脊波導(dǎo)天線的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及接收天線技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，設(shè)及一種脊波導(dǎo)天線。
【背景技術(shù)】
[0002] 接收天線工作的物理過程是，天線導(dǎo)體在空間電場(chǎng)的作用下產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，并 在導(dǎo)體表面激勵(lì)起感應(yīng)電流，在天線的輸入端產(chǎn)生電壓，在接收的回路中產(chǎn)生電流。所W接 收天線是一個(gè)把空間電磁波能量轉(zhuǎn)換成高頻電流能量的轉(zhuǎn)換裝置，。
[0003] 通常在氣體絕緣組合電器（GIS)中安裝內(nèi)置的接收天線作為局放檢測(cè)傳感器，用 于檢測(cè)GIS局部放電絕緣子金屬環(huán)誘注孔福射的UHF電磁波信號(hào)，信號(hào)頻率主要分布在 800MHZ-2細(xì)Z范圍內(nèi)。
[0004] 接收天線的主要參數(shù)包括天線的方向性、增益與方向圖、極化特性、反射系數(shù)與駐 波比、工作帶寬和等效高度，等效高度h。與之相同極化的入射電場(chǎng)E相乘，就得到感應(yīng)電壓 V，即V = h,E，據(jù)此，等效高度可定義為感應(yīng)電壓與入射電場(chǎng)之比：
[0005] GIS中的天線需要其本身的等效高度在800MHZ-2000GHZ內(nèi)能夠達(dá)到4mm W上，而 且等效高度頻率特性曲線在該段頻率內(nèi)變化相對(duì)要平緩。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中急需一種天 線，W滿足氣體絕緣組合電器（GIS)中對(duì)較高等效高度的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的主要目的在于提供一種脊波導(dǎo)天線，W提供一種具有較高等效高度的天 線。
[0007] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種脊波導(dǎo)天線，包括：矩形 波導(dǎo)，具有腔體；脊形部，前后對(duì)稱設(shè)置于腔體的前腔面和后腔面上；加載介質(zhì)層，設(shè)置于 腔體中，加載介質(zhì)層具有前后對(duì)稱設(shè)置的開口，開口的內(nèi)表面與脊形部的部分表面相連，且 加載介質(zhì)層的四周與腔體相連。
[000引進(jìn)一步地，脊形部的任意橫截面為矩形結(jié)構(gòu)。
[0009] 進(jìn)一步地，矩形波導(dǎo)橫截面的前邊為長(zhǎng)邊，矩形波導(dǎo)橫截面的側(cè)邊為寬邊。
[0010] 進(jìn)一步地，脊形部的長(zhǎng)度與矩形波導(dǎo)的長(zhǎng)度之比為0. 3~0. 5。
[0011] 進(jìn)一步地，對(duì)稱設(shè)置的脊形部之間的水平間距與矩形波導(dǎo)寬度之比為0. 1~0. 3。
[0012] 進(jìn)一步地，脊形部之間的水平間距為1~10mm。
[0013] 進(jìn)一步地，加載介質(zhì)層的厚度為0. 2~2mm。
[0014] 進(jìn)一步地，加載介質(zhì)層的材料為FR4。
[0015] 進(jìn)一步地，矩形波導(dǎo)的材料為侶合金和/或黃銅。
[0016] 進(jìn)一步地，脊形部的材料為侶銷、紫銅和銀中的任一種或多種。
[0017] 進(jìn)一步地，脊波導(dǎo)天線還包括同軸電纜，同軸電纜的外導(dǎo)體與前端的脊形部連接， 同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體貫穿前端的脊形部并插入后端的脊形部中。
[0018] 進(jìn)一步地，脊形部的底面與矩形波導(dǎo)的底面構(gòu)成脊波導(dǎo)天線的底面。
[0019] 進(jìn)一步地，脊波導(dǎo)天線的底面為拱形。
[0020] 應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種脊波導(dǎo)天線，由于本申請(qǐng)的上述脊波 導(dǎo)天線具有對(duì)稱設(shè)置的雙脊形部，從而有效地增大了矩形波導(dǎo)的主模截止波長(zhǎng)，并且由于 具有設(shè)置于天線中的加載介質(zhì)層，從而通過提高天線的阻抗匹配特性，進(jìn)一步擴(kuò)展了矩形 波導(dǎo)的主模截止波長(zhǎng)，進(jìn)而提高了天線的等效高度，使其具有較高的檢測(cè)靈敏度。
【附圖說明】
[0021] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示 意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0022] 圖1示出了本發(fā)明實(shí)施方式所提供的脊波導(dǎo)天線的俯視結(jié)構(gòu)剖面示意圖；
[0023] 圖2示出了本發(fā)明實(shí)施方式所提供的具有同軸電纜的脊波導(dǎo)天線的正視結(jié)構(gòu)剖 面不意圖；
[0024] 圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例1所提供的脊波導(dǎo)天線的增益-頻率曲線擬及
