十字型发射天线的配接

十字型发射天线的配接
    在一些中小功率的高频发射设备中，通常都采用多层十字型半波折合振子发射天线。这种天线的特点是结构简单架设方便，其缺点是增益较低且带宽相对较窄，在这里以双层十字型天线为例说明一下其配接原理。图1为此种天线的结构图，我们知道一个半波振子的输入租抗为平衡式300欧，而发射设备的输出阻抗常为50欧不平衡式，所以首先要将折合振子的300欧平衡变换成75欧不平衡式（变换原理可参考我以前所发表的有关文章），然后将两条长度为λ（波长）的75欧同轴电缆（称分馈线）将上下两层东西向的振子和用两条长度为λ+λ/4的75欧电缆将上下两层中南北向的振子联结成一个节点1（如图2所示），节点1的阻抗为75/4=18.75欧，由于发射设备的输出阻抗为50欧，所以还必须进行阻抗变换，我们利用 这个公式进行计算，式中Z0为所需的λ/4长度的匹配电缆特性阻抗，Z1为节点1的阻抗，Z2为发射设备的输出阻抗（节点2）。计算得 为此我们可以用一条长度为λ/4的50欧电缆和一条同样长度的75欧电缆并联来近似代替。
    为何东西向和南北向的分馈线要相差λ/4呢？这是为了在水平面内使电磁波得到均匀的辐射，如分馈线的长度一样其在水平面内的辐射图如图3，从图中可见其辐射场在西南，东北，东南，西北的方向上是较弱的，如果南北向的振子与东西向的振子在馈电上相差π/2的相位，那末其形成的辐射场是一个旋转磁场，其辐射图如图4所示，从图中可见辐射场在全方位上都比较均匀了。根据传输线的原理要产生π/2的相位差只需将某一方向上（如南北向）的分馈线增加λ/4就可以了，这就是为何南北向和东西向分馈线相差λ/4的原因。思维稿

天线驻波比的测量方法
    在天线系统中，天线与设备配接是否良好我们常常用一个称为驻波比的参数对其衡量，当驻波比为1的时，表示此天线系统匹配良好没有反射，如此数越大则意味着匹配状况越差，系统中存在越大的反射波。那末如何测量天线的驻波比呢？在这里我向大家介绍一种较为简易的办法。
    要测量驻波比需要一台扫频仪，接法如图2-1，先将馈线的终端（近天线系统一端）短路，此时由于扫频仪输出的信号在馈线的终端形成全反射，观察其全反射波形如图2-2曲线的最大幅度为a，然后将天线接入馈线的终端，此时扫频仪上在工作频率范围内观察到的最大幅度为b如图2-3，先求出反射系数P=b/a，然后可用式S=1+P/1-P求出驻波比，式中的S表示驻波比。思维稿

电缆的电长度
    在传输线中常用一个称为电长度的参数（单位：MHZ）来衡量电缆的电气性能。工厂生产电缆时，因为制造工艺的关系，使得每一批的电缆的电气指标都存在着差别，比如同是一段物理长度一样的两条电缆，对同一个高频信号来说它反映的电性能就不一样，因此就引入了一个电长度的概念。它反映了在一段单位物理长度内，电缆对某一频率信号所表现出来的特性。在制作发射天线的馈电系统中，此项参数尤为重要。例如在我发表的“双层十字型发射天线的配接”一文中的各分馈电缆，在物理长度一样但电长度不一样的情况下，分馈线的实际阻抗就会产生偏移且会引起附加相移，使得整个天线系统难以做到很好的配接。
    那么如何去检测一段电缆的电长度呢？具体方法是这样的，例如发射天线工作的中心频率为F，其对应的波长为λ，截取一根物理长度为λ/2的电缆将它的终端短路，使它对信号形成全反射，用扫频仪进行测试，调节扫频仪输出的中心频率使扫频仪屏幕上产生一个下陷的波形（如图L所示），这个下陷波就是电缆的反射波形。从长线理论中我们知道，终端短路的传输线对于某一频率信号来说，离终端λ/2处，它的反射波电流幅值最大，所以此时图中的A点（即波峰处所对应的频率）就是这根电缆的电长度。如A点处的频标所指示的频率等于F，就说明此电缆的电气性能达标，如不等F，则说明电缆的电气性能存在着差异，如用此电缆作天线系统的分馈线时，就必须要对其（物理长度）进行修正。
    对于特性相同的电缆来说，当它的物理长度相同时，它们的电长度也相同；当它的特性不等时，电缆的物理长度相同而它们的电长度不相同，所以我们可以用电长度这个指标来衡量电缆性能的一致性。思维稿

定向耦合器
    在很多高频发射设备中，常在末级功放至发射天线的通路中插入一个定向耦合器来测量发射设备的发射功率或测量天线的反射功率，下面我介绍一下这种定向耦合器的工作原理。
    如图X是定向耦合器的原理图，其中A、B是主馈电缆的内导体，在接近内导体里放入一个线圈L3，其中C是L3和内导体之间的分布电容。当有射频信号送入时，A、B有电流I 流过，其中E是内外导体间的射频电压，由于分布电容C的存在，那么内导体中就有一电流通过C、R1流到外导体，这个电流在R1上将产生一个互感电压EL3，很明显，a-b两端的输出电压E=ER1+EL3，在制造中我们适当地选择L3和R1并在调试中改变C和互感系数M，使得在一个方向上输出电压E为最大值（即使得ER1和EL3在相位上是相加的），而在另一个方向上E输出极小极小（即使得ER1和EL3在相位上是相减的），这样我们就实现了定向耦合的作用，输出电压E通过BG1检波后送至指示系统，这样我们就可以在指示系统上读出机器发向天线的实际功率。思维稿