一種收發一體式高頻地波雷達天線的製作方法

2023-10-04 08:28:34 2

一種收發一體式高頻地波雷達天線的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種收發一體式高頻地波雷達天線，包括基座、地網、饋電盒、發射天線杆、接收天線體和接閃器。接收天線體包括殼體、單極子螺旋天線、豎直的若干組閉合天線和若干塊調諧匹配板和若干塊放大電路板，饋電盒的一端設置有能夠防水的信號插接頭。採用上述結構後，能將高頻地波雷達發射天線和可攜式接收天線整合為一體，結構緊湊，佔地面積小，架設與維護更加方便，使得雷達站尤其是海邊的站點選址就更容易，為建設移動雷達站提供了更為方便的途徑，也節約了雷達的設計成本，為高頻地波雷達廣泛推廣應用起到了極大的推動作用。另外頂部接閃器的加入，使得設備的防雷安全性能大大提高。
【專利說明】一種收發一體式高頻地波雷達天線

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種收發天線，特別是一種收發一體式高頻地波雷達天線。

【背景技術】
[0002]用於探測海洋表面流、海浪和風場的高頻地波雷達，往往採用相控陣天線實現雷達波束方位掃描。為了增大探測距離，這種雷達一般採用幾兆赫茲到十幾兆赫茲的較低工作頻率，天線陣長一般達到幾百米甚至幾千米，這種龐大相控陣的雷達天線造價高，佔地面積大，而在海邊很難找到可提供建造這種雷達站的合適地帶，從而限制了這種雷達的廣泛應用。因此，如何簡化高頻地波雷達天線結構，減小天線尺度一直是人們廣泛關心的技術難題。
[0003]而後，單極子交叉環可攜式接收天線的研發成功，使得高頻地波雷達對站點的選址要求不是那麼苛刻，但至少還需要一根單極子天線作為發射天線，其收、發天線間距約為20到40米。現如今，應用在高頻地波雷達上的收發共用天線也已研製出來，其主要技術方案是在單極子交叉環可攜式接收天線的基礎上進行優化和整合，將其中的單極子作為收發共用天線，採用內置的收發開關來控制切換。武漢大學在此基礎上提出了用偶極子天線代替單極子天線，以去除單極子天線所必須的水平對地振子來簡化結構。湖北中南鵬力公司則是用加載中饋天線取代單極子天線以作為收發共用天線。
[0004]而本發明的一種收發一體式高頻地波雷達天線就是將高頻地波雷達發射天線和可攜式接收天線整合為一體，不同於現有的收發共用一體化天線的技術方案，捨棄了現有的採用由內置收發開關來控制切換的收發共用天線的技術結構形式，並增加了引雷保護裝置。相對於傳統天線陣列式高頻地波雷達的造價高、佔地面積大，雷達站不易選址以致高頻地波雷達推廣困難的問題都得到較好的解決。


