CN2582190Y - 开放式谐振腔中波发射天线 - Google Patents

Abstract

开放式谐振腔中波发射天线是一种新型的无线广播中波发射装置。它由发射体和阻抗变换器两大部分组成。发射体的倒圆锥形的顶盘下端通过螺钉连接在支撑筒上，支撑筒连接在底盘上。底盘通过绝缘支柱座落在地盘上。支撑内筒和支撑外筒构成的腔体装有内导体。内导体上端与顶盘连接，内导体下端与阻抗变换器输出的E端相连。阻抗变换器输出D端与底盘相连，阻抗变换器的地线连接地盘。本实用新型的开放式谐振腔中波发射天线，它占地面积小，感应场小，而且不需敷埋地网就可以实现较高的发射效率。同时天线为倒锥形的顶盘，具有抑制天波和加强地波场强的作用，覆盖面积大。

Description

开放式谐振腔中波发射天线

技术领域

本实用新型所涉及的是开放式谐振腔中波发射天线，它是一种新型的无线广播中波发射装置。

技术背景

目前，我国中波广播发射仍在沿用传统的1/4λ～1/2λ波长的自立式和拉线式塔式结构的发送天线。这种天线一是塔体要作的高，二是天线底端地面必须敷埋半径为1/2λ波长的地网。如1MHZ频率的大功率发射天线，使用的是1/2λ波长，塔体高为150米，塔体边宽为1.5米，还需要三蓬三向拉线加以固定。其发射塔体的直径是在塔体周围用长150米、直径为10毫米的铜绞线组成直径约8米的笼子。为加强塔体稳固并且与大地绝缘，必须用与塔体和拉绳作坚固的基础和拉锚等。这样，塔体、拉绳、绝缘子、铜线…总的重量约为70吨左右。除此之外，还必须以塔体为中心，半径为150米的区域圆内敷埋由铜线组成的地网。地网每3°埋一根，每根长150米，共需埋120根，要求全部连接成网状。这样，架设一副中波发射天线，占用土地110亩左右。综上所述，这种天线存在的缺点是体积笨重，占地面积大，而且投资费用高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服传统中波发射天线的塔体高度过高、占地面积过大的缺陷，提供一种开放式谐振腔中波发射天线，占地面积小，感应场小，不需敷埋地网就可以实现较高的发射效率。

一种开放式谐振腔中波发射天线，它由发射体和阻抗变换器两大部分组成。其特征在于：

发射体由顶盘、支撑内筒和支撑外筒、底盘以及地盘构成。倒圆锥形的顶盘下端通过螺钉连接在支撑外筒与支撑内筒上并由它支撑着，支撑外筒的下端连接在底盘上。底盘通过绝缘支柱座落在方形地盘上，支撑内筒座落在地盘上。地盘通过刚性支撑架座落在地面。支撑内筒和支撑外筒构成为腔体结构，腔体内装有内导体。内导体上端与顶盘连接，内导体下端与阻抗变换器输出的E端相连。内导体是由一根金属导管构成内、外同心圈平面并间隔一定距离螺旋状地围绕在内筒外壁上，并由内管壁上的绝缘支架支撑。阻抗变换器输出D端与底盘相连，阻抗变换器的地线连接地盘。

顶盘由型钢构成倒圆锥型骨架，骨架上铺有金属扳或者金属网。在顶盘中心与支撑外筒连接处设有圆锥型的防雨罩，防雨罩与顶盘骨架有拉杆相连。

发射体的顶盘上园面距地面高度为3.42-14.72米，底盘与地盘之间的距离为0.35-1.20米，圆形底盘的直径为5.20-15.80米，方形地盘的边长为5.00×5.00-12.00×12.00米。

内导体的内、外同心圈平面设计有5-7个，每个的间隔为0.65-2.16米，金属导管选用导电性能好且易弯曲的紫铜管。

阻抗变换器内的电路设计为：发射机馈线的芯线分为两路，一路通过一个线圈与内导体连接，连接处通过电容接地。另一路通过电容与底盘，连接，连接处通过一个线圈接地，同时发射机馈线的地线与地盘相连。

构成腔体的支撑内筒和支撑外筒以及内筒上的支架均选用不饱和聚酯玻璃钢或聚四氟乙烯材料。

底盘、地盘的材料为金属板或刚性金属网。

本实用新型提供的开放式谐振腔中波发射天线，它占地面积小，感应场小，而且不需敷埋地网就可以实现较高的发射效率。同时天线的倒锥形顶盘，具有抑制天波和加强地波场强的作用，覆盖面积大。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的平面剖视图。

图3为放射线圈的结构示意图。

图4为阻抗变换器的电路原理图。

图5为本实用新型的集总参数电路设计原理图。

其中：1、顶盘， 2、支撑外筒， 3、支撑内筒， 4、内导体， 5、底盘， 6、绝缘支柱， 7、地盘， 8、支撑架， 9、防雨罩， 10、绝缘支架， 11、刚性骨架， 12、拉杆， 13、金属板。

