專利名稱:一種接收或發(fā)射電磁波的天線裝置的制作方法
一、發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域：
:本發(fā)明是利用樹木感應(yīng)電磁波的原理制成的一種天線裝置和技術(shù)。屬于無線電與園林技術(shù)交匯的邊緣技術(shù)。
二、已有技術(shù)狀況早在廿年前本發(fā)明人及國外的科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)樹木能接收無線電波〔1〕〔2〕。本發(fā)明人在七九年以來利用我國常見的樹種如冬青、梧桐、樟樹等接收電視信號試驗(yàn)。此外在上海也有人用桉樹作過接收電視信號試驗(yàn)。八0年前后，印度的KOSta博士利用棕櫚樹、椰子樹和香蕉樹等接收電視信號試驗(yàn)〔3、4〕。這些試驗(yàn)結(jié)果都表明樹木具有接收電視信號能力，有時(shí)圖象質(zhì)量相當(dāng)好。本發(fā)明人經(jīng)過較長時(shí)間的試驗(yàn)觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)從樹體直接引出來的電視信號強(qiáng)度和樹體阻抗受氣候條件變化的影響，圖象質(zhì)量不穩(wěn)定。而且我國城鄉(xiāng)居民住宅逐漸由平房向多層發(fā)展，目前國內(nèi)住宅區(qū)不可能栽種高大樹木，因此用樹木作天線的應(yīng)用和推廣受住宅條件的限制。
傳統(tǒng)的各種室外電視接收天線，都按接收頻率范圍計(jì)算尺寸，用金屬制成并安裝在房頂之上，因此都存在笨重和使用不便的缺點(diǎn)，近年來發(fā)明了多種拋物面反射器的天線，如GB2120855A和GB2123612A〔5〕等，雖然這些天線增益提高了，但仍然存在尺寸隨工作頻率而變化，其制造工藝復(fù)雜價(jià)格也提高，而且安裝也較復(fù)雜和困難，仍需安裝在屋頂上，影響屋頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)和美觀。
本發(fā)明采用一種新的，不復(fù)雜和不貴的天線裝置，克服了常規(guī)的各種電視接收天線的缺點(diǎn)，也解決了直接利用樹木作天線的不利因素。
三、本發(fā)明的目標(biāo)
本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種獨(dú)特的天線裝置，這種天線裝置與Kosta所述的TV Tree有實(shí)質(zhì)上的不同，它具有比較穩(wěn)定的阻抗特性，較高的增益，方向特性或全頻接收特性。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是為適應(yīng)我國城鄉(xiāng)居民喜歡在自己家的陽臺或庭院以及屋頂上栽種花木的特點(diǎn)，利用綠化環(huán)境的盆栽花木作為天線裝置的主體，這種天線裝置具有靈活機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)，能放置在陽臺、窗口以及室內(nèi)和室外，既作天線又作綠化環(huán)境的美化裝置。
四、發(fā)明的詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)質(zhì)特點(diǎn)是在導(dǎo)電層容器中心種一株花木，在植物冠下裝有磁環(huán)感應(yīng)線圈，利用導(dǎo)電層和磁環(huán)感應(yīng)線圈獲得花木中的射頻能。
