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套筒天线设计 [复制链接]

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离线mylcq
 
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842
只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 2009-12-10
套筒天线设计
套筒式宽频带天线原理
1、利用锥面缓变原理,降低终端反射和谐振频率,使天线的长度变小,也不影响天线的效率
2、利用天线长细比原理,降低阻抗的变化率,提升天线带宽
3、利用套筒天线理论,提高输入电阻和辐射电阻,降低阻抗变化率,从而提高了小天线的带宽
  锥面缓变原理告知我们,天线从发射体向锥面沿小于90°方向过度,从而减小于终端的反射,由于锥体比较大,对地形成一定的电抗,提升了容抗,使天线的谐振点下移,从而有效的降低了天线的高度.
  根据天线的长细比原理,振子天线的输入阻抗随电长度而变化的剧烈程度主要取决于天线的特性阻抗。特性阻抗越大,输入阻抗随电长度的变化就越激烈,天线的阻抗带宽就越窄;反之,特性阻抗越小,天线的阻抗带宽就越宽。振子天线的特性阻抗主要取决于长细比Ω,即Ω=2㏑(2l/a),其中l是天线振子臂的长度,a是天线臂的半径。Ω越大,天线的特性阻抗就越大,因此,在同样长度条件下,粗振子天线具有较宽的工作带宽。
  再者,我们经过对锥面顶负荷天线的使用,也了解到其他小天线的使用情况,发射小天线的一个共同点是输入阻抗和辐射阻抗小;辐射阻抗越小,相应的天线的效率就有所降低。经过详细的论证和计算,根据天线使用方面的经验,采用套筒方式,提高天线的输入阻抗,减少天线的阻抗变化率,从而有效的提高了天线的辐射效率和频率带宽。
    粗振子有较低的特性阻抗,而不对称的结构形式可以起到类似电路中的参差调谐的作用,从而有效地展宽阻抗带宽。一个加粗振子并实现不对称馈电的简单方法,是在天线辐射体外面加上一个与之同轴的金属套筒,形成所谓套筒天线。从直观上看,金属套筒相当于一个粗振子,加之其特殊的馈电方式,使得这种结构的天线的阻抗特性明显地优于普通振子天线。一般套筒天线的相对带宽至少可以达到一个倍频程以上。从结构上,可以将其分成套筒单极子天线和套筒极子天线两大类。
    这种天线用同轴线馈电,同轴线的内导体伸出作为辐射体,同轴线外导体的外壁电流与内导体电流同方向,也构成了辐射体的一部分,并兼作套筒。套筒内发射体的电流和套筒内壁电流反相,起到了传输线的作用,套筒外壁电流和内发射体的电流同方向,也构成了辐射体的一部分。这种结构的不仅提高了天线的机械强度,而且由于振子加粗,明显的改善了天线的阻抗特性,有效的展宽了天线的工作频带。
  典型的套筒式单极小天线,其主要结构参数有:上辐射体长度l,套筒长度l;内辐射体的直径d和套筒直径d.理论分析和实验都表明,对天线电特性起决定作用的参数是套筒单极子的总长度l+l以及上辐射体长度与套筒长度之比l/l。
    如果套筒天线的 l/l=2.25,且l+l=λmax/4时,d/d=3,则天线的输入阻抗zc=60㏑3=60×1.0986≈66Ω。由于在中长波频段内l+l不能做的太长,而且l/l有时太小,所以输入阻抗往往偏低,在实际的套筒天线方面,我们只有使l/l=2.25,加大d/d从而使输入阻抗不要太小。
  套筒天线的 l/l=1.26,且l+l=28米,d/d=1.57,则天线的输入阻抗zc=60㏑1.57=60×0.451≈27Ω。
    为了降低天线的高度,展宽天线的阻抗带宽,可以将套筒也做成锥形。
套筒式天线调配网络优势
    小天线在低端输入阻抗得到了提升,匹配网络中电流有所降低。针对网络中的电感、电容器件而言,电流容量有所降低,器件就不易发热和损坏,相应的天线的效率就得到了提升,杂散辐射就得到了抑制。
  由于套筒式中波小天线采用先进可靠的原器件,为电台免去后顾之忧。
  1、所用线圈,从去油、焊接、整形、敦化、镀银、装配等一系列完整的环节保证了产品的质量,电离子分布均匀,线圈永不生锈;
  2 、电容采用板电容性能稳定可靠,安装方便,整齐美观;关键部位采用更便于调整的真空电容.
关于地网
    一般减小地面损耗的方法是在天线底部的地面下敷设地网或在地面上架设平衡网。地网由30根~120根辐射状导线组成,导线线径为2~4毫米,埋深为10~50厘米。离地面较高时,可以减小电流损耗,但降低了天线的有效高度,平衡网在减小地面损耗和提高天线效率方面不如埋地网好,它只用在埋设地网困难的多岩石地区。尽量使接地电阻小于0.4Ω,从而减小了地耗损,提高了天线的辐射效率。

