一种适用于高频地波雷达的双频短波天线

1.本实用新型属于短波天线技术领域，尤其涉及一种适用于高频地波雷达的双频短波天线。


背景技术：

2.高频地波雷达工作在短波(3—30mhz)波段，利用垂直极化的电磁波沿海洋表面绕射传播的特性，能够克服地球曲率的限制，实现对海上目标和海态的超视距、全天候探测，具有探测成本低、范围广、实时性好等特点，成为海洋探测的重要手段。由于天线工作在短波波段，天线的物理尺寸较大，而海边的地理环境又比较复杂，天线的架设难度和维护成本都比较高，成为限制高频地波雷达推广应用的重要因素。对于海态和目标探测来说，工作在多个频段的雷达在探测性能和抗干扰等方面更具优势。因此随着技术的发展，高频地波雷达对于发射天线小型化和多频化的要求越来越迫切。
3.对于天线的小型化，目前的方法主要有在天线结构上进行集总元件加载、介质材料加载、顶部加载、分布加载等，其中集总电感加载是最常用的方法，这种方法能够有效降低天线的谐振频率，使天线尺寸的大幅度减小，但是由于电感元件寄生电阻的存在会造成额外的损耗，降低天线的效率。而对于天线的多频化设计，工程上更多的采用陷波器、寄生阵子、多枝节、频率可重构等方法来实现。其中陷波器、频率可重构方法虽然能够实现多频设计，但是会使天线的结构更加复杂。高频地波雷达的发射功率一般较大，而发射天线作为能量辐射的关键器件，要求发射天线具有高效率，并且能够承受高功率。考虑到海边的环境复杂，天线结构要尽量简单，以便于架设、安装和维护。因此对于小型化、多频发射天线的研究，要在实现设计目标的同时，也要兼顾这些重要因素。


