CN204668460U - 一种自匹配对称振子馈电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种自匹配对称振子馈电装置，包括2个振子臂、2个支撑杆、金属连接片和接地板，第一振子臂和第二振子臂为对称振子的两个臂，分别对称地固定于2个支撑杆外壁顶部，2个支撑杆对称地固定于接地板中心位置，第一支撑杆内含带有匹配段的馈电同轴线，第二支撑杆内含特性阻抗Z1，底部终端短路的辅助同轴线，馈电同轴线内导体的顶端通过金属连接片与对侧的辅助同轴线内导体的顶端对称搭接。本实用新型形成的对称0°/180°‘Balun’，不限定振子距地板的高度、不需要外接阻抗调配网络，通过对称振子臂几何形状及架高、同轴线参数等一体化调整，可控制其方向图的形状和波束宽度，更有利于提高相心稳定性。本实用新型可应用于宽频带和圆极化等场合。
Description
技术领域
本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种自匹配对称振子馈电装置。
背景技术
在无线电收发装置中，对称振子可作为独立天线，也可作为阵列天线阵元以及反射面和透镜天线的照射器等，往往要求具有半空间辐射方向图。对称振子要用对称馈线馈送，但现有技术中支撑杆中使用的同轴线并非对称馈线，因此振子两臂激励电流不对称，且激励同轴线外导体外表面电流，使方向图异变，为了实现对称振子与相连的接收/馈电系统匹配，现有技术中一般是，外加阻抗调配网络实现与相连的接收/馈电系统的匹配。为保证对称激励，现有技术中一般要求对称振子与接地板之间的距离保持在λ/4左右。这样不仅增加额外的阻抗调配网络装置，而且因对称振子距接地板距离的限定，使天线方向图可调因素受限。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种既不限定振子与接地板的距离，也不需要外接阻抗调配网络的自匹配对称振子馈电装置。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
一种自匹配对称振子馈电装置，包括第一振子臂、第二振子臂、金属连接片、第一支撑杆和第二支撑杆，所述第一支撑杆内含馈电同轴线，所述第二支撑杆内含辅助同轴线；
所述第一振子臂和第二振子臂为一组对称振子的两个臂，分别对称地固定于第一支撑杆和第二支撑杆的外壁顶部，且与接地板距离相等；所述第一支撑杆和第二支撑杆对称地固定于接地板的中心位置；馈电同轴线内导体的顶端通过金属连接片与对侧的辅助同轴线内导体的顶端对称搭接；所述馈电同轴线底端贯穿接地板，并与接收/馈电系统相连；所述辅助同轴线内导体的底端短路，所述馈电同轴线内导体上带有阻抗匹配段。
本实用新型的有益效果是：不受振子与接地板的距离限制，通过调整振子距地板的高度，控制对称振子方向图的形状和波束宽度改变，本实用新型所述对称振子馈电装置更有利于相位中心稳定和半球波束宽度控制。
本实用新型的有益效果还表现于：不需要外接阻抗调配网络实现与同轴馈电系统的匹配，这样更有利于提高对称振子馈电装置的集成度和整体性。
本实用新型的有益效果还表现于：本实用新型可十分方便地推广至宽带和圆极化，获得更加广泛的应用。
在上述技术方案的基础上，本实用新型特征在于：
所述第一支撑杆和第二支撑杆的中心距远远小于工作频段波长，所述第一振子臂和第二振子臂与接地板的垂直距离不限制于工作频段波长的1/4。
在不破坏结构对称性的前提下，采用金属连接片把馈电同轴线和辅助同轴线的内芯连接,绝缘垫片把金属连接片与同轴线外导体隔离，通过辅助同轴线端头的分布电容实现馈电同轴线芯线与第二振子臂的微波连接。
通过选择馈电同轴线和辅助同轴线的内导体和外导体的直径尺寸以及选择二同轴线中填充介质的电磁参数，来调节馈电同轴线和辅助同轴线的特性阻抗。
所述阻抗匹配段是紧框于内导体上的金属环段，通过调节所述阻抗匹配段的位置和环筘几何尺寸控制馈电同轴线的端阻抗。
通过调节所述辅助同轴线的特性阻抗Z1和短路位置控制辅助同轴线的 端阻抗。
本实用新型通过所述馈电同轴线、所述辅助同轴线及支撑杆端头结构的微波效果共同形成自匹配的阻抗调配网络，无需外加阻抗网络就可实现与连接系统的阻抗匹配。
进一步，所述自匹配对称振子馈电装置既适用于窄频带振子臂，也适用于宽频带振子臂的对称振子馈电装置。
