波束下倾宽带全向中馈共线天线阵制造技术

本实用新型专利技术涉及一种波束下倾宽带全向中馈共线天线阵。主要解决现有同类天线阵用改变套筒偶极子之间金属管长度调试天线波束下倾时所遇到的加工、调整不便问题。整个装置由同轴线１、２、３和多个偶极子８及环状介质套９组成，相对中馈点，夹在上半部同轴线中每个介质套的长度Ｌ↓［３］均相等，夹在下半部同轴线中每个介质套的长度Ｌ↓［４］也相等，且Ｌ↓［３］＜Ｌ↓［４］，夹在中馈点处上、下的介质套长度Ｌ↓［１］＞Ｌ↓［２］。通过缩短Ｌ↓［３］的长度和加长Ｌ↓［４］的长度分别达到改变中馈点上、下半部偶极子之间的距离，以实现宽带中馈缝隙耦合套筒偶极子共线天线阵的波束下倾。具有加工方便，成本低，容易调整的优点，可作为移动通信的波束下倾宽带全向中馈共线天线阵使用。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种天线，特别是一种波束下倾高增益宽带全向中馈共线天线阵，可作为移动通信的全向天线。现有技术情况随着移动通信事业的发展，具有不同波束指向的全向天线则成为不同用户的需求。目前已有的全向天线按其波束指向分为波束最大方向指向0°的全向天线和波束下倾不同角度的全向天线，以覆盖服务区内的所有用户。天线波束下倾和上翘的角度与单元间距有关。根据天线基本理论，一个均匀直线天线阵的方向函数为F(θ)＝Fe(θ)·Fa(θ)式中Fe(θ)是单元方向函数，Fa(θ)是阵方向函数Fa(θ)=sin/sin(πλdsinθ)---(1)]]>n是单元数、d是单元间距、θ是波束下倾或上翘的角度。如果要保证所有单元在θ方向同相叠加，则相邻单元之间的相位差必须满足2πλd+2πλdsinθ=2π---(2)]]>当θ＝0时，由(2)式得d＝λ，则波束无倾斜当θ＝θd时(θd为下倾角度)，则单元间距为 实用中，θd一般为0～20°可见d下＜λ0即第1单元的相位落后第2单元，第2单元的相位落后第3单元，依次类推，落后方向偏，波束下倾，其波束方向指向馈电点，这就是底馈天线的波束下倾，如图2所示。当θ＝θu时(θu为上翘角度)，由于θd与θu位于法线两侧，故θd取正，θu就为负，由(2)式可得单元间距d＝d上 如果0＜θu＜20°则d上＞λ0即第2单元的相位落后第1单元，第3单元的相位落后第2单元，依次类推，落后方向偏，波束上翘，其波束方向离开馈电点，这就是底馈天线的波束上翘情况，如图3所示。对于中馈全向天线阵来说，如果要求波束下倾θ角，就可由公式(3)确定出天线的上半部分单元间距为d下＜λ0，由公式(4)确定出天线的下半部分单元间距为d上＞λ0，就能使中馈共线天线阵波束下倾，如图4所示。可见，要让中馈全向天线实现波束下倾，只要根据所要求的下倾角度θ，分别代入(3)、(4)式，就可求出中馈点上半部分和下半部分偶极子之间的距离d下和d上。现有技术中是根据所算的距离，采用加工许多不同长度两端带有λ0/4长套筒的金属管进行调试。这种方法的最大缺陷是加工量大、成本高、拆装调试很麻烦。技术的内容本技术主要解决现有波束下倾宽带全向中馈共线天线阵所带来的天线部件加工量大、成本高、不易调整的问题。采用缩短中馈共线天线阵上半部分夹在分馈同轴线中的介质套长度，及加长中馈共线天线阵下半部分夹在分馈同轴线中介质套的长度。来分别达到缩短中馈点上半部分偶极子之间的距离，和加长中馈点下半部分偶极子之间距离的目的，以实现中馈共线天线阵的波束下倾。整个装置由空气介质主馈同轴线1和分馈同轴线2、3及多个偶极子8组成。偶极子8采用多个共线排列而成，每个偶极子都由两个背靠背套筒20和21及两套筒之间的环状缝隙19组成；在相邻偶极子的分馈同轴线2、3中及中馈点5处的同轴馈线中，分别设有环状介质套9，该介质套相对中馈点，设在上半部分同轴线中的长度L3相等，设在下半部分同轴线中的长度L4也相等，无波束下倾时环状介质套的长度L0与波束下倾时环状介质套长度的关系为L3＜L0＜L4，设在中馈点5上下的环状介质套长度L1与L2不相等，且L1＞L2。主馈同轴线1和分馈同轴线2、3均采用空气介质，其中主馈同轴线1由内导体13和外导体14组成，主馈同轴线1的外导体14及外导体的外延部分15、17作为分馈同轴线2、3的内导体，金属管子16、18构成分馈同轴线2、3的外导体。电台输出的射频信号经主馈同轴线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。