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无线电电子与电气工程百科全书 调谐和测试 VHF 天线。 无线电电子电气工程百科全书
无线电通信的范围及其工作质量不仅取决于天线类型的正确选择，还取决于天线的正确配置。 对于主要使用高方向性天线的超短波范围尤其如此，这可以显着增加无线电接收的范围和抗噪性。 本文的目的是为无线电爱好者提供有关使用他们自己制造的简单设备调谐和测试 VHF 天线的必要信息。 在一篇文章中不可能考虑业余爱好者使用的所有类型的天线，因此我们将尝试只讨论振动器天线，其安装与其他类型天线的安装有很多共同之处。 天线主要参数 在业余实践中，在测试天馈系统时，获取天线方向图、测量其增益并检查馈线匹配就足够了。 天线的辐射方向图是天线在不同方向和相同距离处产生的相对功率或场强的图形表示。 辐射方向图给出了天线整体辐射方向图的概念。 图上。 图 1 显示了在极坐标中构建振动器天线的辐射图的示例，该天线由辐射器、导向器和反射器组成。 该图是在水平放置的天线的水平面上拍摄的。
天线增益e是一个数字，表示给定天线在最大辐射方向（PSmax）的辐射功率比半波振子（PSl/2）在相同输入功率下辐射的最大功率（PSl/XNUMX）的多少倍。两种情况
在这种情况下，假设半波振子处于自由空间，其辐射的功率等于输入功率。
接收或发射天线正常工作的必要条件是其输入阻抗与电源线的波阻抗相等，因此也与接收器或发射器的输入阻抗相等。 如果线路的阻抗不等于负载的阻抗（线路不匹配），那么部分能量会从负载反射回来，导致组合波从发射机“入射”到天线，驻波。 通过将高频电压表连接到线路并沿线路移动，可以看到设备的读数周期性地改变其值（图 2）。 在这种情况下，KBV 线的行波系数被确定为设备的最小读数与最大值之比：
该系数的值表征了馈线的质量。 例如，如果馈线的负载短路或断开，则 CBV 为零。 在完全一致的情况下，KBV 等于 XNUMX。 测量仪器 馈线或天线上最简单的电压和电流指示器是两种灯：白炽灯和氖灯。 因此，当供电功率为 3,5-3 瓦时，3 V 袖珍手电筒的灯泡和霓虹灯 MN-6 就会发光。 为了提高电压指示器灯泡的灵敏度，有时会将小导体焊接到其底座上。 天线测量的必要设备是现场指示器。 它由一个振动器组成，在其间隙中连接了一个二极管和一个设备（图 3）。
电感器 Dr1 和 Dr2 缠绕在 VS-2 电阻上（各 100 kΩ），并采用 30 匝以可变节距缠绕的 PE-0,5 线。 对于 420-435 MHz 的频率，这些扼流圈应各有 5 匝。 如果装置的灵敏度不小于200μA（框架电阻约为750欧姆），并且电位器旋钮处于装置的最小分流位置，则可以认为指示器读数与场功率成正比。 对于正确执行的现场指示器，接收最大值与垂直于其中间的方向一致。 在使用现场指示器的过程中，它与所研究的天线之间的距离至少设置为（2,5-3）l。 建议将可调谐天线和指示器放置在没有建筑物、森林等的开阔区域（图 4）。 如果被测天线的有源振子水平安装，则指示天线也必须水平安装，反之亦然，如果天线辐射器是垂直的，则指示天线垂直放置。
可以使用普通电桥来测量 KBV。 测量线包含在它的一个臂中（图 5）。
当线路匹配时，线路的输入阻抗等于R3的阻值，R1和R2的阻值相同，电桥就会平衡。 电桥电压表将显示为零。 但是，如果线路不匹配，则桥将不平衡。 在这种情况下，电压表的刻度可以直接根据行波系数进行刻度。 桥梁示意图如图 6 所示。 XNUMX.
