脊波导天线的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及接收天线技术领域，具体而言，涉及一种脊波导天线。
【背景技术】
[0002] 接收天线工作的物理过程是，天线导体在空间电场的作用下产生感应电动势，并 在导体表面激励起感应电流，在天线的输入端产生电压，在接收的回路中产生电流。所以接 收天线是一个把空间电磁波能量转换成高频电流能量的转换装置，。
[0003] 通常在气体绝缘组合电器（GIS)中安装内置的接收天线作为局放检测传感器，用 于检测GIS局部放电绝缘子金属环浇注孔辐射的UHF电磁波信号，信号频率主要分布在 800MHz-2GHz 范围内。
[0004] 接收天线的主要参数包括天线的方向性、增益与方向图、极化特性、反射系数与驻 波比、工作带宽和等效高度，等效高度i与之相同极化的入射电场E相乘，就得到感应电压 V，即V = hj，据此，等效高度可定义为感应电压与入射电场之比：
[0005] GIS中的天线需要其本身的等效高度在800MHZ-2000GHZ内能够达到4mm以上，而 且等效高度频率特性曲线在这段频率内变化相对要平缓。因此，在现有技术中急需一种天 线，以满足气体绝缘组合电器（GIS)中对较高等效高度的需求。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的主要目的在于提供一种脊波导天线，以提供一种具有较高等效高度 的天线。
[0007] 为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种脊波导天线，包括： 矩形波导，具有腔体；脊形部，前后对称设置于腔体的前腔面和后腔面上；加载介质层，设 置于腔体中，加载介质层具有前后对称设置的开口，开口的内表面与脊形部的部分表面相 连，且加载介质层的四周与腔体相连。
[0008] 进一步地，脊形部的任意横截面为矩形结构。
[0009] 进一步地，矩形波导横截面的前边为长边，矩形波导横截面的侧边为宽边。
[0010] 进一步地，脊形部的长度与矩形波导的长度之比为0. 3~0. 5。
[0011] 进一步地，对称设置的脊形部之间的水平间距与矩形波导宽度之比为0. 1~0. 3。
[0012] 进一步地，脊形部之间的水平间距为1~10mm。
[0013] 进一步地，加载介质层的厚度为0· 2~2mm。
[0014] 进一步地，加载介质层的材料为FR4。
[0015] 进一步地，矩形波导的材料为铝合金和/或黄铜。
[0016] 进一步地，脊形部的材料为铝铂、紫铜和银中的任一种或多种。
[0017] 进一步地，脊波导天线还包括同轴电缆，同轴电缆的外导体与前端的脊形部连接， 同轴电缆的内导体贯穿前端的脊形部并插入后端的脊形部中。
[0018] 进一步地，脊形部的底面与矩形波导的底面构成脊波导天线的底面。
[0019] 进一步地，脊波导天线的底面为拱形。
[0020] 应用本实用新型的技术方案，本实用新型提供了一种脊波导天线，由于本申请的 上述脊波导天线具有对称设置的双脊形部，从而有效地增大了矩形波导的主模截止波长， 并且由于具有设置于天线中的加载介质层，从而通过提高天线的阻抗匹配特性，进一步扩 展了矩形波导的主模截止波长，进而提高了天线的等效高度，使其具有较高的检测灵敏度。
【附图说明】
[0021] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用 新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。 在附图中：
[0022] 图1示出了本实用新型实施方式所提供的脊波导天线的俯视结构剖面示意图；
[0023] 图2示出了本实用新型实施方式所提供的具有同轴电缆的脊波导天线的正视结 构剖面示意图；
[0024] 图3示出了本实用新型实施例1所提供的脊波导天线的增益-频率曲线；以及
[0025] 图4示出了本实用新型实施例1所提供的脊波导天线的驻波比曲线图。
【具体实施方式】