为了实现中馈，在辐射体的中间位置设有短路器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经短路器5，再经分馈同轴线2、3向上和向下传输。分馈同轴线2、3的末端设有短路器6、7，使传输到短路处的射频电流被全部返回。由于在分馈同轴线2、3的外导体16、18上等间距设有多个宽度远小于波长的环状缝隙19，返回的射频电流就经这些缝隙耦合到套筒偶极子8上。套筒20、21的臂长为λ0/4，由套筒的开口处看λ的阻抗无限大，扼制了分馈同轴线外导体外表面上的电流，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。由于套筒偶极子之间的馈线长度相等，中馈点到相邻套筒中心的距离分别为3λ0/4和λ0/4，所以每个套筒偶极子8均等幅同相馈电，各套筒偶极子相距(0.8～0.9)λ0，即缝隙19之间的间距d0为(0.8～0.9)λ0。本技术由于采用通过改变环状介质套的长度来改变偶极子之间馈电同轴线的长度，实现中馈共线阵的波束下倾，因而不仅经济简便，且容易实施；同时由于通过调整短路器6、7的位置和阻抗匹配段的位置及长度，故使天线在10％的带宽内阻抗匹配，在整个工作频段内，电压驻波比VSWR≤1.4；此外由于采用了空气介质同轴线，所以极大的提高了天线的传输效率。实测表明，本技术不仅很容易实现底馈及中馈共线阵的波束下倾，而且实际下倾角度与理论计算值相吻合。附图说明图1是本技术的整体结构示意图图2是底馈共线阵天线波束下倾原理图图3是底馈共线阵天线波束上翘原理图图4是中馈共线阵天线波束下倾原理图图5是本技术波束下倾3°中馈共线天线阵的实测垂直面方向图图6是本技术波束下倾5°中馈共线天线阵的实测垂直面方向图图7是无波束下倾宽带中馈共线天线阵的实测垂直面方向图具体实施方式图1给出了本技术的最佳实施方式。图1中的1、2、3是同轴线，5是短路器，6和7是设在同轴线2、3末端的可调短路器，8是偶极子，9是环状介质套，其中9I表示中馈点上半部分同轴线中的介质套，9II表示中馈点下半部分同轴线中的介质套，10是主馈同轴线1的内导体13上所加的阻抗匹配段，11是微带阻抗变换段，12是设在同轴线1的内导体13和外导体14之间的绝缘支撑套。15和17是同轴线2和3的内导体，16和18是同轴线2和3的外导体。同轴线1的内导体13是直径为3～4mm的铜线，同轴线1的外导体14是臂厚为1mm的铜管，14、15、17为同一个金属管子，16、18也为同一个金属管子，两个金属管子同心共轴。19是环状缝隙，20和21是偶极子的两个臂，即两个背靠背套筒20、21和环状缝隙19组成偶极子8。偶极子8共有十个，L1、L2表示中馈点5上下的环状介质套长度，L3表示中馈点上半部分同轴线中的介质套9I的长度，L4表示中馈点下半部分同轴线中的介质套9II的长度。L3、L4的长度根据给定的下倾角θ及环状介质套的相对介电常数εγ而确定，L1、L2的长度先经初算，再用实验调整而确定。本技术提供两个具体实施例。一个是下倾角3°的宽带中馈缝隙耦合套筒偶极子共线天线阵，另一个是下倾角5°的宽带中馈缝隙耦合套筒偶极子共线天线阵。它们都是在工作频段为870～960MHz无波束下倾宽带中馈缝隙耦合套筒偶极子共线天线阵的基础上，通过套在分馈同轴线中的介质套的长度来实现的。已知无波束下倾宽带中馈缝隙耦合套筒偶极子共线天本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种波束下倾宽带全向中馈共线天线阵，包括中馈点、同轴线和偶极子辐射体，其特征在于同轴线主要由主馈同轴线（１）和分馈同轴线（２）、（３）组成；偶极子（８）采用多个共线排列而成，每个偶极子由两个背靠背套筒（２０）和（２１）及两套筒之间的环状缝隙（１９）组成；在相邻偶极子中心的分馈同轴线（２）、（３）中及中馈点（５）处的同轴线中分别设有环状介质套（９），该介质套相对中馈点，在上半部分同轴线中的长度Ｌ↓［３］相等，在下半部分同轴线中的长度Ｌ↓［４］也相等，无波束下倾时环状介质套的长度Ｌ↓［０］与有波束下倾时环状介质套的长度关系为Ｌ↓［３］＜Ｌ↓［０］＜Ｌ↓［４］，在中馈点５上下的环状介质套长度Ｌ↓［１］与Ｌ↓［２］不等，且Ｌ↓［１］＞Ｌ↓［２］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘军州，王小龙，段文虎，张培团，李树林，俱新德，
申请(专利权)人：西安海天天线科技股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]