状是直线；凹口（24）伸入极板（2）的内部。该天线尺寸小、重量轻、安装位置低，不仅便于安装，还降低对测试发射功率的要求，降低了测试装置的成本和测试运行成本，提高了测试场强的均匀性，测试的重复性和可重复性。

Description

用于电磁兼容测试的低频宽带天线

技术领域

本发明涉及电磁兼容测试，尤其是用于电磁兼容测试的低频宽带天线。

背景技术

电磁兼容测试目的在于检验受试电气和电子产品或系统（统称为受试件）对外界电磁场的敏感度。试验中，电磁兼容测试的发射天线需要在受试件的区域，产生一个均匀的电磁场。按照测试标准ISO 11451-2（道路车辆车辆对窄带辐射电磁能的抗扰性试验方法第2部分：车外辐射源法），测试用的场发生装置（发射天线）的工作频段是20MHz到18GHz。

在20MHz到220MHz频率范围内，目前电磁兼容测试常用的对数周期宽带天线虽然理论上可用于任何频段、具有任意宽的工作频带，但受实际使用环境的限制，往往无法具备理论上的性能。通常使用的宽带对数周期天线的最低工作频率是80MHz，当测试频率低于天线的工作频率时，天线的端口反射增加，使得发射机输出功率中，只有少部分才能够送进天线并被辐射出天线，激励效率低，而且被天线反射的功率也影响发射机的工作。即使采用更大尺寸的宽带对数周期天线，使得天线的最低工作频率可以到20MHz，但是由于是固定尺寸的宽带天线，实际上其驻波曲线有起伏，不能保证整个测试频段内都可以达到最佳匹配，因此这时其辐射性能也不佳。另一方面即使对数周期宽带天线的尺寸足够大，满足最低测试频率时振子长度半波长的要求，但这时对数周期天线振子尺寸很大，使其架设高度必须很高，常常会远高于受试件的高度。由于暗室空间限制，同时为了保证受试件所在的测试区域具有足够的测试场强，受试件离发射天线不能太远。当测试天线架设的很高的时候，虽然天线的主瓣方向与地面平行，但受试件位于地面且离天线很近时，受试件所在的测试区域很可能不在发射天线的主瓣范围，导致测试条件变差。为此常常需要把对数周期宽带天线放的离受试件远一些，以避免这个问题。但由于电磁波的空间扩散，又使得受试件所在的测试区域的测试场强减小。此外天线架设高，在受试件的测试区域，天线经地面的反射波与天线直达波叠加，造成测试区域场强的不均匀，影响测试的充分性和测试结果的可重复性，影响测试精度。

发明内容

技术问题:本发明提出了用于电磁兼容测试的低频宽带天线，不仅解决天线尺寸大的问题，可以保证在低频和宽频带时天线具有好的驻波和辐射性能，还不需要馈电匹配网络或者巴伦，减少响应的损耗，有效辐射功率大；而且避免天线架高对测试的不利影响，降低地面反射对受试件测试区域场强均匀性的不利影响，还使得位于地面的受试件，无论是在天线的近区还是远区，都可以始终位于天线的主瓣内。

技术方案：

本发明的用于电磁兼容测试的低频宽带天线，其特征在于该天线包括接地导体板、极板和接头；极板用导电性能好的材料制作；极板与接地导体板垂直，极板与接地导体板构成天线的两个极；在天线输入端，接头的内导体与极板连接，接头的外导体与接地导体板连接；极板在接地导体板上垂直投影的长度不低于最大工作波长的二分之一；极板的形状为不规则多边形，该多边形的指数状边缘形状为指数形，其余边缘的形状是直线；靠近天线输入端，极板有一条输入端边缘，其形状为直线，且与接地导体板平行；输入端边缘的一端在靠近接头处，与近端垂直边缘相连，输入端边缘的另一端与指数状边缘相连；指数状边缘靠近接地导体板，指数状边缘到接地导体板的距离呈指数规律变化；指数状边缘离接地导体板距离最近的一端与输入端边缘相连，指数状边缘的另一端与远端垂直边缘相连；在指数状边缘与输入端边缘相连处，指数状边缘到接地导体板的距离最近，在指数状边缘与远端垂直边缘相连处，指数状边缘到接地导体板的距离最大，该距离大于最大工作波长的八分之一；近端垂直边缘与接地导体板垂直，近端垂直边缘的长度不低于最大工作波长的八分之一；远端垂直边缘与接地导体板垂直，近端垂直边缘与远端垂直边缘的距离不低于最大工作波长的一半；远端垂直边缘的长度不低于最大工作波长的八分之一；远端垂直边缘的远端与凹口的长平行边的一端相连；凹口的形状为长条形，凹口伸入极板的内部；在远端，远端垂直边缘与长平行边的内夹角小于90度；凹口的短边的一端与长平行边相连，凹口的短边的另一端与短平行边相连；短平行边与长平行边平行，短平行边与长平行边的距离不低于最大工作波长的四十分之一；短平行边的一端与短边相连，短平行边的另一端与第一上边缘的一端相连，第一上边缘的另一端与第二上边缘的一端相连，第二上边缘的另一端与远端垂直边缘相连；接地导体板平铺在地面上；接地导体板的形状为梯形，梯形的平行短边和平行长边与指数状边缘垂直；平行短边靠近天线输入端，平行长边靠近天线的最大开口处，斜边连接平行短边和平行长边；极板在接地导体板所在平面的垂直投影位于接地导体板的内部；平行短边的长度大于最低工作波长的二分之一，平行长边的长度大于最大工作波长的二分之一。