关于辐射效率
    天线是一个能量转换器,就希望转换效率比较高,这是最基本的要求。当天线用交变电动势馈电时,在其周围产生感应场和辐射场,只有辐射场的能量才对接收有用。此外,如果在天线附近有损耗媒介质存在(如土壤),那感应场就会在该媒质中产生热损耗,损失的能量需要由发射机来补偿。
  当天线辐射的电磁波能量对天线来说也是一种损耗,但它对我们是有用的叫辐射损耗。
  天线效率就是天线的辐射功率pr与天线的输入功率pin之比ηa=pr/pin,当天线的长度可以和工作波长比拟时,天线的效率一般是较高的,但这在中、长波波段却难以做到,故通常采用加顶负荷的方法来提高辐射能力,并敷设地网来降低天线附近的损耗。
离线BD5CAM
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1789
只看该作者 1楼 发表于: 2009-12-10
没有天线具体的图?
离线BG6AZJ
发帖
2608
只看该作者 2楼 发表于: 2009-12-11
等硬道理。。。。。。。。。。。。
离线BG6AZJ
发帖
2608
只看该作者 3楼 发表于: 2009-12-11
另外,影响天线的效率其主要参数是天线的输入阻抗和输出阻抗,我公司生产的套筒天线在同高度下,低频段输入阻抗是双锥天线和单锥天线的3倍,而且也优于传统的76米铁塔,相应的阻抗容易匹配,而且损耗小,相对于天线而言,效率就高、辐射就强。

套筒式天线的抗电磁干扰优势

1、感应场问题:

  天线的感应场大小主要分布在二分之一波长内,解决的办法就是铺设良好的地网,使电流很畅通的流回到天线底部,如果无地网或不能很好在地表形成回路,就会在天线底部附近形成感应场干扰。

    我公司生产的天线在天线附近的地表面(20cm深)铺设良好的地网(8m---15m),并在地网末端有一接地棒,其深度等于地电流的集肤深度。与此同时,在天线的底部接有一铜汇流板,地网的始端均匀分布并焊接在此汇流板上。同时,汇流板与地井相连,地井深为电流的集肤深度,一般在3m左右,因此,我公司的小天线感应场非常小。

2、杂散场问题:

    我公司生产的小天线在天线附近感应场小,辐射场相对传统天线也小,因此产生的杂散场就小。另外,我们对天调室进行屏蔽,使感应场、辐射场与网络,网络与天线周围不能形成互感,产生不了杂散场干扰。



套筒式天线的防雷

1、由于套筒式天线的外筒下部与地相连,对于雷电有很好的通地效果。

2、在外筒与内发射体之间设有防雷放电装置。

3、在调配室装有防雷器。

4、调配网络有泄放线圈。

  经过上面四方面的防雷,使套筒天线具有很好的防雷效果。



关于稳定性和安全性

  我公司生产的中波小天线,抗风能力从初期不拉线8级到10级再到12级,产生了一代产品、二代产品、三代产品直至现在的四代、五代产品。

我们生产的最新套筒中波小天线,其抗风能力更强:

(1)加顶结构是立体结构,无论是垂直面,还是水平面都可以抵抗不同方向的风,完全解决了v型天线结构的缺点。

(2)天线体采用套筒钢结构,直径可达1.1米,完全可以抵抗14级以上台风

(3)天线体采用热镀锌钢结构,加顶结构是立体不锈钢结构,抗腐蚀性能高,可以做到免维护。

(4)天线利用solidworks软件设计,安装方便,拆卸方便;天线体设有外爬梯,检修方便。

  由于结构的稳定性,在大风下保持天线不动摇,相应天线参数保持不变;由于采用套筒天线原理,输入阻抗高,辐射阻抗高:因而,该套筒天线稳定性就高。

天线技术参数

1、功率:100w-200kw

2、载波点时, vswr≤1.1

3、工作带宽,Δf≥20 khz,vswr≤1.5

4、天线输入阻抗:25Ω-60Ω(531khz-1602 khz)

5、匹配阻抗:(50±1)±j0.5Ω(载波时)