本發(fā)明的裝置為圖1所示，包括一個(gè)導(dǎo)電層的容器(7)、(8)容器中心栽種一株花木(1)，在花木的主桿卡有帶磁環(huán)的感應(yīng)線圈(2)、(3)所組成它們的部件分述如下所述的導(dǎo)電層容器，一般可以是夾層容器，其外層是由陶土、瓷土或水泥等絕緣材料制成，其技術(shù)要求是具有相對穩(wěn)定的絕緣特性，其幾何尺寸依所選的花木高度而異，一般直徑可在300～400mm，高200mm左右。夾層容器的里層為導(dǎo)電層，導(dǎo)電層可用鋁、銅合金等金屬加工成型，也可用金屬線編織成網(wǎng)后固定成型，導(dǎo)電層的形狀可分上、下部份，其上部為喇叭形或稱為倒置園臺形，其下部為園球半徑R等于中心頻率的1/4波長的球冠，或稱拋物拱形曲面，使喇叭底緣直徑等于球冠的弦長，導(dǎo)電層側(cè)壁上有垂直于底平面的槽孔，其槽孔平行間隔交錯(cuò)排列。
容器里層和外層之間保持一個(gè)夾層空隙為拋物形的空間，使內(nèi)層套于外層內(nèi)，上部不留空隙，下部空隙逐漸擴(kuò)大，內(nèi)、外層底部空隙保持20～30mm間距，在一般氣候條件下空隙內(nèi)空氣使花木根部通氣，增加隔熱保溫作用，在特別炎熱或寒冷的氣候條件時(shí)，空隙內(nèi)可以填充通氣保溫材料。
花木的選擇，本發(fā)明對花木無品種限制，可以依據(jù)工作頻率和功率、地區(qū)氣候條件差異和使用者愛好任意選擇合適花木，若作電視接收天線使用，一般可選用株高60～100cm左右的當(dāng)?shù)爻＞G花木，其枝葉在空間的有效面積與獲得感應(yīng)電信號大小有關(guān)，若作全頻道接收，最好選用對稱性良好的花木，一般情況要求長勢良好和植冠在空間呈橢球狀或傘狀為佳。
根部造型，即花木根部應(yīng)與導(dǎo)電層有最大的均勻接觸面積，以獲得花木中比較大的感應(yīng)電信號，因此花木根部應(yīng)事先造型，用于作天線的花木應(yīng)先上盆一年以上，使其根部園球狀，須根大部呈盤綜交錯(cuò)地與導(dǎo)電層接觸良好。
磁環(huán)感應(yīng)線圈應(yīng)卡在花木主枝下半部，一般卡在球冠半徑R的附近，此時(shí)感應(yīng)線圈上有較大的信號電壓，它包括磁環(huán)自身感應(yīng)自由空間的電信號，花木主桿內(nèi)流通的交變感應(yīng)電信號、和由球冠反射至焦點(diǎn)的部份電信號，總共2db以上的增益。磁環(huán)感應(yīng)線圈(2)、(3)由高頻鐵氧體上繞線圈若干圈組成，磁環(huán)依使用頻段而異，如VHF低端和VHF高端或UHF頻段各不相同，一般選用1個(gè)以上的磁環(huán)感應(yīng)線圈。
本發(fā)明的附屬線路有濾波器和阻抗-平衡變換器(4)見附圖2的電原理圖。
本天線裝置與相適應(yīng)的阻抗-平衡變換器連接后，可用75Ω同軸電纜或300Ω平行饋線與接收機(jī)相連接，天線與饋線間有較恒定的阻抗特性及小的反射損耗，測試結(jié)果列于表1。
表1本天線，半波振子天線和X型全頻道天線的電壓駐波比
表1所示本天線裝置的電壓駐波比，平均為2.1，從表1可看出它的阻抗特性和反射系數(shù)都比半波振子天線和X型全頻道天線小和穩(wěn)定。
本發(fā)明的天線裝置在VHF的增益平均為3.6db，表2所示為本天線裝置在VHF頻段各頻道與半波振子相比較的電壓增益，表2所示的測試數(shù)據(jù)是本天線在相同測點(diǎn)上比X型振子全頻道天線低2米的增益，可見本天線的各頻道增益相對均勻，其平均值略高于同樣高度的X型振子全頻道天線的增益。在UHF頻段的平均增益為7.5db，是相對于工作在UHF20頻道的環(huán)形天線的電壓增益。
本天線的方向特性取決于花木的對稱性，在其對稱性良好的條件下不需要整枝修剪就能作全頻道的接收天線。若想它具有方向特性，就必須對花木進(jìn)行整枝修剪，方能得到較好的方向特性。
表2本發(fā)明的天線相對于半振子天線的增益
圖3為經(jīng)過適當(dāng)整枝修剪后測得VHF頻段的5和12頻道的方向特性圖，其他頻道方向特性基本相似。若要得到較理想的方向特性，可以采用上述二個(gè)以上單元的天線裝置組合成天線陣，如采用上述二單元并聯(lián)的天線裝置，提高6～12頻道增益，當(dāng)二單元間距等于中心頻率λ/4時(shí)，其6～12頻道的平均增益從2.7db提高至4.7db。
