一种线-圆极化可重构天线及防雷方法技术

本发明专利技术涉及一种线

【技术实现步骤摘要】
一种线-圆极化可重构天线及防雷方法


[0001]本专利技术涉及天线防雷
，尤其涉及一种线-圆极化可重构天线及防雷方法。

技术介绍

[0002]依据IEC国际标准，当前针对电子电气设备已有了诸如避雷针、接地网和浪涌保护器（SPD）等雷电防护设备及其相关详细的安装和操作要求；目前针对天线的防雷方法主要有：1、使用浪涌保护器（SPD）的天馈线路的防雷；2、通过使用微波开关将雷电电磁场的能量限制与开关中而不影响后端设备的防雷天线。
[0003]浪涌保护装置一般是非线性器件，目前的非线性器件可以分为三类：1、当脉冲通过时，该类装置可以使得其两段的电压近似的保持在某一固定值左右；2、当脉冲通过时，该类装置会将其高阻状态迅速变为良导体状态；3、针对共模电压产生很大串联阻抗的装置。而众所周知，累积线程异常复杂，随机性极大；而SPD涉及、施工都是针对某一确定的闪电特性策划的，这可以说SPD装置就是确定的人为作品，它一旦确定下来就不能更改，因此，SPD的保护特点是以不变的固定涉及来应变变化莫测的雷击事件，所以，其可能失效造成事故也就带有必然性。微波开关与SPD一样也是人为确定的产物，所以当选用的开关种类确定后，其相应的性能和参数也随之确定，这便使得防护效果具备相应的针对性而缺乏了普遍性，进而使得其在应用方向和使用范围上有着诸多的限制。
[0004]而正是因为雷击带有很大的随机性，为了设计经济、可靠和实用的雷电防护系统，人们不得不用折中的办法，人为的划出一个“雷击窗口”，在“雷击窗口”之内，设计出的防护系统是有效的；而在“雷击窗口”的两侧地带，即在小于极小值和大于极大值的雷击事件中防护系统的可靠性具有一定的不确定性；而要求SPD有100%的防护效率，就要把“雷击窗口”从两侧扩展到无穷大和无穷小，涵盖一切可能发生的雷击事件，雷击设备的风险自然就等于0，然而这样做的投资却是无限大的，事实上也是不可能的；因此，客户上存在着这一对几乎是不可协调的矛盾，SPD防护失效完全是可能的。
[0005]而对于整个系统而言，微波开关的引入，对整个系统的结构稳定以及开关器件的选择提出了更为严格的要求；射频和微波开关可以分为两个同等主流和重要的群体，基于电磁感应简单理论和机电开关以及半导体开关技术的固态开关；在插入损耗和隔离度方面，PIN管实际存在一定数值的电抗和损耗电阻，因此微波开关在导通时衰减不为零，成为正向插入损耗，开关在断开时其衰减也非无穷大，成为隔离度，二者是衡量微波开关的主要指标，一般希望插入损耗小，而隔离度大；在承受功率方面，在给定的工作条件下，微波开关所能承受的最大输入功率与PIN管功率容量、电路类型（串联或者并联）、工作状态（CW和脉冲）跟散热条件有关，一般损坏机理包括：电压击穿，常见与脉冲功率，以及热烧毁，常见与CW；在电压驻波系数方面，电压驻波系数仅仅反映端口输入输出匹配情况。端口电压驻波系数最小，开关的损耗不一定最小；但是差损最小的开关其电压驻波系数肯定小。由此可见，微波开关的使用必定会考虑其隔离度、插入损耗以及承受功率等参数的影响，这就在一定程度上增加了系统设计的难度，也大大增加了系统整体的复杂性；所以，使用微波开关则会
不可避免的引入各种误差和损耗，增加系统的设计和使用难度。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种线-圆极化可重构天线及防雷方法，解决了现有防雷方法中存在的不足。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种线-圆极化可重构天线，它包括通过PIN二极管S1和S2将调谐枝节P1和P2连接在沿对角线馈电的矩形微带天线的两边；所述PIN二极管S1和S2的偏置状态相反，在通电时，一个PIN二极管导通，另一个PIN二极管断开，这会影响天线上TM10模和TM01模的谐振频率，使得TM10模和TM01模两种模式的场幅度相同而相位相差90
°
，再通过改变两个PIN二极管的通断状态实现天线的左旋、右旋圆极化以及线极化的重构。
[0008]还包括1/4波长短路线，所述1/4波长短路线与所述调谐枝节P1和P2相连作为直流接地，进而实现对所述PIN二极管S1和S2的通断控制。
