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)建共線天線的人來說，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)余無線電愛好者的歡迎，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線電通信。它可以在雙向無線電通信系統(tǒng)的基站內(nèi)使用。它在VHF和UHF無線電通信中特別受歡迎，因?yàn)槌叽绮惶螅⑶姨峁┝肆己玫脑鲆嫠?/p>

顧名思義，同軸共線天線利用同軸饋線的各個(gè)部分來組成天線。

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。這可以通過某種形式的阻抗匹配電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以與更常見的低阻抗 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，適用于許多雙向無線電通信應(yīng)用，從出租車、緊急服務(wù)基站到業(yè)余無線電愛好者及其 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。它根本沒有連接到外導(dǎo)體。

該元件的長(zhǎng)度可以通過計(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)余愛好者來說，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。

審核編輯：黃飛