【發明內容】

[0005]本發明要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種造價低、佔地面積小、發射天線和可攜式接收天線形成一體的收發一體式高頻地波雷達天線。
[0006]為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是:
一種收發一體式高頻地波雷達天線，包括基座、設置於基座四周的地網、設置於基座頂部的饋電盒、設置於饋電盒頂部且帶有中空容腔的發射天線杆和設置於發射天線杆頂部的接收天線體，接收天線體包括殼體、設置於殼體內部中心的單極子螺旋天線、設置於單極子螺旋天線四周且豎直的若干組閉合天線和將單極子螺旋天線及若干組閉合天線進行連接的若干塊調諧匹配板和若干塊放大電路板，饋電盒的一端設置有若干個能夠防水的信號插接頭。
[0007]所述閉合天線有三組，所述放大電路板有四塊；每組閉合天線包括對稱設置在單極子螺旋天線兩側的兩個線圈；每組閉合天線中兩個線圈的一端與調諧匹配板連接，每組閉合天線中兩個線圈的的另一端與相應的一塊放大電路板相連接，每組閉合天線形成一路接收信號線；三組閉合天線共形成三路接收信號線；單極子螺旋天線的一端與調諧匹配板連接，單極子螺旋天線的另一端與空餘的一塊放大電路板相連接，形成第四路接收信號線；四路接收信號線能從發射天線杆的中空容腔內穿過並與發射天線杆的發射信號線一起與饋電盒相連接。
[0008]所述接收天線體的頂部設置有接閃器，所述饋電盒內設置有若干個避雷濾波器。
[0009]所述避雷濾波器有五個，所述信號插接頭有五個；五個避雷濾波器的一端分別與四路接收信號線及一路信號發射線相連接，五個避雷濾波器的另一端各連接一個信號插接頭。
[0010]所述接閃器為提前放電接閃器，接閃器的材料為30禮不鏽鋼材料。
[0011]所述基座、饋電盒、發射天線杆、接收天線體和接閃器五者相互之間的連接處均設置有絕緣塊。
[0012]所述發射天線杆的高度計算公式為山鬥X /4 ；式中，1！為發射天線杆高度冰為縮短係數，其取值範圍為0.9-0.96 ； \為高頻地波雷達工作頻率所對應的波長。
[0013]所述接收天線體的殼體為採用玻璃鋼材料製成的中空圓弧體。
[0014]所述發射天線杆的材料為合金鋁管。
[0015]所述地網為若干根以基座為中心呈輻射狀設置的塑皮多段導線。
[0016]本發明採用上述結構後，能將高頻地波雷達發射天線和可攜式接收天線整合為一體，結構緊湊，佔地面積小，架設與維護更加方便，使得雷達站尤其是海邊的站點選址就更容易，為建設移動雷達站提供了更為方便的途徑，也節約了雷達的設計成本，為高頻地波雷達廣泛推廣應用起到了極大的推動作用。且架設不需使用三方拉繩，更加滿足用戶要求。另外，接收天線體為採用玻璃鋼材料製成的中空圓弧體，故強度高，輕巧美觀，抗風性能好，防鹽霧、防腐蝕，使用壽命長。進一步，頂部接閃器的加入，使得設備的防雷安全性能大大提聞。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發明一種收發一體式高頻地波雷達天線的結構示意圖；
圖2顯示了圖1中接收天線體的內部結構示意圖；
圖3顯示了圖2中接收天線體內部四路接收信號線的連接框圖。
[0018]其中有:10.地網；20丨饋電盒；21丨避雷濾波器；22丨信號插接頭；30丨發射天線杆:40.接收天線體:41.閉合天線:411.線圈￡1:412.線圈(1:413.線圈13:414.線圈6:415.線圈0:416.線圈？ ^42.單極子螺旋天線:43.調諧匹配板:431.第一調諧匹配板:432.第二調諧匹配板:44.放大電路板:441.第一放大電路板:442.第二放大電路板:443.第三放大電路板；444.第四放大電路板；45.殼體；50.接閃器；60.絕緣塊；70.基座。
[0019]另外，圖1及實施例中山為發射天線杆高度冰為縮短係數，其取值範圍為
0.9-0.96 ； X為高頻地波雷達工作頻率所對應的波長。

