同軸共線陣天線分析及在干擾查找中的判別

蔡明輝，楊　娟（國家無線電監測中心烏魯木齊監測站，烏魯木齊 830054）

同軸共線陣天線分析及在干擾查找中的判別

蔡明輝，楊娟
（國家無線電監測中心烏魯木齊監測站，烏魯木齊 830054）

同軸共線陣天線是一種廣泛用于雷達、通信等領域的高增益全向天線。本文通過對該天線進行仿真，結合天線增益圖和微波鏈路計算公式，得出與發射源不同距離、仰角的接收點電平值大小，最后給出徒步查找干擾源的建議。

同軸共線陣天線；微波鏈路

1　引言

隨著電子信息技術的高速發展，也相應推動了天線技術日新月異的發展。同軸共線陣天線作為一種常用天線，由于具有全向性好、增益高、結構簡單、易于實現的特點，被廣泛用于雷達、通信等領域。它首次由Balsley，Ecklund提出，他們利用型號為RG-8的同軸線設計了一款中心頻率為49.8MHz，由26個單元組成的同軸共線陣天線。測試結果顯示，該天線半功率波瓣寬度為5.6°，具有高增益特性。

2　干擾查找

在某次執行干擾查找任務過程中，發現在400MHz頻段某頻點處存在一間發數傳信號。利用移動監測車對該信號進行測向定位，不斷摸排將其定位于某小區內。根據示向度指示和電平值變化規律，最終發現架設在某高層居民樓的發射天線。通過對其外觀和發射特性判斷，確認為同軸共線陣天線。

3　原理分析及天線仿真

為了今后能夠快速查找由該天線引起的干擾信號，現對其進行分析并仿真，得出該天線的輻射特性。

3.1原理分析

同軸共線陣天線是由一組長度為λc/2的同軸線內外導體交替連接而成如圖1所示。圖1中，r，R為同軸線內外半徑；λc為電磁波在同軸線上傳播的波長；εr為同軸線內外導體間填充介質的介電常數。

圖1　同軸共線陣天線單元結構圖

在均勻傳輸線上，所有輻射單元間距相等且為中心頻率的1/2波長。當激勵經過，相鄰單元將產生180°的相差，再通過相鄰單元內外導體交叉連接，相差又改變了180°，這樣就保證了各個相鄰單元上的電流分布等相位，從而實現天線遠場電場強度是各個輻射單元同相疊加的結果。從電特性上，它可以看為n（其中n為偶數）個饋電點電流同相位，電流幅度關于中心單元不均勻分布的半波對稱陣子陣列[1]。輻射方向圖可以表示為（1）

式中，Er表示陣列的電場強度；Ak為距離陣列中心第k個單元的幅度；θ為所測場強與天線軸的夾角；Ψ表示βd=（2π/λ）d；考慮到角度的變化關于d的表達式可以進一步表示為

從式（2）可以看出通過增加輻射單元的數目可以顯著提高天線的增益，但當單元數目增加到一定程度時，增益提高的幅度會很小。考慮到天線尺寸大小的問題，實際應用中在滿足增益的要求下需要選擇適當的單元數目。

3.2天線仿真

在高頻三維電磁仿真軟件HFSS中對上述天線建立模型，仿真得到在中心頻率處該天線E面增益達到11.6dB，副瓣電平小于-14dB如圖2(a)所示；天線H面不圓度小于0.1dB如圖2(b)所示。

圖2　仿真結果圖

4　理論計算

通過仿真可以看出該天線具有高增益、全向性好的特點。下面對在離發射天線不同距離所監測到的電平值大小變化進行討論。假設天線架設高度為h，從A，B兩點看天線的仰角分別為20°，60°，如圖3所示。圖中，1l，2l為A，B兩點到天線的視距；d1，d2為A，B兩點到天線底端的距離。得

圖3　簡易示圖

由微波鏈路計算公式，分別求得從發射天線到A，B兩點接收功率為

式中，Pt是發射功率；Pr1，Pr2分別是A，B兩點接收功率；Gr是接收天線增益；λ是接收頻點波長；Gt1，Gt2分別是發射天線在1lur，2lur方向上的副瓣增益；1lu r，2lur與天線軸正向的夾角分別為110°，150°。由天線E面增益圖2(a)所示，110°對應-7.5dB，150°對應-15.5dB。假設天線架設高度為h=50m，則B，A兩點接收到的功率差值為

5　結束語

由式（10）可以看出，A，B兩點到發射天線底端距離分別為137.38m，28.87m，即A點到發射天線的距離為B點到發射天線距離的五倍左右，但B點接收到的功率值只比A點功率值大0.0696dB。通過微波鏈路公式可知，得出這種結果的原因除了與到接收天線的距離有關外，還與該點到發射天線的仰角有關。

以后在查找類似干擾過程中為了避免靠近發射源時由高仰角引起的接收電平值較低，這時候最好能采取制高點測向的方式，盡量將接收天線對準發射天線的主瓣，減少天線E面方向性對接收電平值的影響。

Analysis of Coaxial Collinear Array Antenna and Distinguish in Finding Interference

Cai Minghui，Yang Juan
(Urumqi Station of The State Radio Monitoring Center, Urumqi, 830054)

Coaxial Collinear Array antenna which is a high-gain omnidirectional antenna is widely used in a number of radars and communication antennas. The antenna have been simulated by the software HFSS. The received level at different distances, elevation from the emission by the antenna gain patterns and microwave link formula. Finally, some advices have been given on Finding interference.

coaxial collinear array antenna; microwave link

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.02.012

TN82文獻標示碼：A

1672-7274（2016）02-0063-03

蔡明輝，男，1985年生，新疆伊寧市人，助理工程師，畢業于西安電子科技大學，先后獲學士、碩士學位，現任職于國家無線電監測中心烏魯木齊監測站，研究興趣為天線及其饋電網絡的設計。楊 娟，女，1987年生，新疆庫爾勒市人，助理工程師，畢業于新疆大學，先后獲學士、碩士學位，現任職于國家無線電監測中心烏魯木齊監測站。

[1] B. B. Balsley and W. L. Ecklund, “A portable coaxial collinear antenna,”IEEE Trans. Antennas Propagat., vol. AP-20, pp. 513-516, 1972.