天线测量第二章全解

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重新调节标准电感l0或标准电容c0使电路谐振调整标准电阻r0i2任保持先前数值记下此时的标准电抗值x2及电阻值r2rar2xa信号源a2r0zaa1l0k2k1保持信号源输出恒定谐振法测量天线输入阻抗端接入标准电感l0c1和回路品质因素q1记下此时的电容量c1和回路品质因素q1高频电压表谐振法测量天线输入阻抗综合法位置使待测天线阻抗za接入电路记下此时的回路品质因素q1从而断开待测天线阻抗za接入标准阻抗r0c0l0调节标准阻抗使回路重新谐振并得到与先前相同的品质因素q1电桥法测量天线输入阻抗电桥是用比较法测量物理量的电磁学基本测量仪器电桥的种类很多测量中等阻值106欧姆的电阻要用惠斯登单臂电桥进行测量
R3 / C1 R2 / C4
可知:要使电桥平衡,必须 同时调节 电阻 与 电 容 两个参数达到电阻 平衡和电容平衡。
电桥法测量天线输入阻抗
电感电桥的平衡条件:
对图示电感电桥,推导可得:
R1 R3 R2 R4
R3 L1 R2 L4
可知:要使电桥平衡,必须 同时调节 电阻 与 电 感 两个参数达到电阻 平衡和电感平衡。
测量线法测阻抗的准确度很大程度 上取决于驻波系数的测量精度。引 起驻波测量误差的种种原因分析, 不难从一般“微波测量”书中找到 。大致原因有:①指示电表读数不 准;②探针导纳影响;③测量线机 械平稳度差;④联接转换装置的反 射等等。
扫频法测量天线输入阻抗
传输线输入 端的驻波电 压必为零
l 1
测量线法测量天线输入阻抗
同轴测量线
传输线电压电流分布
Z in (l ) Z 0
k 2 g
Z min Z 0
Z A jZ 0 tgkl Z 0 jZ Atgkl
Z min
表示某一驻 波波节点到 终端的距离 Z Z jZ 0 tgklmin 0 Z0 A Z 0 jZ Atgklmin
频率在30MHz以下
Bx 0 CB
2
M
C C R C
电桥法测量天线输入阻抗
同轴和波导电桥
同轴电桥
波导电桥的双T接头
电桥法测阻抗简单、迅速,其精确度主要取决于标准阻抗和电桥结构,在 微波波段,一方面高准确度可变标准阻抗制作十分困难,另方面微波孔径天线 的反射系数比输入阻抗更为重要和更有意义。因此,实际上工作中往往把波导 电桥作为反射计,用以测量天馈系统的反射系数模值。 超短波直到超微波波段
质损耗的等效电阻
电容电桥的平衡条件:
1 4
根据平衡条件,有:
Z1Z3 Z2 Z4
1 1 R1 jC R3 R4 jC R2 1 4
电桥法测量天线输入阻抗
令上式的实部和虚部分别相等,则得平衡条件:
R1 R3 R2 R4
2 U A sin g
l
测量线法测量天线输入阻抗
lmin l l
用阻抗圆图计算天线输入阻抗
Z 0 50
25
g 12cm l min 2cm
lmin g 0.166
Z A 1.08 J 0.98
Z A 54 j 49()
XA
1 或 X A 0 L0 0 C0
R A R0
电桥法测量天线输入阻抗
电桥是用比较法测量物理量的电磁学基本测量仪器,电桥的种类很多,测量中等阻值 (10~106欧姆)的电阻要用惠斯登单臂电桥进行测量;若要测量更大阻值的电阻,一 般采用高电阻电桥或兆欧表;而要测量阻值较小的电阻,一般采用双臂电桥(开尔文电 桥)。电桥准确度高、稳定性好,所以被广泛用于电磁测量、自动调节和自动控制中。 惠斯登单臂电桥是最基本的直流单臂电桥。 在测量电阻及其它电学实验时,经常会用到一种叫惠斯通电桥的电路,很多 人认为这种电桥是惠斯通发明的,其实,这是一个误会,这种电桥是由英国发明 家克里斯蒂在1833年发明的,但是由于惠斯通第一个用它来测量电阻,所以人们 习惯上就把这种电桥称作了惠斯通电桥。
(0 ~ 0 )
扫频法测量天线输入阻抗
驻波系数
内阻 传输线特性阻抗
R1 Z 0
U1 U min Z0
Z0


