同轴共线阵天线分析及在干扰查找中的判别

蔡明辉，杨　娟（国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站，乌鲁木齐 830054）

同轴共线阵天线分析及在干扰查找中的判别

蔡明辉，杨娟
（国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站，乌鲁木齐 830054）

同轴共线阵天线是一种广泛用于雷达、通信等领域的高增益全向天线。本文通过对该天线进行仿真，结合天线增益图和微波链路计算公式，得出与发射源不同距离、仰角的接收点电平值大小，最后给出徒步查找干扰源的建议。

同轴共线阵天线；微波链路

1　引言

随着电子信息技术的高速发展，也相应推动了天线技术日新月异的发展。同轴共线阵天线作为一种常用天线，由于具有全向性好、增益高、结构简单、易于实现的特点，被广泛用于雷达、通信等领域。它首次由Balsley，Ecklund提出，他们利用型号为RG-8的同轴线设计了一款中心频率为49.8MHz，由26个单元组成的同轴共线阵天线。测试结果显示，该天线半功率波瓣宽度为5.6°，具有高增益特性。

2　干扰查找

在某次执行干扰查找任务过程中，发现在400MHz频段某频点处存在一间发数传信号。利用移动监测车对该信号进行测向定位，不断摸排将其定位于某小区内。根据示向度指示和电平值变化规律，最终发现架设在某高层居民楼的发射天线。通过对其外观和发射特性判断，确认为同轴共线阵天线。

3　原理分析及天线仿真

为了今后能够快速查找由该天线引起的干扰信号，现对其进行分析并仿真，得出该天线的辐射特性。

3.1原理分析

同轴共线阵天线是由一组长度为λc/2的同轴线内外导体交替连接而成如图1所示。图1中，r，R为同轴线内外半径；λc为电磁波在同轴线上传播的波长；εr为同轴线内外导体间填充介质的介电常数。

图1　同轴共线阵天线单元结构图

在均匀传输线上，所有辐射单元间距相等且为中心频率的1/2波长。当激励经过，相邻单元将产生180°的相差，再通过相邻单元内外导体交叉连接，相差又改变了180°，这样就保证了各个相邻单元上的电流分布等相位，从而实现天线远场电场强度是各个辐射单元同相叠加的结果。从电特性上，它可以看为n（其中n为偶数）个馈电点电流同相位，电流幅度关于中心单元不均匀分布的半波对称阵子阵列[1]。辐射方向图可以表示为（1）

式中，Er表示阵列的电场强度；Ak为距离阵列中心第k个单元的幅度；θ为所测场强与天线轴的夹角；Ψ表示βd=（2π/λ）d；考虑到角度的变化关于d的表达式可以进一步表示为

从式（2）可以看出通过增加辐射单元的数目可以显著提高天线的增益，但当单元数目增加到一定程度时，增益提高的幅度会很小。考虑到天线尺寸大小的问题，实际应用中在满足增益的要求下需要选择适当的单元数目。

3.2天线仿真

在高频三维电磁仿真软件HFSS中对上述天线建立模型，仿真得到在中心频率处该天线E面增益达到11.6dB，副瓣电平小于-14dB如图2(a)所示；天线H面不圆度小于0.1dB如图2(b)所示。

图2　仿真结果图

4　理论计算

通过仿真可以看出该天线具有高增益、全向性好的特点。下面对在离发射天线不同距离所监测到的电平值大小变化进行讨论。假设天线架设高度为h，从A，B两点看天线的仰角分别为20°，60°，如图3所示。图中，1l，2l为A，B两点到天线的视距；d1，d2为A，B两点到天线底端的距离。得

图3　简易示图

由微波链路计算公式，分别求得从发射天线到A，B两点接收功率为

式中，Pt是发射功率；Pr1，Pr2分别是A，B两点接收功率；Gr是接收天线增益；λ是接收频点波长；Gt1，Gt2分别是发射天线在1lur，2lur方向上的副瓣增益；1lu r，2lur与天线轴正向的夹角分别为110°，150°。由天线E面增益图2(a)所示，110°对应-7.5dB，150°对应-15.5dB。假设天线架设高度为h=50m，则B，A两点接收到的功率差值为

5　结束语

由式（10）可以看出，A，B两点到发射天线底端距离分别为137.38m，28.87m，即A点到发射天线的距离为B点到发射天线距离的五倍左右，但B点接收到的功率值只比A点功率值大0.0696dB。通过微波链路公式可知，得出这种结果的原因除了与到接收天线的距离有关外，还与该点到发射天线的仰角有关。

以后在查找类似干扰过程中为了避免靠近发射源时由高仰角引起的接收电平值较低，这时候最好能采取制高点测向的方式，尽量将接收天线对准发射天线的主瓣，减少天线E面方向性对接收电平值的影响。

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文献标示码：A

1672-7274（2016）02-0063-03

蔡明辉，男，1985年生，新疆伊宁市人，助理工程师，毕业于西安电子科技大学，先后获学士、硕士学位，现任职于国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站，研究兴趣为天线及其馈电网络的设计。杨 娟，女，1987年生，新疆库尔勒市人，助理工程师，毕业于新疆大学，先后获学士、硕士学位，现任职于国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站。

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