长平行边的长度，不低于近端垂直边缘与远端垂直边缘距离的三分之二；短平行边长度不低于长平行边长度的三分之二，以保证天线在最低工作频率时的驻波满足设计要求，而且使得天线的辐射场在受试件的测试区最大。

天线输入端处，输入端边缘到接地导体板的距离使得该处的特性阻抗为欧姆，输入端边缘的长度不低于最低工作波长的七十分之一。

接地导体板的形状为对称多边形，对称轴为极板在接地导体板的垂直投影及其延长线；斜边的形状是直线、外凸折线或外凸曲线。

远端垂直边缘在接地导体板的投影到平行长边的距离不大于最大工作波长百分之一，以免波束上倾。

指数状边缘的指数参数可以根据工作频带内匹配要求确定。

接地导体板的使用，在保证天线辐射性能的同时，降低了天线的高度，同时使得天线可以安装在地面上，这样天线可以离受试件很近，距离衰减小，可以减小对测试发射功率的要求，因为即使天线与地面上的受试件很近，受试件也可以始终在天线的主瓣内。

凹口不仅延长了极板中电流路径的长度，使得天线在最低工作频率时，电流的路径的长度大于最大工作波长的一点五倍，保证了天线在最低工作频率时具有较好的匹配，而且避免了凹口边缘电流辐射对整个天线辐射场的不利影响。凹口在大大减小天线尺寸的同时，也减轻了极板的重量。

极板用支撑架固定，支撑架用非金属材料制作，以免影响天线的性能。

有益效果：本发明的有益效果是：所提出的用于电磁兼容测试的低频宽带天线，其尺寸小，同时可以保证在低频和宽频带时天线具有好的驻波和辐射性能；利用地面和接地导体板的镜像面，使得天线重量轻、安装位置低，不仅便于安装，而且放置在受试件的近处时，使得辐射电磁波在天线口面附近就呈现平面波的相位特性，还使得位于地面的受试件，可以始终位于天线的主瓣内，且在高度方向消除了通常架高天线时、地面反射导致的场强剧烈波动对测试的不利影响，大大提高了受试件测试区域的场强幅度和场强的均匀性，降低对测试发射功率的要求，降低了测试装置的成本和测试运行成本，并且保证了测试充分性和可重复性，提高了测试精度。

附图说明

图1是本发明的用于电磁兼容测试的低频宽带天线的示意图；

图2是本发明的用于电磁兼容测试的低频宽带天线的接地导体板示意图；

图中有，接地导体板1、平行短边11、平行长边12、斜边13、极板2、垂直投影20、天线输入端201、输入端边缘202、指数状边缘21、近端垂直边缘22、远端垂直边缘23、远端230、凹口24、长平行边240、短边241、短平行边242、最大开口25、第一上边缘26、第二上边缘27、接头3、内导体31和外导体32。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步说明。此处描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不能以具体实施例限定本发明。

