CN2531529Y - 宽频中馈缝隙耦合套筒偶极子共线天线阵 - Google Patents

Abstract

一种宽频中馈缝隙耦合套筒偶极子共线天线阵，属于天线技术领域。主要解决全向天线频带窄、增益低的问题。整个装置由空气介质同轴线1、2、3及多个共线偶极子8组成。同轴线1由内导体13和外导体14组成，同轴线1的外导体14及延伸部分作为同轴线2、3的内导体。电台输出的射频信号先经同轴线1再分别经同轴线2，3向下和向上等幅同相耦合到各个套筒偶极子8上。辐射体的中间位置设有短路器5，将同轴线1的内导体13和外导体14短路变为中馈，并采用多种调整阻抗匹配手段，使在870－960MHz和824－896MHz频段内，天线增益为11db_i，在整个工作段内，天线的电压驻波比VSWR＝1.4。该天线阵主要用于移动通信基站全向天线用的宽带中馈共线天线阵。

Description

宽频中馈缝隙耦合套筒偶极子共线天线阵

技术领域

本实用新型涉及一种天线，特别是一种宽频带中馈共线天线阵，可作为移动通信基站天线中的全向天线。

现有技术情况

随着移动通信事业的迅速发展，高增益宽频带全向天线已成为广大用户使用的需要。目前已有的全向天线有多种形式，如图5所示的全向天线是用多段长度均为λg/2的同轴线段在其两端把内外导体交叉换位连接而构成的天线阵。图6所示的全向天线是把λ/2长反向电流段的导线折叠或绕成螺旋线的富兰克林共线阵。这两种形式的共线阵虽然具有全向性，但由于它们的单元长度都是严格按照λ/2来弯折或截取线段的，因此，如果频率变化或截取的线段不准，就无法满足辐射单元所需要的同相相位关系而形成误差，而且这种误差随着节数的增加而不断积累和增大的，这些误差将造成天线主瓣倾斜与增益下降，所以只适合窄频带工作。图7所示的全向天线是利用了两个背靠背λ/4扼流套来抑制λ/2长线段上的反相电流而形成的另一种共线天线阵，这种天线阵由于采用底馈，因而很难实现10dB以上的天线增益。

实用新型的内容

本实用新型主要解决现有全向天线频带窄，增益低的问题，提供一种中馈缝隙耦合套筒偶极子共线天线阵，采用中馈，使上半部分和下半部分天线辐射对称，克服了低馈共线天线阵波束倾斜的缺点，如图1所示。整个装置由空气介质主馈同轴线1和分馈同轴线2、3及偶极子8组成。主馈同轴线1由内导体13和外导体14组成，该内导体金属杆(13)固定在外导体金属管(14)内。主馈同轴线1的外导体14及外导体的外延部分15、17构成分馈同轴线2、3的内导体，在该内导体金属管的中间位置设有短路器(5)。金属管子16、18构成分馈同轴线2、3的外导体，该外导体金属管套装在分馈同轴线2、3的内导体金属管15、17的外部。偶极子8采用多个中馈缝隙耦合套筒，套装在同轴线2、3的外导体金属管16、18的外部。短路器5把主馈同轴线1的内导体13和外导体14短路变为中馈，使由主馈同轴线1传输进来的射频电流在短路器5与同轴线1的外导体短路后，再分别经同轴线3和同轴线2向上和向下传输，等幅同相耦合到各个共线套筒偶极子8上。为了给每个套筒偶极子8等幅同相馈电，除了要求套筒偶极子之间的馈线长度相等，套筒偶极子的两个壁长为λ/4，使电流的波腹点正好位于间隙19处，使传输线与天线的能量耦合在低阻抗区完成外，还必须使中馈点到相邻套筒偶极子中心的距离分别为3λ0/4和λ0/4。在主馈同轴线1的内导体13上设有匹配段10，以调整天线的阻抗匹配。

本实用新型由于采用了中馈以及空气介质同轴线，克服已有共线天线阵增益难以超过10dB的不足；同时由于采用了较粗的套筒偶极子结构，故展宽了天线的频带特性，克服了已有共线天线阵窄频带的缺点；此外由于在中馈同轴线内导体的不同距离上，附加有儿段阻抗匹配段和微带阻抗匹配段，及在分馈线中变固定短路器为可调断路器，则更有利于消除天线阻抗中的电抗分量，使天线的阻抗匹配相对容易；又由于微带线的形状可变，可以等宽，也可以不等宽或宽度锥辨，所以使用微带线调整天线的阻抗匹配时，不仅容易调整且调整范围大。实测表明，本实用新型在870-960MHZ和824-896MHZ频段，天线增益为11dbi，在整个工作段内，天线的电压驻波比VSWR＝1.4，且具有良好的电气性能和机械性能。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图