实际上，这里的电桥是由电阻 R1、R2、R3 和线路的输入电阻组成的，线路的输入电阻连接到“线路”连接器。 高频电压连接到“输入”连接器。 当电压表连接到“输入”插座时，测量输入电压，当电压表连接到“线路”插座时，测量电桥对角线的电压。 电桥的刻度在于，在提供相同电压的情况下，电压表指针应偏离满量程，“线路”连接器打开和关闭。 如果这不起作用，则需要选择电阻 R1 和 R2。 然后将一个等于电阻 Rs 的有源电阻连接到“线路”连接器。 零电压表读数（无论频率如何）将指示设备正常运行。 使用高阻电压表时，行波比的读数将对应于图 7 所示的图表。 桥式电路可用于测量匹配线路的输入阻抗或天线在其谐振频率下的输入阻抗。 为此，电阻 R3 必须是可变的并具有刻度。 它的值高达 680 欧姆，电阻 R1 和 R2 各有 240 欧姆。 当电桥平衡时，测得的电阻显然等于R3。 在测量天线的输入阻抗时，为了排除手的影响，需要通过一根大约半波长的电缆将电桥与天线连接起来。
天线调谐 无论天线将在何种模式下运行，都可以在发射模式和接收模式下进行调谐和测试。 在实际应用中，以传输方式进行调整更为方便。 如果为此目的将发生器连接到天线馈电而不是接收器，则为了更正确的测量，其输出电阻的值应与断开连接的接收器的输入电阻相同。 如果调谐天线的馈线直接连接到发射机的末级，那么需要注意的是，如果连接强，则发射机可能会失谐，并且天线调谐过程中的发电机功率输出会不稳定。 为避免这种情况，有必要在可能的情况下进行调谐，天线和发生器之间的连接必须有可靠的屏蔽。 天线可以很好地工作，只有在从发射器适当地提供能量时才能保持其特性。 因此，在设置需要对称供电的天线之前，需要确定天线供电电路的对称性。 这可以通过将相同的白炽灯泡连接到偶极子的末端来完成。 灯泡的不均匀发光表明不对称，其原因通常是平衡装置的不正确执行（四分之一波回路，“U - 膝”等）。 灯泡是预先选择的，因此在相同的电压下，它们的发光是相同的。 完全对称的特点是电压相等且导线任何部分的相位不同（符号相反）。 在检查了对称性并消除了不对称性之后，他们继续进行调整。 调谐天线半波振动器减少为调整振动器的长度。 在振动器的一定长度处，其自身的谐振频率与发射器的频率相等，因此天线发射的功率将最大。 在场指示器的帮助下，设置在振动器的最大辐射方向（垂直于其中间），找到设备读数最大的长度。 建议使振动器的长度比计算出的长度短 10%，并且在设置时，借助相互紧密滑动的管子或喷嘴进行更精确的调整。 如果振动器设计不提供调整，则建议检查其固有频率。 调谐振动器后，通过测量行波系数来检查馈线匹配。 为此，将桥连接到馈线，天线位于馈线的另一端。 发射天线的KBV值应至少为0,5，接收天线的KBV值至少为0,6-0,8。 在低KBV的情况下，例如可以在电缆和天线之间连接匹配变压器，该变压器是一段长度约为l/4的电缆，其中l是工作波长。 该段的波阻抗 Wtr 应等于
其中： W——馈线的波阻抗， RА是天线的输入阻抗。 之后，将馈线连接到接收器（或发送器），再次测量 KBV，并在必要时完成匹配（各种匹配设备的描述可以在 Linde D.P. 的书中找到“天线-馈线设备” M-L.，Gosenergoizdat，1953 年）。 调整给料机后，如有必要，再次调整振动器。 设置带有反射器的双振子天线（图 8，a），开始设置发射器。
调整发射器时必须拆除反射器。 发射器和馈线配置完成后（配置方法如前所述），安装并配置反射器。 为此，首先将现场指示器安装在天线后面，靠着反射器。 通过沿天线移动反射器或改变其长度（或两者兼而有之），可以在该方向（向后）实现最大的辐射衰减。 然后指示器沿主辐射方向移动，距离天线中心与前一种情况相同，反射器以相同方式调整到最大辐射（前向）。 通过多次重复此操作，与后向辐射相比，努力获得最大的前向辐射。 对于同时用于发射和接收的天线，反射器固定在与最大前向辐射和最小后向辐射设置相对应的点之间的中间位置。 对于发射天线，反射器位于前向辐射最大的位置，而对于接收天线，反射器位于后向辐射最小的位置。 经验表明，这些规定仅略有不同。 当向后和向前调整时，指示器读数可能会同时下降。 这意味着由于反射器对发射器的强烈影响，辐射功率有所下降，同时违反了馈线匹配。 