CN114824777A - 一种镜面单锥天线的圆弧型电路 - Google Patents

一种镜面单锥天线的圆弧型电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镜面单锥天线的圆弧型电路，包括：单锥天线垂直倒立放置在镜像地的中央，匹配负载均匀设置在镜像地的周围，所述匹配负载的一端连接单锥天线的底座上，匹配负载的另一端连接镜像地的边缘上；馈线通过SMA接头连接馈源，所述馈源为电路提供信号；馈线连接单锥天线倒立的顶端和镜像地；单锥天线的母线与镜面地的半径相等；本发明能够改善镜面单锥天线的低频匹配特性及空间场特性，将单锥天线的低频下限拓展至直流。本发明所设计的圆弧型加载镜面单锥天线能够用于高空电磁脉冲、雷电电磁脉冲、超宽带高功率微波等多类型瞬态电磁脉冲传感器的标定，对于复杂电磁环境的测量及电磁环境效应防护的研究具有重要意义。

Description

一种镜面单锥天线的圆弧型电路
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，涉及一种镜面单锥天线的圆弧型电路。
背景技术
镜面单锥TEM小室常用于产生标准场，用于标定电磁场传感器。与TEM小室、GTEM小室相比，镜面单锥天线上限频率高，空间场精度更高。现有的镜面单锥天线主要有末端不加载和末端加载匹配负载两种，前者存在一个低频下限，后者目前多采用直线型路径加载，对低频特性有一定的改善。然而，目前采用的直线加载方式未考虑加载路径和辐射系统的相互作用，成为系统低频性能的进一步提升的限制因素。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种镜面单锥天线的圆弧型电路，能够实现有限长镜面单锥天线的低频阻抗匹配，改善低频响应特性。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种镜面单锥天线的圆弧型电路，包括：单锥天线、馈线、镜像地、SMA接头和匹配负载；
单锥天线垂直倒立放置在镜像地的中央，匹配负载均匀设置在镜像地的周围，所述匹配负载的一端连接单锥天线的底座上，匹配负载的另一端连接镜像地的边缘上；
馈线通过SMA接头连接馈源，馈源为电路提供信号；馈线连接单锥天线倒立的顶端和镜像地。
本发明的进一步改进在于：
匹配负载通过圆弧型加载导线与单锥天线的底座进行连接。
单锥天线的高度h、单锥天线的侧边与单锥天线的高度的夹角θh和单锥天线的底面半径r的关系如公式(1)所示：
Figure BDA0003659757140000021
单锥天线的输入阻抗如公式(2)所示：
Figure BDA0003659757140000022
其中，η0为真空波阻抗；
根据单锥天线的母线与单锥天线的高度的夹角θh和高度h确定单锥天线的母线长度，如公式(3)所示：
Figure BDA0003659757140000023
单锥天线包括若干个长短粗细一致的天线；若干个天线的一端共同连接在镜面地的中央，若干个天线的均匀发散设置。
单锥天线包括金属外壳。
单锥天线的母线与镜面地的半径相等。
匹配负载为若干个，若干个匹配负载并联的数值与单锥天线的输入阻抗数值相等。
馈线连接单锥天线倒立的顶端和镜像地，具体为：
馈线包括内导体和外导体，镜像地中间包括通孔，单锥天线的顶部穿过通孔与内导体相连，外导体与镜像地相连。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明通过设计镜面单锥天线的圆弧型电路对有限长单锥天线进行末端匹配加载，改善其低频匹配特性及空间场特性，将单锥天线的低频下限拓展至直流。本发明所设计的圆弧型加载镜面单锥天线能够用于高空电磁脉冲、雷电电磁脉冲、超宽带高功率微波等多类型瞬态电磁脉冲传感器的标定，对于复杂电磁环境的测量及电磁环境效应防护的研究具有重要意义。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例的镜面单锥天线的圆弧型电路的一种示意图；
图2是本发明实施例的镜面单锥天线的圆弧型电路的剖面图；
图3是本发明实施例的单锥空间电场与加载回路的关系结构图；
图4是圆弧型加载路径与直线型加载路径镜面单锥天线的电压驻波比的对比图；
图5是本发明实施例的镜面单锥天线的圆弧型电路的另一种示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，本发明公布了一种镜面单锥天线的圆弧型电路，包括：单锥天线、馈线、镜像地、SMA接头和匹配负载；
