CN109755741A - 一种并馈单极子共轴电视发射天线阵 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种并馈单极子共轴电视发射天线阵，包括馈电网络和与所述馈电网络相连接的单极子单元，馈电网络采用同一种规格的同轴线连接而成，每个单极子单元包括从下往上的接地金属长筒、馈电金属筒、寄生金属筒Ⅰ和寄生金属筒Ⅱ，采用金属撑杆轴向穿过所有的金属筒，还采用玻璃钢天线罩包裹整个天线阵，在底部的金属底座上设置信号输入端口。单极子单元包括的四个金属筒的直径沿轴向递减，且接地金属长筒的长度最长，馈电网络设置三级T形同轴线结构，相应地设置三级分支点。本发明的技术方案同时兼顾了天线阵的机械强度、带宽、增益、电压驻波比和不圆度，使天线阵具备优良的技术性能。

Description

一种并馈单极子共轴电视发射天线阵

技术领域

本发明涉及天线技术领域，尤其涉及一种并馈单极子共轴电视发射天线阵。

背景技术

随着我国数字电视技术的迅速发展，数字电视业务已在我国绝大多数城市中得到了广泛的应用。而高质量的数字电视发射天线可以有效地利用发射机的功率并降低对接收设备的指标要求，因此研究高性能的移动数字收发天线能够有效地促进数字电视业务的发展和提高移动数字网络的覆盖率。目前，电视频道剧增，应用于电视发射的分米波段全向垂直极化天线阵，在保障增益、驻波比及不圆度等指标满足要求的前提下，带宽有待提高。

发明内容

本发明提供一种并馈单极子共轴电视发射天线阵，技术方案如下：

一种并馈单极子共轴电视发射天线阵，包括馈电网络、与馈电网络相连接的单极子单元、金属撑杆、璃钢天线罩、保护导体、金属底座及设置于金属底座上的信号输入端口，所述单极子单元包括依次设置的接地金属长筒、馈电金属筒、寄生金属筒Ⅰ和寄生金属筒Ⅱ。

其特征在于，所述馈电网络采用同一种规格的同轴线连接而成，接地金属长筒、馈电金属筒、寄生金属筒Ⅰ及寄生金属筒Ⅱ的直径递减，接地金属长筒的长度大于其他金属筒的长度。

接地金属长筒、馈电金属筒、寄生金属筒Ⅰ及寄生金属筒Ⅱ的上端均设置圆形金属托盘，馈电金属筒内部横向设置与筒体导通的馈电金属细杆，馈电金属细杆与馈电网络同轴线内导体电连接。

进一步的，馈电网络设置三级T形同轴线结构，包括第二级分支点、第一级分支点和总线分支点。

馈电金属细杆与第二级分支点之间串接阻抗变换器，阻抗变换器包括一根四分之一波长的串联同轴线，串联同轴线的内导体两端作为连接端子分别连接馈电金属细杆与第二级分支点，阻抗变换器还包括一根四分之一波长的并联同轴线，并联同轴线的内导体两端分别焊接在串联同轴线的外导体两端；

第二分支点与第一分支点之间串联一根二分之一波长的同轴线，该同轴线的内导体的两端分别连接第二分支点和第一分支点，该同轴线的外导体与金属撑杆电连接。

第一分支点与所述总线分支点之间串联一根二分之三波长的同轴线，该同轴线的内导体的两端分别连接第一分支点和总线分支点，该同轴线的外导体与金属撑杆电连接，在总线分支点设置一根开路短截同轴线，该开路短截同轴线的一端内导体与总线分支点电连接，开路短截同轴线的另一端截断处理形成开路，总线分支点与信号输入端口之间通过一根同轴线连接。

进一步的，接地金属长筒内部设置塑料支撑圆盘，塑料支撑圆盘的边缘紧贴支撑在接地金属长筒的内壁的轴向中间位置，金属撑杆轴向穿过所有的圆形金属托盘和塑料支撑圆盘，金属撑杆与塑料支撑圆盘之间绝缘。

玻璃钢天线罩包裹整个天线阵，与单极子单元间固定填充海绵，保护导体装在玻璃钢天线罩顶部内侧与金属撑杆上端之间，金属底座与玻璃钢天线罩底端固定连接，金属底座与金属撑杆下端固定连接。

本发明的单极子单元的四个金属筒直径沿轴向依次递减，不同的直径和长度改变其对应的频点，改变起辐射作用的三个金属筒长度和直径，分别谐振于频带内的三个频点，因此这种渐变结构能能较好地改善天线阵带宽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的整体主视结构示意图；

