单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,天线的输入阻抗是指天线输入端电压与电流的,比值,它与天线类型、电尺寸大小、材料性质、馈,电位置及周围环境均有关系。,测量天线阻抗的方法,:,谐振法,(,比较法,、,Q,表法,及二者的综合,),主要用于低,、,中频,;,电桥法,主要用于高频和超高频,;,测量线法,主要用于微,波。,天线阻抗测量的误差源及消除误差源的一般方法,1.,网络散射,:,8.3,天线阻抗测量,天线的输入阻抗是指天线输入端电压与电流的8.3,消除网络散射的基本方法,当天线有一个地面时,可,把散射网络体置于地面下方,;,用吸收材料遮挡散射网,络。,2.,障碍物散射,:,消除障碍物散射的方法,:,如果是窄波束天线,可使其,波束指向偏离障碍物,;,对于全方向性天线则最好在微,波暗室中测量。,3.,相互耦合：,为了消除耦合效应可以采用吸收材料遮挡或选择适,当的检测方法。,4.,泄漏：,适当屏蔽可能发生泄漏的设备可消除泄漏的影响。,5.,多路径信号：,消除网络散射的基本方法当天线有一个地面时,可,在不同位置进行测量，取几个数据的平均值，可较,好地克服多路径信号对测试结果的影响。,二、测量线法,（,一）、测量线：,测量线,(,或称驻波测量线、开槽线,),是测量阻抗和驻,波的一种很精密的通用基本设备，它由开槽传输线、,测试探头,(,包括探针、调谐回路、检波器和指示器,),和,机械传动装置组成。最常用的传输线有：同轴测量线、,平板测量线和波导测量线。,（,二）、测量原理：,当传输线终端接上不等于其特性阻抗的负载时，沿,传输线的电压和电流将形成驻波分布，其大小及分布,在不同位置进行测量，取几个数据的平均值，,规律取决于终端负载阻抗的性质。,不同负载时,沿传输线的电压,、,电流分布,Z,A,=,Z,A,=0,Z,A,=-j,/,(,c,),Z,A,=j,L,I,U,U,U,U,I,I,I,驻波状态,驻波状态,驻波状态,驻波状态,规律取决于终端负载阻抗的性质。ZA=ZA,不同负载时,沿传输线的电压,、,电流分布,Z,A,=Z,0,Z,A,=R,Z,0,I,U,U,I,Z,A,=R,Z,0,U,I,Z,A,=R,A,-jX,A,U,I,行驻波状态,行驻波状态,行波状态,行驻波状态,ZA=Z0 ZA=RZ0 I UUI ZA=RZ0,设传输线终端负载,(,即天线输入阻抗,),为,Z,A,沿传输线,离终端距离为,L,处的输入阻抗为,Z,in,(L),那么二者之间,的关系为,:,Z,in,(L)=Z,0,式中,Z,0,为传输线的特性,阻抗,(),k=2/,g,是相,位常或波数,(rad/m),g,是波导波长,(,m,),L,是离开终端的距离,(,m,),。,Z,A,=R,A,+jX,A,U,I,行驻波状态,Z,in,(L),Z,A,源,Z,0,L,Z,A,+jZ,0,tg,(,kL,),Z,0,+jZ,A,tg,(,kL,),ZA=RA+jXA UI 行驻波状态Zin(L)ZA源Z0,另一方面,传输线上电压驻波波节点处的输入阻抗,Z,min,与驻波系数,的关系为,:Z,min,=Z,0,/,式中,是驻波系数。,如果我们用,L,min,表示电压驻波第一波节点到终端的距,离,于是由式,可得电压驻波第一波节点处的输入阻抗,值为,Z,min,=Z,0,/,=Z,0,Z,A,=Z,0,Z,A,=Z,0,-j,Z,0,+jZ,A,tg,(,kL,min,),Z,A,+jZ,0,tg,(,kL,min,),1-j,tg,(,kL,min,),-jtg,(,kL,min,),2,cos,2,(,kL,min,),+sin,2,(kL,min,),2,cos,2,(,kL,min,),+sin,2,(kL,min,),(,2,-1),cos,(,kL,min,),sin,(kL,min,),另一方面,传输线上电压驻波波节点处的输入阻抗Z,（,三）、驻波系数和第一节点位置的测定,1.,晶体检波器的定标曲线,驻波系数是驻波波腹点电压与节点电压之比值,即,=U,max,/U,min,式中,U,max,是驻波波腹点电压值,U,min,驻波波节点电压值。