进一步，所述的自匹配对称振子馈电装置，采用所述的两组自匹配对称振子馈电装置，通过空间正交排布加3dB/90°功分器，就可形成自匹配的圆极化半球波束的馈电装置。
附图说明
图1为现有技术中对称振子馈电balun的主视图；
图2为现有技术中对称振子馈电balun的俯视图；
图3为本实用新型所述对称振子馈电balun的主视图；
图4为本实用新型所述对称振子馈电balun的俯视图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1a、第一振子臂，2a、第二振子臂，3a、金属连接片，4a、第一支撑杆，5a、第二支撑杆,6a、接地板，7a、阻抗调配网络装置，8a、50Ω同轴馈电线，41a、同轴线内导体，42a、同轴线填充介质，43a、同轴线外导体，
1、第一振子臂，2、第二振子臂，3、金属连接片，4、第一支撑杆，5、第二支撑杆,6、接地板，7、绝缘垫片，41、馈电同轴线内导体，42、馈电同轴线填充介质，43、馈电同轴线外导体，44、阻抗匹配段，51、辅助同轴线内导体，52、辅助同轴线填充介质，53、辅助同轴线外导体。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
本发明所述涉及各个无线通信天线的基本单元。
图1为现有技术中对称振子馈电balun的主视图，图2为现有技术中对称振子馈电balun的俯视图。
如图1、2所示，现有技术中的对称振子馈电balun中，第一振子臂1a连接第一支撑杆4a中的同轴线外导体43a，第一支撑杆4a中的同轴线内导体41a通过金属连接片3a直接搭接到第二振子臂2a上。第一支撑杆4a中，同轴线内导体41a和同轴线外导体43a之间填充有同轴线填充介质42a。第二支撑杆5a不是同轴线，其仅仅起到支撑的作用。现有技术中的对称振子馈电装置的结构会使对称振子的两臂激励电流不对称，还会激励同轴线外导体外表面电流，使方向图异变。为了使得对称振子二臂的电流对称，将振子与接地板之间的支撑杆的高度限制为工作频段波长的1/4，以此达到消除同轴线外导体外壁上的电流。另外，这种对称振子馈电装置需要增加额外的阻抗调配网络装置7a才能实现与同轴馈电系统8a的匹配。
图3为本实用新型所述对称振子馈电balun的主视图，图4为本实用新型所述对称振子馈电balun的俯视图。
如图3、4所示，一种自匹配对称振子馈电装置，包括第一振子臂1、第二振子臂2、金属连接片3、第一支撑杆4和第二支撑杆5，第一支撑杆4内含馈电同轴线，第二支撑杆5内含辅助同轴线；馈电同轴线包括同轴线内导体41和同轴线外导体43，辅助同轴线包括辅助同轴线内导体51和辅助同轴线外导体53。
第一振子臂1和第二振子臂2分别对称地固定于第一支撑杆4和第二支撑杆5的外壁顶部，且与接地板距离相等；第一支撑杆4和第二支撑杆5对 称地固定于接地板6的中心位置；馈电同轴线内导体41的顶端通过金属连接片3与对侧的辅助同轴线内导体51的顶端对称搭接；馈电同轴线底端贯穿接地板6，并且连接馈电系统；辅助同轴线内导体51的底端短路，馈电同轴线内导体41上带有阻抗匹配段44。
第一支撑杆4和第二支撑杆5分别内含有两个不同特性阻抗的同轴线。第一支撑杆内含同轴线的特性阻抗为50Ω，第二支撑杆内含辅助同轴线，其特性阻抗为Z1。辅助同轴线内导体51的底端连接辅助同轴线外导体53，形成短路。第一支撑杆4和第二支撑杆5的高度小于λ/4时，其端面呈现感性阻抗(Zin＝j Z1 tanβh，h〈λ/4)。在金属连接片3与同轴线外导体之间设置绝缘垫片7，以隔离同轴线内外导体。结构对称性考虑，馈电同轴线内导体并没有与第2臂直接连接，这是靠在第二支撑杆顶端形成的分布电容把馈电同轴线内导体与第二振子臂微波短接。第一支撑杆4和第二支撑杆5的底部被接地板短路形成终端短路的平行双线传输线，第一支撑杆4与第二支撑杆5的高度相等，且高度均不限制于工作频段波长的1/4，由于第一支撑杆4和第二支撑杆5的结构完全对称，即便其高度与λ/4有偏差，在支撑杆外壁上形成电流，但在双线外壁上电流基本上是大小相等，方向相反。又因为双线间距远远小于λ，λ为工作频段波长，因此其辐射是相互抵消的。因此，第一振子臂和第二振子臂电流保持平衡，不会对辐射方向图的对称性产生影响。
通过选择馈电同轴线和辅助同轴线的内导体和外导体的直径尺寸以及选择同轴线填充介质(42)和辅助同轴线填充介质(52)的种类来调节馈电同轴线和辅助同轴线的特性阻抗。