技术实现要素：

4.为了能够兼顾发射天线的高效率、耐大功率和结构简单的要求，本实用新型采用顶部加载技术与多枝节技术相结合的技术方案，提出了一种适用于高频地波雷达的双频短波天线。
5.一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，天线包括基座、绝缘柱、单鞭柱体、第一螺旋线圈、第二螺旋线圈以及若干导线，所述第一螺旋线圈、第二螺旋线圈加载在单鞭柱体的顶部，且与单鞭柱体的顶端相连，第一螺旋线圈和第二螺旋线圈交错排布；所述单鞭柱体通过绝缘柱与基座相连，所述基座连接在地面上，基座上连接有多根导线，多根导线呈辐射状铺设在地面构成辐射状地网。
6.上述的一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，所述第一螺旋线圈和第二螺旋线圈为平面螺旋线圈，由漆包线绕制而成，并采用绝缘材料进行支撑。
7.上述的一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，所述导线的长度为四分之一雷达波长。由多根四分之一雷达波长的导线连接在基座周围构成辐射状地网，能够明显改善地面的导电性。
8.上述的一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，所述基座为法兰盘型底座，底部为一整块大的金属板，在金属板四角开铆钉孔，用铆钉固定在地面上，金属板的四周边缘开有多个螺钉孔，通过蝶形螺钉将地网连接在底座上。
9.上述的一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，所述绝缘柱是由环氧树脂材料制成的中空柱体，柱体的半径为4.8cm，厚度为10mm，柱体的高度h1为0.2m，绝缘柱上端与单鞭柱体连接，下端与基座连接，采用贯穿螺钉在连接处固定。
10.上述的一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，所述单鞭柱体是由不锈钢材料制成的中空柱体，柱体的半径为5cm，厚度为2mm，柱体的高度h2为6m，所述天线的总高度h为6.3m。
11.上述的一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，所述地网由16根不锈钢铁丝构成，每根铁丝的长度是18m，地网在地面上成辐射状铺开，地网一端通过蝶形螺钉连接在基座上。
12.上述的一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，所述天线采用同轴线进行馈电，同轴线的内导体连接到单鞭柱体的底部进行馈电，同轴线的外导体连接在基座上与地网相连。
13.上述的一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，所述天线的两个谐振频点分别是4.2mhz和7mhz，对于4.2mhz的谐振频点，在水平面内具有全向性，而且最大辐射方向为水平方向，3db波束宽度为43.7
°
，增益为5.34dbi；对于7mhz的谐振频点，在水平面内具有全向性，而且最大辐射方向为水平方向，3db波束宽度为41.7
°
，增益为5.15dbi。
14.上述的一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，所述第一螺旋线圈和第二螺旋线圈的长度不同。改变螺旋线圈相邻两匝的线间距对天线谐振频率的影响不大，天线的谐振频率主要由螺旋线圈的长度决定。
15.本实用新型具有以下优点和积极效果：
16.①
本实用新型所述的一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，通过在单鞭天线的顶部加载螺旋线圈，可以改变天线表面的电流分布，使电流分布更均匀，增加天线的有效高度，缩小天线的物理尺寸，便于调试和安装。
17.②
本实用新型所述的一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，利用多枝节技术，通过在单鞭天线的顶部加载不同长度的螺旋线圈，可以形成不同的电流路径，使天线具有双频谐振特性。改变螺旋线圈的长度，可以调节天线的谐振频率，两线圈之间耦合作用较小，便于调试。
18.③
本实用新型所述的一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，能够独立工作在各谐振频点上，而且在各谐振频点均具有与单极子天线类似的辐射特性，在e面具有水平全向性，在h面随着仰角的增大，天线的方向性逐渐降低，最大辐射方向为水平方向。
19.④
本实用新型所述的一种适用于高频地波雷达的双频短波天线，能够同时工作在两个频点上，可以实现天线的复用，减少天线的数目以及缩减阵列的占地面积。并且双频同时工作，可以提高雷达系统的探测性能和抗干扰能力。
附图说明
20.图1为本实用新型的双频短波天线的整体结构示意图；
21.图2为本实用新型的第一螺旋线圈和第二螺旋线圈的结构示意图。
22.图中：1-基座，2-绝缘柱，3-单鞭柱体，4-第一螺旋线圈，5-第二螺旋线圈。
具体实施方式
23.下面结合附图对本实用新型的实施方式进行信息描述。
24.所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例的是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。
25.下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。
26.本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“相连”“连接"应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于相关领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
27.本实施例采用如下技术方案实现：一种适用于高频地波雷达的双频短波天线包括基座1、绝缘柱2、单鞭柱体3、第一螺旋线圈4和第二螺旋线圈5和若干导线。所述的基座1位于天线的最底端，通过铆钉固定在地面上，用于天线的固定和支撑，基座1四周连接辐射状地网；所述的绝缘柱2位于单鞭柱体3和基座1之间，用于单鞭柱体3和基座1之间的连接和绝缘隔离；所述的单鞭柱体3是天线的主体，通过绝缘柱2与基座进行连接，垂直连接在基座1上；所述的第一螺旋线圈4和第二螺旋线圈5加载在单鞭柱体3的顶部，并与单鞭柱体3的顶端连接，两螺旋线圈交错排布；所述导线的长度为雷达波长的四分之一，呈辐射状铺在地面上，并通过蝶形螺钉连接在基座周围构成地网。
28.进一步，所述基座1是法兰盘类型的底座，最底部是一整块大的金属板，在金属板四角开铆钉孔，用铆钉固定在地面上，金属板的四周边缘开有多个螺钉孔，通过蝶形螺钉将地网连接在底座上。
29.进一步，所述绝缘柱2，是由环氧树脂材料制成的中空柱体，柱体的半径为4.8cm，厚度为10mm，柱体的高度h1为0.2m，上端与单鞭柱体3连接，下端与基座1连接，为了保证连接的牢固，可以采用贯穿螺钉在连接处固定。
30.进一步，单鞭柱体3是由不锈钢材料制成的中空柱体，柱体的半径为5cm，厚度为2mm，柱体的高度h2为6m。
31.进一步，所述第一螺旋线圈4为阿基米德螺线状的平面线圈，方程为r＝1/12θ，θ范围分别是[0，6.5π]，采用直径为2mm的漆包线绕制，采用环氧树脂材料的绝缘支架进行支撑。
[0032]
进一步，所述第二螺旋线圈5为阿基米德螺线状的平面线圈，方程为r＝1/12θ，θ范围分别是[0，4.8π]，采用直径为2mm的漆包线绕制，采用环氧树脂材料的绝缘支架进行支撑，第一螺旋线圈4和第二螺旋线圈5按照图所示的方式交错排布。
[0033]
进一步，该双频天线采用同轴线进行馈电，同轴线的内导体连接到单鞭柱体3的底部进行馈电，同轴线的外导体连接在基座1上与地网相连。
[0034]
进一步，地网是由16根不锈钢铁丝制成，每根铁丝的长度是18m，地网在地面上成辐射状铺开，地网一端通过蝶形螺钉连接在基座1上。
[0035]
进一步，天线的总高度h为6.3m。
[0036]
进一步，天线的两个谐振频点分别是4.2mhz和7mhz，对于4.2mhz的谐振频点，在水平面内具有全向性，而且最大辐射方向为水平方向，3db波束宽度为43.7
°
，增益为5.34dbi；对于7mhz的谐振频点，在水平面内具有全向性，而且最大辐射方向为水平方向，3db波束宽度为41.7
°
，增益为5.15dbi。
[0037]
进一步，对于4.2mhz的谐振频点来说，天线的高度不足λ/10，相比传统单极子天线高度λ/4，天线的高度极大降低；对于7mhz谐振点来说，该天线的高度约λ/7，相比传统的单极子天线高度λ/4，该天线的尺寸也变小了。通过在天线顶部加载不同长度的平面螺旋线圈，能够使得天线双频的同时也实现了小型化。
[0038]
进一步，海边的盐雾对天线的腐蚀比较严重，为了使天线能够长时间稳定工作，需要对天线进行防护，天线基座1和单鞭柱体3的外表面喷涂防护漆，接口处采用胶封等。
[0039]
尽管本说明书较多地使用了基座1、单鞭柱体3、绝缘柱2、第一螺旋线圈4、第二螺旋线圈5等术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便的描述本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
[0040]
应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
[0041]
虽然以上结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本实用新型的原理和实质。本实用新型的范围仅由所附权利要求书限定。