,晶体检波器的检波电流与检波电压之间的一般关系,为,I=B,U,n,式中,B,为常数,U,是检波电压,n,是晶体检波器的检波律,在弱信号工作,(,检波电流不大于,10uA),情况下,近似认,为是平方律检波即,n=2,在大信号范围,n,近似认为等与,1,即直线律。,由于终端短路的传输线上的电压驻波按正弦规律分布,即,U=Asin(2L/,g,),(,6,),（三）、驻波系数和第一节点位置的测定,将式,(6),代入式,(5),就可求得检波电流的表达式,I=Csin,(,2L/,g,),n,测晶体检波器定标曲线的具体步骤如下,:,将测量线输出端短路。,测量两相邻驻波波节位置,L,min1,和,L,min2,则波导波长为,g,=2|L,min2,-L,min1,|(7),测波节位置的交叉读数法,:,L,min,=(L,1,+,L,2,)/2 (8),移动探针,在波节和波腹,之间大约取,10,个点,它们离,波节的距离分别为,L,1,L,2,L,10,相应的指示器读数为,I,1,I,2,I,10,。,L,min,L,1,L,2,交叉读数法,I(,指示器读数,),将式(6)代入式(5)就可求得检波电流的表,将,L,1,L,2,L,10,分别代入式,(U/U,max,)=sin,(,2L/,g,),计,算出与之相对应的相对电压,(U,1,/U,max,),(U,2,/U,max,),(U,10,/U,max,),。,(,注,:U,max,是波腹点电压,),以相对电压,U/U,max,为横坐标,I,为纵坐标,将相对应点,联成平滑曲线,就得到晶体检波器的定标曲线。,当晶体检波器具有平方律检波特性时,不必作晶体,定标曲线,而直接由下式计算驻波系数,=U,max,/U,min,=(I,max,/I,min,),1/2,式中,I,max,是波腹点的检波电流,I,min,是波节点的,检波电流。,2.,第一个电压波节位置,L,min,的测定,通常采用终端短路法。,将L1,L2,L10分别代入式(U/Um,具体方法是,:,当待测天线,接入 时,在测量,线上找到任一个电,压节点位置,L,1,然后,将天线输入端短路,(,若天线直接接在测,量线终端时,就取下天线,将测量线终端端面短路,),再测得一个与刚才那个节点相邻,(,向负载方向,),的电压节点位置,L,2,则第一个电压波节点到终端的距离为,L,min,=|L,2,-L,1,|,0,L,1,L,2,L,min,L,min,短路电压驻波图,接入天线电压驻波图,测量线位置标尺,天线接入端面,第一驻波波节位置的确定,0L1L2LminLmin短路电压驻波图接入天,测出,、,g,和,L,min,以后,由式,(4),就可以计算出天线的,输入阻抗,Z,A,。,3.,大驻波系数,(,或小行波系数,),的测量,直接测取电压驻波波腹点检波电流,I,max,和节点检波电,流,I,min,后,通过晶体检波器定标曲线查得相应的腹点电,压,U,max,和节点电压,U,min,取其比值求得驻波系数的方法一,般称为直读法,。,它宜于测量驻波系数为,1.05,6,的,情况。,图中各量与驻波系数的,关系为,=,(9),式中,L=|L,2,-L,1,|,U,min,U,0,U,L,min,L,2,L,1,L,Sin(,L/,g,),(U,0,/U,min,),2,-cos,2,(,L/,g,),1/2,测出、g和Lmin以后,由式(4)就可以计算出,为了提高测试准确度,可多取几个等电平,U,0,的点进行,测量,分别测出不同,U,0,对应的,L,2,和,L,1,并分别代入式,(9),计算出,的值,然后再求,的平均值。