如果无法调整馈线匹配，则应找到这样一个反射器位置，在该位置处，辐射方向图仍然令人满意，并且辐射功率的下降不会特别明显。 当反射器和发射器之间的距离在0,1-0,3l范围内时，可以实现主方向上良好的增益和返回辐射的大衰减。 由于天线元件相互影响较大，调整反射器后，需要重新调整发射器和馈线。 使用两个现场指示器要方便得多。 从反射器一侧安装一个，另一个从发射器一侧安装后，他们立即通过除以指示器的读数来确定前后比。 此外，这可以消除测量期间发电机功率变化的影响，并快速确定反射器的位置。 在设置带有反射器和导向器的三元天线时（图 8，b），也首先调整发射器。 在调谐过程中，它的反射器和导向器被移除或使用特殊的跳线关闭。 在调整发射器并匹配馈线后，他们开始设置导向器，与反射器一样，导向器被调整到与反向辐射相比的最大前向辐射。 与反射器相比，反射器的长度与发射器的长度相比随着调整而增加，导向器随着调整而缩短。 也可以通过选择它与发射器之间的距离来调整导向器。 这个距离在 0,1-0,2l 范围内。 接下来，安装和配置反射器。 在天线的制造中，提供用于暂时关闭反射器和导向器的装置是有用的。 为此，这些元件在中心被切割，并配有短路跳线。 设置完成后，跳线必须有螺丝固定。 调谐具有大量振动器的天线（“波通道”类型）类似于调谐上述三元天线。 调整发射器后，调整位于其附近的第一个导向器，然后调整第二个（不移除第一个），第三个，依此类推。 最后调整反射器，在设置发射器和导向器时必须关闭或移除反射器。 在这个序列中，这些操作会重复几次。 需要注意的是，董事多（三人以上）的制度设置和调整比较困难。 这种天线的辐射方向图对于改变每个导向器的位置和长度非常关键。 接收模式下的天线调谐使用功率约为 1 mW 的辅助发生器进行。 发电机负载在振动器上，通过按推挽电路执行发电机或开启平衡装置来实现振动器的对称供电。 接收器连接到被测天线。 使用与检测器负载串联的微安表监测接收器中的信号。 在测量期间，接收机增益不应太高。 否则，信号幅度将受到限制，无法找到调谐最大值。 接收模式中的调谐方法的本质与上述方法没有区别。 那些在发射模式中被调谐到最大辐射的天线元件在接收模式中被调谐到接收信号的最大值。 通过将反射器或导向器调整到最有利的前后比，发生器天线以相等的距离交替放置在天线的前后。 去除天线图案 在 0 到 360° 的范围内获取天线的全部特性是不可能的。 判断设置的正确性已经可以给出主梁各侧30-40°范围内的一部分图。 水平面的辐射方向图可以通过使用固定场指示器旋转研究中的天线或使用指示器在天线周围走动来获取。 在后一种情况下，指示器精确地沿着圆圈移动，调谐天线位于该圆圈的中心。 为便于参考，圆圈每 10° 用钉子划分。 在制图期间，必须注意确保发射机功率保持恒定。 借助设置在辐射最大值方向的第二场指示器，可以非常方便地进行这种控制。 固定式指示器的读数与便携式指示器的读数同时记录，然后将最后一个（便携式指示器）的读数除以每个方向角对应的第一个（固定）读数，并根据到得到的数据。 辐射最大值与天线几何轴的不匹配表明不对称，并且图表的明显失真通常是由于外来物体的反射造成的。 对于以功率为特征的场的辐射方向图，在距离最大值 0,5 的水平上测量方向图的宽度（以度为单位）（图 1）。 增益测量 被测天线和现场指示器的定位方式与设置过程相同（图 4）。 发射器功率设置为使现场指示器指针偏离满量程a的值макс. 之后，关闭发射机，并用半波振动器代替被测天线并连接。 然后再次打开发射器并注意仪器读数分。 通过公式计算天线的增益l
使用具有校准输出的发生器可以进行更准确的测量。 通过将发生器交替连接到被测天线和振动器，使指示器在两种情况下都给出相同的读数。 然后 e=Pmax/Pmin, (5) 式中，Pmax 为激励半波振子的发生器功率，Pmin 为激励被测天线的发生器功率。 因此，例如，带有导向器和反射器的三元天线具有 e=4-6。 作者：A.舒尔； 出版：N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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