图2是本实用新型套筒偶极子的电流分布图

图3是本实用新型套筒偶极子的结构示意图

图4是本实用新型微带匹配电路图

图5是现有多段长度同轴线内外导体交义换位连接构成的全向天线阵

图6是现有背靠背λ/4扼流套作为反相电流扼制器构成的全向共线阵

图7是现有富兰克林共线阵

具体实施方式

图1给出了本实用新型的最佳实施方式。图1中的1、2、3是同轴线，8是偶极子，10是匹配段，5是短路器，9是介质套，该介质套设有多个，且长度相等。偶极子8采用缝隙耦合套筒，共有十个。同轴线1由其内导体13和外导体14组成，该内导体13采用直径为φ3mm粗的铜柱，同定在外导体14的内部，且上端串接一节λ/4长的微带阻抗变换段11(如图4所示)，下端设有不同长度的阻抗匹配段10。同轴线2由具内导体15和外导体16组成。同轴线3由其内导体17和外导体18组成。同轴线1的外导体14与同轴线2、3的内导体15、17为同一个金属管子，采用壁厚为1mm粗的铜管，在该金属管的中部设有短路器5，以形成天线的中馈点。同轴线2的外导体16与同轴线3的外导体18也为同一个金属管子。该同一金属管16、18套装在同一个金属管14、15、17的外部，且同心共轴。两金属管之间装有多个长度相等的介质套9。为了提高传输效率，同轴线1和同轴线2、3均为空气介质同轴线。为了保证各同轴线的同心度及支撑同轴线1的内导体13，在同轴线1的内导体13和外导体14之间按给定间距装有多个绝缘套12。各套桶偶极子8套装在作为同轴线2、3外导体的金属管16、18的外部。同轴线2、3的末端分别设有短路器7和6，分别将其内外导体短路，使射频电流全部被反射，且沿同轴线2、3外导体的内壁流回。

参照图2，在同轴线2、3的内导体15、17外部套装有长度、粗细不等的金属套22，以进行阻抗变换。短路器5相距相邻套筒偶极子的中心位置分别为3λ₀/4与λ₀/4，射频电流从短路器5分别经同轴线2的内导体15、同轴线3的内导体17分别向上、向下传输。

参照图3，套筒偶极子8由两个背靠背的套筒20、21和填有介质的间隙19组成。该缝隙为小于波长的环状缝隙，位于背靠背套筒偶极子的中心。返回的射频电流经这些缝隙19耦合到各个套筒偶极子8的两个臂20、21上。套筒20、21的长度均为λ/4，由套筒的开口处看进去其阻抗无限大，从而保证了同轴线2、3的外导体16、18的外皮上没有电流。正因为套筒偶极子的两个壁均为λ/4，使得电流的波腹点下好位于间隙19处，使传输线与天线的能量耦合在低阻抗区完成。为了保证给每个偶极子8以等幅同相馈电，套筒偶极子之间的馈线长度必须相等，例如为一个波长。由于在同轴线2、3的内导体15、17与外导体16、18之间加有多个长度为0.1λ₀的介质套9，故各套筒偶极子之间的儿何长度小于一个波长λ₀。

参照图4，串联在同轴线1输入端的阻抗变换段11由微带线23和接地板24组成。微带线23的两端分别连接在同轴线1的内导体13两端，接地板24的与同轴线1的外导体14相连接。

为实现宽频带阻抗匹配，在本实用新型的中馈缝隙耦合套筒共线天线阵中同时采用了三种措施，首先是在同轴线1的内导体13的不同距离上，加一些不同长度的匹配段10来调整天线的阻抗匹配，但调配比较困难；其次是调整同轴线2、3末端的可调短路器7、6的位置，以抵消天线阻抗中的电抗分量；第三是在靠近中馈点同轴线2、3的内导体15和17上附加一些不同长度、不同粗度的金属套22作为阻抗变换段，来调整天线的阻抗匹配；第四是在同轴线1的输入端，串接一节λ/4长的微带阻抗变换段11。

Claims (5)

1.一种宽频中馈缝隙耦合套筒偶极子共线天线阵，包括同轴线和偶极子，其特征在于：

①同轴线主要由空气介质主馈同轴线(1)和分馈同轴线(2)、(3)组成，主馈同轴线(1)的内导体金属柱(13)固定在外导体金属管(14)内，分馈同轴线(2)、(3)的内导体分别由主馈同轴线(1)的外导体(14)及延伸部分(15)、(17)构成，在该内导体金属管的中间位置设有短路器(5)，分馈同轴线(2)、(3)的外导体金属管(16)、(18)套装在内导体金属管(15、17)的外部；

②偶极子(8)采用多个中馈缝隙耦合套筒组成，套装在分馈同轴线(2、3)的外导体金属管(16、18)的外部，电台输出的射频信号先经主馈同轴线(1)，再分别经分馈同轴线(2)、(3)向下和向上等幅同相耦合到各个套筒偶极子(8)上；

③短路器(5)将主馈同轴线(1)的内导体(13)和外导体(14)短路变为中馈，使主馈同轴线(1)传输进来的射频电流在短路器(5)与主馈同轴线的外导体(14)短路后，分别经分馈同轴线(2)和(3)向上和向下传输。

2.根据权利要求1所述的天线阵，其特征在于套筒偶极子(8)由两个背靠背的套筒(20)、(21)和填有介质的间隙(19)组成，每个偶极子等幅同相馈电，偶极子之间的馈线长度相等，两个臂长均为λ/4，使电流的波腹点正好位于间隙(19)处。

3.根据权利要求1所述的天线阵，其特征在于主馈同轴线(1)的内导体(13)不同位置上设有不同长度的阻抗匹配段(10)，在分馈同轴线(2)、(3)的内导体(15)和(17)上设有不同长度、不同粗度的阻抗变换段(22)。

4.根据权利要求1所述的天线阵，其特征在于分馈同轴线(2)、(3)的末端分别设有短路器(6)和(7)，分别将内、外导体短路，使射频电流全部被反射，且沿分馈同轴线(2)、(3)的外导体内壁流回。

5.根据权利要求1所述的天线阵，其特征在于主馈同轴线(1)的输入端，串有一节λ/4长的微带阻抗变换段(11)，该阻抗变换段由微带线(23)和接地板(24)组成，微带线(23)的两端分别连接到同轴线(1)的内导体(13)两端，接地板(24)与同轴线(1)的外导体(14)相连接。

Images