6、增益:≥3db

7、极化方式:垂直极化

8、方向性:水平面内全向

9、电磁波传播形式:地波传播为主、天波为辅


天线的结构特点


1、锥面体;为不锈钢立体结构,美观、牢靠

2、支柱:为镀锌钢结构,更加稳定、实用

3、抗风能力:14级

4、抗震能力:8级

5、天线重:≤7吨
离线BG6AZJ
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2608
只看该作者 4楼 发表于: 2009-12-11
离线BG6AZJ
发帖
2608
只看该作者 5楼 发表于: 2009-12-11
离线蓝梦祥
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8790
只看该作者 6楼 发表于: 2009-12-11
5、天线重:≤7吨
离线BG4TDR
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1043
只看该作者 7楼 发表于: 2009-12-11
分量还可以,那位小白猫死下?
离线mylcq
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842
只看该作者 8楼 发表于: 2009-12-11
送上套筒天线论文一篇,请爱好者分享之.
附件: 新型套筒天线的研究与应用.pdf (0 K) 下载次数:433
离线mylcq
发帖
842
只看该作者 9楼 发表于: 2011-07-09
套筒天线的振子问题研究
套筒天线基本上是在一端由同轴线馈电的半波振子,其结构是圆柱对称的,因此在自由空间
方位平面内辐射图是均匀的,这一点非常重要。
辐射结构是一不对称振子,由不同直径且长度稍有不同的导体组成。
较细的那一辐射器通常是对天线进行馈电的同轴线的内导体,导体必须有合适的长度以在工作频段内实现与天线的良好匹配。
较粗直径的那一导体对实现天线的正常工作具有关键性作用,因此必须仔细设计。大直径的导体在自己的开口端,也就是辐射振子一半处,对射频电流提供有效的扼制。
为了良好的对反向射频电流进行扼制,在兼顾外观美的同时,天线套筒部分的直径应尽可能大,如果同轴线编织层与套筒内表面所构成的传输线谐振的话,可实现最有效的扼流。此时,该传输线的阻抗为:(这里考滤了天线相速的介质因素,k=入/2pi*l)
z=jz0tan(kl)~∞ 而 kl=π/2 (式中:n=3.1415)
z0=g0/(εr)1/2ln(b/a)
z0 也等于套筒线的特性阻抗,其中l是套筒线的长度,k是套筒的传播常数,εr是插入介质的相对介质常数,套筒线通常是介质加载的。为了保证线导体的同心度,插入低损耗、低介质常数的圆柱体是必要的,因为同心度对实现良好的天线性能至关重要。为了实现天线的最大带宽,介质材料εr应该低。
如果套筒线的阻抗足够低,射频电流将向馈电同轴线下部传播,辐射器就不再是半波振子,电话壳体也成了辐射结构的一部分。它的辐射图特性就要取决于馈电同轴线露出段的长度以及电话金属表面的大小和形状。
对这类天线的带宽限制更多地取决于由方向图性能而不是阻抗的变化。如果扼流圈工作于离套筒谐振频率±5%的频率上,那么射频电流将在天线的同轴馈线外表面流动,其辐射相上与套筒天线的辐射反向。整个辐射结构的辐射图在垂直于天线轴方向具有最小值,而该方向通常是最需要的覆盖方向。
当扼流圈近于谐振时的套筒天线的辐射图,此时有极小的射频电流激励着电话的外壳,实上差不多是中心馈电的半波振子的方向图,其绝对增益等于1.6或2.1dbi。编织层的同轴线馈电振子和用以保护天线厚介质填料,两者的电阻损耗把这种振子的绝对自由空间增益降低到1~1.5dbi。
端馈半波振子,通常由一个半波长天线和对其馈电的1/4波长变阻器组成,变阻器的作用是使天线的高辐射电阻与设备的射频末端放大器的50Ω输出阻抗相匹配。根据这类天线的结构和1/4波长变阻器的带宽,它们具有类似于上述套筒振子的特性。
当然,如果另做一个扼流圈接地,只会损失增益,这是为什么?只有火腿朋友去验证,因为我在解决坦克天线改造过程中,将弹簧座加扼流圈接地,增益损失致少3个db以上.最后请参考:
bd2bh :《套筒垂直天线 》
离线浦东星
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4223
只看该作者 10楼 发表于: 2011-07-09
天线(531khz-1602 khz)
离线mylcq
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842
只看该作者 11楼 发表于: 2011-07-13
[quote=浦东星] 天线(531khz-1602 khz)[/quote]
什么意思???
离线BH3BAX
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43
只看该作者 12楼 发表于: 2011-07-14
7吨啊!这要是放楼顶,还不给楼板压塌了。
离线浦东星
发帖
4223
只看该作者 13楼 发表于: 2011-07-15
'
什么意思???
'


要看

a.         14-55   mhz
b.         144, 435 mhz
离线mylcq
发帖
842
只看该作者 14楼 发表于: 2011-07-18
[quote=浦东星]

要看

a.         14-55   mhz
b.         144, 435 mhz[/quote]

a.你用直径25cm的铝管:长1.75米,中间用1.5平方的铜线做辐射振子馈电(加匹配器),能满足你在14m~55mhz使用。
b.你用下限频率的入/4为长度(300/144/4)=0.52米),中间穿1.5平方的铜线即可。
c.套向天线总高度=s+l(筒高+振子高)s/l=2.25   d/d=3
离线bg1cst
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2981
只看该作者 15楼 发表于: 2015-10-26
回 mylcq 的帖子
mylcq:[quote=浦东星][表情]  [表情]
要看  
a.            14-55   mhz
....... (2011-07-18 10:56) 

要是搞一根118-156MHz的天线会是什么样的尺寸?
离线mylcq
发帖
842
只看该作者 16楼 发表于: 2015-11-10
这篇文章会满足你的要求:http://www.docin.com/p-228810702.html,所有尺寸都是齐的。祝你成功。
mylcq58@126.com