天线常识-天线性能指标及测量方法

2020-03-18 11:25:24 34

一、天线性能指标

  (1)天线输入阻抗 天线输入阻抗是天线馈电点处的电压与电流之比。通常是一个复阻抗,而且是频率的函数。

  (2)驻波系数(VSWR)驻波系数是天线馈线上的一个特征参数,它反映了天线输入阻抗与馈线特性阻抗的匹配程度,定义为馈线上最大电压与最小电压之比。

  (3)增益G 在天线输入功率相同的情况下,某天线在最大辐射方向的场强平方,与一理想的无方向性的点源在相同处产生的场强平方之比,常用分贝表示。

  (4)方向图 天线方向图用来描述电(磁)场强度在空间的分布情况,常用般功率波瓣宽度来表示方向图的宽度。

  (5)极化特性 天线极化特性表示天线在最大辐射方向上电场的极化形式。可分为线极化、圆极化和椭圆极化。


    增益的多种表达方式

    在电信网络尤其是无线通信领域里,我们经常会遇到dBm、dBi、dB、dBc等与功率有关的单位,许多维护工程师在对这些单位的理解上存在着混淆和误解,造成计算失误。下面集中辩析这几项单位,供广大通信同行参考。


   1.dBm

   dBm用于表达功率的绝对值,计算公式为:

   10lg(P功率值/lmw)


   [例] 如果发射功率P为10w,则按dBm单位进行折算后的值应为:10lg(10w/1mw)=10lg(10000)=40dBm30DBm=10lg(1W/1mW)


  2.dBi、dBd

  dBi和dBd均用于表达功率增益,两者都是一个相对值,只是其参考的基准不一样。dBi的参考基准为全方向性天线,dBd的参考基准为偶极子,因此两者的值略有不同,同一增益用dBi表示要比用dBd表示大2.15。


  [例]对于增益为16dBd的天线,其增益按单位dBi进行折算后为18.5dBi(忽略小数点后为18dBi)。


3.dB

  dB用于表征功率的相对比值,计算甲功率相对乙功率大或小多少dB时,按下面计算公式:

  10lg(甲功率/乙功率)


  [例]若甲天线的增益为20dBd,乙天线的增益为14dBd,则可以说甲天线的增益比乙天线的增益大6dB。


4.dBc

  dBc也是一个表征相对功率的单位,其计算方法与dB的计算方法完全一样。

  一般来说,dBc是相对于载波功率而言的,在许多情况下用来度量与载波功率的相对值,如度量干扰(同频干扰、互调干扰、交调干扰和带外干扰)、耦合、杂散等相对量值,在采用dBc的地方,原则上可以使用dB替代。

  1.反射系数:P=反射波振幅/入射波振幅=传输线特性阻抗-负载阻抗/传输线特性阻抗+负载阻抗

  2.行波系数:K=电压最小值/电压最大值=反射波振幅-入射波振幅/反射波振幅+入射波振幅

  3.驻波比:S=电压最大值/电压最小值,

  综上所述,在传输线终端有负载时,传输线输入阻抗有以下性质:

  1.传输线上距离终端四分之一波长的奇数倍处的等效阻抗等于特性阻抗的平方除以终端负载.

  2.传输线上距离终端二分之一波长整数处的等效阻抗等于负载阻抗.



二、天线测量方法和常用仪器

 (1)输入阻抗和驻波系数的测量把天线直接接至测量仪器上就可进行输入阻抗和驻波系数的测量。常用仪器有:网络分析仪、阻抗分析仪、阻抗电桥、驻波表等。

 (2)方向图的测量 常用旋转被测天线法进行测量。所需仪器设备有:天线测试转台、功率信号源、场强计及辅助天线

 (3)增益测量天线增益测量有比较法、射电天文法等,常用比较法测量天线增益。所需仪器设备与方向图测量相同,但还需已知增益的标准天线。



三、电波传播模式


 (1)天波传播 指电波由天线发射后经电离层反射又到达地面的传播方式,此种方式主要用于短波通信、广播和短波雷达。

 (2)空间波传播指电波自天线发射后经直线路径直接到达接收点,象地面上的超短波通信、电视广播、调频广播以及卫星通信、卫星广播等。

 (3)地波传播 指电波沿地表面传播,主要用于中长波广播、导航、短波地波通信等。



天线驻波比小常识

    电压驻波比(VSWR)是射频技术中最常用的参数,用来衡量部件之间的匹配是否良好。当业余无线电爱好者进行联络时,当然首先会想到测量一下天线系统的驻波比是否接近1:1,

    如果接近1:1,当然好。常常听到这样的问题:但如果不能达到1,会怎样呢?驻波比小到几,天线才算合格?为什么大小81这类老式的军用电台上没有驻波表?


VSWR及标称阻抗


    发射机与天线匹配的条件是两者阻抗的电阻分量相同、感抗部分互相抵消。如果发射机的阻抗不同,要求天线的阻抗也不同。在电子管时代,一方面电子管本输出阻抗高,另一方面低阻抗的同轴电缆还没有得到推广,流行的是特性阻抗为几百欧的平行馈线,因此发射机的输出阻抗多为几百欧姆。而现代商品固态无线电通信机的天线标称阻抗则多为50欧姆,因此商品VSWR表也是按50欧姆设计标度的。


    如果你拥有一台输出阻抗为600欧姆的老电台,那就大可不必费心血用50欧姆的VSWR计来修理你的天线,因为那样反而帮倒忙。只要设法调到你的天线电流最大就可以了。

 正因为VSWR除了1以外的数值不值得那么精确地认定(除非有特殊需要),所以多数VSWR表并没有象电压表、电阻表那样认真标定,甚至很少有VSWR给出它的误差等级数据。由于表内射频耦合元件的相频特性和二极管非线性的影响,多数VSWR表在不同频率、不同功率下的误差并不均匀。


    VSWR不是1时,比较VSWR的值没有意义