一种智能主动防雷天线及防雷系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种智能主动防雷天线及防雷系统，该防雷天线包括介质板，以及设置在介质板上的垂直极化组件和水平极化组件；垂直极化组件依次连接同轴电缆和受控开关；水平极化组件连接同轴电缆。本实用新型专利技术能大幅度降低雷电防护器件的保护动作与雷电流波型之间的关系，从而有效提升保护效果。

【技术实现步骤摘要】
一种智能主动防雷天线及防雷系统
本技术涉及防雷
，尤其涉及一种智能主动防雷天线及防雷系统。
技术介绍
在目前现有防雷技术中，使用天馈避雷器(SPD)对天线进行雷电防护是主流的做法，即在天线的后端信号线上加装天馈线SPD进行保护。众所周知，雷电现象异常复杂，随机性大。而SPD设计、施工都是针对闪电的统计特性策划的，可以说SPD装置就是确定的人为作品，它一旦确定下来便不能更改。因此，中国科学院电工所张适昌研究员认为：SPD的保护特点是以不变的固定设计来应变变化莫测的雷击事件，其可能失效造成事故也就带有必然性。此外，现有天馈线SPD都是针对直击雷设计，并未考虑针对感应雷的防护。而通常的野外通信系统，如通信基站铁塔上的天线，其旁边都有很好的接闪系统，如：避雷针，引下线等，所以更多的情况为感应雷。综上所述，当前的主流防护手段，一方面在直击雷的防护上与雷电流的波型有着非常密切的联系，使得防护手段的有效性受到限制；另一方面，针对感应雷的防护还未进行充分考虑和设计。因此，当前使用天馈线SPD进行天线防雷还存在大量需要改进和完善之处。此外，美国在2000年由ManoD.Judd等人提出了一种应用贴片/微带线单元实现的主动防雷天线，但是该天线主要针对消除天线单元上累积的静电荷而设计的，同时该天线亦不具备智能特性。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种智能主动防雷天线及防雷系统，能大幅度降低雷电防护器件的保护动作与雷电流波型之间的关系，从而有效提升保护效果。本技术解决上述技术问题，以工作于900MHz左右的微带天线为例的技术方案如下：一种智能主动防雷天线，包括介质板，以及设置在介质板上的垂直极化组件和水平极化组件；垂直极化组件依次连接第一同轴电缆和受控开关；水平极化组件连接第二同轴电缆。本技术的有益效果是：当外部设备监测到地物尖端(如避雷针)上产生的上行先导时，立即向微波开关发出雷电袭击预警信号，该微波开关将与之连接的垂直极化组件的信号通道关闭，即使得闪电通过垂直极化组件耦合进入天线后端的通道切断，使得该部分能量无法到达天线后端设备，从而达到保护后端电子设备的目的。垂直极化组件的切断是在闪电发展并到达地面，对地面袭击之前即完成的防护动作，因此，本防雷天线将与闪电回击所产生的脉冲电流波型以及是否为直击或感应雷无关。当闪电击中天线附近的物体时，如，移动通信基站铁塔上的避雷针，此时，闪电的电磁能量将通过天线耦合入与天线相连接的信号线，对后端与信号线相连接的电子设备构成干扰或致损/灾威胁，而闪电的电磁能量最易通过垂直极化组件进行耦合，与水平极化组件的耦合效率极低，因此将该两部分信号分开独立接收和馈电后，即可以在闪电袭击之前，将垂直极化组件的信号通道关闭，使得闪电的主能量无法进入信号线，则可以达到对后端电子设备进行保护和抗干扰的目的。进一步，水平极化组件包括设置在介质板上表面的第一水平辐射贴片、第二水平辐射贴片，设置在介质板下表面的分别与第一水平辐射贴片、第二水平辐射贴片位置对称的第一水平接地板、第二水平接地板，以及水平连接桥AC；第一水平辐射贴片上设置有第一连接孔，第二同轴电缆的内导a1贯穿介质板并在第一连接孔处与水平连接桥AC的A端相连，通过水平连接桥AC与第二水平辐射贴片相连；第一水平辐射贴片不与水平连接桥AC相连，但第一水平辐射贴片通过第一连接柱与第一水平接地板相连；连接桥AC的C端通过第一金属柱与第二接地板相连。采用上述进一步方案的有益效果：这种结构可以使得天线获得较好的反射系数S11和传输系数S21，S11参数在900MHz左右均为-12dB以下，S21参数在900MHz左右均为-30dB以下。进一步，垂直极化组件包括设置在介质板上表面的第一垂直辐射贴片、第二垂直辐射贴片，设置在介质板下表面的分别与第一垂直辐射贴片、第二垂直辐射贴片位置对称的第一垂直接地板、第二垂直接地板，以及垂直连接桥BD；第一垂直辐射贴片上设置有第二连接孔，第一同轴电缆的外导与第一垂直接地板相连，第一同轴电缆的内导b1贯穿介质板并在第二连接孔处与垂直连接桥BD的B端相连，通过垂直连接桥BD与第二垂直辐射贴片相连；第一垂直辐射贴片不与垂直连接桥BD相连，但第一垂直辐射贴片通过第二连接柱与第一垂直接地板相连；垂直连接桥BD的D端通过第二金属柱与第二垂直接地板相连。采用上述进一步方案的有益效果：这种结构可以使得天线获得较好的反射系数S11和传输系数S21。