单锥天线垂直倒立放置在镜像地的中央，所述匹配负载均匀设置在镜像地的周围，所述匹配负载的一端连接单锥天线的底座上，匹配负载的另一端连接镜像地的边缘上；馈线通过SMA接头连接馈源，所述馈源为电路提供信号；所述馈线连接单锥天线倒立的顶端和镜像地。匹配负载通过圆弧型加载导线与单锥天线的底座进行连接。
参见图2，单锥天线的高度h、单锥天线的侧边与单锥天线的高度的夹角θh和单锥天线的底面半径r的关系如公式(1)所示：
Figure BDA0003659757140000041
单锥天线的输入阻抗如公式(2)所示：
Figure BDA0003659757140000042
其中，η0为真空波阻抗；
根据单锥天线的母线与单锥天线的高度的夹角θh和高度h确定单锥天线的母线长度，如公式(3)所示：
Figure BDA0003659757140000051
单锥天线包括若干个长短粗细一致的天线；若干个天线的一端共同连接在镜面地的中央，所述若干个天线的均匀发散设置。
单锥天线包括金属外壳，可以为铝、铜或者复合材料。
匹配负载为若干个，若干个匹配负载并联的数值与单锥天线的输入阻抗数值相等。
馈线连接单锥天线倒立的顶端和镜像地，具体为：
参见图5，馈线包括内导体和外导体，镜像地中间包括通孔，单锥天线的顶部穿过通孔与内导体相连，外导体与镜像地相连。
由于加载路径为圆弧型，因此镜像地的直径D＝2l，即加载路径为以馈电点为圆心，以母线长度为半径的圆弧，因此加载路径与单锥天线的电场线重合，因而入射到导线的电磁场能力能够被匹配负载较好的吸收；如图3所示，对于圆弧型加载路径，Ep分量为零，Eτ分量能够被负载完全吸收，从而改善单锥天线的匹配特性。实际设计中，单锥特性阻抗为50欧姆，导线直径为2mm，末端连接匹配电阻负载，加载回路为4路并联，因此每个加载回路末端匹配负载均为200欧姆。
圆弧型加载路径与直线型加载路径镜面单锥天线的电压驻波比的对比如图4所示。可以看出，采用圆弧型加载路径，镜面单锥天线的电压驻波比有了明显的改善，从而有效提升了镜面单锥天线的低频工作特性。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种镜面单锥天线的圆弧型电路，其特征在于，包括：单锥天线、馈线、镜像地、SMA接头和匹配负载；
所述单锥天线垂直倒立放置在镜像地的中央，所述匹配负载均匀设置在镜像地的周围，所述匹配负载的一端连接单锥天线的底座上，匹配负载的另一端连接镜像地的边缘上；
所述馈线通过SMA接头连接馈源，所述馈源为电路提供信号；所述馈线连接单锥天线倒立的顶端和镜像地。
2.根据权利要求1所述的镜面单锥天线的圆弧型电路，其特征在于，所述匹配负载通过圆弧型加载导线与单锥天线的底座进行连接。
3.根据权利要求1所述的镜面单锥天线的圆弧型电路，其特征在于，单锥天线的高度h、单锥天线的侧边与单锥天线的高度的夹角θh和单锥天线的底面半径r的关系如公式(1)所示：
Figure FDA0003659757130000011
单锥天线的输入阻抗如公式(2)所示：
Figure FDA0003659757130000012
其中，η0为真空波阻抗；
根据单锥天线的母线与单锥天线的高度的夹角θh和高度h确定单锥天线的母线长度，如公式(3)所示：
Figure FDA0003659757130000013
4.根据权利要求1所述的镜面单锥天线的圆弧型电路，其特征在于，所述单锥天线包括若干个长短粗细一致的天线；所述若干个天线的一端共同连接在镜面地的中央，所述若干个天线的均匀发散设置。
5.根据权利要求1所述的镜面单锥天线的圆弧型电路，其特征在于，所述单锥天线包括金属外壳。
6.根据权利要求1所述的镜面单锥天线的圆弧型电路，其特征在于，所述单锥天线的母线与镜面地的半径相等。
7.根据权利要求1所述的镜面单锥天线的圆弧型电路，其特征在于，所述匹配负载为若干个，所述若干个匹配负载并联的数值与单锥天线的输入阻抗数值相等。
8.根据权利要求1所述的镜面单锥天线的圆弧型电路，其特征在于，所述馈线连接单锥天线倒立的顶端和镜像地，具体为：
所述馈线包括内导体和外导体，所述镜像地中间包括通孔，所述单锥天线的顶部穿过通孔与内导体相连，所述外导体与镜像地相连。
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