图2是本发明的馈电网络示意图；

图3是本发明的馈电金属筒俯视示意图；

图4是本发明的实施例的电压驻波比实测数据曲线图；

图5是本发明的实施例的辐射特性图。

附图中各部件的标记为：1-馈电网络、2-单极子单元、3-金属撑杆、4-玻璃钢天线罩、5-保护导体、6-金属底座、7-信号输入端口、11-总线分支点、12-第一级分支点、13-第二级分支点、14-阻抗变换器、141-串联同轴线、142-并联同轴线、15-开路短截同轴线、21-接地金属长筒、22-馈电金属筒、23-寄生金属筒Ⅰ、24-寄生金属筒Ⅱ、25-馈电金属细杆，26-圆形金属托盘，27-塑料支撑圆盘。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种并馈单极子共轴电视发射天线阵，包括馈电网络1、与所述馈电网络1相连接的单极子单元2、金属撑杆3、璃钢天线罩4、保护导体5、金属底座6及设置于所述金属底座6上的信号输入端口7，所述单极子单元2包括依次设置的接地金属长筒21、馈电金属筒22、寄生金属筒Ⅰ23和寄生金属筒Ⅱ24；

所述馈电网络1采用同一种规格的同轴线连接而成，所述接地金属长筒21、所述馈电金属筒22、所述寄生金属筒Ⅰ23及所述寄生金属筒Ⅱ24的直径递减，所述接地金属长筒21的长度大于其他金属筒的长度；

所述接地金属长筒21、所述馈电金属筒22、所述寄生金属筒Ⅰ23及所述寄生金属筒Ⅱ24的上端均设置圆形金属托盘26，馈电金属筒内部横向设置与筒体导通的馈电金属细杆，馈电金属细杆与馈电网络同轴线内导体电连接。

每个单极子单元2包括的从下往上布置的接地金属长筒21、馈电金属筒22、寄生金属筒Ⅰ23及寄生金属筒Ⅱ24的直径沿轴向递减，接地金属长筒21的长度大于其他金属筒。筒的直径和长度改变其对应的频点不同，改变起辐射作用的三个金属筒长度和直径，分别谐振于频带内的三个频点，因此这种渐变结构能一定程度改善天线阵带宽；上方两个寄生金属筒内壁与杆在电气上形成开路，电流主要分布在筒外壁，提高了天线的增益；接地金属长筒的长度大于其他金属筒的长度，接地金属长筒的直径大于其他金属筒的直径，能够更好的起到接地作用，能避免天线方向性图的副瓣变大。馈电网络只采用一种规格同轴线使天线阵结构简单，同时保证天线功率容量，且降低成本。

如图2所示，所述馈电网络1设置三级T形同轴线结构，包括第二级分支点13、第一级分支点12和总线分支点11；；

所述馈电金属细杆25与所述第二级分支点13之间串接阻抗变换器14，所述阻抗变换器14包括一根四分之一波长的串联同轴线141，所述串联同轴线141的内导体两端作为连接端子分别连接所述馈电金属细杆25与所述第二级分支点13，所述阻抗变换器14还包括一根四分之一波长的并联同轴线142，所述并联同轴线142的内导体两端分别焊接在所述串联同轴线141的外导体两端；

所述第二分支点13与所述第一分支点12之间串联一根二分之一波长的同轴线，所述二分之一波长的同轴线的内导体的两端分别连接所述第二分支点13和所述第一分支点12，所述二分之一波长的同轴线的外导体与所述金属撑杆3电连接；

所述第一分支点12与所述总线分支点11之间串联一根二分之三波长的同轴线，所述二分之三波长的同轴线的内导体的两端分别连接所述第一分支点12和所述总线分支点11，所述二分之三波长的同轴线的外导体与所述金属撑杆3电连接，在所述总线分支点11上设置一根开路短截同轴线15，所述开路短截同轴线15的一端内导体与所述总线分支点11电连接，所述开路短截同轴线15的另一端截断处理形成开路，所述总线分支点11与所述信号输入端口7之间通过一根同轴线连接。

通过并联同轴开路短截线来抵消天线输入阻抗的虚部，级联方式方便调整级联同轴线长度或增加级联支节来改变传输线特性阻抗，以满足2、4、6、8、10等单极子振子数的天线阵馈电网络结构，而天线功率容量不会减小。

如图1所示，所述接地金属长筒21内部设置塑料支撑圆盘27，所述塑料支撑圆盘27的边缘紧贴支撑在所述接地金属长筒21的内壁的轴向中间位置，所述金属撑杆3轴向穿过所有的所述圆形金属托盘26和所述塑料支撑圆盘27，所述金属撑杆3与所述塑料支撑圆盘27之间绝缘。接地金属长筒内部加入塑料支撑圆盘，使得金属筒的结构更加稳定。

