一種h面組陣短波對數立體陣列天線的製作方法
2023-05-07 07:01:51
一種h面組陣短波對數立體陣列天線的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種H面組陣短波對數立體陣列天線，包括天線陣列和用於架設所述天線陣列的支撐架，所述天線陣列包括數個對數周期天線單元，所述數個對數周期天線單元之間按預定夾角角度排列，呈扇形分布；所述支撐架包括對應所述對數周期天線單元的排列呈扇形分布的數個水平桁架、用於固定所述水平桁架的垂直桁架，所述對數周期天線單元分別設置在相應的水平桁架上；所述對數周期天線單元包括沿水平桁架設置的集合線、按由短到長次序依次設置在集合線上的天線振子。本發明系統具有寬頻帶、大功率、高增益的優點，同時其天線結構簡單、操作方便，具有極佳的應用前景。
【專利說明】—種H面組陣短波對數立體陣列天線
【技術領域】
[0001]本發明涉及通信天線【技術領域】，尤其涉及一種H面組陣短波對數立體陣列天線。【背景技術】
[0002]傳統國內短波大型天線系統以寬帶幕形天線為主，如圖1和2所示。寬帶幕形天線是由多層全波或半波偶極子組成的天線陣，水平方向圖由每層陣元天線的數目控制，垂直方向圖由陣元天線的層數和最低層天線的離地高度控制。其優點是頻帶範圍較寬、功率較大、傳播距離較遠。但寬帶幕形天線的缺點也很明顯，主要包括:1佔地面積大，地形要求苛刻；2天線主體高，結構體積大；3工程施工難，建設周期長；4使用操作複雜，維修保養困難。
[0003]而且寬帶幕形天線通常為國外進口，國內部分廠家在該系統上也有研發生產，但核心技術沒有突破，所生產的產品功率較小，覆蓋範圍窄，該類產品設計複雜、結構繁瑣、零部件多、體積龐大、安裝困難，且價格昂貴、維修不便，更重要的是核心技術受制於人，很多產品引進後因故障不能及時修復，無法使用。
[0004]因此，現有技術還有待於改進和發展。
【發明內容】
[0005]鑑於上述現有技術的不足，本發明的目的在於提供一種H面組陣短波對數立體陣列天線，旨在解決目前寬帶幕形天線地形要求苛刻，施工難、操作複雜等問題。
[0006]本發明的技術方案如下:
一種H面組陣短波對數立體陣列天線，其中，包括天線陣列和用於架設所述天線陣列的支撐架，所述天線陣列包括數個對數周期天線單元，所述數個對數周期天線單元之間按預定夾角角度排列，呈扇形分布；
所述支撐架包括對應所述對數周期天線單元的排列呈扇形分布的數個水平桁架、用於固定所述水平桁架的垂直桁架，所述對數周期天線單元分別設置在相應的水平桁架上；所述對數周期天線單元包括沿水平桁架設置的集合線、按由短到長次序依次設置在集合線上的天線振子。
[0007]所述的H面組陣短波對數立體陣列天線，其中，所述預定夾角角度根據天線增益及天線方向圖做調整。
[0008]所述的H面組陣短波對數立體陣列天線，其中，所述預定夾角角度為15度。
[0009]所述的H面組陣短波對數立體陣列天線，其中，所述天線陣列包括4個對數周期天線單元，所述水平桁架相應設置為4個。
[0010]所述的H面組陣短波對數立體陣列天線，其中，從所述集合線靠近扇形頂點一端起始，所述天線振子按由短到長的次序依次設置在所述集合線上。
[0011]所述的H面組陣短波對數立體陣列天線，其中，所述天線振子的數量為32對。
[0012]所述的H面組陣短波對數立體陣列天線，其中，所述H面組陣短波對數立體陣列天線上還設置有避雷針。
[0013]有益效果:本發明提供一種H面組陣短波對數立體陣列天線，基於對數周期天線(LPDA)的優良特性，提出了對數周期天線H面垂直扇形陣組陣方案，設計了結構簡便、功能靈活、性能指標高、佔地面積小的LPDA陣列天線系統，該系統具有寬頻帶、大功率、高增益的優點，同時其天線結構簡單、操作方便，具有極佳的應用前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為傳統寬帶幕形天線的結構示意圖。
[0015]圖2為傳統寬帶幕形天線的側視圖。
[0016]圖3為本發明的H面組陣短波對數立體陣列天線的結構示意圖。
[0017]圖4為本發明的H面組陣短波對數立體陣列天線的系統組成示意圖。
[0018]圖5為本發明的H面組陣短波對數立體陣列天線的集合線雙線模型示意圖。
[0019]圖6為本發明的H面組陣短波對數立體陣列天線的控制系統原理圖。
【具體實施方式】
