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，我國國民經(jīng)濟(jì)得到持續(xù)、健康、快速發(fā)展，帶動了航運市場的空前繁榮。但由于交通流密度的增大，使我國沿海海域存在交通和環(huán)境的隱患。船舶自動識別系統(tǒng)AIS在船舶交通服務(wù)VTS系統(tǒng)中起到識別、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，雖然可以實現(xiàn)較大范圍的VHF通信，但仍存在許多問題:(1)全向性天線增益較低，難以實現(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，可實現(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，難以動態(tài)改變輻射方向圖，實現(xiàn)對不同水域的定向通信。金屬相控陣天線雖然能實現(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)開啟等離子體天線激勵電源時，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，則可關(guān)閉等離子體天線激勵電源，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，通過改變天線工作狀態(tài)，可動態(tài)控制天線通信覆蓋區(qū)域，當(dāng)關(guān)閉等離子體振子時，可減小天線振子之間的互耦效應(yīng)，大大降低天線陣設(shè)計難度，但是目前等離子體作為八木天線有源振子時噪聲較大的問題仍未得到解決。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實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，減少天線噪聲的同時，增大輻射效率，同時天線增益及方向圖覆蓋區(qū)域可快速發(fā)生變化，可實現(xiàn)不同水域通信、遠(yuǎn)距離傳輸以及方向圖的動態(tài)可調(diào)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實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，其通過巴倫與同軸線饋電，該有源振子采用金屬半波對稱/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]激勵源，其電性連接等離子體激勵套環(huán)；
[0012]控制單元，其電性連接激勵源。
[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。
[0016]所述的引向振子的數(shù)量為0~4個。
[0017]所述的激勵源采用5~20 kHz低頻交流源。
[0018]本實用新型與傳統(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大的不足，以金屬半波對稱/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，增大輻射效率，天線工作時，通過控制等離子體放電管上激勵源的通斷以及放電功率的大小，就可以實現(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，不工作的放電管對工作的放電管的干擾非常小。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實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。
【具體實施方式】
[0021]以下根據(jù)圖1和圖5，具體說明本實用新型的較佳實施例。
[0022]如圖1所示，本實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，其通過巴倫與同軸線饋電，該有源振子5采用金屬半波對稱/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]激勵源2，其電性連接等離子體激勵套環(huán)1 ;
[0028]控制單元3，其電性連接激勵源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，所述的引向振子6的數(shù)量為0~4個，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]所述的激勵源2采用5~20 kHz低頻交流源。
[0032]本實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控制激勵源2的通斷，并控制激勵源2的輸出功率和輸出頻率，激勵源2通過等離子體激勵套環(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，等離子體放電管內(nèi)氣體在蝸旋電場作用下碰撞激發(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，這時的等離子體-金屬結(jié)合式八木天線為全向性天線，可以實現(xiàn)寬范圍的VHF信息群發(fā)，當(dāng)打開所有引向振子6和反射振子4時，可增大天線定向性，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，改變引向振子6個數(shù)及放電功率時，可改變天線系統(tǒng)定向性，可動態(tài)快速調(diào)節(jié)方向圖，繼而調(diào)節(jié)信號覆蓋水域。
[0033]本實用新型的一個實施例中，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]反射振子長度LR=0.53 λ ,有源振子長度L0=0.5 λ，引向振子長度分別為L1=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是無源引向振子全關(guān)閉時天線Η面歸一化方向圖，此時反射振子開啟，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啟時天線Η面歸一化方向圖，此時天線主瓣半功率角約90°。圖4是一個反射振子與兩個引向振子同時開啟時天線Η面歸一化方向圖，此時天線半功率角約為80°。圖5是三根引向振子與一根反射振子同時開啟時天線Η面歸一化方向圖，此時天線半功率角進(jìn)一步減小，約為60°。由此可見，通過改變天線反射、引向振子工作狀態(tài)，可實現(xiàn)天線方向圖快速重構(gòu)。
[0036]本實用新型結(jié)合等離子體與金屬天線的特點，構(gòu)建等離子體-金屬結(jié)合式八木天線，整個過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動產(chǎn)生的噪聲，增大天線輻射效率，同時天線增益及方向圖覆蓋區(qū)域可快速發(fā)生變化，可實現(xiàn)不同水域通信、遠(yuǎn)距離傳輸以及方向圖的動態(tài)可調(diào)，采用5~20 kHz低頻交流源作為無源反射/引向振子激勵源，其輸出連續(xù)可調(diào)，不僅實現(xiàn)方向圖動態(tài)重構(gòu)，也大大地降低了成本。
[0037]盡管本實用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本實用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項】
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)，其通過巴倫與同軸線饋電，該有源振子(5)采用金屬半波對稱/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； 激勵源(2)，其電性連接等離子體激勵套環(huán)(1); 控制單元(3 )，其電性連接激勵源(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。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。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，通過控制等離子體放電管上激勵源的通斷以及放電功率的大小，實現(xiàn)智能地控制天線的輻射方向，本實用新型提供結(jié)合金屬天線、等離子體天線兩者的優(yōu)勢，減少天線噪聲的同時，增大輻射效率，同時天線增益及方向圖覆蓋區(qū)域可快速發(fā)生變化，可實現(xiàn)不同水域通信、遠(yuǎn)距離傳輸以及方向圖的動態(tài)可調(diào)。
【IPC分類】H01Q19/30, H01Q1/36
【公開號】CN205039242
【申請?zhí)枴緾N201520731116
【發(fā)明人】袁秋夢, 趙建森, 孫洋, 諶浩, 梁澤鵬, 唐新翻, 趙滿堂
【申請人】上海海事大學(xué)
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年9月21日