本发明所采用的实施方案是：用于电磁兼容测试的低频宽带天线包括接地导体板1、极板2和接头3；极板2用导电性能好的材料制作；极板2与接地导体板1垂直，极板2与接地导体板1构成天线的两个极；在天线输入端201，接头3的内导体31与极板2连接，接头2的外导体32与接地导体板1连接；极板2在接地导体板1上垂直投影20的长度不低于最大工作波长的二分之一；极板2的形状为不规则多边形，该多边形的指数状边缘21形状为指数形，其余边缘的形状是直线；靠近天线输入端201，极板2有一条输入端边缘202，其形状为直线，且与接地导体板1平行；输入端边缘202的一端在靠近接头3处，与近端垂直边缘22相连，输入端边缘202的另一端与指数状边缘21相连；指数状边缘21靠近接地导体板1，指数状边缘21到接地导体板1的距离呈指数规律变化；指数状边缘21离接地导体板1距离最近的一端与输入端边缘202相连，指数状边缘21的另一端与远端垂直边缘23相连；在指数状边缘21与输入端边缘202相连处，指数状边缘21到接地导体板1的距离最近，在指数状边缘21与远端垂直边缘23相连处，指数状边缘21到接地导体板1的距离最大，该距离大于最大工作波长的八分之一；近端垂直边缘22与接地导体板1垂直，近端垂直边缘22的长度不低于最大工作波长的八分之一；远端垂直边缘23与接地导体板1垂直，近端垂直边缘22与远端垂直边缘23的距离不低于最大工作波长的一半；远端垂直边缘23的长度不低于最大工作波长的八分之一；远端垂直边缘23的远端230与凹口24的长平行边240的一端相连；凹口24的形状为长条形，凹口24伸入极板2的内部；在远端230，远端垂直边缘23与长平行边240的内夹角小于90度；凹口24的短边241的一端与长平行边240相连，凹口24的短边241的另一端与短平行边242相连；短平行边242与长平行边240平行，短平行边242与长平行边240的距离不低于最大工作波长的四十分之一；短平行边242的一端与短边241相连，短平行边242的另一端与第一上边缘26的一端相连，第一上边缘26的另一端与第二上边缘27的一端相连，第二上边缘27的另一端与远端垂直边缘23相连；接地导体板1平铺在地面上；接地导体板1的形状为梯形，梯形的平行短边11和平行长边12与指数状边缘21垂直；平行短边11靠近天线输入端201，平行长边12靠近天线的最大开口25处，斜边13连接平行短边11和平行长边12；极板2在接地导体板1所在平面的垂直投影20位于接地导体板1的内部；平行短边11的长度大于最低工作波长的二分之一，平行长边12的长度大于最大工作波长的二分之一。

长平行边240的长度，不低于近端垂直边缘22与远端垂直边缘23距离的三分之二；短平行边242长度不低于长平行边240长度的三分之二，以保证天线在最低工作频率时的驻波满足设计要求，而且使得天线的辐射场在受试件的测试区最大。

天线输入端201处，输入端边缘202到接地导体板1的距离使得该处的特性阻抗为50欧姆，输入端边缘202的长度不低于最低工作波长的七十分之一。

接地导体板1的形状为对称多边形，对称轴为极板2在接地导体板1的垂直投影20及其延长线；斜边13的形状是直线、外凸折线或外凸曲线。

远端垂直边缘23在接地导体板1的投影到平行长边12的距离不大于最大工作波长百分之一，以免波束上倾。

指数状边缘21的指数参数可以根据工作频带内匹配要求确定。例如，设指数状边缘21到接地导体板1的距离为y, 指数状边缘21与输入端边缘202的连接点在接地导体板1的垂直投影为坐标原点，指数状边缘21在接地导体板1的垂直投影20为x轴，x轴的方向为指向最大开口25；这时指数状边缘21的指数曲线形状参数是, 输入端边缘202与接地导体板的距离为20mm，电磁兼容测试的低频宽带天线的工作频带是30MHz到220MHz。

接地导体板1的使用，在保证天线辐射性能的同时，降低了天线的高度，同时使得天线可以安装在地面上，这样天线可以离受试件很近，距离衰减小，可以减小对测试发射功率的要求，因为即使天线与地面上的受试件很近，受试件也可以始终在天线的主瓣内。

凹口24不仅延长了极板2中电流路径的长度，使得天线在最低工作频率时，电流的路径的长度大于最大工作波长的一点五倍，保证了天线在最低工作频率时具有较好的匹配，而且避免了凹口24边缘电流辐射对整个天线辐射场的不利影响。凹口24在大大减小天线尺寸的同时，也减轻了极板2的重量。

由于第一上边缘26和第二上边缘27两者离指数状边缘21较远，它们的具体形状对天线匹配和辐射性能的影响较小，因此在不显著改变极板2面积和不破坏凹口24形状的基础上，它们的形状具有很大的自由度，可以是直线、折线、二次曲线或指数曲线。

