基本平衡同轴共线天线的概念 同轴共线的工作原理

对于许多想要相对容易地构建共线天线的人来说，同轴共线天线是一个理想的解决方案。

虽然这种形式的天线很受业余无线电爱好者的欢迎，因为它的构造非常简单，但它也可用于许多其他形式的无线电通信。它可以在双向无线电通信系统的基站内使用。它在VHF和UHF无线电通信中特别受欢迎，因为尺寸不太大，并且提供了良好的增益水平

顾名思义，同轴共线天线利用同轴馈线的各个部分来组成天线。

为了防止湿气进入和因其他环境因素而变质，天线通常安装在塑料或玻璃纤维空心管中。这使得天线外观优雅，结构良好，能够承受天气。

同轴共线的工作原理

同轴共线是相控阵天线的一种形式。各种天线部分或元件都在同一轴上，使它们在几何位置上共线，即它们形成同轴共线相控阵天线。

虽然可以使用许多不同的配置，但一种流行的格式是由一系列半波长同轴部分或段组成的天线，其中内部和外部连接在每个半波部分的交界处转置，即内部连接到外部，外部连接到内部。

天线的最后一部分有许多选项。在某些情况下，可能会使用短路，而在其他情况下，可能会使用最终四分之一波长元件。

虽然天线可以如下图所示以平衡格式使用，但它也可以用作具有适当馈电匹配等的单极子。

基本平衡同轴共线天线的概念

要了解其运作方式，请先查看外部部分。它们沿馈线有四分之一波长的短路。这意味着在该元件结束时，看到的阻抗将从短路转换为高阻抗。

这样，两个段之间的接口就会看到高阻抗，一直回到馈电点。

可以看出，所使用的馈线是高阻抗明线或平衡馈线。这可以通过某种形式的阻抗匹配电路进行转换，以与更常见的低阻抗 50Ω 电缆进行良好的匹配。

就实际操作而言，段端的电压幅值和相位接近天线驱动电压。

由于内部电缆在每个半波长处连接到同轴电缆的外部，这意味着对于给定的一半天线，在同轴电缆段外表面上流动的电流是相同的。

在共线天线上，最大辐射发生在波前建设性结合的地方

由于电流彼此同相，这意味着每个段都辐射出具有相同相位的信号。当它们与天线轴线成直角时，它们就会建设性地结合在一起。

为了更仔细地了解和观察天线的操作，可以将其视为两个天线，因为天线的每个部分都有两个导体 - 一个是同轴电缆的内部，另一个是外部。实际上，一根天线在另一根天线内部，尽管这每隔半波长就会交替。

正如预期的那样，由于使用了馈线，每个部分的导体中的电流是相等且相反的。

通过交替每半波长的导体提供同相辐射源，使其成为相控阵天线，并且由于各部分之间没有相移，辐射垂直于天线的轴线。

单极垂直同轴共线

虽然可以使用上述天线，但共线天线（但不是全部）的大多数用途是垂直单极天线和基底馈电。一些简单的修改可以带来更多人熟悉的共线。

这可以使它成为一种非常有用的天线形式，适用于许多双向无线电通信应用，从出租车、紧急服务基站到业余无线电爱好者及其 VHF UHF 电台。

显然，第一个变化是以垂直方式定位天线，但还有一些其他变化使天线能够以所需的方式运行。有时会有不同的方法来达到相同的目的，但这些是一些更广泛使用的方法。

第一种是用四分之一波长的导线替换天线末端的四分之一波短路短截线。这形成了天线的顶部，并连接到相邻同轴电缆部分的内导体或中心导体。它根本没有连接到外导体。

该元件的长度可以通过计算信号在自由空间中工作频率的四分之一波长的长度来确定，然后为所谓的端效应添加一个小的校正因子。

其中：
L1 = 四分之一波长顶部的长度（以米
为单位），f = 频率（以 Hz 为单位），
A = 最终效应因子，通常在 .95 和 .98 之间。

注：系数为300×106之所以用于方程，是因为它是自由空间中的光速。

纳入主部分的半波长部分的数量取决于允许的天线尺寸。通常使用两到四个，但有些天线可能会使用更多。

这些元件的长度是在同轴馈线中传播的信号的电半波长。有必要检查所使用的同轴电缆的速度系数，但通常约为 0.66。但是，必须检查这一点，因为它对长度有重大影响，如果天线元件的长度不正确，那么天线可能无可救药地出错。

这些半波元件的长度由以下公式计算得出：

其中：
L2 = 半波段的长度（以米
为单位），f = 频率（以 Hz 为单位），
V = 是同轴电缆的速度系数。

注意：将同轴电缆切割成一定长度时，需要允许一些额外的连接在两端进行连接。

天线的最后一部分是底部。这是将下半波段末端的高阻抗转换为与50Ω适当匹配的阻抗所必需的。

有几种方法可以做到这一点，一种是使用四分之一波长的带式送料器的明线。其他可以起诉的方法通常出现在 J 极天线中，其中馈电/匹配四分之一波短截线用于匹配 50Ω 同轴电缆。

四分之一波长充当变压器，提供从高阻抗到低阻抗的转换。

鉴于高阻抗馈电等，明智的做法是确保它不会沿着同轴电缆的外部移动，并且将其移除是明智的。实现此目的的一种有效方法是在同轴电缆离开管道后在同轴电缆上放置一些合适的铁氧体磁珠。

同轴共线天线是创建有效 VHF 或 UHF 天线的简单方法。 使用容易获得且成本相对较低的材料，它们可以相对容易地建造。

对于许多业余爱好者来说，共线天线的构造可能是一个很好的天线项目，对于商业安装，合适的共线垂直天线随处可见。

审核编辑：黄飞