馈电同轴线内置阻抗匹配段，阻抗匹配段实际上是紧框于内导体上的金属环段，通过其位置和环筘几何尺寸来调节其端阻抗。
辅助同轴线是一段特性阻抗Z1的底部短路同轴线，通过对其特性阻抗 Z1和短路位置可调空其端阻抗
第一支撑杆4内馈电同轴线含有阻抗匹配段44，第二支撑杆5内辅助同轴线是一段特性阻抗Z1的底部短路同轴线，馈电同轴线、辅助同轴线与第一和第二支撑杆顶部的分布电容共同形成了天线自身的阻抗匹配网络，无须外置阻抗调配网络就可实现与相连的接收或馈电同轴系统的匹配。
对称振子臂如为宽带振子，本实用新型的馈电装置仍可适用。
本馈电模块可推广应用于圆极化半球波束振子，只需将两组对称振子空间正交排布，加上3dB/90°的功分器则可，仍具有相同的性能和优点。
实施例1
本实施例中对称振子馈电装置的工作频率为1100～1700MHz，对应波长为273～176.5mm。
本实施例中第一振子臂1和第二振子臂2分别对称地固定于第一支撑杆4和第二支撑杆5的外壁顶部，第一支撑杆4和第二支撑杆5对称地固定于接地板6的中心位置，同轴线内导体41的顶端通过金属连接片3搭接辅助同轴线内导体51的顶端，同轴线内导体41的底端连接并贯穿接地板6，辅助同轴线内导体51的底端连接辅助同轴线外导体53，同轴线内导体41上环绕有阻抗匹配段44。其中，第一支撑杆4与第二支撑杆5的外径D＝6mm，第一支撑杆4与第二支撑杆5的中心矩l＝11mm，第一支撑杆4与第二支撑杆5的高度H＝34.5mm。同轴线内导体直径＝1.0mm,同轴线外导体内直径＝3.3mm,同轴线填充介质为聚四氟乙烯，εr＝2.0,tanδ≤0.0005。辅助同轴线内导体直径＝2.5mm,辅助同轴线外导体内直径＝4.0mm,辅助同轴线的特性阻抗～20Ω。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种自匹配对称振子馈电装置，其特征在于，包括第一振子臂(1)、第二振子臂(2)、金属连接片(3)、第一支撑杆(4)和第二支撑杆(5)，所述第一支撑杆(4)内含馈电同轴线，所述第二支撑杆(5)内含辅助同轴线；
所述第一振子臂(1)和第二振子臂(2)为一组对称振子的两个臂，分别对称地固定于第一支撑杆(4)和第二支撑杆(5)的外壁顶部，且与接地板距离相等；所述第一支撑杆(4)和第二支撑杆(5)对称地固定于接地板(6)的中心位置；馈电同轴线内导体(41)的顶端通过金属连接片(3)与对侧的辅助同轴线内导体(51)的顶端对称搭接；所述馈电同轴线底端贯穿接地板(6)，与馈电或接收系统连接；所述辅助同轴线内导体(51)的底端短路，所述馈电同轴线内导体(41)上设置阻抗匹配段(44)。
2.根据权利要求1所述一种自匹配对称振子馈电装置，其特征在于，所述第一支撑杆(4)和第二支撑杆(5)的中心距远远小于工作频段波长，所述第一振子臂(1)和第二振子臂(2)与接地板的垂直距离不限制于工作频段波长的1/4。
3.根据权利要求1所述一种自匹配对称振子馈电装置，其特征在于，金属连接片(3)把馈电同轴线和辅助同轴线的内芯连接,绝缘垫片(7)把金属连接片(3)与同轴线外导体(43)隔离，馈电同轴线内芯在与辅助同轴线内芯连接时，利用辅助同轴线端头的分布电容与第二振子臂实现微波连接。
4.根据权利要求1所述一种自匹配对称振子馈电装置，其特征在于，通过选择馈电同轴线和辅助同轴线的内、外导体直径以及二个同轴线的填充介质来调节二同轴线的特性阻抗。
5.根据权利要求1所述一种自匹配对称振子馈电装置，其特征在于，所述阻抗匹配段(44)是紧框于内导体上的金属环段，通过调节所述阻抗匹配段(44)的位置和环筘几何尺寸控制馈电同轴线端口阻抗。
6.根据权利要求1所述一种自匹配对称振子馈电装置，其特征在于，通过调节所述辅助同轴线的特性阻抗Z1和短路终端的位置控制辅助同轴线端口阻抗。
7.根据权利要求1至6任一项所述一种自匹配对称振子馈电装置，其特征在于，所述辅助同轴线和馈电同轴线自形成阻抗匹配网络。
8.根据权利要求1所述一种自匹配对称振子馈电装置，其特征在于，所述自匹配对称振子馈电装置既适用于窄频带振子臂也适用于宽频带对称振子。
9.根据权利要求1所述一种自匹配对称振子馈电装置，其特征在于，采用所述的两组自匹配对称振子馈电装置，通过空间正交排布，可形成自匹配圆极化的馈电装置。
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