本天線與常規(guī)天線一樣遵循天線互易定律，即具有發(fā)射電磁波的本領(lǐng)，在相同條件下，本天線裝置的發(fā)射能力比環(huán)形天線高得多，表3為本天線與環(huán)形天線(周長約為植冠平均周長)相對發(fā)射能力，即用環(huán)形天線或用本天線作全頻道電視信號發(fā)生器的發(fā)射天線，在距離15米遠(yuǎn)的相同位置上半波振子所接收電壓信號之比值。
表3本天線相對于環(huán)形的發(fā)射能力頻率 一 三 七 十 十二(MH2) 54 67.5 179 205 216倍數(shù) 5.2 1.9 1.5 1.3 3本天線經(jīng)過冬季和春季的實(shí)際使用考驗(yàn)，在低溫0℃和高濕度(90%以上)及陰雨情況下，阻抗特性和信號強(qiáng)度基本穩(wěn)定。實(shí)際使用表明，黑白圖象和彩色圖象都與高于本天線2米的X型全頻道天線有相同的效果。
表4所示為本天線放置市區(qū)四層樓陽臺上(高出地面12米)時(shí)對市區(qū)各廣播電視臺的接收能力比較，無論黑白或彩色圖象質(zhì)量都達(dá)到高于本天線2米的X型振子天線的水平，且不同方位的電視信號都能接收，只要選擇接收頻道，而無須移動(dòng)天線的位置。
表4市區(qū)使用本發(fā)明天線的接收效果比較(接收機(jī)為天馬和金星牌)頻道 一 六 十 十二功率(KW) 10 0.3 0.05 1距離(KM) 37.4 2.4 1.4 2.4輸入端電壓 1306 234 417 1605(微伏)黑白圖象 圖象質(zhì)量很 圖象穩(wěn)定， 圖象穩(wěn)定，偶 圖象質(zhì)量質(zhì)量 好無干擾 偶有網(wǎng)紋干 有網(wǎng)紋干擾 很好，無擾 干擾。
彩色圖象 彩條顏色穩(wěn) 彩條顏色穩(wěn) 彩條顏色穩(wěn)定 彩條顏色質(zhì)量 定鮮艷，無 定鮮艷，偶 鮮艷，偶有干 穩(wěn)定鮮艷，干擾 有干擾 擾 無干擾表5本發(fā)明天線在郊區(qū)接收效果比較(接收機(jī)為金星)頻道 一 三 五 七 九 十二功率(KW) 10 10 注1 注1 注1 1距離(KM) 49 53 10 15 12 12輸入端電壓 218 260 225 480 425 425(微伏)黑白圖象 圖象穩(wěn) 圖象穩(wěn) 圖象質(zhì) 圖象穩(wěn) 圖象穩(wěn)定偶有 定偶有 量好無 量好無 定偶有 定常有質(zhì)量 網(wǎng)紋干 網(wǎng)紋干 干擾 干擾 網(wǎng)紋干 網(wǎng)紋干擾 擾 擾 擾注1郊區(qū)、縣各單位自設(shè)差轉(zhuǎn)臺，功率和頻率與實(shí)際不符。
表5為置于郊區(qū)12公里遠(yuǎn)的三層陽臺上(離地面9米)本天線對各電視臺或差轉(zhuǎn)臺實(shí)收效果比較，此試驗(yàn)點(diǎn)在半山區(qū)里，且為郊區(qū)和附近3個(gè)縣交界線上，因此地形對電磁影響復(fù)雜，有些差轉(zhuǎn)臺的發(fā)射功率與實(shí)際有出入。但此接收點(diǎn)在各電視臺的中心位置，收看各頻道電視節(jié)目時(shí)，都不需要移動(dòng)天線的方向和位置，只要任意選擇頻道就能收看，表明本天線具有全方向接收電視信號的能力，充分顯示本天線的優(yōu)越性。本天線也有待解決的問題，就是有時(shí)出現(xiàn)網(wǎng)紋干擾問題，這是寬頻帶接收天線的弱點(diǎn)。本天線裝置的附屬電路中配有簡單的濾波器，在電視服務(wù)區(qū)內(nèi)可以改善圖象質(zhì)量。