进一步，还包括支撑板，第一同轴电缆和第二同轴电缆均贯穿支撑板；第一金属柱和第二金属柱均向外延伸和支撑板固定连接。进一步，支撑板上设置有接地金属贴片，第一同轴电缆的外导、第二同轴电缆的外导、第一金属柱和第二金属柱均连接金属贴片。采用上述进一步方案的有益效果：上述支撑板、接地金属贴片以及与第一金属柱和第二金属柱共同构成本天线的巴伦结构，共同对天线两个通道——垂直极化和水平极化的反射系数S11和传输系数S21进行优化。进一步，受控开关为微波开关。采用上述进一步方案的有益效果：该微波开关在连通状态时，通过天线垂直极化组件接收和发射的信号都可以顺利的通过，但当该开关接收到后面系统结构图中的“信号处理和预警模块”发送的闪电袭击预警信号时，将在100μs内将与之相连的天线垂直极化信号通道关闭，事先切断雷电耦合进入后端电子系统的垂直极化通道的路径，达到降低雷电防护设备的防护特性与闪电回击电流波型的关系，从而提高本防护系统的防护效果。另外，本技术还提供了一种智能主动防雷系统，包括上述任一项所述的防雷天线，以及与防雷天线依次连接的射频单元、A/D转换模块和解调器，防雷天线的受控开关的信号输入端连接信号处理和预警模块的信号输出端，信号处理和预警模块的信号输入端连接磁天线和监测避雷针电流的感应线圈。本技术的有益效果是：信号处理及预警模块针对上行连接先导产生的雷电流及磁天线采集的下行梯级先导产生磁场脉冲进行滤波去噪处理；当信号处理和预警模块获取上述闪电即将袭击被保护设备或其附近的预警信号时，输出控制信号给防雷天线的受控开关，使其在首次回击来临之前，切断天线最易与闪电耦合的垂直极化部件，使得雷电电磁场的主能量无法通过天线的垂直极化部件进行耦合到达后端设备，从而达到利用天线有效提高通信电子设备防雷可靠性的目的。附图说明图1为本技术天线垂直极化时的感应电压示意图；图2为本技术天线水平极化时的感应电压示意图；图3为本技术天线的后端感应电压峰值随天线极化偏转角变化的趋势图；图4为本技术连接桥结构示意图；图5为本技术天线垂直极化组件和水平极化组件示意图；图6为本技术天线反射系数S11图；图7为本技术天线传输系数S21图；图8为本技术天线巴伦结构图；图9为本技术天线整体结构图；图10为本技术系统原理图。图中，1-第一水平辐射贴片；2-第一垂直辐射贴片；3-第二水平辐射贴片3；4-第二垂直辐射贴片；5-介质板；6-第一连接孔；7-第二连接孔；8-第一连接柱；9-第二连接柱；10-第一金属柱；11-第二金属柱；12-支撑板；13-第二同轴电缆；14-第一同轴电缆。具体实施方式以下结合附图对本技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本技术，并非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能主动防雷天线，其特征在于，包括介质板(5)，以及设置在介质板(5)上的垂直极化组件和水平极化组件；垂直极化组件依次连接第一同轴电缆(14)和受控开关；水平极化组件连接第二同轴电缆(13)。

【技术特征摘要】
1.一种智能主动防雷天线，其特征在于，包括介质板(5)，以及设置在介质板(5)上的垂直极化组件和水平极化组件；垂直极化组件依次连接第一同轴电缆(14)和受控开关；水平极化组件连接第二同轴电缆(13)。2.根据权利要求1所述的智能主动防雷天线，其特征在于，水平极化组件包括设置在介质板(5)上表面的第一水平辐射贴片(1)、第二水平辐射贴片(3)，设置在介质板(5)下表面的分别与第一水平辐射贴片(1)、第二水平辐射贴片(3)位置对称的第一水平接地板(1')、第二水平接地板(3')，以及水平连接桥AC；第一水平辐射贴片(1)上设置有第一连接孔(6)，第二同轴电缆(13)的内导a1贯穿介质板(5)并在第一连接孔(6)处与水平连接桥AC的A端相连，通过水平连接桥AC与第二水平辐射贴片(3)相连；第一水平辐射贴片(1)不与水平连接桥AC相连，但第一水平辐射贴片(1)通过第一连接柱(8)与第一水平接地板(1')相连；连接桥AC的C端通过第一金属柱(10)与第二水平接地板(3')相连。3.根据权利要求2所述的智能主动防雷天线，其特征在于，垂直极化组件包括设置在介质板(5)上表面的第一垂直辐射贴片(2)、第二垂直辐射贴片(4)，设置在介质板(5)下表面的分别与第一垂直辐射贴片(2)、第二垂直辐射贴片(4)位置对称的第一垂直接地板(2')、第二垂直接地板(4')，以及垂直连接桥BD；第一垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：李四维，刘昆，夏晴，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，夏晴，刘昆，
类型：新型
国别省市：四川,51