[0020]本發明提供一種H面組陣短波對數立體陣列天線，為使本發明的目的、技術方案及效果更加清楚、明確，以下對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0021]對數周期天線(LPDA)是一種具有極為優良電特性的寬頻帶天接，它在輸入阻抗、方向圖、增益係數等主要電參數方面都近似與頻率無關，其電特性隨工作頻率成對數周期關係而變化，即在任一頻率&所具有的特性將在所有的fn= τ f0的頻率上重複，此處fQ-> τ nfQ稱為一個周期(τ為周期率，η=± I, 2, 3,...)。如果能設計在一個周期內天線電特性為一個常數，則在所有頻率工作時，都將可認為同頻率無關，這種結構便稱為對數周期天線。
[0022]對數周期天線扇形陣的理論比之於各向同性單元組成的直線陣複雜得多，且不能應用方向圖乘法。本發明應用矩量法對自由空間水平和垂直對數周期偶極天線扇形陣進行分析，並對陣列參數對天線性能的影響進行詳細的分析計算從而實現天線性能的最優化。
[0023]如圖3所示的一種H面(H面是指圖中天線方向與磁場方向平行的切面)組陣短波對數立體陣列天線，其中，包括天線陣列和用於架設所述天線陣列的支撐架，所述天線陣列包括數個對數周期天線單元，所述數個對數周期天線單元之間按預定夾角角度排列，呈扇形分布。預定夾角角度的選擇是根據天線增益及天線方向圖進行的，如選擇不當，會降造成天線增益與設計不符，方向圖發生畸變，從而影響天線陣列的整體性能。較佳的是，該預定夾角角度為15度，在該夾角角度下，天線增益及方向圖均符合設計要求。
[0024]所述支撐架包括對應所述對數周期天線單元的排列呈扇形分布的數個水平桁架210、用於固定所述水平桁架210的垂直桁架220，較佳的是，在水平桁架和垂直桁架的連接點，且處於對角線關係的兩連接點再設置用於提高支撐架強度的斜杆。所述對數周期天線單元分別設置在相應的水平桁架210上。所述對數周期天線單元包括沿水平桁架設置的集合線110、按由短到長次序依次設置在集合線110上的天線振子120。所述集合線設置在水平桁架的中間位置並進行固定，所述集合線的尺寸是通過集合線理論模型計算獲得，集合線的理論模型一般為傳統的雙線模型，如圖5所示，其中L為雙線長度，S為雙線間距，D為雙線直徑，ε r為介質相對介電常數，通過微波技術中的奇偶模理論，可以獲得滿足指標要求的集合線尺寸。
[0025]較佳的是，所述天線陣列包括4個對數周期天線單元，所述水平桁架相應設置為4個，所述對數周期天線單元並不限於4個，可根據需要進行設置。每個水平桁架上設置有一個對數周期天線單元，從所述集合線靠近扇形頂點一端起始，所述天線振子按由短到長的次序依次設置在所述集合線上。所屬天線振子數目及相鄰天線振子間距大小根據天線系統性能需要通過數值計算獲得，選擇不當也會對天線性能造成不良影響。較佳的是，所述天線振子的數量設置為32對，當然，天線振子數量並不限於32對，也可根據需要調整天線振子的數量。
[0026]在整個天線的重心位置設置有連接點與天線承載系統相連，所述天線承載系統包括用於實現天線支撐架翻轉的翻轉機構310、用於實現天線支撐架水平旋轉的迴轉機構，起固定基礎作用的砼基礎330，所述迴轉機構包括與所述砼基礎固定連接的固定塔桅321，一端與固定塔桅旋轉連接且另一端與翻轉機構固定連接的轉動塔桅322。
[0027]所述迴轉機構中設置有萬向轉接頭，所述萬向轉接頭將射頻信號由天線固定部分傳送到天線轉動部分。
[0028]所述翻轉機構包括與轉動塔桅固定連接的U型支撐架及活動連接在U型支撐架中間的翻轉杆，所述翻轉杆與所述支撐架固定連接，這樣通過翻轉機構可實現支撐架的翻轉，即實現天線的方向調整。而通過迴轉機構的水平旋轉，實現支撐架的整體水平旋轉，同樣使得天線調整其水平朝向。
所述H面組陣短波對數立體陣列天線還包括與天線的迴轉機構配套設置的控制系統，所述控制系統包括用於驅動迴轉機構的驅動系統及相應的變速箱、滑動離合器、角度編碼器、制動系統等。
[0029]所述驅動系統包括變頻電機、傳動及減速裝置、末級開式齒輪、制動裝置、過載保護裝置(大齒圈固定)，可設置在固定塔桅也可設在轉動塔桅部分。所述角度編碼器就安裝在變頻電機上，當設定需要的方位角後，發送指令即可在360°範圍內按設定的要求轉動到位。
[0030]所述滑動離合器是用來保護變頻電機和傳動零件的，即當吹過天線的風速超過120公裡/小時的情況下，不管當時天線是處於轉動過程還是靜止在某一工作位置上，這個滑動離合器都會自動釋放天線的剎車系統，即便發射機正在工作，也會使天線順著風向旋轉到阻力最小的位置，此時發射機也會自動斷掉高壓。這是天線的自我保護功能(當檢測到風速大於極限值時，自動鬆開剎車，使天線自動轉到迎風阻力最小狀態)。正常起、制動時不打滑。
