等离子体-金属结合式八木天线的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种等离子体-金属结合式八木天线。
【背景技术】
[0002]伴随世界经贸全球化、一体化进程，我国国民经济得到持续、健康、快速发展，带动了航运市场的空前繁荣。但由于交通流密度的增大，使我国沿海海域存在交通和环境的隐患。船舶自动识别系统AIS在船舶交通服务VTS系统中起到识别、跟踪船舶及信息交换的作用。AIS通信所采用的频率为AIS1 (161.975 MHz)和AIS2 (162.025 MHz)，属于甚高频(Very High Frequency, VHF)频率范围，通常采用柱型金属天线，方向性为全向性，虽然可以实现较大范围的VHF通信，但仍存在许多问题:(1)全向性天线增益较低，难以实现远距离VHF通信，导致AIS岸站不能覆盖这些水域；(2)在AIS岸站通信系统中，全向性发射天线发射功率在20 W以上，后向辐射很大，对周围岸上设施产生很强的电磁干扰；(3)由于水域交通流密度增大，通信信道常被占用，存在时隙冲突，造成VTS值班员迎接不暇，交通事故明显提尚。
[0003]通常情况下，采用VHF定向天线如八木(引向)天线，该天线具有辐射效率高、增益高等优点，可实现AIS基站VHF远距离通信。但是，传统八木天线由金属天线制成，一旦尺寸固定，方向性便随之固定，难以动态改变辐射方向图，实现对不同水域的定向通信。金属相控阵天线虽然能实现智能通信，但天线阵子间的强烈互耦效应和天线成本过高，成为制约其用于岸站安全通信的瓶颈。这就急需一种新型可重构天线，满足定线制水域AIS基站及VHF岸站甚高频通信需求，提高安全系数。
[0004]等离子体是由大量的相互作用的电子、离子、中性粒子和自由基等组成的且在宏观上表现为近似电中性的非凝聚体系，具有导电、发光、发热和化学等特性，气体放电是人工产生等离子体最有效的方法。等离子体天线就是依据等离子体的导电特性用气体放电产生的等离子体代替金属进行电磁波发射和接收的一种射频天线。当开启等离子体天线激励电源时，放电管中产生的等离子体在一定条件下可以作为通讯天线发射和接收电磁波，而当不需要通讯天线工作时，则可关闭等离子体天线激励电源，等离子体天线就成为充有绝缘气体的绝缘放电管。利用等离子体放电管可构建八木天线，通过改变天线工作状态，可动态控制天线通信覆盖区域，当关闭等离子体振子时，可减小天线振子之间的互耦效应，大大降低天线阵设计难度，但是目前等离子体作为八木天线有源振子时噪声较大的问题仍未得到解决。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型提供一种等离子体-金属结合式八木天线，结合金属天线、等离子体天线两者的优势，减少天线噪声的同时，增大辐射效率，同时天线增益及方向图覆盖区域可快速发生变化，可实现不同水域通信、远距离传输以及方向图的动态可调。
[0006]为了达到上述目的，本实用新型提供一种等离子体-金属结合式八木天线，包含:
[0007]有源振子，其通过巴伦与同轴线馈电，该有源振子采用金属半波对称/折合振子；
[0008]反射振子，其采用等离子体放电管；
[0009]引向振子，其采用等离子体放电管；
[0010]等离子体激励套环，其分别套设在组成反射振子和引向振子的等离子体放电管的两端；
[0011]激励源，其电性连接等离子体激励套环；
[0012]控制单元，其电性连接激励源。
[0013]所述的等离子体放电管内充有氖、氩等惰性气体，或惰性气体的混合气体，或惰性气体与水银的混合物。
[0014]所述的反射振子和引向振子的投影位于同一直线上。
[0015]所述的反射振子的数量为0~1个。
[0016]所述的引向振子的数量为0~4个。
[0017]所述的激励源采用5~20 kHz低频交流源。
[0018]本实用新型与传统等离子体八木天线相比其有益效果是:克服等离子体八木天线噪声过大的不足，以金属半波对称/折合振子作为八木天线的有源振子，以等离子体放电管作为反射振子和引向振子，减少天线噪声的同时，增大辐射效率，天线工作时，通过控制等离子体放电管上激励源的通断以及放电功率的大小，就可以实现智能地控制天线的辐射方向，具有非常灵活的方向性，同时，不工作的放电管对工作的放电管的干扰非常小。
【附图说明】
[0019]图1是本实用新型提供的等离子体-金属结合式八木天线的结构示意图。
[0020]图2?图5是本实用新型提供的等离子体-金属结合式八木天线的Η面归一化方向图。
【具体实施方式】
[0021]以下根据图1和图5，具体说明本实用新型的较佳实施例。
[0022]如图1所示，本实用新型提供一种等离子体-金属结合式八木天线，包含:
[0023]有源振子5，其通过巴伦与同轴线馈电，该有源振子5采用金属半波对称/折合振子;
[0024]反射振子4，其采用等离子体放电管；
[0025]引向振子6，其采用等离子体放电管；
[0026]等离子体激励套环1，其分别套设在组成反射振子4和引向振子6的等离子体放电管的两端；
