等離子體-金屬結(jié)合式八木天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種等離子體-金屬結(jié)合式八木天線。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨世界經(jīng)貿(mào)全球化、一體化進(jìn)程，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)得到持續(xù)、健康、快速發(fā)展，帶動(dòng)了航運(yùn)市場(chǎng)的空前繁榮。但由于交通流密度的增大，使我國(guó)沿海海域存在交通和環(huán)境的隱患。船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)AIS在船舶交通服務(wù)VTS系統(tǒng)中起到識(shí)別、跟蹤船舶及信息交換的作用。AIS通信所采用的頻率為AIS1 (161.975 MHz)和AIS2 (162.025 MHz)，屬于甚高頻(Very High Frequency, VHF)頻率范圍，通常采用柱型金屬天線，方向性為全向性，雖然可以實(shí)現(xiàn)較大范圍的VHF通信，但仍存在許多問(wèn)題:(1)全向性天線增益較低，難以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離VHF通信，導(dǎo)致AIS岸站不能覆蓋這些水域；(2)在AIS岸站通信系統(tǒng)中，全向性發(fā)射天線發(fā)射功率在20 W以上，后向輻射很大，對(duì)周圍岸上設(shè)施產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾；(3)由于水域交通流密度增大，通信信道常被占用，存在時(shí)隙沖突，造成VTS值班員迎接不暇，交通事故明顯提尚。
[0003]通常情況下，采用VHF定向天線如八木(引向)天線，該天線具有輻射效率高、增益高等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)AIS基站VHF遠(yuǎn)距離通信。但是，傳統(tǒng)八木天線由金屬天線制成，一旦尺寸固定，方向性便隨之固定，難以動(dòng)態(tài)改變輻射方向圖，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同水域的定向通信。金屬相控陣天線雖然能實(shí)現(xiàn)智能通信，但天線陣子間的強(qiáng)烈互耦效應(yīng)和天線成本過(guò)高，成為制約其用于岸站安全通信的瓶頸。這就急需一種新型可重構(gòu)天線，滿足定線制水域AIS基站及VHF岸站甚高頻通信需求，提高安全系數(shù)。
[0004]等離子體是由大量的相互作用的電子、離子、中性粒子和自由基等組成的且在宏觀上表現(xiàn)為近似電中性的非凝聚體系，具有導(dǎo)電、發(fā)光、發(fā)熱和化學(xué)等特性，氣體放電是人工產(chǎn)生等離子體最有效的方法。等離子體天線就是依據(jù)等離子體的導(dǎo)電特性用氣體放電產(chǎn)生的等離子體代替金屬進(jìn)行電磁波發(fā)射和接收的一種射頻天線。當(dāng)開(kāi)啟等離子體天線激勵(lì)電源時(shí)，放電管中產(chǎn)生的等離子體在一定條件下可以作為通訊天線發(fā)射和接收電磁波，而當(dāng)不需要通訊天線工作時(shí)，則可關(guān)閉等離子體天線激勵(lì)電源，等離子體天線就成為充有絕緣氣體的絕緣放電管。利用等離子體放電管可構(gòu)建八木天線，通過(guò)改變天線工作狀態(tài)，可動(dòng)態(tài)控制天線通信覆蓋區(qū)域，當(dāng)關(guān)閉等離子體振子時(shí)，可減小天線振子之間的互耦效應(yīng)，大大降低天線陣設(shè)計(jì)難度，但是目前等離子體作為八木天線有源振子時(shí)噪聲較大的問(wèn)題仍未得到解決。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型提供一種等離子體-金屬結(jié)合式八木天線，結(jié)合金屬天線、等離子體天線兩者的優(yōu)勢(shì)，減少天線噪聲的同時(shí)，增大輻射效率，同時(shí)天線增益及方向圖覆蓋區(qū)域可快速發(fā)生變化，可實(shí)現(xiàn)不同水域通信、遠(yuǎn)距離傳輸以及方向圖的動(dòng)態(tài)可調(diào)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種等離子體-金屬結(jié)合式八木天線，包含:
[0007]有源振子，其通過(guò)巴倫與同軸線饋電，該有源振子采用金屬半波對(duì)稱/折合振子；
[0008]反射振子，其采用等離子體放電管；
[0009]引向振子，其采用等離子體放電管；
