一种双调谐顶部加载单极天线及其控制方法与流程

1.本发明属于甚低频发信天线技术领域，具体是涉及一种双调谐顶部加载单极天线及其控制方法。


背景技术：

2.目前对远距离水下潜艇的主要通信手段为甚低频通信。甚低频电磁波具有以下特点：一是可以穿透一定深度的海水，能使潜入水下的潜艇接收信号；二是可通过大地与电离层形成的波导传播，传播衰减小，传播距离远；三是具有一定的抗核爆炸电磁脉冲的能力。
3.目前甚低频通信常用频段为15khz～30khz，波长10000m～20000m。根据天线理论，为了获得理想的辐射能力，偶极天线的长度应达到二分之一波长，单极天线的长度应达到四分之一波长。由于甚低频电磁波的波长太长，除了采用系留气球和飞机平台空中拖曳之外，在地面无法实现的四分之一波长单极天线。对于岸基甚低频发射台，其发信天线一般采用桅杆支撑，天线高度200m～400m，尽管已经远高于一般天线，但仍然远低于工作波长，属于电小天线，存在带宽窄、调谐困难，辐射效率低、功率容量受限等问题。因此，设计一种调谐简单、工作模式灵活、能够适应于恶劣环境应用下的岸基甚低频发信天线具有十分重要的意义。


技术实现要素：

4.因此，针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的至少一点，本发明提供了一种双调谐顶部加载单极天线，其特征在于，包括：
5.第一天线辐射体，第二天线辐射体；
6.所述第一天线辐射体与第二天线辐射体之间通过设置有高压隔离开关的高压馈线连接；所述第一天线辐射体连接第一天线调谐室，所述第二天线辐射体连接第二天线调谐室；
7.所述第一天线调谐室与所述第二天线调谐室通过低压馈线连接，所述第一天线调谐室与所述第二天线调谐室之间设置有发射机；
8.所述第一天线调谐室包括第一调谐电感，第一切换开关及第二切换开关，
9.所述第一调谐电感一端通过所述第一切换开关的控制接通或断开所述第一天线辐射体；所述第一调谐电感另一端通过所述第二切换开关的控制接通所述低压馈线或连接地网；
10.所述第二天线调谐室包括第二调谐电感，第三切换开关及第四切换开关，
11.所述第二调谐电感一端通过所述第三切换开关的控制接通或断开所述第二天线辐射体；所述第二调谐电感另一端通过所述第四切换开关的控制接通所述低压馈线或连接地网。
12.进一步地，所述第一天线辐射体包括连接的第一天线顶负载以及第一下引线；所述第二天线辐射体包括连接的第二天线顶负载以及第二下引线。
13.进一步地，所述第一天线顶负载和第二天线顶负载的面积均为1240米
×
500米。
14.进一步地，所述地网面积1570米
×
1710米，由间隔10米的铜导线构成矩形网状结构，敷设于所述地面以下0.3米。
15.进一步地，所述第一下引线和所述第二下引线的长度优选为235米。
16.本发明提出了一种双调谐顶部加载单极天线的控制方法，其特征在于，所述控制方法为：
17.控制所述高压隔离开关闭合，第一切换开关接通到第一下引线，第二切换开关接通到低压馈线，第三切换开关接通到第二下引线，第四切换开关接地，以所述第一天线调谐室为主调谐室，以所述第二天线调谐室为辅调谐室；或第一切换开关接通到第一下引线，第二切换开关接地，第三切换开关接通到第二下引线，第四切换开关接通到低压馈线，以所述第二天线调谐室为主调谐室，以所述第一天线调谐室为辅调谐室；
18.或第一切换开关接通到第一下引线，第二切换开关接通到低压馈线，第三切换开关接地，第四切换开关接地，所述第一天线调谐室馈电方式工作；或第一切换开关接地，第二切换开关接地，第三切换开关接通到第二下引线，第四切换开关接通到低压馈线，所述第二天线调谐室馈电方式工作；