[0027]激励源2，其电性连接等离子体激励套环1 ;
[0028]控制单元3，其电性连接激励源2。
[0029]所述的等离子体放电管内充有氖、氩等惰性气体，或惰性气体的混合气体，或惰性气体与水银的混合物。
[0030]所述的反射振子4的数量为0~1个，所述的引向振子6的数量为0~4个，所述的反射振子4和引向振子6的投影位于同一直线上。
[0031]所述的激励源2采用5~20 kHz低频交流源。
[0032]本实用新型提供的等离子体-金属结合式八木天线的工作原理如下:控制单元3控制激励源2的通断，并控制激励源2的输出功率和输出频率，激励源2通过等离子体激励套环1作用于等离子体放电管，等离子体放电管中产生蜗旋电场，等离子体放电管内气体在蜗旋电场作用下碰撞激发产生等离子体柱，控制单元3控制反射振子4和引向振子6的通断，当关闭反射振子4与所有引向振子6，仅剩下有源振子5，这时的等离子体-金属结合式八木天线为全向性天线，可以实现宽范围的VHF信息群发，当打开所有引向振子6和反射振子4时，可增大天线定向性，实现远距离通信，改变引向振子6个数及放电功率时，可改变天线系统定向性，可动态快速调节方向图，继而调节信号覆盖水域。
[0033]本实用新型的一个实施例中，一共有5根等离子体放电管，1根为反射振子4，4根为引向振子6，5根等离子体放电管按一定间距分布在所在直线上，具体参数如下:
[0034]反射振子长度LR=0.53 λ ,有源振子长度L0=0.5 λ，引向振子长度分别为L1=0.40 λ、L2=0.37 λ、L3=0.34 λ、L4=0.31 λ，引向振子之间的距离为0.18 λ，最靠近有源振子的引向振子与有源振子之间的距离为0.18 λ，反射振子与有源振子之间的距离为0.22 λ 0
[0035]图2是无源引向振子全关闭时天线Η面归一化方向图，此时反射振子开启，天线具有一定的定向性，天线半功率角约120°。图3是一根反射振子与一根引向振子开启时天线Η面归一化方向图，此时天线主瓣半功率角约90°。图4是一个反射振子与两个引向振子同时开启时天线Η面归一化方向图，此时天线半功率角约为80°。图5是三根引向振子与一根反射振子同时开启时天线Η面归一化方向图，此时天线半功率角进一步减小，约为60°。由此可见，通过改变天线反射、引向振子工作状态，可实现天线方向图快速重构。
[0036]本实用新型结合等离子体与金属天线的特点，构建等离子体-金属结合式八木天线，整个过程完全不需要改变天线的物理结构，可以避免等离子体天线本身热运动产生的噪声，增大天线辐射效率，同时天线增益及方向图覆盖区域可快速发生变化，可实现不同水域通信、远距离传输以及方向图的动态可调，采用5~20 kHz低频交流源作为无源反射/引向振子激励源，其输出连续可调，不仅实现方向图动态重构，也大大地降低了成本。
[0037]尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。
【主权项】
1.一种等离子体-金属结合式八木天线，其特征在于，包含: 有源振子(5)，其通过巴伦与同轴线馈电，该有源振子(5)采用金属半波对称/折合振子; 反射振子(4)，其采用等离子体放电管； 引向振子(6)，其采用等离子体放电管； 等离子体激励套环(1 )，其分别套设在组成反射振子(4)和引向振子(6)的等离子体放电管的两端； 激励源(2)，其电性连接等离子体激励套环(1); 控制单元(3 )，其电性连接激励源(2 )。2.如权利要求1所述的等离子体-金属结合式八木天线，其特征在于，所述的等离子体放电管内充有氖、氩等惰性气体，或惰性气体的混合气体，或惰性气体与水银的混合物。3.如权利要求1所述的等离子体-金属结合式八木天线，其特征在于，所述的反射振子(4)和引向振子(6)的投影位于同一直线上。4.如权利要求3所述的等离子体-金属结合式八木天线，其特征在于，所述的反射振子(4)的数量为0~1个。5.如权利要求3所述的等离子体-金属结合式八木天线，其特征在于，所述的引向振子(6)的数量为0~4个。6.如权利要求1所述的等离子体-金属结合式八木天线，其特征在于，所述的激励源(2)采用5~20 kHz低频交流源。
【专利摘要】一种等离子体-金属结合式八木天线，以金属半波对称/折合振子作为有源振子，以等离子体放电管作为反射振子和引向振子，通过控制等离子体放电管上激励源的通断以及放电功率的大小，实现智能地控制天线的辐射方向，本实用新型提供结合金属天线、等离子体天线两者的优势，减少天线噪声的同时，增大辐射效率，同时天线增益及方向图覆盖区域可快速发生变化，可实现不同水域通信、远距离传输以及方向图的动态可调。
【IPC分类】H01Q19/30, H01Q1/36
【公开号】CN205039242
【申请号】CN201520731116
【发明人】袁秋梦, 赵建森, 孙洋, 谌浩, 梁泽鹏, 唐新翻, 赵满堂
【申请人】上海海事大学
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年9月21日