[0025] 圖4示出了本發(fā)明實(shí)施例1所提供的脊波導(dǎo)天線的駐波比曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可W相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0027] 需要注意的是，該里所使用的術(shù)語僅是為了描述【具體實(shí)施方式】，而非意圖限制根 據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在該里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式 也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語"包含"和/或"包 括"時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[002引為了便于描述，在該里可W使用空間相對(duì)術(shù)語，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用來描述如在圖中所示的一個(gè)器件或特征與其他器件或特 征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對(duì)術(shù)語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位 之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為"在其他器 件或構(gòu)造上方"或"在其他器件或構(gòu)造之上"的器件之后將被定位為"在其他器件或構(gòu)造下 方"或"在其他器件或構(gòu)造之下"。因而，示例性術(shù)語"在……上方"可W包括"在……上方" 和"在……下方"兩種方位。該器件也可W其他不同方式定位（旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方 位），并且對(duì)該里所使用的空間相對(duì)描述作出相應(yīng)解釋。
[0029] 正如【背景技術(shù)】中所介紹的，在現(xiàn)有技術(shù)中急需一種天線，W滿足氣體絕緣組合電 器（GIS)中對(duì)較高等效高度的需求。本申請(qǐng)的發(fā)明人針對(duì)上述問題進(jìn)行研究，提出了一種 脊波導(dǎo)天線，如圖1至2所示，包括：矩形波導(dǎo)10,具有腔體；脊形部20,前后對(duì)稱設(shè)置于腔 體的前腔面和后腔面上；加載介質(zhì)層30,設(shè)置于腔體中，加載介質(zhì)層30具有前后對(duì)稱設(shè)置 的開口，開口的內(nèi)表面與脊形部20的部分表面相連，且加載介質(zhì)層30的四周與腔體相連。
[0030] 由于本申請(qǐng)的脊波導(dǎo)天線具有對(duì)稱設(shè)置的雙脊形部，從而有效地增大了矩形波導(dǎo) 的主模截止波長(zhǎng)，并且由于具有設(shè)置于天線中的加載介質(zhì)層，從而通過提高天線的阻抗匹 配，進(jìn)一步增大了矩形波導(dǎo)的主模截止波長(zhǎng)，進(jìn)而提高了天線的等效高度，使形成的天線具 有較高的靈敏度。
[0031] 在本申請(qǐng)上述的脊波導(dǎo)天線中，優(yōu)選地，脊形部20的任意橫截面為矩形結(jié)構(gòu)。更 為優(yōu)選地，脊形部20對(duì)稱設(shè)置于腔體的前腔面和后腔面的中點(diǎn)位置；并且，矩形波導(dǎo)10橫 截面的前邊為長(zhǎng)邊，矩形波導(dǎo)10橫截面的側(cè)邊為寬邊。脊形部20與矩形波導(dǎo)10的材料也 可W根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇，優(yōu)選地，脊形部20與矩形波導(dǎo)10由不同的材料制備而成。優(yōu) 選地，矩形波導(dǎo)10的材料為侶合金和/或黃銅；脊形部20的材料為侶銷、紫銅和銀中的任 一種或多種。
[0032] 具有脊形部20的矩形波導(dǎo)10只能傳輸TE模式和TM模式。雖然矩形波導(dǎo)10主 模是TE10模，但在其中加入脊形部20并沒有使矩形波導(dǎo)10的主模發(fā)生變化，只是在脊邊 沿處加入了對(duì)場(chǎng)的擾動(dòng)（即容性加載），使波導(dǎo)主模頻帶得到擴(kuò)展，主模截止波長(zhǎng)變長(zhǎng)，與 TE20相差會(huì)更大，從而使單模傳輸帶寬可W達(dá)到數(shù)倍頻程。具有脊形部20的矩形波導(dǎo)10 的主模工作帶寬為：A f = f,i。是TE 1。模式的截止頻率，f。。是TE 2。模式的截止頻 率。
[0033] 波導(dǎo)結(jié)構(gòu)為高通結(jié)構(gòu)，一定頻率W上的電磁波才能在波導(dǎo)中傳播，低于該頻率的 波則會(huì)出現(xiàn)截止不能傳播的現(xiàn)象，波導(dǎo)中剛好能傳播的最低頻率對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)稱為截止波 長(zhǎng)。矩形波導(dǎo)10的主模TE10模的截止波長(zhǎng)為矩形波導(dǎo)10長(zhǎng)邊尺寸的兩倍。W矩形波導(dǎo) 10長(zhǎng)邊60mm計(jì)算，其截止波長(zhǎng)為120mm，對(duì)應(yīng)頻率為2. 5GHz。因此，若矩形波導(dǎo)10的TE10 波的下限截止頻率過高，則無法有效地接收局部放電UHF信號(hào)。而在本申請(qǐng)上述的脊波導(dǎo) 天線中，由于設(shè)置有脊形部20,從而有效地增大了波導(dǎo)的主模截止波長(zhǎng)，并且采用加載介質(zhì) 層30進(jìn)一步增大了截止波長(zhǎng)。
[0034] 在本申請(qǐng)上述的脊波導(dǎo)天線中，優(yōu)選地，脊形部20長(zhǎng)度S與矩形波導(dǎo)10長(zhǎng)度a之 比為0. 3~0. 5。在上述優(yōu)選的參數(shù)范圍內(nèi)脊波導(dǎo)天線會(huì)有良好的阻抗特性，能夠與50 Q 阻抗實(shí)現(xiàn)良好的匹配。并且，優(yōu)選地，對(duì)稱設(shè)置的脊形部20之間的水平間距d與矩形波導(dǎo) 10寬度b之比為0. 1~0. 3。由于脊波導(dǎo)天線的下限截止頻率由天線的脊加載電容C和波 導(dǎo)兩側(cè)的等效電感L決定，通過調(diào)整脊形部20長(zhǎng)度S與矩形波導(dǎo)10長(zhǎng)度a之比至上述優(yōu) 選的參數(shù)范圍，能夠進(jìn)一步降低脊波導(dǎo)天線的下限截止頻率（300~500Hz)，從而使主模截 止波長(zhǎng)變長(zhǎng)。
[0035] 現(xiàn)有技術(shù)中GIS為金屬全封閉結(jié)構(gòu)，在相鄰兩節(jié)GIS腔體之間，有盆式絕緣子。目 前多數(shù)盆式絕緣子外側(cè)都有金屬環(huán)，該金屬環(huán)在GIS運(yùn)行過程中起到安全接地和防腐蝕、 防福射功能。一般情況下，金屬環(huán)的