19.或控制所述高压隔离开关断开，第一切换开关接通到第一下引线，第二切换开关接通到低压馈线，第三切换开关接地，第四切换开关接地，在所述第一天线辐射体单调谐方式下工作；或第一切换开关接地，第二切换开关接地，第三切换开关接通到第二下引线，第四切换开关接通到低压馈线，在所述第二天线辐射体单调谐方式下工作。
20.进一步地，所述发射机与所述第一天线调谐室共建，或所述发射机与所述第二天线调谐室共建。
21.本发明还公开了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
22.本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
23.总体而言，通过本发明构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
24.本发明通过两个天线调谐室的设计实现天线辐射体的多种工况方式下的控制，并且在地网和下引线上进行设计，提高天线装置适应于恶劣应用环境的性能。
附图说明
25.图1是按照本发明实现的一种双调谐顶部加载单极天线的结构组成示意图。
26.其中，附图中的标记如下所示：
27.1-第一天线辐射体，1-1-第一天线顶负载，1-2-第一天线下引线，2-第二天线辐射体，2-1-第二天线顶负载，2-2-第二天线下引线，3-高压隔离开关，4-第一天线调谐室，4-1-第一切换开关，4-2-第一调谐电感，4-3-第二切换开关，5-高压馈线，6-低压馈线，7-发射机，8-第二天线调谐室，8-1-第四切换开关，8-2-第二调谐电感，8-3-第三切换开关。
具体实施方式
28.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
29.本发明的实施例提供一种双调谐顶部加载单极天线，用于岸基甚低频发射台的发信天线。
30.本发明提出一种双调谐顶部加载单极天线，架设于平坦地面上，其组成包括第一天线顶负载1-1、第二天线顶负载2-1、第一天线顶负载1-1对应的第一下引线1-2、第二天线顶负载2-1对应的第二下引线2-2、第一天线顶负载1-1对应的第一天线调谐室4、第二天线顶负载2-1对应的第二天线调谐室8、连接于两个下引线之间的高压馈线5、连接于两个下引线之间的低压馈线6、地网(如图1中的地标号所示)等，其中：
31.双调谐顶部加载单极天线架设于平坦地面上。第一天线顶负载1-1和第二天线顶负载2-1由导线索网构成，由桅杆支撑，架设高度200m～300m，天线顶负载形状一般为矩形。也可根据场地条件设计成其他形状。天线顶负载分为两组。从两组天线顶负载的中部，各引出一组下引线，垂至地面。
32.在地面设置两个天线调谐室，分别与两组下引线连接，构成了二元顶部加载单极天线阵。
33.上述天线架设的平坦地面敷设地网，地网面积略大于天线顶负载。两个天线调谐室的输出端(至下引线)通过高压馈线连接起来，在高压馈线中部设置隔离开关，用于闭合或断开高压馈线。
34.两个天线调谐室通过低压馈线7连接到发射机房。为工程上的便利，发射机7可与其中一个天线调谐室合并建设。
35.其中第一天线调谐室4包括：第一调谐电感4-2和第一切换开关4-1、第二切换开关4-3，其中第一调谐电感4-2的一端通过第一切换开关4-1连接第一下引线1-2，第一调谐电感4-2的另外一端通过第二切换开关4-3连接低压馈线6或接地网，通过高压隔离开关3通断的选择，使得本发明的双调谐顶部加载单极天线具有不同的工作方式。
36.其中第二天线调谐室8包括：第二调谐电感8-2和第三切换开关8-3、第四切换开关8-1，其中第二调谐电感8-2的一端通过第三切换开关8-3连接第二下引线2-2，第二调谐电感8-2的另外一端通过第四切换开关8-1连接低压馈线6或接地网，通过高压隔离开关3通断的选择，使得本发明的双调谐顶部加载单极天线具有不同的工作方式。
37.通过切换开关通断的选择，该双调谐顶部加载单极天线具有两组天线双调谐、两组天线单调谐、单组天线单调谐等不同的工作方式。在双组天线双调谐工作方式下，第一天线调谐室4和第二天线调谐室8可互为主、副调谐室；在单调谐工作方式下，又可以分别选择通过第一或第二天线调谐室实现天线的调谐，因此，双调谐顶部加载单极天线总共存在6种工作状态。天线顶负载和下引线构成天线辐射体，天线顶负载用于增加天线对地电容，降低天线输入电抗，减小发射时的天线电压，从而增加天线功率容量。天线顶负载的存在，使得下引线上的电流接近均匀分布，从而提高天线的电流矩，改善辐射效率。
38.天线顶负载用于增加天线的对地电容，提高天线的功率容量；下引线用作天线的
辐射体。第一天线顶负载1-1和第二下引线1-2组成第一天线辐射体1，第二天线顶负载2-1和第二下引线2-2组成第二天线辐射体2。第一天线调谐室4用于对第一天线辐射体1进行调谐，使之达到谐振状态；第二天线调谐室8用于对第二天线辐射体2进行调谐，使之达到谐振状态。
39.低压馈线6和高压馈线5将第一天线辐射体1、第二天线辐射体2、以及第一天线调谐室4和第二天线调谐室8连接起来，用于将发射机7输出的能量馈送到天线。地网用于为天线提供一个金属化的地面，降低土壤的损耗。
40.本发明还公开了一种双调谐顶部加载单极天线的控制方法，包括：控制高压隔离开关3闭合，第一切换开关4-1接通到第一下引线1-2，第二切换开关4-3接通到低压馈线6，第三切换开关8-3接通到第二下引线2-2，第四切换开关8-1接地，以第一天线调谐室4为主调谐室，以第二天线调谐室8为辅调谐室；或第一切换开关4-1接通到第一下引线1-2，第二切换开关4-3接地，第三切换开关8-3接通到第二下引线2-2，第四切换开关8-1接通到低压馈线6，以第二天线调谐室8为主调谐室，以第一天线调谐室4为辅调谐室；
41.或第一切换开关4-1接通到第一下引线1-2，第二切换开关4-3接通到低压馈线6，第三切换开关8-3接地，第四切换开关8-1接地，第一天线调谐室4馈电方式工作；或第一切换开关4-1接地，第二切换开关4-3接地，第三切换开关8-3接通到第二下引线2-2，第四切换开关8-1接通到低压馈线6，第二天线调谐室8馈电方式工作；
42.或控制高压隔离开关3断开，第一切换开关4-1接通到第一下引线1-2，第二切换开关4-3接通到低压馈线6，第三切换开关8-3接地，第四切换开关8-1接地，在第一天线辐射体4单调谐方式下工作；或第一切换开关4-1接地，第二切换开关4-3接地，第三切换开关8-3接通到第二下引线2-2，第四切换开关8-1接通到低压馈线6，在第二天线辐射体8单调谐方式下工作。
43.按照本发明实现的双调谐顶部加载单极天线所实现的两种工作方式：
44.当采用两组天线双调谐工作方式时，发射机输出的能量通过低压馈线和第一和/或第二天线调谐室馈送到第一和/或第二天线辐射体上，第一和/或第二天线辐射体通过乙(或甲)天线调谐室的调谐电感接地，通过空间电磁耦合从第一和/或第二天线辐射体获取能量并辐射出去。两个天线调谐室中，调谐电感通过低压馈线连接至发射机的称为主调谐室或馈入调谐室；调谐电感接地的称为副调谐室或非馈入调谐室。通过开关切换，两个天线调谐室可互为主副调谐室。
45.当采用两组天线单调谐工作方式时，第一天线辐射体1和第二天线辐射体2通过高压馈线5并联，由第一天线调谐室4或第二天线调谐室8馈电。当由第一天线调谐室4馈电时，通过切换开关，第一天线调谐室4内的第一调谐电感4-2一端与第一下引线1-2连接，另一端与低压馈线6连接，第二天线调谐室8的第二调谐电感8-2两端接地，发射机7通过低压馈线6向第一天线调谐室4馈送能量。当由第二天线调谐室8馈电时，通过切换开关，第二天线调谐室8内的调谐电感8-2一端与第二下引线2-2连接，另一端与低压馈线6连接，第一天线调谐室4的调谐电感两端接地，发射机7通过低压馈线6向第二天线调谐室8馈送能量。