附引用文件〔1〕楊高潤樹木對中波的電磁感應(yīng)和檢波現(xiàn)象《生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展》1983年第3期，第65～68頁〔2〕Li-Jen Du and W·H·Peake，′Rayleigh scat-tering from leave′Proc·IEEE，June，，1969，P·1227～1229〔3〕S·P·Kosta et al，′Applied ideas mini feature-Tapping a banana tree to receive TV signals′Electronic Engineering，Ja-nuary，1984·P37～38〔4〕S·P·Kosta et al，Television reception with papaya tree antenna′ Electroincs and wireless world，July，1984·P25～26〔5〕GB2120855AGB2123612A
權(quán)利要求
1.一種用于接收或發(fā)射電磁波的天線裝置，其特征在于它由一層以上導(dǎo)電層容器(8)和在容器中心所種的花木(1)以及植物冠下裝的磁環(huán)感應(yīng)線圈(2·3)等組成。
2.按照權(quán)利要求
1所說的天線裝置，其特征在于所述的導(dǎo)電層容器為喇叭形造型，并由上、下兩部份組成，其上部為倒置園臺，其下部為園球半徑R等于中心頻率的1/4波長的球冠，并使喇叭底園的直徑等于球冠的弦長，導(dǎo)電層側(cè)壁有垂直于底平面的軸向槽孔，槽孔間平行交錯(cuò)排列。
3.按照權(quán)利要求
1或2所述的天線裝置，其特征在于所說的導(dǎo)電層容器可用鋁、銅合金等金屬加工成型，也可用金屬絲編織成網(wǎng)狀后固定成型，所述的導(dǎo)電容器外層為絕緣層，用陶土、瓷土或水泥等絕緣材料制成花盆造型。
4.按照權(quán)利要求
3所說的天線裝置，其進(jìn)一步特征在于所說容器的絕緣層和導(dǎo)電層之間隙為拋物面形空氣隙，或?yàn)槠渌笟獗匚镔|(zhì)所填充的間隙。
5.按照權(quán)利要求
1所說的天線裝置，其特征在于所說的花木是依據(jù)工作中心頻率的波長和功率選擇花木高度、對稱性和枝葉的有效面積，以及依據(jù)地區(qū)氣候條件和人們的愛好選擇合適的品種。
6.按照權(quán)利要求
1所說的天線裝置，其特征在于所述導(dǎo)電容器中種的花木根部需預(yù)先上盆培育，使根部形成相應(yīng)的園球狀造型后即可移植于導(dǎo)電容器中培育待用。
7.按照權(quán)利要求
1所說的天線裝置，其特征在于裝在花木主莖上的磁環(huán)感應(yīng)圈平行于容器底平面，線圈之間相互平行且垂直于所述容器的底平面。
8.一種提高如權(quán)利1所述天線裝置的方向性和增益的方法，其特征是對花木進(jìn)行整枝和修剪，或采用二個(gè)以上單元組合成天線陣。
9.按照權(quán)利要求
1或8所說的天線裝置，其特征在于帶有可與750同軸電纜或300Ω平行饋線相匹配的濾波器和阻抗平衡變換器。
10.權(quán)利要求
1或2或5所述的天線裝置工作的中心頻率是VHF頻段和UHF頻段。
專利摘要
一種用于接收或發(fā)射電磁波的天線裝置，其實(shí)質(zhì) 性的特點(diǎn)是在導(dǎo)電層容器中心種一株花木，在植物 冠下面裝有磁環(huán)感應(yīng)線圈。利用導(dǎo)電層和磁環(huán)感應(yīng) 線圈獲得花木中的射頻能。這種天線克服了各種常 規(guī)電視接收天線的缺點(diǎn)，也解決了直接利用樹木作 天線的不利因素，它具有比較穩(wěn)定的阻抗特性，較高 的增益，方向特性或全頻道接收的特性。這種不復(fù)雜 和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的天線裝置還具有靈活機(jī)動(dòng)的特點(diǎn)，能 放置在陽臺、窗口以及室內(nèi)外，既作電視接收天線， 又作綠化環(huán)境的美化裝置。
文檔編號H01Q1/38GK85103804SQ85103804
公開日1987年5月20日 申請日期1985年5月6日
發(fā)明者楊高潤, 朱云海 申請人:寧波市立體顯示技術(shù)研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan