CN220066090U - 一种用于监测风力发电机叶片的天线单元及探测天线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于监测风力发电机叶片的天线单元及探测天线，探测天线包括壳体和天线单元，天线单元设置在壳体内，天线单元包括天线接收单元和天线发射单元，天线接收单元设置有两个，天线发射单元设置有一个。天线单元包括基板，设置在基板正面上的微带阵列，以及设置在基板背面上的敷铜面。微带阵列包括有8个微带振子支路，以及汇接多个微带振子支路的微带汇接支路，微带振子支路的微带振子设置有12个，微带振子支路竖向间隔设置，微带汇接支路横向设置在微带振子支路的端部，本实用新型具有高增益、隔离度高、方向性强、体积小的效果。

Description

一种用于监测风力发电机叶片的天线单元及探测天线

技术领域

本实用新型涉及天线领域，具体涉及一种用于监测风力发电机叶片的天线单元及探测天线。

背景技术

风力发电非常环保，且风能蕴量巨大，是一种绿色无污染的可再生的能源，风力发电机是实现风力发电的主要设备，其中叶片是风力发电机中最基础和最关键的部件，其良好的设计，可靠的质量和优越的性能是保证风力发电机正常稳定运行的决定因素。因此风力发电对叶片的要求非常高，但是，目前监测风力发电机叶片采用变焦伸缩镜头、麦克风及距离红外感应器等组合在一起的装置，或者采用应力传感器和叶片振动传感器等组合在一起的装置对风力发电机叶片进行检测，具有成本高、体积大等问题。

实用新型内容

本实用新型主要解决的问题是针对目前用于监测风力发电机叶片的装置成本高、体积大等问题，提供一个用于监测风力发电机叶片的天线单元及探测天线，由此发射和接收电磁波来实现对叶片位置的准确探测。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种用于监测风力发电机叶片的天线单元，所述天线单元包括基板，设置在所述基板正面上的微带阵列，以及设置在所述基板背面上的敷铜面；所述微带阵列包括有多个微带振子支路，以及汇接多个所述微带振子支路的微带汇接支路；所述微带振子支路竖向间隔设置，所述微带汇接支路横向设置在所述微带振子支路的端部。

优选地，所述微带汇接支路还包括有馈线连接端，所述馈线连接端设置在所述基板的上端中部，所述馈线连接端上端的所述基板上设置有穿线孔，所述穿线孔用于连接馈线。

优选地，所述微带振子支路包括竖向串联的多个微带振子和连接所述微带振子的微带线，多个所述微带振子具有相同的竖向长度且呈上下对称设置，位于中间相邻的两个所述微带振子具有相同的最大横向宽度，从中间位置分别向上和向下延伸的所述微带振子的横向宽度依次递减。

优选地，所述微带振子为方形结构的铜片。

优选地，所述微带振子设置有12个，所述微带振子的长度为1.92mm-4.08mm，所述微带振子的宽度为3.20mm-3.22mm，所述微带线的长度为3.44mm-3.58mm，所述微带线的宽度为0.10mm-0.30mm。

优选地，所述微带汇接支路包括多个与所述微带振子支路对应的微带匹配节，所述微带匹配节包括横向设置的汇接部和竖向设置的连接部，所述汇接部通过汇接线连接相邻的所述微带匹配节，所述连接部连接对应的所述微带振子支路。

优选地，所述汇接部的尺寸从中间位置分别向左和向右延伸而依次增大。

优选地，邻近中间位置的两个所述汇接部包括有第一台阶，远离中间位置的其他所述汇接部还包括有第二台阶，所述第二台阶的尺寸从中间位置分别向左和向右延伸而依次增大。

优选地，所述微带振子支路设置有8个，对应的所述微带匹配节设置有4对，一对中的所述微带匹配节结构相同。

基于同样的构思本实用新型还提供一种用于监测风力发电机叶片的探测天线，包括上述的天线单元，还包括设置所述天线单元的壳体，所述天线单元包括有一用于发射的天线发射单元，和两个用于接收的天线接收单元。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的微带阵列包括有多个微带振子支路，以及汇接多个所述微带振子支路的微带汇接支路；所述微带振子支路竖向间隔设置，所述微带汇接支路横向设置在所述微带振子支路的端部，由此能够使天线单元具有较高增益，在结构上也较为紧凑，减少天线单元的体积。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于说明本申请的技术方案。