同理，近端垂直边缘22在离接头较远的位置处的形状，可以相对于直线有一些改变，只要不显著改变极板2的面积和形状。

同理，远端垂直边缘23的形状可以有一些改变，其靠近远端230附近位置的形状，可以相对于直线有一些改变，只要不显著改变极板2的面积和形状；可以也是一种指数曲线。

在远端230位置不变条件下，可以减小远端垂直边缘23的程度，也就是增加指数状边缘21到接地导体板1的距离。

接地导体板1的厚度要使得接地导体板1有足够的使用强度；极板2的厚度需要保证极板2有足够的支撑强度。

极板2用支撑架固定，支撑架用非金属材料制作，以免影响天线的性能，支撑架可以放在接地导体板1上面。

根据以上所述，便可实现本发明。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的设计方法和原则之内的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.用于电磁兼容测试的低频宽带天线，其特征在于该天线包括接地导体板（1）、极板（2）和接头（3）；极板（2）用导电性能好的材料制作；极板（2）与接地导体板（1）垂直，极板（2）与接地导体板（1）构成天线的两个极；在天线输入端（201），接头（3）的内导体（31）与极板（2）连接，接头（3 ）的外导体（32）与接地导体板（1）连接；极板（2）在接地导体板（1）上垂直投影（20）的长度不低于最大工作波长的二分之一；极板（2）的边缘由指数状边缘（21）、多条直线边缘依次相连构成，指数状边缘（21）形状为指数形，其余边缘的形状是直线；靠近天线输入端（201），极板（2）有一条输入端边缘（202），其形状为直线，且与接地导体板（1）平行；输入端边缘（202）的一端在靠近接头（3）处，与近端垂直边缘（22）相连，输入端边缘（202）的另一端与指数状边缘（21）相连；指数状边缘（21）靠近接地导体板（1），指数状边缘（21）到接地导体板（1）的距离呈指数规律变化；指数状边缘（21）离接地导体板（1）距离最近的一端与输入端边缘（202）相连，指数状边缘（21）的另一端与远端垂直边缘（23）相连；在指数状边缘（21）与输入端边缘（202）相连处，指数状边缘（21）到接地导体板（1）的距离最近，在指数状边缘（21）与远端垂直边缘（23）相连处，指数状边缘（21）到接地导体板（1）的距离最大，该距离大于最大工作波长的八分之一；近端垂直边缘（22）与接地导体板（1）垂直，近端垂直边缘（22）的长度不低于最大工作波长的八分之一；远端垂直边缘（23）与接地导体板（1）垂直，近端垂直边缘（22）与远端垂直边缘（23）的距离不低于最大工作波长的一半；远端垂直边缘(23)的长度不低于最大工作波长的八分之一；远端垂直边缘（23）的远端（230）与凹口（24）的长平行边（240）的一端相连；凹口（24）的形状为长条形，凹口（24）伸入极板（2）的内部；在远端（230），远端垂直边缘（23）与长平行边（240）的内夹角小于90度；凹口（24）的短边（241）的一端与长平行边（240）相连，凹口（24）的短边（241）的另一端与短平行边（242）相连；短平行边（242）与长平行边（240）平行，短平行边（242）与长平行边（240）的距离不低于最大工作波长的四十分之一；短平行边（242）的一端与短边（241）相连，短平行边（242）的另一端与第一上边缘（26）的一端相连，第一上边缘（26）的另一端与第二上边缘（27）的一端相连，第二上边缘（27）的另一端与近端垂直边缘（22）相连； 接地导体板（1）平铺在地面上；极板（2）在接地导体板（1）所在平面的垂直投影（20）位于接地导体板（1）的内部；接地导体板（1）的形状是对称的，对称轴为垂直投影（20）及其延长线，接地导体板（1）的平行短边（11）与平行长边（12）平行，两条斜边（13）位于垂直投影（20）及其延长线的两侧、连接平行短边（11）和平行长边（12）；平行短边（11）和平行长边（12）与指数状边缘（21）垂直；平行短边（11）靠近天线输入端（201），平行长边（12）靠近远端垂直边缘（23）在接地导体板（1）的垂直投影点；平行短边（11）的长度大于最低工作波长的二分之一，平行长边（12）的长度大于最大工作波长的二分之一。

2.根据权利要求1所述的用于电磁兼容测试的低频宽带天线，其特征在于长平行边（240）的长度，不低于近端垂直边缘（22）与远端垂直边缘（23）距离的三分之二；短平行边（242）长度不低于长平行边（240）长度的三分之二，以保证天线在最低工作频率时的驻波满足设计要求，而且使得天线的辐射场在受试件的测试区最大。

3.根据权利要求1所述的用于电磁兼容测试的低频宽带天线，其特征在于天线输入端（201）处，输入端边缘（202）到接地导体板（1）的距离使得该处的特性阻抗为50欧姆，输入端边缘（202）的长度不低于最低工作波长的七十分之一。

4.根据权利要求1所述的用于电磁兼容测试的低频宽带天线，其特征在于斜边（13）的形状是直线、外凸折线或外凸曲线。

5.根据权利要求1所述的用于电磁兼容测试的低频宽带天线，其特征在于远端垂直边缘（23）在接地导体板（1）的投影到平行长边（12）的距离不大于最大工作波长百分之一，以免波束上倾。

6.根据权利要求1所述的用于电磁兼容测试的低频宽带天线，其特征在于指数状边缘（21）的指数参数根据工作频带内匹配要求确定。

Images