大线的基本理论
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图2-8同轴传输线直接馈电 图2-9■同轴线馈电振子天线等效电路图?
是平衡的，当入射电流沿馈线传输的时候，在对称天线上（对于折合振子是振子 的两臂）激发平衡电流。当同轴传输线平衡时，电流在同轴线内导体的龟流与外 导体的电流A和大小相等、方向相反。因此传输线的辐射效应可以忽略不计。 然而，当电流波到达折合阵子的的两个输入端时，一部分电流将从外导体外侧流 失，这将使天线两臂上的电流不平衡。尽管同轴上的电流/,和/2的辐射效应受到 外导体屏蔽，然而流到外导体外侧的电流/3产生了不希望有的附加辐射。为了抑 制外表面的有害龟流，就需要用平衡不平衡转换器，俗称balun。它可以使振子平 衡的输入阻抗与不平衡的同轴线相连，以使得同轴线外导体上没有净电流。
典型的平衡不平衡转换器之一是采用四分之一波长扼流套阻止同轴线外壁电 流回流。如下■所示是其示意图，四分之1波长的金属套管在底部与同轴线外导 体短路，他们形成了一个传输线系统，由传输线理论可知-从折合振子输入端看 去，其输入阻抗为无穷大，它相当于外皮对地形成了一个非常高的阻抗，因此阻 止了外皮电流的回流。
另一种方式是采用四分之一波长短路线阻止电流沿同轴线外导体回流，它的 工作原理与扼流套基本相同。分别如下■所示P9】。
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图2-10扼流套balun 图2-11 1/4波长短路线balun
另外还有釆用四分之一波长开槽线实现平衡、釆用半波长“U”形同轴线实 现平衡-不平衡转换兼4: 1或1: 4阻抗变换，由于本文采用的就是半波长“U” 形管的平衡-不平衡转换器，将在第四章专门介绍，在此不再详述。但是由于在这
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些结构中四分之一波长的缘故：以上所述的平衡不平衡转换器都是窄带变换器， 不能实现宽带变换。具体的宽带balim转换由于不作为本文重点，因此不做详细 的讨论了。
2. 4天线方向图的测量
天线参数测量的重要性在于：验证理论分析和计算是否正确；对于已定型天 线批量生产中，需要抽样检验天线参数是否合格；已在现场使用日久的天线，需 要定期检查其性能是否下降；特别是研制一种新天线时，天线参数的实验测量更 是必不可少[131。
天线系统一般都有两方面的特性，电路特性（输入阻抗、效率、频带宽度、 匹配程度等）和辐射特性（方向图、增益、极化、相位等)。天线测量的任务就是 用实验方法测定和检验天线的这些参数特性。
本文将着重天线方向图的测量。方向图是指天线辐射特性与空间角度关系的 图形.完整的方向图是一个空间立体图形。它是以天线相位中心为球心.在半径 r足够大的球面上，逐点测定其辐射特性绘制而成的。测量场强振幅，就得到场 强方向图；测量功率，就得到功率方向图；测量极化，就得到极化方向图；测量 相位，就得到相位方向图。如果不加说明，我们所说的方向图均指场强振幅方向 图。空间方向图的测绘十分麻烦，实际工作中，一般只需测得水平面和垂直面的 方向图即可。
天线方向图可以用极坐标绘制也可以用直角坐标绘制。极坐标的特点是直观、 简单’从方向图可以直接看出天线辐射场强的空间分布特性。但是当天线方向图 的主瓣窄而副瓣电平低时，直角坐标显示出更大的优点。一般绘制方向图时都是 经过归一化的，即径向长度（极坐标）或纵坐标值（直角坐标值）是以相对场强 值表示的。即任一场强值都是其绝对值除以最大辐射方向的场强值得到的。因此， 归一化的最大值是1。对于副瓣电平极低的天线方向图，一般都采用分见值表示。
天线的方向图测量包括现场测量和测试场测量。
首先是现场测量：某些天线结构庞大、笨重（如长、中、短波广播发射天线、 干线通信天线、电视发射天线等)，不便搬动和运转：某些天线方向图特性受放置 天线场地影响很大，而实际使用又必须包括这些影响时（如一些机载、航载、车 载天线)，测试工作均需在天线使用现场进行。采用现场测量方法的特点是待测天 线一般都固定不动，而让辅助天线绕待测天线在感兴趣的平面内作四周运动，以 测取该平面的方向图。
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现场测量又包括地面测试法和空中测试法》
地面测试法通常只限于测绘天线的水平面方向图主瓣。待测天线作发射，且 固定不动。在离天线中心距离为r (满足远场辐射条件）的一个预定的扇形区域 内，用经纬仪在r为半径的圆弧上选定一系列方位角测试点，然后，在各点进行 相对场强测量，从而得到地平面方向图的主瓣特性。这种测试方法的缺点是：
(1) 准确性差。这一方面是由于测量区域内地平面不平坦，很难保证所有各 点均在同一平面内及等距离r处，另一方面由于地面附近的波前畸变而常引起场 的极化和电平失真。
(2) 只能测得地面方向图。而这类在现场进行测试的天线主瓣往往都不会完 全在水平面内，它又一定的仰角，因此很难获得真实的主瓣特性。
(3) 测量工作复杂而费事》例如事先要进行环行路线选择和测量点方位定标 等准备工作，测量过程中又有需要做许多繁杂的工作。