图1是根据本实用新型天线单元的立体结构示意图；

图2是根据本实用新型天线单元的基板正面微带阵列的结构示意图；

图3是根据本实用新型天线单元的基板背面敷铜面的结构示意图；

图4是根据本实用新型天线单元的微带振子支路的结构示意图；

图5是根据本实用新型天线单元的微带汇接支路的结构示意图；

图6是根据本实用新型天线单元的微带汇接支路局部结构示意图；

图7是根据本实用新型探测天线内部的结构示意图；

图8是根据本实用新型探测天线的天线罩的结构示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本申请实施例的方案进行详细说明。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、接口、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。此外，本文中的“多”表示两个或者多于两个。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。

结合图1、图2、图3所示：

所述天线单元包括基板C1，设置在所述基板C1正面上的微带阵列C2，以及设置在所述基板C1背面上的敷铜面C3。

在实际应用中，所述基板C1可以选用Rogers 4350b，它的介电常数为3.66，其背面敷铜面C3的厚度为0.035mm(1oz)，天线单元的整体厚度选择10mil(0.254mm)，该厚度是根据天线工作带宽来选择的，工作频率为24GHz-24.25GHz，相对带宽为250MHz/24125MHZ＝1.03％，根据经验公式计算薄矩形贴片驻波比不大于2的带宽，选择10mil(0.254mm)的板材，计算相对带宽为1.9％，满足要求，另外，该板材在市场上易获取，广泛使用在24GHz探测天线中，且价格非常便宜，将微带阵列C2设置在基板C1正面，基板C1背面为敷铜面C3，能够增强天线单元的方向性。

其中，所述微带阵列C2包括有多个微带振子支路C21，以及汇接多个所述微带振子支路C21的微带汇接支路C22；所述微带振子支路C21竖向间隔设置，所述微带汇接支路C22横向设置在所述微带振子支路C21的端部。

本实用新型的微带阵列C2包括有多个微带振子支路C21，以及汇接多个所述微带振子支路C21的微带汇接支路C22；所述微带振子支路C21竖向间隔设置，所述微带汇接支路C22横向设置在所述微带振子支路C21的端部，由此能够使天线单元具有较高增益的同时，在结构上也较为紧凑，减少天线单元的体积。

优选地，参考图2，所述微带汇接支路C22还包括有馈线连接端C224，所述馈线连接端C224设置在所述基板C1的上端中部，所述馈线连接端C224上端的所述基板C1上设置有穿线孔C11，所述穿线孔C11用于连接馈线，进而与探测装置的射频发射功放或射频接收电路电连接。

所述馈线连接端C224的馈线设置有两个向右延伸的用于调节馈线连接端C224阻抗匹配的阻抗调节线C226。

优选地，结合图4所示：

所述微带振子支路C21包括竖向串联的多个微带振子C211和连接所述微带振子C211的微带线C212，多个所述微带振子C211具有相同的竖向长度且呈上下对称设置，位于中间相邻的两个所述微带振子C211具有相同的最大横向宽度，从中间位置分别向上和向下延伸的所述微带振子C211的横向宽度依次递减。由此能够保证各微带振子C211同相激励，而且能降低微带线C212对增益的损耗。

优选地，所述微带振子C211为方形结构的铜片，设置多个微带振子C211的目的是为了提高整体增益。

优选地，所述微带振子C211设置有12个，所述微带振子C211的长度为1.92mm-4.08mm，优选2mm。所述微带振子C211的宽度为3.20mm-3.22mm，优选3mm，所述微带线C212的长度为3.44mm-3.58mm，优选3.5mm，所述微带线C212的宽度为0.30mm。

微带振子C211的数量是根据波束宽度计算所得，设计时波束宽度按照比指标窄一些，E面(天线最大辐射方向和电场方向组成的平面)波束宽度按照9°设计，因为按照9°设计是按照等幅同相，实际情况要对幅度进行加权，即按照泰勒分布或者切比雪夫分布加权，波束宽度自动展宽；微带线C212和微带振子C211这些尺寸的设计，不仅保证了各微带振子C211同相激励，而且降低了微带线C212对增益的损耗。

优选地，结合图2、图5所示：

所述微带汇接支路C22包括多个与所述微带振子支路C21对应的微带匹配节C221，所述微带匹配节C221包括横向设置的汇接部C222和竖向设置的连接部C223，所述汇接部C222通过汇接线C225连接相邻的所述微带匹配节C221，所述连接部C223连接对应的所述微带振子支路C21。

优选地，从中间位置分别向左和向右延伸所述汇接部C222的尺寸依次增大。

这种设计能够保证传输电压稳定性，降低汇接线C225的损耗，保证到各个微带振子支路C21的电压基本相同。

优选地，结合图5、图6所示：

邻近中间位置的两个所述汇接部C222包括有第一台阶C2221，远离中间位置的其他所述汇接部C222还包括有第二台阶C2222，从中间位置分别向左和向右延伸的所述第二台阶C2222的尺寸依次增大。