[0009]一种基于线-圆极化可重构天线的防雷方法，所述防雷方法包括：当接收到预警信号时，分别通过与枝节连接的接地导体给两个开关馈电，而此时给连接开关S1的接地导体馈负电，另一个连接S2的接地导体馈正电，则两个开关S1，S2同时断开，天线工作于线极化。改变受控电压源的输入极性，使得PIN二极管S1和S2同时断开天线从正常工作的圆极化状态转换为雷电电磁场主能量难以耦合的线极化状态，使得能量无法通过天线到达后端设备，从而达到防雷目的。
[0010]所述防雷方法还包括：当没有接收到预警信号时，改变受控电压源的输入极性，使得PIN二极管S1和S2一个导通，另一个断开，从而使得天线从线极化状态转换为正常工作的圆极化状态。
[0011]所述预警信号的预警条件包括：如果同时满足电流传感器采集的雷电流脉冲信号条件判断步骤和磁天线上的磁场脉冲信号条件判断步骤的条件，则发出预警信号。
[0012]所述电流传感器采集的雷电流脉冲信号条件判断步骤包括：（1）判断雷电流脉冲信号宽度是否在10-100微秒范围内，如果是，则表示满足信号宽度条件，如果不是，则表示不满足；（2）判断雷电流脉冲信号频谱能量集中分布是否在0-300KHz范围内，且频谱特征表现为随着频率上升能量递减，如果是，则表示满足信号频率能量条件，如果不是，则表示不满足；（3）判断是否至少两次连续出现满足信号宽度条件和信号频率能量条件的雷电流脉冲信号，如果是，则表示满足电流传感器采集的雷电流脉冲信号条件的要求，如果不是，则表示不满足电流传感器采集的雷电流脉冲信号条件的要求。
[0013]所述磁天线上的磁场脉冲信号条件判断步骤包括：A、判断磁场脉冲信号的时宽是否不超过1微秒，如果是，则表示满足信号时宽条件，如果不是，则表示不满足；B、判断是否至少两次连续出现满足信号时宽条件的雷电流脉冲信号，如果是，则表示满足磁天线上的磁场脉冲信号条件的要求，如果不是，则表示不满足磁天线上的磁场脉冲信号条件的要求。
[0014]本专利技术具有以下优点：一种线-圆极化可重构天线及防雷方法，通过改变电压源的正负性，控制PIN二极管的通断，从而改变天线的极化状态，让天线从正常工作的圆极化辐射状态切换到线极化辐射状态，使得雷电电磁场的主能量难以通过天线的线极化状态进行能量耦合到达后端设备，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
[0015]图1 为本专利技术天线的结构示意图；图2 为枝节长度变化时对应的天线回波损耗图；图3a 为圆极化状态天线的回波损耗示意图；图3b 为圆极化状态天线的轴比示意图；图3c 为圆极化状态天线的各频点最大增益示意图图4a 为线极化状态天线的回波损耗示意图；图4b 为线极化状态天线的轴比示意图；图4c 为线极化状态天线的各频点最大增益示意图；图5 为圆极化和线极化状态本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种线-圆极化可重构天线，其特征在于：它包括通过PIN二极管S1和S2将调谐枝节P1和P2连接在沿对角线馈电的矩形微带天线的两边；所述PIN二极管S1和S2的偏置状态相反，在通电时，一个PIN二极管导通 ，另一个PIN二极管断开，这会影响天线上TM10模和TM01模的谐振频率，通过调节枝节大小使得TM10模和TM01模两种模式的场幅度相同而相位相差90
°
，再通过改变两个PIN二极管的通断状态实现天线的左旋、右旋圆极化以及线极化的重构。2.根据权利要求1所述的一种线-圆极化可重构天线，其特征在于：还包括1/4波长短路线，所述1/4波长短路线与所述调谐枝节P1和P2相连作为直流接地。3.一种基于线-圆极化可重构天线的防雷方法，其特征在于：所述防雷方法包括：当接收到预警信号时，分别通过与枝节连接的接地导体给两个开关馈电，而此时给连接开关S1的接地导体馈负电，另一个连接S2的接地导体馈正电，则两个开关S1，S2同时断开，天线工作于线极化，改变受控电压源的输入极性，使得PIN二极管S1和S2同时断开；天线从正常工作的圆极化状态转换为雷电电磁场主能量难以耦合的线极化状态，使得能量无法通过天线到达后端设备，从而达到防雷目的。4.根据权利要求3所述的一种基于线-圆极化可重构天线的防雷方法，其特征在于：所述防雷方法还包括：当没有接收到预警信号时，改变受控电压源的输入极性，使得PIN二极管S1和S2一个导通，另一个断开，从而使得天线从线极...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈极权，刘昆，夏晴，倪鹏程，王元，杜春伶，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：