,四、测量线法的测量误差,设,和,L,min,的测量误差分别为,和,L,min,则天线输,入阻抗,Z,A,=R,A,+jX,A,的测量误差为,Z,A,=(Z,A,/),+(Z,A,/L,min,),L,min,=,R,A,+j,X,A,得,=,+(10),R,A,R,A,2,cos,2,(kL,min,)+sin,2,(k,L,min,),-,2,cos,2,(kL,min,)+sin,2,(k,L,min,),2,cos,2,(kL,min,)+sin,2,(k,L,min,),4(,2,-1)cos(kL,min,)sin(k,L,min,),L,min,g,为了提高测试准确度,可多取几个等电平U0的点,=,+,(11),引起驻波系数,的测量误差的大致原因有,:,指示器读数不准,;,探针导纳的影响,;,测量线机,械平稳度差,;,联接转换装置的反射等等。,三 天线互阻抗的测量,（一）、基本关系式,互阻抗与阵元形式、尺寸、排列方式、阵元间距离,、激励电流及所处环境等均有关系。,X,A,X,A,(,2,1),2,cos,2,(kL,min,)+sin,2,(k,L,min,),2,2,2,2,cos,2,(kL,min,)-sin,2,(k,L,min,),cos(kL,min,)sin(k,L,min,),2,cos,2,(kL,min,)+sin,2,(k,L,min,),L,min,g,XAXA(2 1)2cos2(kLmin)+sin,在由大量相同而有规律间距阵元组成的天线阵中，除,靠近阵边缘的阵元外，任一对具有同样相对位置的阵元,间之互阻抗是相同的。,图中天线上的各量有下面的关系,U,1,=I,1,Z,11,+I,2,Z,12,U,2,=I,1,Z,21,+I,2,Z,22,式中,，,U,1,，,U,2,分别是天线,1,和天线,2,输入端,电压；,I,1,，,I,2,分别是天线,1,和天线,2,输入端电流；,Z,11,，,Z,22,分别是天线,1,和天线,2,的自阻抗；,Z,12,，,Z,21,分别是天线,1,和,天线,2,之间的互阻抗。,由互易原理知,Z,12,=Z,21,由于两天线相同，则有,Z,11,=Z,22,=Z,S1,因此方程,(1),可以写为,天线,1,天线,2,U,1,I,1,I,2,U,2,（,1,）,（,2,）,（,3,）,在由大量相同而有规律间距阵元组成的天线阵中,U,1,=I,1,Z,S1,+I,2,Z,12,U,2,=I,1,Z,12,+I,2,Z,S1,式,(4),就是进行互阻抗测量的基本关系式。,（,二）、对称,非对称法,这种方法首先用等幅同相电压,U,S,激励天线,1,和天线,2,，,测量天线,1(,或天线,2),的输入阻抗,Z,S,；然后用等幅反相,电压,U,a,激励天线,1,和天线,2,，测量天线,1(,或天线,2),的输,入阻抗,Z,a,；最后便可求得自阻抗和互阻抗。,对称情况时,(,等幅同相激励两天线,),，由方程,(4),知,U,S,=I,1,Z,S1,+I,2,Z,12,U,S,=I,1,Z,12,+I,2,Z,S1,求解方程,(5),得：,Z,S,=U,S,/I,1,=Z,S1,+Z,12,（,4,）,（,5,）,（,6,）,U1=I1,非对称情况时,(,等幅反相激励两天线,),，由方程,(4),知,U,a,=I,1,Z,S1,+I,2,Z,12,-U,a,=I,1,Z,12,+I,2,Z,S1,求解方程,(7),得：,Z,a,=U,a,/I,1,=Z,S1,-Z,12,联立求解式,(6),和式,(8),得：,Z,S1,=(Z,S,+Z,a,)/2,Z,12,=(Z,S,-Z,a,)/2,通过测量得到阻抗,Z,S,和,Z,a,后，由式,(9),就可以计算得,到天线,1(,或天线,2),的自阻抗及天线,1,与天线,2,之间的互,阻抗。,（,三）、开路,-,短路法,将方程,(4),改写为：,（,7,）,（,8,）,（,9,）,非对称情况时(等幅反相激励两天线)，由方程,Z,1,=U,1,/I,1,=Z,S1,+(I,2,/