【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和具體較佳實施方式對本發明作進一步詳細的說明。
[0021]如圖1所示，一種收發一體式高頻地波雷達天線，包括基座70、地網10、饋電盒20、發射天線杆30、接收天線體40和接閃器50。
[0022]上述地網10，設置在基座70的四周，優選為八根以基座70為中心呈輻射狀設置的塑皮多段導線，每根塑皮多段導線均與基座70有效連接並平鋪在地表面上。作為替換，塑皮多段導線的數量也可為兩根、四根或其它數量，均在本申請的保護範圍之內。
[0023]上述饋電盒20設置在基座70的頂部，饋電盒20與基座70的連接處設置有絕緣塊60，使得饋電盒20與基座70相互絕緣。饋電盒20內設置有若干個避雷濾波器21，饋電盒20的一端設置有若干個能夠防水的信號插接頭22。避雷濾波器21及信號插接頭22的數量均優選為五個，五個避雷濾波器21的一端各連接一個相應的信號插接頭22。
[0024]上述發射天線杆30設置在饋電盒20的頂部，發射天線杆30與饋電盒20的連接處設置有絕緣塊60，使得發射天線杆30與饋電盒20能相互絕緣。發射天線杆30為中空結構，即具有豎向貫通的中空容腔。
[0025]發射天線杆30優選由較粗合金鋁管制成，根據不同的工作頻率要求而採用不同的高度。發射天線杆高度11公式為山鬥X/4 ；式中，1！為發射天線杆高度冰為縮短係數，表示天線在達到諧振時，其高度比四分之一波長有所縮短，縮短係數和天線高度與其直徑比有關，也與天線饋電點的電磁環境有關，其取值範圍為0.9-0.96，圖2中製作時，&取值為
0.9 為高頻地波雷達工作頻率所對應的波長。
[0026]上述接收天線體40設置在發射天線杆30的頂部，接收天線體40與發射天線杆30的連接處設置有絕緣塊60，使得接收天線體40與發射天線杆30相互絕緣。
[0027]如圖2所示，接收天線體40包括殼體45、設置於殼體45內部中心的單極子螺旋天線42、設置於單極子螺旋天線42四周且豎直的若干組閉合天線41和將單極子螺旋天線42及若干組閉合天線41進行連接的若干塊調諧匹配板43和若干塊放大電路板44。
[0028]接收天線體40的殼體45優選由玻璃鋼材料製成的中空圓弧體，質量輕、風阻小並具有較高的防水性能。同時，強度高，輕巧美觀，抗風性能好，防鹽霧、防腐蝕，使用壽命長。
[0029]上述閉合天線41優選為三組，分別為第一組、第二組和第三組。閉合天線41的形狀可以為環形、方形或長方形等。調諧匹配板43有兩塊，分別為第一調諧匹配板431和第二調諧匹配板432，第一調諧匹配板431和第二調諧匹配板432均各設置有兩個通道，分別為第一通道和第二通道。放大電路板44有四塊，分別為第一放大電路板441、第二放大電路板442、第三放大電路板443和第四放大電路板444。
[0030]每組閉合天線41均包括對稱設置在單極子螺旋天線42兩側的兩個線圈。如圖2所示，第一組閉合天線41包括對稱設置在單極子螺旋天線42兩側的線圈3 411和線圈(1 412，第二組閉合天線41包括對稱設置在單極子螺旋天線42兩側的線圈6 413和線圈6 414，第三組閉合天線41包括對稱設置在單極子螺旋天線42兩側的線圈0 415和線圈？416。
[0031]另外，每組閉合天線41中的線圈均採用固定長度及圈數，這樣，可以通過調節調諧匹配板43上的調諧電容以使得其在高頻範圍內任何頻率點都能良好工作，具有帶寬大的特點。
[0032]如圖3所示，線圈￡1 411和線圈(1 412的一端與第一調諧匹配板431的第一通道的兩端相連，第一組閉合天線41中的線圈￡1 411和線圈(1 412的另一端連接至第一放大電路板441 ；第二組閉合天線41中的的線圈6 413和線圈6 414的一端與第一調諧匹配板431的第二通道的兩端相連，線圈b 413和線圈e 414的另一端連接至第二放大電路板442;第三組閉合天線41中的線圈c 415和線圈f 416的一端與第二調諧匹配板432的第一通道的兩端相連，線圈c 415和線圈f 416的另一端連接至第三放大電路板443 ;三組閉合天線41共形成三路接收信號線。單極子螺旋天線42與第四放大電路板444相連，形成第四路接收信號線。四路接收信號線從發射天線杆30的中空容腔內穿過並與發射天線杆30的發射信號線一起分別與饋電盒20中的五個避雷濾波器21的一端相連接，每個避雷濾波器21的另一端連接一個對應的信號插接頭22。也即，每個避雷濾波器21和每個信號插接頭22對應一路信號線。然後，與四路接收信號線相連接的信號插接頭22的另一端均與信號接收機相連，與發射信號線相連接的信號插接頭22的另一端與發射機相連接。