空中测试法仍是固定待测天线不动，待测天线一般作接收天线。辅助源天线 由普通飞机、直升飞机、小型飞船、气球等运载工具携带，绕待测天线在所需的 测试平面内作圆弧运动据不同角位置时待测天线接收到的相对场强大小，就求得 了该面内的方向图特性。由于我们在测试时一般不采用它(除非是特殊的情况下>, 因此具体细节不再做过多介绍，
其次是测试场测量，超高频或微波波段的真实天线或其它波段天线的缩尺楱 型天线，一般都是在测试场上进行天线方向图测量^此时.辅助天线固定不动， 待测天线绕自身通过相位中心的轴旋转。通常，辐射天线做发射，待测天线作接 收，待测天线装在特制的有角标指示的转台上。测试氷平天线方向■时，可让待 测天线在水平面内旋转，由接收机得到不同方位角时相应的场强响应，由专门的 测试软件绘出方向图曲线。测试垂直方向图时，可以将待测天线绕水平轴转动90 °后’仍按测水平方向图的办法得到；也可以直接在垂直面内旋转待测天线，测 得不同仰角时的场强响应而得到。场强响应的读取方法有两神；一种是由接收机 检波输出指示器直接读取；另一种是改变接收机衰减器的衰减量，使检波器输出 指示器的读数保持不变，由衰减器的衰减量差值来读取。测试场测量方向图的典 型设备安排如图（2-12)所示：
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2-12测试场测量方向图
2. 5天线的校准
天线是辐射发射测量的必用设备，天线系数的准确性是影响测试不确定度的 重要因素。由于常用辐射发射天线（如双锥、对数周期、复合天线等）体积较大, 运输不便，对校准场地又有一定的要求，检测试验室通常将其校准周期定为一年。 一旦天线在使用过程中出现问题，如磕碰等势必影响测试的不确定度。本节就介 绍一些天线校准的一些初步尝试，介绍常用天线系数的校准方法并以此开展天线 系数校准时参考113]。
1. 常用的天线校准方法
标准场地法：利用标准天线校准场地和两付结构形式与被校天线相同的辅助 天线进行天线系数校准的一种方法。
参考天线法：使用具有良好匹配变换器的偶极子天线，该天线方向图和天线 系数非常接近理论值将该天线和被校天线放在同一场中直接换算出被校天线天线 系数的一种方法。
标准天线法：利用标准接收天线直接测量出场强值然后将被校天线放在同一 场中进行天线系数校准的一种方法。
标准场法：设计建立一个标准场，这个场的强度和空间分布是可以准确计算 的，将被校天线放入这个已知强度的标准场中进行天线系数校准的一种方法。
等效电容法：等效电容法是利用特制电路去校准天线的方法
2. 校准方法比较
标准场地法：适用于30—1000MHz频率范围内的天线校准，特别适用于宽带天 线如双锥天线对数周期天线的校准。该方法的优点是只需要一个相对标准的开阔
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试验场。设备场地资金投入需求不大，可实现全自动测试数据处理。可实现全自 动测试，数据处理方便，操作相对简单。缺点是校准时需要两副与被校天线结构 形式相同（具有相同使用频段）的辅助天线，故此法亦俗称三天线法。对使用中 需进行调谐的天线（如偶极子天线）则校准过程烦琐。
参考天线法：适用于30_〗000MHZ频率范围内的天线校准。此方法的优点是只 需一个相对标准的开阔试验场和一副具有较高精度的偶极子天线。设备场地资金 投入需求不大，缺点是频率范围有限测试过程较烦琐对所测量用的参考偶极子天 线要求较高。
标准天线法：适用于10kHz — 1000MHz频率范围内的天线校准。（在此频率外的 天线校准也可参考此方法)。此方法的优点是频率范围宽，校准对象周限性小。缺 点是标准天线需专门研制技术含量较高。此方法比较适用于专业计量机构。
标准场法：适用于10kHz —1000MHz频率范围内的天线校准。在此频率外的天 线校准也可参考此方法。该方法的优点是频率范围宽，校准对象局限性小。缺点 是标准场的建立十分复杂，场地设备投入较大，技术含量很高。此方法比较适用 于专业计量机构
综上所述，如果只是对辐射测量用天线进行中间检查，使用标准场地法和参 考天线法是相对容易实现的选择。
下面就以标准场地法为例，简要描述天线的此种校准方法。 3.标准场地法的测试程序
测试场地要求：开阔试验场，测试场地应足够大，例如对于10m距离天线校准， 应该有至少7m xl4m的接地平板，接地平板边缘2(k内不允许有反射物（树木、架 空电力线等），接地平板可以由钢板也可以由金属丝网构成，，但对高质量校准场 地推荐使用钢板接地平板任意2m内两点高度差应控制在3 m以内.
测试需要的仪器设备： a. 信号源
信号源可以使用梳状信号发生器也可使用鲁通信号发生器，一般合成信号源 和梳状信号发生器都能满足频率稳定度和幅度稳定度的要求。信号禪输出应保jE 产生的辐射场比背景噪声高10dB以上（梳状信号发生器在个别频点不能满足此要 求）?如果有个别频率点不能满足此要求，则应在校准结果中将该频率点剔除或 将信号源的频率进行微调避开该频率点，一般的扫频源幅度稳定度和频率稳定度 不能满足，要求应避免使用
b. 接收设备
对于接收设备没有什么特殊要求，可以使用频谱分析仪也可以使用测量接收 机，但接收设备应在校准有效期内。
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