基本平衡同軸共線天線的概念 同軸共線的工作原理

對(duì)于許多想要相對(duì)容易地構(gòu)建共線天線的人來(lái)說(shuō)，同軸共線天線是一個(gè)理想的解決方案。

雖然這種形式的天線很受業(yè)余無(wú)線電愛(ài)好者的歡迎，因?yàn)樗臉?gòu)造非常簡(jiǎn)單，但它也可用于許多其他形式的無(wú)線電通信。它可以在雙向無(wú)線電通信系統(tǒng)的基站內(nèi)使用。它在VHF和UHF無(wú)線電通信中特別受歡迎，因?yàn)槌叽绮惶?，并且提供了良好的增益水?/p>

顧名思義，同軸共線天線利用同軸饋線的各個(gè)部分來(lái)組成天線。

為了防止?jié)駳膺M(jìn)入和因其他環(huán)境因素而變質(zhì)，天線通常安裝在塑料或玻璃纖維空心管中。這使得天線外觀優(yōu)雅，結(jié)構(gòu)良好，能夠承受天氣。

同軸共線的工作原理

同軸共線是相控陣天線的一種形式。各種天線部分或元件都在同一軸上，使它們?cè)趲缀挝恢蒙瞎簿€，即它們形成同軸共線相控陣天線。

雖然可以使用許多不同的配置，但一種流行的格式是由一系列半波長(zhǎng)同軸部分或段組成的天線，其中內(nèi)部和外部連接在每個(gè)半波部分的交界處轉(zhuǎn)置，即內(nèi)部連接到外部，外部連接到內(nèi)部。

天線的最后一部分有許多選項(xiàng)。在某些情況下，可能會(huì)使用短路，而在其他情況下，可能會(huì)使用最終四分之一波長(zhǎng)元件。

雖然天線可以如下圖所示以平衡格式使用，但它也可以用作具有適當(dāng)饋電匹配等的單極子。

基本平衡同軸共線天線的概念

要了解其運(yùn)作方式，請(qǐng)先查看外部部分。它們沿饋線有四分之一波長(zhǎng)的短路。這意味著在該元件結(jié)束時(shí)，看到的阻抗將從短路轉(zhuǎn)換為高阻抗。

這樣，兩個(gè)段之間的接口就會(huì)看到高阻抗，一直回到饋電點(diǎn)。

可以看出，所使用的饋線是高阻抗明線或平衡饋線。這可以通過(guò)某種形式的阻抗匹配電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以與更常見(jiàn)的低阻抗 50Ω 電纜進(jìn)行良好的匹配。

就實(shí)際操作而言，段端的電壓幅值和相位接近天線驅(qū)動(dòng)電壓。

由于內(nèi)部電纜在每個(gè)半波長(zhǎng)處連接到同軸電纜的外部，這意味著對(duì)于給定的一半天線，在同軸電纜段外表面上流動(dòng)的電流是相同的。

在共線天線上，最大輻射發(fā)生在波前建設(shè)性結(jié)合的地方

由于電流彼此同相，這意味著每個(gè)段都輻射出具有相同相位的信號(hào)。當(dāng)它們與天線軸線成直角時(shí)，它們就會(huì)建設(shè)性地結(jié)合在一起。

為了更仔細(xì)地了解和觀察天線的操作，可以將其視為兩個(gè)天線，因?yàn)樘炀€的每個(gè)部分都有兩個(gè)導(dǎo)體 - 一個(gè)是同軸電纜的內(nèi)部，另一個(gè)是外部。實(shí)際上，一根天線在另一根天線內(nèi)部，盡管這每隔半波長(zhǎng)就會(huì)交替。