[0026] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0027] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根 据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式 也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语"包含"和/或"包 括"时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0028] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特 征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位 之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为"在其他器 件或构造上方"或"在其他器件或构造之上"的器件之后将被定位为"在其他器件或构造下 方"或"在其他器件或构造之下"。因而，示例性术语"在……上方"可以包括"在……上方" 和"在……下方"两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方 位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0029] 正如【背景技术】中所介绍的，在现有技术中急需一种天线，以满足气体绝缘组合电 器（GIS)中对较高等效高度的需求。申请人针对上述问题进行研究，提出了一种脊波导天 线，如图1至2所示，包括：矩形波导10,具有腔体；脊形部20,前后对称设置于腔体的前腔 面和后腔面上；加载介质层30,设置于腔体中，加载介质层30具有前后对称设置的开口，开 口的内表面与脊形部20的部分表面相连，且加载介质层30的四周与腔体相连。
[0030] 由于本申请的脊波导天线具有对称设置的双脊形部，从而有效地增大了矩形波导 的主模截止波长，并且由于具有设置于天线中的加载介质层，从而通过提高天线的阻抗匹 配，进一步增大了矩形波导的主模截止波长，进而提高了天线的等效高度，使形成的天线具 有较高的灵敏度。
[0031] 在本申请上述的脊波导天线中，优选地，脊形部20的任意横截面为矩形结构。更 为优选地，脊形部20对称设置于腔体的前腔面和后腔面的中点位置；并且，矩形波导10横 截面的前边为长边，矩形波导10横截面的侧边为宽边。脊形部20与矩形波导10的材料也 可以根据实际需求进行选择，优选地，脊形部20与矩形波导10由不同的材料制备而成。优 选地，矩形波导10的材料为铝合金和/或黄铜；脊形部20的材料为铝铂、紫铜和银中的任 一种或多种。
[0032] 具有脊形部20的矩形波导10只能传输TE模式和TM模式。虽然矩形波导10主 模是TElO模，但在其中加入脊形部20并没有使矩形波导10的主模发生变化，只是在脊边 沿处加入了对场的扰动（即容性加载），使波导主模频带得到扩展，主模截止波长变长，与 TE20相差会更大，从而使单模传输带宽可以达到数倍频程。具有脊形部20的矩形波导10 的主模工作带宽为：A f = fe2(]-fel。。fel。是TE i。模式的截止频率，f。2。是TE 2。模式的截止频 率。
[0033] 波导结构为高通结构，一定频率以上的电磁波才能在波导中传播，低于该频率的 波则会出现截止不能传播的现象，波导中刚好能传播的最低频率对应的波长称为截止波 长。矩形波导10的主模TElO模的截止波长为矩形波导10长边尺寸的两倍。以矩形波导 10长边60mm计算，其截止波长为120mm，对应频率为2. 5GHz。因此，若矩形波导10的TElO 波的下限截止频率过高，则无法有效地接收局部放电UHF信号。而在本申请上述的脊波导 天线中，由于设置有脊形部20,从而有效地增大了波导的主模截止波长，并且采用加载介质 层30进一步增大了截止波长。
[0034] 在本申请上述的脊波导天线中，优选地，脊形部20长度s与矩形波导10长度a之 比为0. 3~0. 5。在上述优选的参数范围内脊波导天线会有良好的阻抗特性，能够与50 Ω 阻抗实现良好的匹配。并且，优选地，对称设置的脊形部20之间的水平间距d与矩形波导 10宽度b之比为0. 1~0. 3。由于脊波导天线的下限截止频率由天线的脊加载电容C和波 导两侧的等效电感L决定，通过调整脊形部20长度s与矩形波导10长度a之比至上述优 选的参数范围，能够进一步降低脊波导天线的下限截止频率（300~500Hz)，从而使主模截 止波长变长。
[0035] 现有技术中GIS为金属全封闭结构，在相邻两节GIS腔体之间，有盆式绝缘子。目 前多数盆式绝缘子外侧都有金属环，该金属环在GIS运行过程中起