Ri
U1 1
U max
U1Z 0 U1 Z 0 Ri 1
1 U 2 U max U min U1 1
d
U
~
电桥法测量天线输入阻抗
交流电桥的平衡条件:
φ 为复阻抗的阻抗 角,是各桥臂电流与 电压之间的相位差。
│Z│或 Z0 为复 阻抗的模
Z1Z3 Z2 Z4
Z Z e j Z 0 e j
b
Z1 Z2
其中,Z 为各桥臂的复阻抗:
纯电阻时电流与电压同相位: φ = 0; 电感性阻抗:φ > 0; 电容性阻抗 :φ < 0。
电桥法测量天线输入阻抗
R1
R2 U0
电桥:由首尾相联四个阻 抗构成,其对角端 分别为供桥电源和 输出端的测量电路。
R4
R3
电桥的作用: 把电阻、电感或电容的变化量转换为电压或电流 量,以供后续电路测量记录。
U
电桥法测量天线输入阻抗
1.直流电桥
b
ac 端: 供桥电源端
R1
R2
a
bd 端:输出端 — 接入输 入电阻较大的仪表 或放大器,因此电 桥的输出端可看成 开路。
a
Z4 Z3
c
U0
d
U
~
电桥法测量天线输入阻抗
将复阻抗代入,可得:
Z 01 Z 03e
j 1 3
Z 02 Z 04 e
j 2 4
上式成立必须同时满足以下条件:
幅值平衡条件
Z01 Z03 Z02 Z04
相位平衡条件
1 3 2 4
交流电桥平衡必须满足 幅值平衡条件 和 相位平衡条件,即相对两臂阻抗之模的乘积相 等,它们的阻抗角之和也必须相等。
谐振法
低频
中频
电桥法
测量线 法
高频
微波
超高频
毫米波
谐振法测量天线输入阻抗
比较法
信号源
保持信号源 输出恒定
A1
A2 K1
a K2 R0 C ZA b L0
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
待测天线阻ZA抗接入ab点 将信号源调到测试频率; 闭合开关K2 调节标准电感L0或标准电容C0,使电路谐振,此时电 流指示I2最大 记下标准电抗数值X1及电流值I2 断开K2,闭合K1,此时电路失谐; 重新调节标准电感L0或标准电容C0 ,使电路谐振 调整标准电阻R0,是I2任保持先前数值 记下此时的标准电抗值X2及电阻值R2
XA
RA
1
0 (C 2 C1 )
Q1Q2 1 Q1 Q2 0 C1
谐振法测量天线输入阻抗
综合法
信号源 A 1 R L0 2 C K 1' 2' C0 R0 L0 ZA
将开关K置于1’位置,使待测天线阻抗ZA接入电路 调节Q表的电容C,使回路在测试频率上谐振 记下此时的回路品质因素Q1 将开关位置转换到2’ ,从而断开待测天线阻抗 ZA ,接入标准阻抗(R0,C0,L0) 5. 调节标准阻抗,使回路重新谐振,并得到与先前 相同的品质因素Q1 1. 2. 3. 4.
c
R4 R3
U0
d
U
电桥法测量天线输入阻抗
直流电桥的平衡条件 根据电工学理论,输出电压为:
平衡条件与电 对臂电阻的乘积相等, R1 源电压无关。 或邻臂电阻之比相等。 R1 R3 R2 R4 U0 U R1 R2 R3 R4 a
R4
b
R2
c
R3
U0
电桥平衡:b、d 点电位相等, 输出U0 为 0。
电桥法测量天线输入阻抗
1 3 2 4
4
(2)交流电桥四个桥臂中有两 对边桥臂,若1、3桥臂为 纯电阻,则φ1= φ3= 0, 根据平衡条件对相位的要 求,其它两个对边桥臂必 须具有异性的电抗,如一 边为容抗,则另一边应为 感抗,这样才能符合 φ2= -φ4 的要求。
3
1
2
电桥法测量天线输入阻抗 R 、R 可视为电容介
阻抗值就会变化,并且给电桥平衡带来困难。比 如对 基波 而言,电桥达到平衡,而对高次谐波, 电桥不一定平衡, 可能会有高次谐波电压输出。
电桥法测量天线输入阻抗
低频电桥电路
阻抗电桥
导纳电桥
R x RB
(C B 2 C B1 ) CN
Gx 0 MCG
2
1 1 1 Xx 0 C P 2 C p1
测量线测得沿线驻波系数、波导波长、节点位置
传输线电压电流分布
驻波系数和节点位置的测定 测量线探针感应的高频电压

