一种自动展开收藏的软对数周期天线

南晓广，王英杰，李聪聪

（1.河北远东通信系统工程有限公司，河北 石家庄 050081；2.石家庄高新技术产业开发区热电煤气公司，河北 石家庄 050080）

对数周期天线其结构简单、造价便宜，在EMC 领域得到广泛应用。它是一种非频变天线，所谓非频变是指天线的阻抗、方向图、增益等电特性在频带范围内基本上无变化。同时对数周期天线又是一种线极化天线，电场的极化方向平行于振子的方向。因而使得对数周期天线具有宽频带特性和线极化特性，所以应用其作为电晕放电信号探测系统是天线部分的最优选择。

对数周期天线有多种形式，目前应用最为广泛的是对数周期振子天线。对于工作在低频段的大尺寸对数周期天线来说，通常的硬结构类型天线不仅结构复杂，而且架设、拆装都需要耗费大量的人力和时间，而以软索为主要组成的软对数周期天线则具有结构简单、重量轻、便于运输、架设方便和易于收藏存放等优点，可以较为容易地实现大尺寸对数周期天线的结构设计。

在国内外的对数周期天线产品中，有自动展开、收藏的产品，但都是用于安装于某一固定载体平台，无法用于车载安装使用，更难以安装于装甲车这种“横冲直撞”的移动平台了。为适应这种移动平台笔者研制了一种自动展开收藏对数周期天线。

1 软对数周期天线结构分析

自动展开收藏对数周期天线处于展开状态时最大外形尺寸：高为5000mm；长4500mm；天线处于收缩状态时最大外形尺寸：高为436mm；长为4500mm。自动展开收藏对数周期天线主要有集合线、2个拉杆组件、振子线、附属拉线、自动天线杆等部分组成。图1、图2是天线展开、收藏的示意图。

图1 天线展开结构形式

自动展开收藏对数周期天线主要是通过自动天线杆来完成它的展开和收缩动作的。自动天线杆有8节组成，天线的2个拉杆和集合线由上到下分别依次固定在自动天线杆的适当位置上。使用时自动天线杆通过电控依次伸出每一节杆来实现天线的展开状态。收缩时同样通过自动天线杆来实现其收缩动作。并且在拉杆上加装了收线装置——类似于“卷尺”，振子线缠绕在收线装置的卷轴上，当展开或收缩时振子线始终保持拉紧状态，从而也达到了自动伸缩的要求。

图2 天线收藏结构形式

自动展开收藏对数周期天线的拉杆采用碳纤维材料，在保证强度前提下，可适应－40℃～＋60℃的工作温度和95±3%的相对湿度，而且还可以减轻天线的自身重量。

2 受力与误差分析

一般情况下，天线所受的载荷主要包括：自重和风负荷。自重主要引起各单元天线在垂直平面内的微小位移，但注意到：各单元天线为竖直方向的软阵子，主要是靠拉杆来支撑软阵子的，拉杆在安装好后会因为杆长自重和杆上的一些元器件而产生变形，这时候通过调节软阵子的拉绳来保证阵子的长度。因此自重变形不会对天线的精度产生影响。风负荷则不同，因为它的大小是不断变化的，没有方向性，它的变化将影响天线阵子的有效长度，从而影响天线的精度。受风载荷最大的是拉杆，拉杆的变形直接影响天线阵子的垂直度，因此计算拉杆的变形可以计算出对天线精度的影响。

风力计算的公式可写为

式（1）中，v为风速，CF为风力系数，A为物体的特征面积。风力作用于拉杆的横向力分别为

对于拉杆的载荷集度为

式（3）中Fi为拉杆所受的横向力，r为各软阵子之间的距离径。把拉杆中间固定死一端的受力示意图如图3所示。

图3 拉杆受力示意图

则距离原点为x的截面的弯矩为

根据变形物体的挠曲线微分方程

式（5）中E为弹性模量，I为惯性矩，δ″为变形的两阶导数。经过两次积分可得

再由边界条件原点处的转角和挠度应等于零，即

当x＝0时，δ′＝0

δ＝0

则式（6）、（7）中的常数C、D均为零。式（7）变为由式（8）可以看出当给定r时，即可求出该处的挠度。通过计算8级风不会影响对数周期天线的精度。

3 材料选择

自动展开收藏的对数周期天线所处的环境条件恶劣，对防腐性能要求较高，材料的选择很重要。拉杆采用碳纤维材料，碳纤维拉杆强度高，有韧性不容易折断，能满足车载地面等各种强度要求。天线振子由特制软线构成，采用钢丝绳外加铜网和电缆护套，天线振子与集合线连接处保证铜网与集合线电缆的外导体连接上，这样既能保证电性能，又能保证振子的结构强度以及耐腐蚀性。振子延长线和天线外围的拉绳均采用迪尼玛绳构成。制作迪尼玛绳采用的进口迪尼玛纤维具有以下优点：超高强度，等直径时强度与钢缆相同；低伸长率，破断伸长率接近钢缆。其制作的绳缆还具有优越的张弛和弯曲疲劳性能以及抗老化和抗化学腐蚀性能，延长了天线的使用寿命。

4 结束语

自动展开收藏的对数周期天线是软对数周期天线与电动天线杆配合，在天线杆升高的同时完成天线的展开；在天线杆的下降的过程中同时完成天线的收藏。在下降的过程中软阵子通过运用卷尺思想，完成“软”振子的收、放。由于金属天线杆的影响，对该天线低频段的驻波比有影响，天线工作频率的低段有反射点。

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