[发明专利]一种高增益全向双锥天线阵的实现方法

说明书

本发明涉及一种高增益全向双锥天线阵的实现方法，主要用于改善全向天线在宽带范围内的全向度，同时获得带内一致性好的俯仰波束。高增益全向双锥天线阵由多个俯仰面组阵的圆柱加载异形套筒双锥天线单元及阵列馈线组成；套筒双锥天线单元锥体顶部设计有圆柱加载，以改善带内电压驻波比；各组阵单元均通过同轴线直接进行激励，同轴线内导体与单元的上半锥体连接，外导体与下半圆锥连接；上方的双锥天线馈电同轴线依次从下方单元馈电同轴线内导体内部穿过，形成嵌套的同轴线，各馈电结构互不干涉；嵌套的同轴线通过下方的同轴脊波导变换对转换为独立的馈电接头。该方法适宜于高增益全向双锥天线阵的设计与实现。

技术领域

本发明属于通讯、雷达天线与微波技术方向。

背景技术

一般情况下，要求天线在所需的特定角度方向具有较大的天线增益，而其他不期望的方向具有低副瓣甚至没有能力辐射。全向天线作为一类特殊天线，要求在方位面具有全向波束覆盖的同时，俯仰上在带内具有恒定的波束指向或特定的覆盖，采用单个天线往往无法实现，这就要求在俯仰方向采用天线阵的设计思路，对每一个全向天线单元幅度和相位进行合理配置，以保持方位全向的同时提高天线增益、实现特定的俯仰覆盖。

现有高增益全向天线的实现方式有以下几种：采用多个高增益宽覆盖天线在方位面合成为全向天线、多个全向天线单元采用串馈或并馈的方式组阵等形式，典型高增益串馈全向天线如“COCO”天线，其俯仰波束指向在带宽内将随频率的变化而发生变化；而采用常规并馈形式时，各单元幅度和相位独立可控，俯仰波束形状可任意配置，但馈线在天线附近穿行时会对天线方向图产生较为显著的影响：馈线在全向天线附近穿行时将极大地影响方位面方向图的全向性，其不圆度恶化达3dB以上，严重影响天线的实际应用。

发明内容

为改善全向天线阵在宽带范围内的全向度，解决串馈全向天线阵波束指向随频率扫描的现象，获得较高带内一致性的俯仰波束，本发明采用同轴嵌套馈电方式，通过同轴到脊型波导的模式变换，实现全向天线阵并联馈电及馈电机构的集成设计，提高全向度。

实现本发明目的的技术解决方案主要为：首先设计由外表面嵌有高度为H1金属套筒3的PMI泡沫芯材4支撑固定的圆柱加载套筒双锥天线单元；在天线锥体顶部加载一个圆柱形凸台5，凸台的半径不大于锥体顶部半径，调节凸台5的高度H2优化电压驻波比；组成天线阵的多个天线单元采用同心的嵌套同轴线进行馈电，上层单元的馈电同轴线14从其下层单元的馈电同轴线7的内部穿过，形成多层嵌套结构；嵌套同轴线通过位于天线阵下方的宽带同轴脊波导变换对6分离为独立的馈电接口。

进一步的，上层单元馈电同轴线14外导体9作为下层单元馈电同轴线7的内导体，同轴线尺寸由内层同轴线14的内导体15和同轴线的阻抗共同确定，同轴线组成嵌套结构，相互独立。

进一步的，嵌套同轴线通过下端的同轴脊波导变换对6进行分离；外层同轴线7外导体8与同轴脊波导变换对6的上脊11连接，内导体9作为内部嵌套同轴线14的外导体与同轴脊波导变换对6的下脊12连接，在同轴脊波导变换对中激励起TE₁₀模并在另一端重新转换为到独立的SMA同轴插座13，从而实现与其内嵌套的同轴线14分离，此时可进行各单元的幅度和相位的独立控制。

当采用多个单元组阵时(单元数量N≥2)可采用类似的方式在内层同轴内部进行嵌套，以扩充本方法的实用范围。

本发明采用同轴嵌套馈电结构实现了全向天线阵地并联馈电，克服了馈电装置对天线方向图的影响，避免串联馈电带来的“频扫”现象，改善了常规并联馈电情况下天线的不圆度，增强了该方法的实用性，适宜于高增益全向双锥天线阵的设计与实现。采用该方法设计的俯仰波束指向6°的三单元全向天线阵的典型频率方向图如附图3-图5所示，方位方向图全向度小于0.2dB，带内俯仰指向一致，无频偏现象。而采用射频电缆直接并联馈电全向天线的典型方位面方向图如图6所示，可见采用本发明所述方法设计的全向天线阵方向图的不圆度有显著改善，满足高增益全向天线的要求。

附图说明