CN115296027A - 一种新型并馈馈电全向天线 - Google Patents

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高静
毛飞
朱小三
李霞
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Abstract

本发明公开了一种新型并馈馈电全向天线，涉及雷达馈线领域，包括辐射结构，辐射结构包括采用嵌套形式设置的同轴馈线结构，所述同轴馈线结构将电磁波信号分为两股幅度相位相同的电磁波信号沿着两个电磁波辐射口进行输出；本发明的天线与传统的全向天线的馈电形式不同，传统的馈电方式为串馈馈电，本发明中采用并馈馈电，每个辐射口的幅度、相位相同，易于做高增益天线，打破传统全向天线增益难以做高的局限；此外，本发明的天线的方位面的增益起伏很小，全向性非常好，空域覆盖角度大；最后，本发明的结构设计工艺要求低，生产的成本较低，结构实现简单，从而大大提高了可靠性。

Description

一种新型并馈馈电全向天线
技术领域
本发明涉及雷达馈线领域，具体为一种新型并馈馈电全向天线。
背景技术
天线作为发射和接收电磁波的电子设备，是雷达天馈线系统的重要组成部分，在一些通信系统领域，为了实现信号的全方位覆盖，需要采用全向天线。
为实现全向高增益，天线设计一般采用并馈和串馈的方法组成阵列实现高增益。现行的各类全向天线中，同轴馈电系统中如COCO天线、CTS天线等全部都是串馈形式，这些串馈形式的天线，沿着电磁波传播方向，每个单元上的辐射功率呈现递减的趋势，导致增益很难做到很高。并馈结构的全向天线馈电结构复杂、成本较高、可靠性低等，暂时在这一领域空缺。为此，我们提供一种新型并馈馈电全向天线。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种新型并馈馈电全向天线以解决上述提出的问题，此种天线与传统全向天线的馈电形式不同。利用巧妙的馈线设计，实现天线并馈馈电。
本发明可以通过以下技术方案实现：一种新型并馈馈电全向天线，包括辐射结构，辐射结构包括采用嵌套形式设置的同轴馈线结构，所述同轴馈线结构将电磁波信号分为两股幅度相位相同的电磁波信号沿着两个电磁波辐射口进行输出。
本发明的进一步技术改进在于：所述辐射结构包括第一金属内导体和第二金属内导体，所述第一金属内导体同轴设置在第二金属内导体的内部且第一金属内导体向上延伸，且第一金属内导体的上端裸露与金属导体的外包层外。
本发明的进一步技术改进在于：包括按照空间顺序排布的多个金属套筒，包裹在第一金属内导体和第二金属内导体外侧的金属套筒与其相邻的两个金属套筒之间形成间隙，电磁波到达天线辐射间隙时一分为二，分别经过两个电磁波辐射口输出。
本发明的进一步技术改进在于：所述同轴馈线结构内的电流通过空间电磁场耦合，使得其上部和下部区域结构产生表面断流，而耦合产生的表面电流与同轴馈线结构中的电流共同作用产生空间电磁场，通过幅度和相位的矢量相加，形成天线单元的辐射特性。
本发明的进一步技术改进在于：包括射频同轴半刚电缆，所述射频同轴半刚电缆的底部连接有金属圆盘底座，所述金属圆盘底座上安装有N型连接器，射频同轴半刚电缆与N型连接器电性连接，电磁波信号通过N型连接器总口输入，沿着射频同轴半刚电缆进行传输，达到天线辐射间隙。
本发明的进一步技术改进在于：所述第一金属内导体具体为射频同轴半刚电缆的具有设定长度的一部分。
本发明的进一步技术改进在于：所述射频同轴半刚电缆的顶部电性连接有第三金属内导体，第三金属内导体的一端贯穿至顶层的金属套筒内，从而使天线顶端等效为终端开路结构。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
本发明的天线与传统的全向天线的馈电形式不同，传统的馈电方式为串馈馈电，本发明中采用并馈馈电，每个辐射口的幅度、相位相同，易于做高增益天线，打破传统全向天线增益难以做高的局限；此外，本发明的天线的方位面的增益起伏很小，全向性非常好，空预覆盖角度大；最后，本发明的结构设计工艺要求低，生产的成本较低，结构实现简单，从而大大提高了可靠性。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明整体结构剖视示意图；
图2为本发明天线主体结构示意图；
图3为本发明图2中A处的放大示意图；
图4为本发明图2中B处的放大示意图；
图5为本发明图2中C处的放大示意图；
图6为本发明的电磁波输出方向示意图；
图7为本发明的天线馈线端口的驻波曲线图；
图8为本发明的天线方位面远场增益方向图(归一化)；
图9为天线俯仰面远场增益方向图。
图中：1、第一金属套筒；2、第二金属套筒；3、第三金属套筒；4、第四金属套筒；5、射频同轴半刚电缆；61、第一金属内导体；62、第二金属内导体；63、第三金属内导体；7、天线罩。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
请参阅图1-9所示，一种新型并馈馈电全向天线，包括多个金属套筒，按照空间上从下往上的排布顺序分别将其标记为第一金属套筒1、第二金属套筒2、第三金属套筒3和第四金属套筒4，且第一金属套筒1的底部设置有金属圆盘底座，且第一金属套筒1与金属圆盘底座固定连接，多个金属套筒之间设置有一定间隙，且每相邻的两个金属套筒之间设置有至少两个聚丙烯绝缘硬片，且聚丙烯绝缘硬片的两端分别使用螺钉固定在不同的金属套筒上，从而实现金属套筒之间的连接；