实施例说明

结合附图对实用新型的结构加以说明：一种开放式谐振腔中波发射天线，由发射体和阻抗变换器15两大部分组成。发射体由顶盘1、支撑外筒2和内筒3、底盘5和地盘7所构成。倒圆锥形的顶盘1下端通过螺钉连接在支撑外筒2与支撑内筒3上，并由内筒3和外筒2支撑着。支撑外筒2下端连接在圆形底盘5上。底盘5通过绝缘支柱6座落在方形地盘7上。绝缘支柱6选用不饱和聚酯玻璃钢或聚四氟乙烯或高频瓷材料制成。支撑内筒3的下端座落在地盘7上，地盘7通过刚性支撑架8座落在地面。刚性支撑架8由槽钢焊接制成。由支撑外筒2和支撑内筒3构成为发射腔体，发射腔体的支撑外筒2和支撑内筒3选用不饱和聚酯玻璃钢或聚四氟乙烯材料制成。在腔体内装有内导体4，内导体4上端与顶盘1连接，内导体4的下端与阻抗变换器15输出E端相连。内导体4是由一根金属导管构成内、外同心圈的平面，并间隔一定距离螺旋状地围绕在支撑内筒3外壁上，并由内管3壁上的绝缘支架10支撑着。内导体4的内、外同心圈设计有5-7个，每个同心圈间隔为0.65-2.16米，金属导管选用导电性能好且易弯曲的紫铜管。底盘5、地盘7的材料为金属板或刚性金属网。

本实用新型的阻抗变换器担负阻抗和移相的任务。阻抗变换器15内的电路设计为：发射机馈线的芯线为两路，一路通过一个线圈L与内导体4连接，连接处通过电容C接地。另一路通过电容与底盘5连接，连接处通过一个线圈L接地，同时发射机馈线的地线与地盘8相连。

阻抗变换器15的输出D端与底盘5相连接，阻抗变换器15的地线与地盘7相连接。

顶盘1由型钢材构成倒圆锥型的骨架11，骨架11上铺有金属板或者金属网13，在顶盘中心与支撑外筒2连接处设有防雨罩9，防雨罩9为圆锥型的金属板材围成的。设置防雨罩9的目的是为了使发射腔体的内导体4不受雨淋的侵袭，保持干燥，防雨罩9与骨架11还有拉杆12相连固定防雨罩9，拉杆12可选圆形、角形、方形或板材的金属材料。

为实现发射中波为535-1605KHZ波段，其发射体的高度以及尺寸大小是不同的。本实用新型给出发射天线的发射体顶盘园面距地面高度为3.42-14.72米，底盘与地盘之间的距离为0.35-1.20米，圆形底盘的直径为5.20-15.80米，方形地盘的边长为5.00×5.00-12.00×12.00米。本实用新型给出天线的设计功率为1KW-10KW，工作频率为1197KHZ，天线的高度为5.50米，距地面为7.50米，占地面积为100平方米。

本实用新型依据的是“开放型谐振腔”理论，将天线谐振腔体长度缩短，腔体内导体线圈做成螺旋形；为了使腔体内的能量更好地向空间辐射，谐振腔腔体做成开放式结构，同时对电容器的电场进行了畸变，将顶盘做成倒圆锥形，底盘做成圆盘形。这样，顶盘和底盘以及和地之间组成的电容器和电感式内导体线圈组成了开放型谐振腔。

开放式电容器的辐射场与电容器中开放式电场波源E的强弱有关，而电场波源E的大小又与电容器两极板的电压有关。因而需要通过特定的馈电提高电容器极板电压，从而增大空间辐射；同时通过合理设计两极板对地的电容，使电感电容自成电流回路，不需要通过地面形成回路与电源连接，没有必要敷设地网。

上述描述，可以通过集总参数电路原理图5加以说明。图中L为内导体的电感值，C1、C2分别为两极板对“地”的等效电容。R1、R2分别为两极板的等效辐射电阻。V为信号源，Jθ1、-Jθ2分别为相位超前全通网络和相位滞后全通网络。

设两全通相移网络的特性阻抗相等为Z0，相移分别为θ1和-θ2；L输入端与电容下极板输入端对地的阻抗分别为Z1和Z2，其上的电压、电流分别为V1、I1和V2、I2。再设电源输入端电压为V，则有 $V_1=\frac{(1+{\mathrm{\Γ}}_1)e^{{\mathrm{j\θ}}_1}}{1+{\mathrm{\Γ}}_1{e}^{{j2\mathrm{\θ}}_1}}V----\left(1\right)$ $V_2=\frac{(1+{\mathrm{\Γ}}_2)e^{{-\mathrm{j\θ}}_2}}{1+{\mathrm{\Γ}}_2{e}^{{-j2\mathrm{\θ}}_2}}V----\left(2\right)$ 若θ₁＝θ₂＝90°，则 $I_1=\frac{V_1}{Z_1}=j\frac{V}{Z_0}----\left(3\right)$ $I_2=\frac{V_2}{Z_2}=-j\frac{V}{Z_0}----\left(4\right)$

