十字型發(fā)射天線的配接

十字型發(fā)射天線的配接
    在一些中小功率的高頻發(fā)射設(shè)備中，通常都采用多層十字型半波折合振子發(fā)射天線。這種天線的特點是結(jié)構(gòu)簡單架設(shè)方便，其缺點是增益較低且?guī)捪鄬^窄，在這里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(jié)構(gòu)圖，我們知道一個半波振子的輸入租抗為平衡式300歐，而發(fā)射設(shè)備的輸出阻抗常為50歐不平衡式，所以首先要將折合振子的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(fā)表的有關(guān)文章），然后將兩條長度為λ（波長）的75歐同軸電纜（稱分饋線）將上下兩層?xùn)|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(lián)結(jié)成一個節(jié)點1（如圖2所示），節(jié)點1的阻抗為75/4=18.75歐，由于發(fā)射設(shè)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(jié)點1的阻抗，Z2為發(fā)射設(shè)備的輸出阻抗（節(jié)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歐電纜并聯(lián)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(nèi)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(nèi)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(zhuǎn)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(jù)傳輸線的原理要產(chǎn)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(tǒng)中，天線與設(shè)備配接是否良好我們常常用一個稱為駐波比的參數(shù)對其衡量，當駐波比為1的時，表示此天線系統(tǒng)匹配良好沒有反射，如此數(shù)越大則意味著匹配狀況越差，系統(tǒng)中存在越大的反射波。那末如何測量天線的駐波比呢？在這里我向大家介紹一種較為簡易的辦法。
    要測量駐波比需要一臺掃頻儀，接法如圖2-1，先將饋線的終端（近天線系統(tǒng)一端）短路，此時由于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，然后將天線接入饋線的終端，此時掃頻儀上在工作頻率范圍內(nèi)觀察到的最大幅度為b如圖2-3，先求出反射系數(shù)P=b/a，然后可用式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(shù)（單位：MHZ）來衡量電纜的電氣性能。工廠生產(chǎn)電纜時，因為制造工藝的關(guān)系，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(nèi)，電纜對某一頻率信號所表現(xiàn)出來的特性。在制作發(fā)射天線的饋電系統(tǒng)中，此項參數(shù)尤為重要。例如在我發(fā)表的“雙層十字型發(fā)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(chǎn)生偏移且會引起附加相移，使得整個天線系統(tǒng)難以做到很好的配接。
    那么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(fā)射天線工作的中心頻率為F，其對應(yīng)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(diào)節(jié)掃頻儀輸出的中心頻率使掃頻儀屏幕上產(chǎn)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于某一頻率信號來說，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(yīng)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于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(tǒng)的分饋線時，就必須要對其（物理長度）進行修正。
    對于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(fā)射設(shè)備中，常在末級功放至發(fā)射天線的通路中插入一個定向耦合器來測量發(fā)射設(shè)備的發(fā)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(nèi)導(dǎo)體，在接近內(nèi)導(dǎo)體里放入一個線圈L3，其中C是L3和內(nèi)導(dǎo)體之間的分布電容。當有射頻信號送入時，A、B有電流I 流過，其中E是內(nèi)外導(dǎo)體間的射頻電壓，由于分布電容C的存在，那么內(nèi)導(dǎo)體中就有一電流通過C、R1流到外導(dǎo)體，這個電流在R1上將產(chǎn)生一個互感電壓EL3，很明顯，a-b兩端的輸出電壓E=ER1+EL3，在制造中我們適當?shù)剡x擇L3和R1并在調(diào)試中改變C和互感系數(shù)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?。词沟肊R1和EL3在相位上是相減的），這樣我們就實現(xiàn)了定向耦合的作用，輸出電壓E通過BG1檢波后送至指示系統(tǒng)，這樣我們就可以在指示系統(tǒng)上讀出機器發(fā)向天線的實際功率。思維稿