[0033]採用上述結構後，從而能將高頻地波雷達發射天線和可攜式接收天線整合為一體，結構緊湊，佔地面積小，架設與維護更加方便，使得雷達站尤其是海邊的站點選址就更容易，為建設移動雷達站提供了更為方便的途徑，也節約了雷達的設計成本，為高頻地波雷達廣泛推廣應用起到了極大的推動作用。且架設不需使用三方拉繩，更加滿足用戶要求。
[0034]另外，上述接閃器50設置在接收天線體40的頂部，接閃器50與接收天線體40之間也設置有絕緣塊60，使得接閃器50與接收天線體40之間相互絕緣。接閃器50優選為提前放電接閃器，接閃器50的材料優選為304L不鏽鋼材料。這樣，頂部接閃器50的加入，使得設備的防雷安全性能大大提高。本申請的天線將無放射性、耐腐蝕、抗風能力強，同時具有雙重動作，減小雷擊點落於非避雷針體的概率，使得設備的防雷安全性能大大提高。
【權利要求】
1.一種收發一體式高頻地波雷達天線，其特徵在於:包括基座(70)、設置於基座(70)四周的地網(10)、設置於基座(70)頂部的饋電盒(20)、設置於饋電盒(20)頂部且帶有中空容腔的發射天線杆(30)和設置於發射天線杆(30)頂部的接收天線體(40)，所述接收天線體(40)包括殼體(45)、設置於殼體(45)內部中心的單極子螺旋天線(42)、設置於單極子螺旋天線(42)四周且豎直的若干組閉合天線(41)和將單極子螺旋天線(42)及若干組閉合天線(41)進行連接的若干塊調諧匹配板(43 )和若干塊放大電路板(44 )，所述饋電盒(20 )的一端設置有若干個能夠防水的信號插接頭(22 )。
2.根據權利要求1所述的收發一體式高頻地波雷達天線，其特徵在於:所述閉合天線(41)有三組，所述放大電路板(44)有四塊；每組閉合天線(41)包括對稱設置在單極子螺旋天線(42)兩側的兩個線圈；每組閉合天線(41)中兩個線圈的一端與調諧匹配板(43)連接，每組閉合天線(41)中兩個線圈的的另一端與一塊放大電路板(44 )相連接，每組閉合天線(41)形成一路接收信號線；三組閉合天線(41)共形成三路接收信號線；單極子螺旋天線(42)的一端與調諧匹配板(43)連接，單極子螺旋天線(42)的另一端與空餘的一塊放大電路板(44)相連接，形成第四路接收信號線；四路接收信號線能從發射天線杆(30)的中空容腔內穿過並與發射天線杆(30)的發射信號線一起與饋電盒(20)相連接。
3.根據權利要求2所述的收發一體式高頻地波雷達天線，其特徵在於:所述接收天線體(40)的頂部設置有接閃器(50)，所述饋電盒(20)內設置有若干個避雷濾波器(21)。
4.根據權利要求3所述的收發一體式高頻地波雷達天線，其特徵在於:所述避雷濾波器(21)有五個，所述信號插接頭(22)有五個；五個避雷濾波器(21)的一端分別與四路接收信號線及一路信號發射線相連接，五個避雷濾波器(21)的另一端各連接一個信號插接頭(22)。
5.根據權利要求3所述的收發一體式高頻地波雷達天線，其特徵在於:所述接閃器(50)為提前放電接閃器，接閃器(50)的材料為304L不鏽鋼材料。
6.根據權利要求3所述的收發一體式高頻地波雷達天線，其特徵在於:所述基座(70)、饋電盒(20)、發射天線杆(30)、接收天線體(40)和接閃器(50)五者相互之間的連接處均設置有絕緣塊(60)。
7.根據權利要求1所述的收發一體式高頻地波雷達天線，其特徵在於:所述發射天線杆(30)的高度計算公式為:h=kX/4 ;式中，h為發射天線杆高度；k為縮短係數，其取值範圍為0.9-0.96 ； λ為高頻地波雷達工作頻率所對應的波長。
8.根據權利要求1所述的收發一體式高頻地波雷達天線，其特徵在於:所述接收天線體(40)的殼體(45)為採用玻璃鋼材料製成的中空圓弧體。
9.根據權利要求1所述的收發一體式高頻地波雷達天線，其特徵在於:所述發射天線杆(30)的材料為合金招管。
10.根據權利要求1所述的收發一體式高頻地波雷達天線，其特徵在於:所述地網(10)為若干根以基座(70)為中心呈輻射狀設置的塑皮多段導線。
【文檔編號】H01Q1/22GK104319457SQ201410542766
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】朱飛, 謝向前, 周濤, 施春榮, 薛宜童, 高劍輝 申請人:中船重工鵬力（南京）大氣海洋信息系統有限公司, 南京鵬力系統工程研究所, 南京鵬力科技有限公司