U max U min
驻波腹点 电压值
晶体二极管检波电流 √
I BU

a

驻波节点 电压值
晶体检波特性和工作状态有关的参量
连续波工作的检波电流不大于10 A ,脉 冲工作的输入电压不大于几毫伏时,可以 近似认为晶体二极管具有平方律检波特性
m 1 f3 f1 m
电波在传输线 中传播的速度
f
不同频率时,终端短路传输线上的驻波电压分布

m1 2l
2l
传输线愈长,则在其输入端电压变化 一个周期所需的频率变化量就愈小
扫频法测量天线输入阻抗
终端短路时检波电压:
0 ~ U1
测试原理图
终端接上待测阻抗
等效电路图
d
U
直流电桥平衡条件:
R1 R3 R2 R4

R2 / R1 R3 / R4
电桥法测量天线输入阻抗
交流电桥
交流电桥的电路与直流电桥相同,但在电路具体 实现上与直流电桥有两点不同:
b
Z1
Z2
a
(1)供桥电源是高频交流电源;
c
Z4 Z3
U0
(2)交流电桥的桥臂可以是纯电阻,也可以是 含有电容、电感的交流阻抗。
电桥法测量天线输入阻抗
1 3 2 4
对两种特例进行分析:
4
(1)交流电桥四个桥臂中有两相
3
邻桥臂,若1、2桥臂为纯电
阻,则:φ1= φ2= 0 ,根据 平衡条件对相位的要求,必 须使 φ3= φ4,这说明电桥 的另外两个桥臂必须具有同 性的阻抗,如容抗或感抗。
1
2 3
4
1
2
RA=R2 XA= ⊿X=X2-X1
谐振法测量天线输入阻抗
Q表法
信号源 A 1 R L0 2 C V ZA 高频电压表
1. 在Q表的1﹑2端接入标准电感L0 2. 调节Q表的电容C使回路谐振;记下此时的电容 量C1和回路品质因素Q1 3. 将待测天线阻抗ZA于C相并联接入电路 4. 在相同频率下,将回路再次调到谐振 5. 记下此时的电容量C1和回路品质因素Q1
当频率改变时,传输线 输入端电压呈周期变化
输入的频率要变化多少 时,才能使输入端的驻 波电压变换一个周期
传输线输入 端驻波电压 为最大值
l 1 252

传输线输入 端的驻波电 压必为零
l 1 53
l (m 1) 3 m 1 2 2 f1 f f 3 f1 m m1
开尔文电桥又称“双臂电桥”。测量10^(-6)~10^2欧姆低电阻的直流电桥。1862年 英国的W.汤姆孙在研究利用单比电桥测量小电阻遇到困难时,发现引起测量产生较 大误差的原因是引线电阻和连接点处的接触电阻。这些电阻值可能远大于被测电阻 值。因此,他提出了的桥路,被称为汤姆孙电桥。后因他晋封为开尔文勋爵,故又称 开尔文电桥。 引线电阻、接触电阻及内部连线电阻 所测电阻值可低到毫欧级或更小。根据双比电桥原理又发展出史密斯电桥,三平衡 电桥和四跨线电桥等,使得采用桥路测小电阻的理论与实践臻于完善。
l l min
Z A Z0
不同负载时,沿传输线的电压、电流分布
1 jtgklmin jtgklmin
( 2 1) sin klmin cos klmin Z A Z0 2 j 2 2 2 2 2 cos kl sin kl cos kl sin kl min min min min
阻抗测量
电桥法测量 天线输入阻 抗 谐阵法测量 天线输入阻 抗
测量线法测 量天线输入 阻抗
扫频法测量 天线输入阻 抗
网路分析仪 法测量天线 的输入阻抗
互阻抗测量
引言
阻抗 测量
阻抗法测电 小天线的效 率
阻抗测量
天线的电路特性测 量可以直接应用微 波测量的各种方法
单端口的微波元件
阻 抗 测 量 方 法
桥法测量天线输入阻抗
说 明
(1)对于纯电阻交流电桥,即
使各桥臂均为电阻,但由于导线间存在分布电容, 相当于在各桥臂上并联一个电容。因此在调节电桥平衡时, 除了有电阻平衡以外,还应有电容平衡。
(2)交流电桥的供桥电源要求高,其必须具有良好的电 压波形和频率稳定性。 交流阻抗计算中包含有电源频率
的因子 , 当电源频率不稳定,或者电压波形畸变时,交流
测量误差
( 2 1) sin klmin cosklmin Z A Z0 2 j 2 2 2 2 2 cos kl sin kl cos kl sin kl min min min min

l min
l min
Z A Z A Z A l min l min
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