十字型發射天線的配接

名稱:十字型發射天線的配接
十字型發射天線的配接
在一些中小功率的高頻發射設備中，通常都採用多層十字型半波摺合振子發射天線。這種天線的特點是結構簡單架設方便，其缺點是增益較低且帶寬相對較窄，在這裡以雙層十字型天線為例說明一下其配接原理。圖1為此種天線的結構圖，我們知道一個半波振子的輸入租抗為平衡式300歐，而發射設備的輸出阻抗常為50歐不平衡式，所以首先要將摺合振子的300歐平衡變換成75歐不平衡式（變換原理可參考我以前所發表的有關文章），然後將兩條長度為λ（波長）的75歐同軸電纜（稱分饋線）將上下兩層東西向的振子和用兩條長度為λ+λ/4的75歐電纜將上下兩層中南北向的振子聯結成一個節點1（如圖2所示），節點1的阻抗為75/4=18.75歐，由於發射設備的輸出阻抗為50歐，所以還必須進行阻抗變換，我們利用這個公式進行計算，式中Z0為所需的λ/4長度的匹配電纜特性阻抗，Z1為節點1的阻抗，Z2為發射設備的輸出阻抗（節點2）。計算得為此我們可以用一條長度為λ/4的50歐電纜和一條同樣長度的75歐電纜並聯來近似代替。
為何東西向和南北向的分饋線要相差λ/4呢？這是為了在水平面內使電磁波得到均勻的輻射，如分饋線的長度一樣其在水平面內的輻射圖如圖3，從圖中可見其輻射場在西南，東北，東南，西北的方向上是較弱的，如果南北向的振子與東西向的振子在饋電上相差π/2的相位，那末其形成的輻射場是一個旋轉磁場，其輻射圖如圖4所示，從圖中可見輻射場在全方位上都比較均勻了。根據傳輸線的原理要產生π/2的相位差只需將某一方向上（如南北向）的分饋線增加λ/4就可以了，這就是為何南北向和東西向分饋線相差λ/4的原因。思維稿天線駐波比的測量方法在天線系統中，天線與設備配接是否良好我們常常用一個稱為駐波比的參數對其衡量，當駐波比為1的時，表示此天線系統匹配良好沒有反射，如此數越大則意味著匹配狀況越差，系統中存在越大的反射波。那末如何測量天線的駐波比呢？在這裡我向大家介紹一種較為簡易的辦法。
要測量駐波比需要一台掃頻儀，接法如圖2-1，先將饋線的終端（近天線系統一端）短路，此時由於掃頻儀輸出的信號在饋線的終端形成全反射，觀察其全反射波形如圖2-2曲線的最大幅度為a，然後將天線接入饋線的終端，此時掃頻儀上在工作頻率範圍內觀察到的最大幅度為b如圖2-3，先求出反射係數P=b/a，然後可用式S=1+P/1-P求出駐波比，式中的S表示駐波比。思維稿
電纜的電長度
在傳輸線中常用一個稱為電長度的參數（單位：MHZ）來衡量電纜的電氣性能。工廠生產電纜時，因為製造工藝的關係，使得每一批的電纜的電氣指標都存在著差別，比如同是一段物理長度一樣的兩條電纜，對同一個高頻信號來說它反映的電性能就不一樣，因此就引入了一個電長度的概念。它反映了在一段單位物理長度內，電纜對某一頻率信號所表現出來的特性。在製作發射天線的饋電系統中，此項參數尤為重要。例如在我發表的「雙層十字型發射天線的配接」一文中的各分饋電纜，在物理長度一樣但電長度不一樣的情況下，分饋線的實際阻抗就會產生偏移且會引起附加相移，使得整個天線系統難以做到很好的配接。
那麼如何去檢測一段電纜的電長度呢？具體方法是這樣的，例如發射天線工作的中心頻率為F，其對應的波長為λ，截取一根物理長度為λ/2的電纜將它的終端短路，使它對信號形成全反射，用掃頻儀進行測試，調節掃頻儀輸出的中心頻率使掃頻儀屏幕上產生一個下陷的波形（如圖L所示），這個下陷波就是電纜的反射波形。從長線理論中我們知道，終端短路的傳輸線對於某一頻率信號來說，離終端λ/2處，它的反射波電流幅值最大，所以此時圖中的A點（即波峰處所對應的頻率）就是這根電纜的電長度。如A點處的頻標所指示的頻率等於F，就說明此電纜的電氣性能達標，如不等F，則說明電纜的電氣性能存在著差異，如用此電纜作天線系統的分饋線時，就必須要對其（物理長度）進行修正。
對於特性相同的電纜來說，當它的物理長度相同時，它們的電長度也相同；當它的特性不等時，電纜的物理長度相同而它們的電長度不相同，所以我們可以用電長度這個指標來衡量電纜性能的一致性。思維稿
定向耦合器
在很多高頻發射設備中，常在末級功放至發射天線的通路中插入一個定向耦合器來測量發射設備的發射功率或測量天線的反射功率，下面我介紹一下這種定向耦合器的工作原理。
如圖X是定向耦合器的原理圖，其中A、B是主饋電纜的內導體，在接近內導體里放入一個線圈L3，其中C是L3和內導體之間的分佈電容。當有射頻信號送入時，A、B有電流I流過，其中E是內外導體間的射頻電壓，由於分佈電容C的存在，那麼內導體中就有一電流通過C、R1流到外導體，這個電流在R1上將產生一個互感電壓EL3，很明顯，a-b兩端的輸出電壓E=ER1+EL3，在製造中我們適當地選擇L3和R1並在調試中改變C和互感係數M，使得在一個方向上輸出電壓E為最大值（即使得ER1和EL3在相位上是相加的），而在另一個方向上E輸出極小極小（即使得ER1和EL3在相位上是相減的），這樣我們就實現了定向耦合的作用，輸出電壓E通過BG1檢波後送至指示系統，這樣我們就可以在指示系統上讀出機器發向天線的實際功率。思維稿