[0031]制動系統實現轉動天線至目標角度後的靜止定位，同時還能承擔抵抗大風造成天線方向漂移的功能，另外還有一個作用，即當天線被驅動，當處於轉動行進期間突然發生電源故障時，可防止由於晃動引起的負荷對天線結構造成影響。
[0032]如圖4所示是本發明的H面組陣短波對數立體陣列天線的系統組成示意圖，其中，發射機600通過饋線620發射信號進入功分器640，由功分器640輸出信號經饋線由各平衡轉換器630輸入端輸入，轉換到平衡信號分別為各對數周期天線單元供電。較佳的是，發射機600發射的信號在進入功分器之前先經過連接在饋線上的通過式避雷器610，從而保證儀器設備的安全。另外，所述饋線的外皮也需要直流接地。所述功分器為功率分配元件，將從輸入埠進來的能量分配到N個輸出埠，在本發明方案中，功分器為一分四功分器，SP由一個功分器輸入埠輸入信號分成四條信號分別由四個輸出埠輸出。所述平衡轉換器又名巴侖(Balun)是英文「平衡一不平衡變換器」縮寫。其作用除了平衡一不平衡變換之夕卜，同時還視巴侖的形式、結構，可以進行1:1、4:1、6:1、9:1、25:1等比值的阻抗轉換。
總控制系統500通過控制線510實現對天線迴轉機構及翻轉機構的控制，控制線同樣需要直流接地。電源700通過動力線720連接天線為控制系統及發射機等提供動力，在動力線上還需要連接防浪湧保護器710，實現對間接雷電和直接雷電產生的瞬時過壓的電湧進行保護。
[0033]雷電具有高電壓、大電流和瞬時的特點對與天線系統危害巨大，根據工程雷電防護要求，對天線的天線部分即接閃器(避雷針)400、引下線及接地體(地網)實現避雷作用。
[0034]如圖6所示，天線控制系統承擔了天線轉動角度調整，離合、剎車速度控制，天線安全互鎖控制，手動、自動調整切換功能，遠程、本地控制功能。天線控制系統CPU處理器A4之間間的信號傳遞和輸入是通過一個遠程I/O模塊AS，即遠程控制I/O掃描模塊來進行相互通信。方位的預設值與實際值均會經接口轉換器A3、耦合器A2顯示在操作終端的觸控螢幕Al上。在用戶通過角度轉碼器A7輸入天線的角度，頻率，並進一步輸入緊急關機S1、制動控制S2、離合控制S3、門節點S4等執行命令後，控制系統開始比較預設的角度和實際的角度，然後控制系統計算需要調整的角度並發送必要的控制命令給變頻器A5進而驅動電機A6，這些命令可以保證天線通過最短路逕到達預設的角度。
[0035]本發明提供的H面組陣短波對數立體陣列天線，基於對數周期天線(LPDA)的優良特性，提出了對數周期天線H面垂直扇形陣組陣方案，設計了結構簡便、功能靈活、性能指標高、佔地面積小的LPDA陣列天線系統，該系統具有寬頻帶、大功率、高增益的優點，同時其天線結構簡單、操作方便，具有極佳的應用前景。
[0036]應當理解的是，本發明的應用不限於上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種H面組陣短波對數立體陣列天線，其特徵在於，包括天線陣列和用於架設所述天線陣列的支撐架，所述天線陣列包括數個對數周期天線單元，所述數個對數周期天線單元之間按預定夾角角度排列，呈扇形分布； 所述支撐架包括對應所述對數周期天線單元的排列呈扇形分布的數個水平桁架、用於固定所述水平桁架的垂直桁架，所述對數周期天線單元分別設置在相應的水平桁架上； 所述對數周期天線單元包括沿水平桁架設置的集合線、按由短到長次序依次設置在集合線上的天線振子。
2.根據權利要求1所述的H面組陣短波對數立體陣列天線，其特徵在於，所述預定夾角角度根據天線增益及天線方向圖做調整。
3.根據權利要求1所述的H面組陣短波對數立體陣列天線，其特徵在於，所述預定夾角角度為15度。
4.根據權利要求1所述的H面組陣短波對數立體陣列天線，其特徵在於，所述天線陣列包括4個對數周期天線單元，所述水平桁架相應設置為4個。
5.根據權利要求1所述的H面組陣短波對數立體陣列天線，其特徵在於，從所述集合線靠近扇形頂點一端起始，所述天線振子按由短到長的次序依次設置在所述集合線上。
6.根據權利要求1所述的H面組陣短波對數立體陣列天線，其特徵在於，所述天線振子的數量為32對。
7.根據權利要求1所述的H面組陣短波對數立體陣列天線，其特徵在於，所述H面組陣短波對數立體陣列天線上還設置有避雷針。
【文檔編號】H01Q1/36GK103545620SQ201310453697
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年9月29日 優先權日:2013年9月29日
【發明者】崔立成, 張少林 申請人:深圳市頂一精密五金有限公司