正如預(yù)期的那樣，由于使用了饋線，每個(gè)部分的導(dǎo)體中的電流是相等且相反的。

通過(guò)交替每半波長(zhǎng)的導(dǎo)體提供同相輻射源，使其成為相控陣天線，并且由于各部分之間沒(méi)有相移，輻射垂直于天線的軸線。

單極垂直同軸共線

雖然可以使用上述天線，但共線天線（但不是全部）的大多數(shù)用途是垂直單極天線和基底饋電。一些簡(jiǎn)單的修改可以帶來(lái)更多人熟悉的共線。

這可以使它成為一種非常有用的天線形式，適用于許多雙向無(wú)線電通信應(yīng)用，從出租車(chē)、緊急服務(wù)基站到業(yè)余無(wú)線電愛(ài)好者及其 VHF UHF 電臺(tái)。

顯然，第一個(gè)變化是以垂直方式定位天線，但還有一些其他變化使天線能夠以所需的方式運(yùn)行。有時(shí)會(huì)有不同的方法來(lái)達(dá)到相同的目的，但這些是一些更廣泛使用的方法。

第一種是用四分之一波長(zhǎng)的導(dǎo)線替換天線末端的四分之一波短路短截線。這形成了天線的頂部，并連接到相鄰?fù)S電纜部分的內(nèi)導(dǎo)體或中心導(dǎo)體。它根本沒(méi)有連接到外導(dǎo)體。

該元件的長(zhǎng)度可以通過(guò)計(jì)算信號(hào)在自由空間中工作頻率的四分之一波長(zhǎng)的長(zhǎng)度來(lái)確定，然后為所謂的端效應(yīng)添加一個(gè)小的校正因子。

其中：
L1 = 四分之一波長(zhǎng)頂部的長(zhǎng)度（以米
為單位），f = 頻率（以 Hz 為單位），
A = 最終效應(yīng)因子，通常在 .95 和 .98 之間。

注：系數(shù)為300×106之所以用于方程，是因?yàn)樗亲杂煽臻g中的光速。

納入主部分的半波長(zhǎng)部分的數(shù)量取決于允許的天線尺寸。通常使用兩到四個(gè)，但有些天線可能會(huì)使用更多。

這些元件的長(zhǎng)度是在同軸饋線中傳播的信號(hào)的電半波長(zhǎng)。有必要檢查所使用的同軸電纜的速度系數(shù)，但通常約為 0.66。但是，必須檢查這一點(diǎn)，因?yàn)樗鼘?duì)長(zhǎng)度有重大影響，如果天線元件的長(zhǎng)度不正確，那么天線可能無(wú)可救藥地出錯(cuò)。

這些半波元件的長(zhǎng)度由以下公式計(jì)算得出：

其中：
L2 = 半波段的長(zhǎng)度（以米
為單位），f = 頻率（以 Hz 為單位），
V = 是同軸電纜的速度系數(shù)。

注意：將同軸電纜切割成一定長(zhǎng)度時(shí)，需要允許一些額外的連接在兩端進(jìn)行連接。

天線的最后一部分是底部。這是將下半波段末端的高阻抗轉(zhuǎn)換為與50Ω適當(dāng)匹配的阻抗所必需的。

有幾種方法可以做到這一點(diǎn)，一種是使用四分之一波長(zhǎng)的帶式送料器的明線。其他可以起訴的方法通常出現(xiàn)在 J 極天線中，其中饋電/匹配四分之一波短截線用于匹配 50Ω 同軸電纜。

四分之一波長(zhǎng)充當(dāng)變壓器，提供從高阻抗到低阻抗的轉(zhuǎn)換。

鑒于高阻抗饋電等，明智的做法是確保它不會(huì)沿著同軸電纜的外部移動(dòng)，并且將其移除是明智的。實(shí)現(xiàn)此目的的一種有效方法是在同軸電纜離開(kāi)管道后在同軸電纜上放置一些合適的鐵氧體磁珠。

同軸共線天線是創(chuàng)建有效 VHF 或 UHF 天線的簡(jiǎn)單方法。 使用容易獲得且成本相對(duì)較低的材料，它們可以相對(duì)容易地建造。

對(duì)于許多業(yè)余愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，共線天線的構(gòu)造可能是一個(gè)很好的天線項(xiàng)目，對(duì)于商業(yè)安裝，合適的共線垂直天線隨處可見(jiàn)。

審核編輯：黃飛