优选地，结合图2、图5所示：

所述微带振子支路C21设置有8个，对应的所述微带匹配节C221设置有4对，每一对中的所述微带匹配节C221结构相同。

微带振子支路C21的数量同样也是根据波束宽度计算所得的，波束宽带按照12°设计，H面(天线最大辐射方向和磁场方向组成的平面)数量取偶数，为了方便功分器设计。另外微带振子支路C21的数量还受尺寸限制，同时要兼顾天线增益的要求。

结合图7、图8所示，基于同一构思，本实用新型的探测天线的具体实施方式包括：

上述的天线单元，以及容纳所述天线单元的壳体C10，所述天线单元包括有一用于发射的天线发射单元C30，和两个用于接收的天线接收单元C20。

本实用新型的所述天线发射单元C30设置在所述壳体C10的一侧，所述天线接收单元C20设置在所述壳体C10的另一侧，这样分开设计增加了隔离度，隔离度优于80dB，减少了天线发射单元C30和天线接收单元C20之间的相互干扰；所述壳体C10的上部设置有一个用于盖合所述壳体C10的天线罩C40，所述天线罩C40为单层介质板，材料为PC(聚碳酸酯)介电常数为3.2，厚度为3.4mm，该厚度为半个介质波长，内壁距离天线单元的竖直距离为半个自由波长为6.6mm，这些能够使电磁波的传播干扰最小化。

所述的探测天线包含3个天线单元，每个天线单元包含8个微带振子支路C21，每个微带振子支路C21包含12个微带振子C211，结构紧凑，体积非常小，提高了增益，增益21dBi。

基于上述实施例，本实用新型一种用于监测风力发电机叶片的探测天线具有成本低、体积小、高增益、隔离度高的效果。

以上仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于监测风力发电机叶片的天线单元，其特征在于，

所述天线单元包括基板，设置在所述基板正面上的微带阵列，以及设置在所述基板背面上的敷铜面；

所述微带阵列包括有多个微带振子支路，以及汇接多个所述微带振子支路的微带汇接支路；所述微带振子支路竖向间隔设置，所述微带汇接支路横向设置在所述微带振子支路的端部。

2.根据权利要求1所述的用于监测风力发电机叶片的天线单元，其特征在于，所述微带汇接支路还包括有馈线连接端，所述馈线连接端设置在所述基板的上端中部，所述馈线连接端上端的所述基板上设置有穿线孔，所述穿线孔用于连接馈线。

3.根据权利要求2所述的用于监测风力发电机叶片的天线单元，其特征在于，所述微带振子支路包括竖向串联的多个微带振子和连接所述微带振子的微带线，多个所述微带振子具有相同的竖向长度且呈上下对称设置，位于中间相邻的两个所述微带振子具有相同的最大横向宽度，从中间位置分别向上和向下延伸的所述微带振子的横向宽度依次递减。

4.根据权利要求3所述的用于监测风力发电机叶片的天线单元，其特征在于，所述微带振子为方形结构的铜片。

5.根据权利要求4所述的用于监测风力发电机叶片的天线单元，其特征在于，所述微带振子设置有12个，所述微带振子的长度为1.92mm-4.08mm，所述微带振子的宽度为3.20mm-3.22mm，所述微带线的长度为3.44mm-3.58mm，所述微带线的宽度为0.10mm-0.30mm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的用于监测风力发电机叶片的天线单元，其特征在于，所述微带汇接支路包括多个与所述微带振子支路对应的微带匹配节，所述微带匹配节包括横向设置的汇接部和竖向设置的连接部，所述汇接部通过汇接线连接相邻的所述微带匹配节，所述连接部连接对应的所述微带振子支路。

7.根据权利要求6所述的用于监测风力发电机叶片的天线单元，其特征在于，所述汇接部的尺寸从中间位置分别向左和向右延伸而依次增大。

8.根据权利要求7所述的用于监测风力发电机叶片的天线单元，其特征在于，邻近中间位置的两个所述汇接部包括有第一台阶，远离中间位置的其他所述汇接部还包括有第二台阶，所述第二台阶的尺寸从中间位置分别向左和向右延伸而依次增大。

9.根据权利要求8所述的用于监测风力发电机叶片的天线单元，其特征在于，所述微带振子支路设置有8个，对应的所述微带匹配节设置有4对，每一对中的所述微带匹配节结构相同。

10.一种用于监测风力发电机叶片的探测天线，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的天线单元，还包括设置所述天线单元的壳体，所述天线单元包括有一用于发射的天线发射单元，和两个用于接收的天线接收单元。