[0010]等離子體激勵(lì)套環(huán)，其分別套設(shè)在組成反射振子和引向振子的等離子體放電管的兩端；
[0011]激勵(lì)源，其電性連接等離子體激勵(lì)套環(huán)；
[0012]控制單元，其電性連接激勵(lì)源。
[0013]所述的等離子體放電管內(nèi)充有氖、氬等惰性氣體，或惰性氣體的混合氣體，或惰性氣體與水銀的混合物。
[0014]所述的反射振子和引向振子的投影位于同一直線上。
[0015]所述的反射振子的數(shù)量為0~1個(gè)。
[0016]所述的引向振子的數(shù)量為0~4個(gè)。
[0017]所述的激勵(lì)源采用5~20 kHz低頻交流源。
[0018]本實(shí)用新型與傳統(tǒng)等離子體八木天線相比其有益效果是:克服等離子體八木天線噪聲過(guò)大的不足，以金屬半波對(duì)稱/折合振子作為八木天線的有源振子，以等離子體放電管作為反射振子和引向振子，減少天線噪聲的同時(shí)，增大輻射效率，天線工作時(shí)，通過(guò)控制等離子體放電管上激勵(lì)源的通斷以及放電功率的大小，就可以實(shí)現(xiàn)智能地控制天線的輻射方向，具有非常靈活的方向性，同時(shí)，不工作的放電管對(duì)工作的放電管的干擾非常小。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型提供的等離子體-金屬結(jié)合式八木天線的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2?圖5是本實(shí)用新型提供的等離子體-金屬結(jié)合式八木天線的Η面歸一化方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下根據(jù)圖1和圖5，具體說(shuō)明本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例。
[0022]如圖1所示，本實(shí)用新型提供一種等離子體-金屬結(jié)合式八木天線，包含:
[0023]有源振子5，其通過(guò)巴倫與同軸線饋電，該有源振子5采用金屬半波對(duì)稱/折合振子;
[0024]反射振子4，其采用等離子體放電管；
[0025]引向振子6，其采用等離子體放電管；
[0026]等離子體激勵(lì)套環(huán)1，其分別套設(shè)在組成反射振子4和引向振子6的等離子體放電管的兩端；
[0027]激勵(lì)源2，其電性連接等離子體激勵(lì)套環(huán)1 ;
[0028]控制單元3，其電性連接激勵(lì)源2。
[0029]所述的等離子體放電管內(nèi)充有氖、氬等惰性氣體，或惰性氣體的混合氣體，或惰性氣體與水銀的混合物。
[0030]所述的反射振子4的數(shù)量為0~1個(gè)，所述的引向振子6的數(shù)量為0~4個(gè)，所述的反射振子4和引向振子6的投影位于同一直線上。
[0031]所述的激勵(lì)源2采用5~20 kHz低頻交流源。
[0032]本實(shí)用新型提供的等離子體-金屬結(jié)合式八木天線的工作原理如下:控制單元3控制激勵(lì)源2的通斷，并控制激勵(lì)源2的輸出功率和輸出頻率，激勵(lì)源2通過(guò)等離子體激勵(lì)套環(huán)1作用于等離子體放電管，等離子體放電管中產(chǎn)生蝸旋電場(chǎng)，等離子體放電管內(nèi)氣體在蝸旋電場(chǎng)作用下碰撞激發(fā)產(chǎn)生等離子體柱，控制單元3控制反射振子4和引向振子6的通斷，當(dāng)關(guān)閉反射振子4與所有引向振子6，僅剩下有源振子5，這時(shí)的等離子體-金屬結(jié)合式八木天線為全向性天線，可以實(shí)現(xiàn)寬范圍的VHF信息群發(fā)，當(dāng)打開(kāi)所有引向振子6和反射振子4時(shí)，可增大天線定向性，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，改變引向振子6個(gè)數(shù)及放電功率時(shí)，可改變天線系統(tǒng)定向性，可動(dòng)態(tài)快速調(diào)節(jié)方向圖，繼而調(diào)節(jié)信號(hào)覆蓋水域。
[0033]本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，一共有5根等離子體放電管，1根為反射振子4，4根為引向振子6，5根等離子體放電管按一定間距分布在所在直線上，具體參數(shù)如下:
[0034]反射振子長(zhǎng)度LR=0.53 λ ,有源振子長(zhǎng)度L0=0.5 λ，引向振子長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)1=0.40 λ、L2=0.37 λ、L3=0.34 λ、L4=0.31 λ，引向振子之間的距離為0.18 λ，最靠近有源振子的引向振子與有源振子之間的距離為0.18 λ，反射振子與有源振子之間的距離為0.22 λ 0