46.当采用单组天线单调谐工作方式时，只有一组天线辐射体工作，发射机7可以是通过第一天线调谐室4对第一天线辐射体1馈电，也可以是通过第二天线调谐室8对第二天线辐射体2馈电。非工作状态的天线辐射体应置于接地状态，以免感应电压造成危险。
47.本发明采用顶部加载和分组调谐方式，构建了具有较大功率容量的电小甚低频发射天线，天线调谐简单，工作模式灵活，具有较好的顽存能力。
48.在本实施例中，第一天线顶负载1-1和第二天线顶负载2-1的面积均为1240m
×
500m，由11根纵向铝包钢芯铝绞线和3根横向钢索组成矩形网状结构，悬挂在235m高的桅杆上。从第一天线顶负载1-1和第二天线顶负载2-1的中间横向钢索中部，分别引出第一下引线1-2和第二下引线2-2，垂至地面。地面敷设地网，地网面积1570m
×
1710m，由间隔10m的铜导线构成矩形网状结构，敷设于地面以下0.3m。第一天线调谐室4和第二天线调谐室8的输出端(至下引线)通过高压馈线5连接起来，在高压馈线5中部设置隔离开关3，用于闭合或断开高压馈线5。第一天线调谐室4和第二天线调谐室8通过低压馈线6连接到发射机7。
49.通过高压隔离开关3、第一切换开关4-1、第二切换开关4-3、第三切换开关8-3、第四切换开关8-1的通断选择，本实施例具有两组天线双调谐、两组天线单调谐、单组天线单调谐等不同的工作方式。在双组天线双调谐工作方式下，两组天线调谐室可互为主、副调谐室；在单调谐工作方式下，又可以分别通过两组天线调谐室实现天线的调谐，因此，按照本发明实现的双调谐顶部加载单极天线至少可提供6种工作状态，工作模式灵活，整个系统具有较好的顽存性。
50.工作状态一：在两组双调谐工作(第一天线调谐室4为主调谐室)方式下，高压隔离开关3闭合，第一切换开关4-1接通到第一下引线1-2，第二切换开关4-3接通到低压馈线6，第三切换开关8-3接通到第二下引线2-2，第四切换开关8-1接地。
51.工作状态二：在两组双调谐工作(第二天线调谐室8为主调谐室)方式下，高压隔离开关3闭合，第一切换开关4-1接通到第一下引线1-2，第二切换开关4-3接地，第三切换开关8-3接通到第二下引线2-2，第四切换开关8-1接通到低压馈线6。
52.工作状态三：在两组单调谐(第一天线调谐室4馈电)方式下，高压隔离开关3闭合，第一切换开关4-1接通到第一下引线1-2，第二切换开关4-3接通到低压馈线6，第三切换开关8-3接地，第四切换开关8-1接地。
53.工作状态四：在两组单调谐(第二天线调谐室8馈电)方式下，高压隔离开关3闭合，第一切换开关4-1接地，第二切换开关4-3接地，第三切换开关8-3接通到第二下引线2-2，第四切换开关8-1接通到低压馈线6。
54.工作状态五：在单组单调谐(第一天线辐射体4工作)方式下，高压隔离开关3断开，第一切换开关4-1接通到第一下引线1-2，第二切换开关4-3接通到低压馈线6，第三切换开关8-3接地，第四切换开关8-1接地。
55.工作状态六：在单组单调谐(第二天线辐射体8工作)方式下，高压隔离开关3断开，第一切换开关4-1接地，第二切换开关4-3接地，第三切换开关8-3接通到第二下引线2-2，第四切换开关8-1接通到低压馈线6。
56.本说明书中所描述的内容仅仅是对本发明所作的举例说明，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。