由式(3)和(4)可知，输入至天线的传导电流自成回路，没有传导电流流向地面。但在天线的近端仍存在感应电流，可以通过调整电容两极板与地的阻抗，从而调整V1与V2，使它们对地的感应电流相消。当Z1处于谐振状态时，有Z1＝R1，再因 $X_{C_2}>>R_2,$ 故又有 $Z_2\≈{-\mathrm{jX}}_{C_2}.$ 得出 $V_1=j\frac{R_1}{Z_0}V----\left(5\right)$ $V_2=-j\frac{X_{C_2}}{Z_0}V----\left(6\right)$

下面说明谐振腔体的内导体是如何提高电容器极板的电压V′₂的：

假设谐振腔内内导体的电波传输常数为α+jβ，其中α为衰减常数，β为相移常数。因电容上极板的电压反射系数Γ≈1，故有 $\frac{V_1^{\′}}{V_1}=\frac{{2e}^{-(\mathrm{\α}+\mathrm{j\β})l}}{1+e^{-2(\mathrm{\α}+\mathrm{j\β})l}}$ $=\frac{{2e}^{-\mathrm{\αl}}\·e^{-\mathrm{j\βl}}}{1+e^{-2\mathrm{\αl}}\·e^{-j2\mathrm{\βl}}}$ 若β1＝90°，则上式为 $V_2^{\′}=-\frac{{\mathrm{jV}}_1}{\mathrm{sh}\left(\mathrm{\αl}\right)}----\left(7\right)$ 由式(6)、(7)得 $V_2^{\′}=\frac{R_1}{Z_0\mathrm{sh}\left(\mathrm{\αl}\right)}V----\left(8\right)$

因腔体内导体辐射很小，即αl＜＜1，故有V′₂＞＞V。

以上可知，因内导体的电感存在，提高电容器上极板电压，可使LC天线向空间辐射得以增强。

以上涉及的内导体电的直径远小于波长，将它看成螺旋状天线参与辐射，其电流产生的磁场由式(3)及麦氏方程

可知超前电压V为90度。再由式(1、2)以及麦氏方程 可知，电容器中的电场E产生的磁场亦超前电压V为90度，故它们在空间产生的辐射场互相叠加增强。经测试，其增益和效率与传统塔式天线大有提高。

此外，本实用新型天线为圆锥型顶盘，它具有抑制天波和加强地波场强的作用，覆盖面积可得到扩大。这为小功率、多布点、灵活机动地实现中波同步广播开辟了美好的前景。

Claims (9)

1、一种开放式谐振腔中波发射天线，它由发射体和阻抗变换器两大部分组成，其特征在于：

发射体由顶盘、支撑内筒和支撑外筒、底盘以及地盘构成；倒圆锥形的顶盘下端通过螺钉连接在支撑外筒与支撑内筒上并由它支撑着，支撑外筒的下端连接在底盘上，底盘通过绝缘支柱座落在方形地盘上，支撑内筒座落在地盘上，地盘通过刚性支撑架座落在地面；支撑内筒和支撑外筒构成为腔体结构，腔体内装有内导体，内导体上端与顶盘连接，内导体下端与阻抗变换器输出的E端相连；内导体是由一根金属导管构成内、外同心圈平面并间隔一定距离螺旋状地围绕在内筒外壁上，并由内管壁上的绝缘支架支撑，阻抗变换器输出的D端与底盘相连，阻抗变换器的地线连接地盘。

2、根据权利要求1所述的开放式谐振腔中波发射天线，其特征在于顶盘由型钢构成倒圆锥型骨架，骨架上铺有金属扳或者金属网，在顶盘中心与支撑外筒连接处设有圆锥型的防雨罩，防雨罩与顶盘骨架有拉杆相连。

3、根据权利要求1所述的开放式谐振腔中波发射天线，其特征在于发射体的顶盘上园面距地面高度为3.42-14.72米，底盘与地盘之间的距离为0.35-1.20米，圆形底盘的直径为5.20-15.80米，方形地盘的边长为5.00×5.00-12.00×12.00米。

4、根据权利要求1所述的开放式谐振腔中波发射天线，其特征在于内导体的内、外同心圈平面设计有5-7个，每个的间隔为0.65-2.16米。

5、根据权利要求1所述的开放式谐振腔中波发射天线，其特征在于发射机馈线的芯线分为两路，一路通过一个线圈与内导体连接，连接处通过电容接地；另一路通过电容与底盘连接，连接处通过一个线圈接地，同时发射机馈线的地线与地盘相连。

6、根据权利要求1所述的开放式谐振腔中波发射天线，其特征在于构成腔体的支撑内筒和支撑外筒以及内筒上的支架均选用不饱和聚酯玻璃钢或聚四氟乙烯材料。

7、根据权利要求1所述的开放式谐振腔中波发射天线，其特征在于底盘、地盘的材料为金属板或刚性金属网。

8、根据权利要求1所述的开放式谐振腔中波发射天线，其特征在于金属导管选用导电性能好且易弯曲的紫铜管。

9、根据权利要求1所述的开放式谐振腔中波发射天线，其特征在于绝缘支柱选用不饱和聚酯玻璃钢或聚四氟乙烯或高频瓷材料制成。

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