所述玻璃钢天线罩4包裹整个天线阵，与所述单极子单元2之间固定填充海绵，所述保护导体5安装在所述玻璃钢天线罩4顶部内侧与所述金属撑杆3上端之间，所述金属底座6与所述玻璃钢天线罩4底端固定连接，所述金属底座6与所述金属撑杆3下端固定连接。

所述单极子单元2与所述金属底座6之间的距离为700mm-800mm。

所述金属撑杆3为圆形中空金属管，所述金属撑杆3的外径为

6mm-10mm，所述馈电金属细杆25的直径与同轴线内导体直径一致，所述馈电金属细杆25的中心处与所述串联同轴线141的内导体焊接，所述馈电金属细杆25与所述馈电金属筒22的开口端距离为5mm-10mm。金属撑杆的尺寸既展宽天线频带，又保障了天线的机械强度，因为金属撑杆直径过小会影响支撑强度，金属撑杆直径过大会影响筒壁电流分布从而改变谐振频点。馈电金属筒内设置馈电金属细杆，馈电网络同轴线末端内导体焊接于细杆的中心，使电流通过细杆分两路馈入金属筒，相比直接将馈电线内导体焊接筒壁的结构，加工更易实现，并且电流分布更均匀，并且调节馈电金属细杆的长度只改变天线输入阻抗虚部，实部变化不明显，调节馈电金属细杆筒壁的上下位置会明显改变电流在筒壁上的分布，从而改变天线的输入阻抗。

所述馈电金属细杆25的长度的二分之一与所述馈电金属筒22的高度之和等于带宽中心频点对应波长的四分之一。

各金属筒壁厚度在0.8mm-1.2mm之间，馈电金属筒22的长度在85mm(0.35λ)-90mm(0.375λ)之间，馈电金属筒22的直径在38mm-42mm之间，频率谐振点在频带内低频段；寄生金属筒Ⅰ(23)的长度在70mm(0.3λ)-80mm(0.33λ)之间，寄生金属筒Ⅰ(23)的直径在34mm-38mm之间，频率谐振点在频带内中频段；寄生金属筒Ⅱ(24)的长度在65mm(0.27λ)-70mm(0.3λ)之间，寄生金属筒Ⅱ(24)的直径在30mm-34mm之间，频率谐振点在频带内高频段；接地金属长筒21长度在100mm(0.42λ)-115mm(0.48λ)之间，直径在44mm-50mm之间。四组单极子单元2采用轴向齐平排列方式，组成共轴排列垂直极化天线阵。由于金属筒筒壁过厚会延长筒壁电流传输路径，筒壁过薄会使筒物理结构不稳定，在搬运过程中易发生形变，根据实验测试后，壁厚选择在0.8-1.2mm时对天线阵子输入阻抗影响不大并且物理结构稳定。

如图4、图5所示，一种并馈单极子共轴电视发射天线阵的相关部件选用如下配置：接地金属长筒21、馈电金属筒22、寄生金属筒Ⅰ23及寄生金属筒Ⅱ24的直径分别为50mm、40mm、36mm及32mm，长度分别为107mm、90mm、70mm及65mm，筒壁厚均为0.8mm，馈电网络1选用外直径3.47mm、内径为1mm、介质为聚乙烯的同轴线，阻抗变换器长度为60mm，开路短截同轴线15长度为15mm，最下方单极子单元的接地金属长筒21与底座6之间的距离为750mm。在工作频带640MHz～940MHz内，信号输入端口7的驻波比均小于1.5，说明输入端口匹配特性良好。图中VSWR表示电压驻波比、Freq表示频率。通过微调同轴功分馈电网络的并联开路短截线长度，可以改善频带内相应频点的驻波比特性。

在水平方向(H面)呈现出很好的全向性，并且天线的不圆度非常好，在垂直方向(E面)的半功率辐射角度为15°，最大增益超过了8.5dBi。

本发明的设计同时兼顾了天线阵的机械强度，在保障增益、电压驻波比和不圆度满足要求的前提下，扩展带宽，使天线阵具备优良的技术性能。

应说明的是：上述波长与λ均表示频带中心频率对应波长。以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种并馈单极子共轴电视发射天线阵，包括馈电网络(1)、与所述馈电网络(1)相连接的单极子单元(2)、金属撑杆(3)、璃钢天线罩(4)、保护导体(5)、金属底座(6)及设置于所述金属底座(6)上的信号输入端口(7)，所述单极子单元(2)包括依次设置的接地金属长筒(21)、馈电金属筒(22)、寄生金属筒Ⅰ(23)和寄生金属筒Ⅱ(24)；

其特征在于，所述馈电网络(1)采用同一种规格的同轴线连接而成，所述接地金属长筒(21)、所述馈电金属筒(22)、所述寄生金属筒Ⅰ(23)及所述寄生金属筒Ⅱ(24)的直径递减，所述接地金属长筒(21)的长度大于所述馈电金属筒(22)、寄生金属筒Ⅰ(23)及寄生金属筒Ⅱ(24)的长度；

