辐射骚扰场强测量天线

辐射骚扰场强测量天线

天线是把高频电磁能量通过各种形状的金属导体向空间辐射出去的装置,反之,天线的逆向功能也把空间的电磁能量转化成高频能量收集起来。天线是辐射骚扰场强测试和辐射抗扰敏感度测试的主要辅助设备辐射骚扰场强测量过程中,利用天线将电磁能量转换为电压进行测量。在抗扰度测量过程中,利用天线发射电磁能量,产生电磁场。

01. 电流环天线

电流环天线是将一根金属导线绕成一定形状,以导体两端作为输出端(输入端)的结构。绕制多圈的称为多圈环天线。其工作原理是环直径增大时,电流按驻波分布,最常用的是周长为一个工作波长的环,环的形状除圆形外有矩形、菱形、三角形等。在一边中点馈电的方环,垂直于环面的方向上辐射发射最强,在此方向上场的极化平行于含馈电点的环边,在沿含馈电点环边轴线方向辐射为零。

图1:环形天线

02. 电偶极子天线

电磁学里,有两种偶极子(dipole):电偶极子是两个分隔一段距离,电量相等,正负相反的电荷。磁偶极子是一圈封闭循环的电流,例如一个有常定电流运行的线圈,称为载流回路。偶极子的性质可以用它的偶极矩描述电偶极矩由负电荷指向正电荷,大小等于正电荷量乘以正负电荷之间的距离。磁偶极矩的方向,根据右手法则,是大拇指从载流回路的平面指出的方向,而其它拇指则指向电流运行方向,磁偶极矩的大小等于电流乘以线圈面积    

图2:对数周期天线

03. 天线与波长的关系

波长的定义:

是指波在一个振动周期内传播的距离。也就是沿着波的传播方向,相邻两个振动相位相差2π的点之间距离。在相同的介质,频率越高波长越短。

理论与实践证明:

当天线的长度为无线电信号波长的1/4时,天线的发射和接收转换效率最高。

图3:电偶极天线模型

天线与波长的关系:

天线的长短是根据中心工作频率波长来决定的,波长和频率是倒数关系。天线的长短和波长成正比,和频率成反比,频率越高,波长越短,天线也就可以做的更短波长越长,绕射能力越强,穿透能力越强,信号损失衰减越小,传输距离越远实现信号广覆盖。波长越短,直射能力越强,贯穿能力越强,信号损失衰减越大,传输距离越短,杀伤力越强,实现信号局域覆盖。    

04. 辐射骚扰场强测量常用天线

图4:辐射发射测量天线

05. EMC测量天线主要技术指标

v天线增益:

天线在某一规定方向上的辐射功率通量密度与参考天线(通常采用理想点源)在相同输入功率时最大辐射功率通量密度的比值。    

天线增益是衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力,它是选择基站天线重要的参数之一。天线的增益由振子叠加而产生,增益越高天线长度越长。天线增益越高,方向性越好,能量越集中,波瓣越窄。

v天线系数:

  天线系数AF(Antenna Factor)是天线的基本参数,用于无线电电波辐射强度的测量,用来表征天线的接收特性,并据此来确定接收天线处的实际场强。根据IEEE定义,天线系数是入射电磁波在天线极化方向上电场强度与天线负载两端电压的比值,表达式为:AF=E/V 式中,E为被测量的电场强度(V/m);V为测量天线输出端的电压(V)。AF量纲为(1/m),其对数形式的量纲单位为dB/m,工程上一般用dB/m比较多。对数形式的AF表达式为:AF(dB/m)=20lg(E/V)=E(dBuV/m)-V(dBuV) 给定E时,产生的V越大,天线的灵敏度就越高,天线系数就越小;反之,V越小,天线的灵敏度就越低,天线系数就越大。天线系数的典型范围为0-60dB/m。

v电压驻波比:

通过天线的输入阻抗值的大小,可以判断天线与发射机或接收机的匹配状况。根据传输线理论,当天线与发射机或接收机不完全匹配时,在端口处同时存在入射波和反射波,一般通过电压反射系数来描述这种失配程度。反射系数与天线输入阻抗的关系表示为:                        

式中,ZC为传输线特性阻抗;Γ为发射系数;Zi为复数形式。工程上常用电压驻波比VSWR(Voltage Standing Wave Ratio)表征天线与馈线匹配情况,它与Γ的关系为:                                    

工程上还经常会用到回波损耗和反射功率损耗,回波损耗是指反射功率与入射功率的比值,即为反射功率比;反射功率损耗是入射功率与反射功率之差,即为传输功率比。回波损耗和反射功率损耗通常用对数形式表示:         

天线的对称性:    

两部分长度相等而中心断开并接以馈电的导线,可用作发射和接收天线,这样构成的天线叫做对称天线。因为天线有时也称为振子,所以对称天线又叫对称振子,或偶极天线。          

总长度为半个波长的对称振子,叫做半波振子,也叫做半波偶极天线。它是最基本的单元天线,用得也最广泛,很多复杂天线是由它组成的。半波振子结构简单,馈电方便,在近距离通信中应用较多。

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