[0035]圖2是無(wú)源引向振子全關(guān)閉時(shí)天線Η面歸一化方向圖，此時(shí)反射振子開(kāi)啟，天線具有一定的定向性，天線半功率角約120°。圖3是一根反射振子與一根引向振子開(kāi)啟時(shí)天線Η面歸一化方向圖，此時(shí)天線主瓣半功率角約90°。圖4是一個(gè)反射振子與兩個(gè)引向振子同時(shí)開(kāi)啟時(shí)天線Η面歸一化方向圖，此時(shí)天線半功率角約為80°。圖5是三根引向振子與一根反射振子同時(shí)開(kāi)啟時(shí)天線Η面歸一化方向圖，此時(shí)天線半功率角進(jìn)一步減小，約為60°。由此可見(jiàn)，通過(guò)改變天線反射、引向振子工作狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)天線方向圖快速重構(gòu)。
[0036]本實(shí)用新型結(jié)合等離子體與金屬天線的特點(diǎn)，構(gòu)建等離子體-金屬結(jié)合式八木天線，整個(gè)過(guò)程完全不需要改變天線的物理結(jié)構(gòu)，可以避免等離子體天線本身熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的噪聲，增大天線輻射效率，同時(shí)天線增益及方向圖覆蓋區(qū)域可快速發(fā)生變化，可實(shí)現(xiàn)不同水域通信、遠(yuǎn)距離傳輸以及方向圖的動(dòng)態(tài)可調(diào)，采用5~20 kHz低頻交流源作為無(wú)源反射/引向振子激勵(lì)源，其輸出連續(xù)可調(diào)，不僅實(shí)現(xiàn)方向圖動(dòng)態(tài)重構(gòu)，也大大地降低了成本。
[0037]盡管本實(shí)用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本實(shí)用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本實(shí)用新型的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種等離子體-金屬結(jié)合式八木天線，其特征在于，包含: 有源振子(5)，其通過(guò)巴倫與同軸線饋電，該有源振子(5)采用金屬半波對(duì)稱/折合振子; 反射振子(4)，其采用等離子體放電管； 引向振子(6)，其采用等離子體放電管； 等離子體激勵(lì)套環(huán)(1 )，其分別套設(shè)在組成反射振子(4)和引向振子(6)的等離子體放電管的兩端； 激勵(lì)源(2)，其電性連接等離子體激勵(lì)套環(huán)(1); 控制單元(3 )，其電性連接激勵(lì)源(2 )。2.如權(quán)利要求1所述的等離子體-金屬結(jié)合式八木天線，其特征在于，所述的等離子體放電管內(nèi)充有氖、氬等惰性氣體，或惰性氣體的混合氣體，或惰性氣體與水銀的混合物。3.如權(quán)利要求1所述的等離子體-金屬結(jié)合式八木天線，其特征在于，所述的反射振子(4)和引向振子(6)的投影位于同一直線上。4.如權(quán)利要求3所述的等離子體-金屬結(jié)合式八木天線，其特征在于，所述的反射振子(4)的數(shù)量為0~1個(gè)。5.如權(quán)利要求3所述的等離子體-金屬結(jié)合式八木天線，其特征在于，所述的引向振子(6)的數(shù)量為0~4個(gè)。6.如權(quán)利要求1所述的等離子體-金屬結(jié)合式八木天線，其特征在于，所述的激勵(lì)源(2)采用5~20 kHz低頻交流源。
【專利摘要】一種等離子體-金屬結(jié)合式八木天線，以金屬半波對(duì)稱/折合振子作為有源振子，以等離子體放電管作為反射振子和引向振子，通過(guò)控制等離子體放電管上激勵(lì)源的通斷以及放電功率的大小，實(shí)現(xiàn)智能地控制天線的輻射方向，本實(shí)用新型提供結(jié)合金屬天線、等離子體天線兩者的優(yōu)勢(shì)，減少天線噪聲的同時(shí)，增大輻射效率，同時(shí)天線增益及方向圖覆蓋區(qū)域可快速發(fā)生變化，可實(shí)現(xiàn)不同水域通信、遠(yuǎn)距離傳輸以及方向圖的動(dòng)態(tài)可調(diào)。
【IPC分類】H01Q19/30, H01Q1/36
【公開(kāi)號(hào)】CN205039242
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520731116
【發(fā)明人】袁秋夢(mèng), 趙建森, 孫洋, 諶浩, 梁澤鵬, 唐新翻, 趙滿堂
【申請(qǐng)人】上海海事大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2015年9月21日