所述接地金属长筒(21)、所述馈电金属筒(22)、所述寄生金属筒Ⅰ(23)及所述寄生金属筒Ⅱ(24)的上端均设置圆形金属托盘(26)，馈电金属筒内部横向设置与筒体导通的馈电金属细杆(25)，所述馈电金属细杆(25)与馈电网络同轴线内导体电连接。

2.根据权利要求1所述的一种并馈单极子共轴电视发射天线阵，其特征在于，所述馈电网络(1)设置三级T形同轴线结构，包括第二级分支点(13)、第一级分支点(12)和总线分支点(11)；

所述馈电金属细杆(25)与所述第二级分支点(13)之间串接阻抗变换器(14)，所述阻抗变换器(14)包括一根四分之一波长的串联同轴线(141)，所述串联同轴线(141)的内导体两端作为连接端子分别连接所述馈电金属细杆(25)与所述第二级分支点(13)，所述阻抗变换器(14)还包括一根四分之一波长的并联同轴线(142)，所述并联同轴线(142)的内导体两端分别焊接在所述串联同轴线(141)的外导体两端；

所述第二分支点(13)与所述第一分支点(12)之间串联一根二分之一波长的同轴线，所述二分之一波长的同轴线的内导体的两端分别连接所述第二分支点(13)和所述第一分支点(12)，所述二分之一波长的同轴线的外导体与所述金属撑杆(3)电连接；

所述第一分支点(12)与所述总线分支点(11)之间串联一根二分之三波长的同轴线，所述二分之三波长的同轴线的内导体的两端分别连接所述第一分支点(12)和所述总线分支点(11)，所述二分之三波长的同轴线的外导体与所述金属撑杆(3)电连接，在所述总线分支点(11)上设置一根开路短截同轴线(15)，所述开路短截同轴线(15)的一端内导体与所述总线分支点(11)电连接，所述开路短截同轴线(15)的另一端截断处理形成开路，所述总线分支点(11)与所述信号输入端口(7)之间通过一根同轴线连接。

3.根据权利要求2所述的一种并馈单极子共轴电视发射天线阵，其特征在于，所述接地金属长筒(21)内部设置塑料支撑圆盘(27)，所述塑料支撑圆盘(27)的边缘紧贴支撑在所述接地金属长筒(21)的内壁的轴向中间位置，所述金属撑杆(3)轴向穿过所有的所述圆形金属托盘(26)和所述塑料支撑圆盘(27)，所述金属撑杆(3)与所述塑料支撑圆盘(27)之间绝缘；

所述玻璃钢天线罩(4)包裹整个天线阵，与所述单极子单元(2)之间固定填充海绵，所述保护导体(5)安装在所述玻璃钢天线罩(4)顶部内侧与所述金属撑杆(3)上端之间，所述金属底座(6)与所述玻璃钢天线罩(4)底端固定连接，所述金属底座(6)与所述金属撑杆(3)下端固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种并馈单极子共轴电视发射天线阵，其特征在于，所述单极子单元(2)与所述金属底座(6)之间的距离为700mm-800mm。

5.根据权利要求4所述的一种并馈单极子共轴电视发射天线阵，其特征在于，所述金属撑杆(3)为圆形中空金属管，所述金属撑杆(3)的外径为6mm-10mm，所述馈电金属细杆(25)的直径与同轴线内导体直径一致，所述馈电金属细杆(25)的中心处与所述串联同轴线(141)的内导体焊接，所述馈电金属细杆(25)与所述馈电金属筒(22)的开口端距离为5mm-10mm。

6.根据权利要求5所述的一种并馈单极子共轴电视发射天线阵，其特征在于，所述馈电金属细杆(25)的长度的二分之一与所述馈电金属筒(22)的高度之和等于带宽中心频点对应波长的四分之一。

7.根据权利要求6所述的一种并馈单极子共轴电视发射天线阵，其特征在于，所述接地金属长筒(21)、所述馈电金属筒(22)、所述寄生金属筒Ⅰ(23)及所述寄生金属筒Ⅱ(24)的筒壁厚度均为0.8mm-1.2mm，所述馈电金属筒(22)的长度为85mm-90mm，所述馈电金属筒(22)的直径为38mm-42mm，所述寄生金属筒Ⅰ(23)的长度为70mm-80mm，所述寄生金属筒Ⅰ(23)的直径为34mm-38mm，所述寄生金属筒Ⅱ(24)的长度为65mm-70mm，所述寄生金属筒Ⅱ(24)的直径为30mm-34mm，所述接地金属长筒(21)的长度为100mm-115mm，所述接地金属长筒(21)的直径为44mm-50mm。