金属圆盘底座的中心位置固定有射频同轴半刚电缆5的一端，射频同轴半刚电缆5的另一端竖直向上延伸；第三金属套筒3中设置有金属内导体，金属内导体包括第一金属内导体61、第二金属内导体62和第三金属内导体63，第二金属内导体62设置在第一金属内导体61的外侧，第三金属内导体63的底部与射频同轴半刚电缆5的顶部电性连接，整个馈电天线的外部设有天线罩7以进行防护。
在本发明中，射频同轴半刚电缆5是同轴馈电的总口，两节金属内导体相当于同轴功分器的两个分口，实现馈电并馈；
在本具体实施例中，如图3所示，第一金属内导体61使用射频同轴半刚电缆5进行替代，此时，第一金属内导体61的内芯半径为rnx1＝1.75mm，对应的外包层导体半径为rwx1＝4mm，第一金属内导体有一段裸露于外包层之外，对应于天线辐射间隙，裸露长度为hf＝10mm；
第二金属内导体62的半径设为rnx2＝12mm，高度hnx2＝65mm，第二金属内导体62的高度为四分之一波导波长，等效为馈电阻抗与天线阻抗的四分之一阻抗变换端；第三金属内导体63的半径设为rnx3＝5mm，高度是hnx3＝195mm，外半径rwx2＝17.5mm，电磁波辐射口的长度hf1＝12mm；
图3中所示的金属内导体结构是本馈电天线的辐射部分，此处的第一金属内导体61与第二金属内导体65构成的同轴馈线利用嵌套的形式，等效为同轴T型功分网络，实现天线的并馈方式馈电。
如图4所示，第三金属内导体63的一端贯穿至第四金属套筒4内，从而使天线顶端等效为终端开路结构，进入到第四金属套筒内的导体长度设为hnx4＝79mm,内芯长度设置为四分之一波导波长，第四金属套筒的壁厚t＝2.5mm；如图5所示，第一金属套筒1的高度设置为hwx5＝190mm，第二金属套筒2的高度设置为hwx6＝80mm，第一金属套筒1与第二金属套筒2之间设置有扼流槽，且扼流槽的宽度设置为hf2＝35mm；图4和图5中的结构对天线单元的散射特性和辐射特性都有影响，主要用来匹配辐射端口阻抗以及天线表面电流，图2中同轴馈线结构内的电流通过空间电磁场耦合，使得其上部和下部区域结构也会产生表面断流，而耦合产生的表面电流与同轴馈线结构中的电流共同作用产生空间电磁场，通过幅度和相位的矢量相加，形成天线单元的辐射特性。
如图6，整个并馈馈电天线在工作时，电磁波从底部金属圆盘底座上安装的N型连接器总口输入，沿着射频同轴半刚电缆5进行传输，达到天线辐射孔位置时，电磁波信号一分为二，沿着两个电磁波辐射口输出。此时，不同于其他的同轴裂缝全向天线，两个辐射口的电磁波幅度相位相同，而传统的串馈形式的天线上每个单元的辐射功率随着电磁波的传输呈现递减的趋势，相位也存在滞后现象。
如图7-图9所示，本发明的馈电天线的电压驻波比小于2的带宽达到10％以上，方位面的增益起伏小于±0.1dB,全向性非常好，同时，俯仰面的增益可以达到6.07dB。且空域覆盖可以达到60°。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种新型并馈馈电全向天线，其特征在于：包括辐射结构，所述辐射结构包括采用嵌套形式设置的同轴馈线结构，所述同轴馈线结构将电磁波信号分为两股幅度相位相同的电磁波信号沿着两个电磁波辐射口进行输出。
2.根据权利要求1所述的一种新型并馈馈电全向天线，其特征在于，所述辐射结构包括第一金属内导体(61)和第二金属内导体(62)，所述第一金属内导体(61)同轴设置在第二金属内导体(62)的内部且第一金属内导体(61)向上延伸，且第一金属内导体(61)的上端裸露与金属导体的外包层外。
3.根据权利要求2所述的一种新型并馈馈电全向天线，其特征在于，包括按照空间顺序排布的多个金属套筒，包裹在第一金属内导体(61)和第二金属内导体(62)外侧的金属套筒与其相邻的两个金属套筒之间形成间隙，电磁波到达天线辐射间隙时一分为二，分别经过两个电磁波辐射口输出。
4.根据权利要求1所述的一种新型并馈馈电全向天线，其特征在于，所述同轴馈线结构内的电流通过空间电磁场耦合，使得其上部和下部区域结构产生表面断流，而耦合产生的表面电流与同轴馈线结构中的电流共同作用产生空间电磁场，通过幅度和相位的矢量相加，形成天线单元的辐射特性。
5.根据权利要求3所述的一种新型并馈馈电全向天线，其特征在于，包括射频同轴半刚电缆(5)，所述射频同轴半刚电缆(5)的底部连接有金属圆盘底座，所述金属圆盘底座上安装有N型连接器，射频同轴半刚电缆(5)与N型连接器电性连接，电磁波信号通过N型连接器总口输入，沿着射频同轴半刚电缆(5)进行传输，达到天线辐射间隙。
6.根据权利要求5所述的一种新型并馈馈电全向天线，其特征在于，所述第一金属内导体(61)具体为射频同轴半刚电缆(5)的具有设定长度的一部分。
7.根据权利要求5所述的一种新型并馈馈电全向天线，其特征在于，所述射频同轴半刚电缆(5)的顶部电性连接有第三金属内导体(63)，第三金属内导体(63)的一端贯穿至顶层的金属套筒内，从而使天线顶端等效为终端开路结构。
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