基于阻尼振蕩法的甚低頻天線阻抗測量

王怡嶠,劉遠(yuǎn)宏,王定虎

(1.湖北省仙桃中學(xué)，湖北仙桃,433000；2.中國船舶重工集團公司第七二二研究所，湖北武漢,430205)

基于阻尼振蕩法的甚低頻天線阻抗測量

王怡嶠1,劉遠(yuǎn)宏1,王定虎2

(1.湖北省仙桃中學(xué)，湖北仙桃,433000；2.中國船舶重工集團公司第七二二研究所，湖北武漢,430205)

為了準(zhǔn)確測量甚低頻發(fā)射天線在實際工作環(huán)境和工作頻點上的輸入阻抗，本文提出了一種基于RLC阻尼振蕩法的阻抗測量方法，并推導(dǎo)了天線阻抗、電容、電感和電阻的測量公式；該測量方法可通過提高測量電壓來提高測量信噪比和測量精度；測量系統(tǒng)諧振于被測天線的工作頻點或其附近，使甚低頻發(fā)射天線輸入阻抗的測量值更接近天線在實際工況下的真實值。試驗表明，本文提出的測量方法簡單可行，具有較高的精度和穩(wěn)定性，可實現(xiàn)甚低頻發(fā)射天線輸入阻抗的現(xiàn)場測量。

甚低頻發(fā)射天線；天線輸入阻抗；波形采集

0 引言

甚低頻發(fā)射天線的輸入阻抗是描述甚低頻天線特征的重要參數(shù)。但甚低頻發(fā)射天線的輸入阻抗與天線類型、尺寸大小、材料性質(zhì)和所處環(huán)境等因素有關(guān)，且甚低頻發(fā)射天線往往感應(yīng)較強的天電噪聲，甚低頻天線還具有電阻小電抗大的特點。這使天線阻抗的理論計算和精確測量都很困難。為了克服甚低頻發(fā)射天線阻抗測量中的困難，并提高測量精度，本文在諧振法的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種基于高壓阻尼振蕩法的天線阻抗測量方法。

1 測量方法

（1）甚低頻發(fā)射天線輸入阻抗的測量原理

圖1 測量天線輸入阻抗的諧振電路

甚低頻發(fā)射天線可等效為電感、電容和電阻的串聯(lián),且在甚低頻頻段，甚低頻發(fā)射天線的容抗大于感抗。據(jù)此,將甚低頻天線的輸入阻抗與可調(diào)電感組成如圖1所示的振蕩電路。

在欠阻尼條件下，圖1所示的電路諧振于甚低頻發(fā)射天線的工作頻點（或工作頻點附近）時，通過采集甚低頻發(fā)射天線上的振蕩電壓波形和振蕩電流波形（如圖2所示），得到振蕩角頻率、振蕩衰減系數(shù)、電流與電壓的相位差，以及電壓與電流的幅值比等參數(shù)的測量值，再根據(jù)、、和計算天線的輸入阻抗、電感量、電容量和輸入電阻等參數(shù)量,實現(xiàn)甚低頻天線阻抗的測量。

圖2 利用電壓、電流振蕩波形求、、、

（2）甚低頻發(fā)射天線輸入阻抗測量公式的推導(dǎo)

圖3 測量天線輸入阻抗的簡化諧振電路

根據(jù)參考文獻[2]及實測的波形（或波形）可得：

且有：

于是有：

由式(11)、式(9)、式(13)和式(14)求出圖1中、、和的值，進而求出甚低頻發(fā)射天線在不同工作頻點的輸入阻抗。

2 對測量方法的試驗驗證

根據(jù)本文提出的測量方法，按照圖3的原理搭建了試驗測量系統(tǒng)。其中：直流高壓源采用德國ISEG公司生產(chǎn)的KPx300直流穩(wěn)壓高壓源；可調(diào)電感器上的步進驅(qū)動器為深圳雷塞機電技術(shù)開發(fā)有限公司生產(chǎn)的DM556/DM856步進驅(qū)動器；電流采集單元中用霍爾傳感器探測電流；電壓采集單元中用Agilent生產(chǎn)的高壓探頭探測電壓。

用標(biāo)稱電容量為0.1033uF（1kHz）的高壓電容和一段長銅導(dǎo)線（繞成多匝圓圈放置）來模擬實際甚低頻發(fā)射天線，用試驗測量系統(tǒng)測量模擬天線的輸入阻抗：測試電壓為2kV；測試內(nèi)容為和的值；測試步驟如下：

①將高壓開關(guān)K接入“1”端，直流高壓源給天線充電，使天線上的直流電壓遠(yuǎn)高壓天線上感應(yīng)的噪聲電壓，以提高測量的信噪比和測量精度；

②調(diào)節(jié)可調(diào)電感L，將高壓開關(guān)K接入“2”端，使振蕩電路諧振于甚低頻天線的工作頻點（或頻點附近），記錄模擬天線上的電壓和電流波形，計算天線的等效電容和電阻。

③將測量結(jié)果與用E4980(20Hz～1MHz)測試儀測得的結(jié)果進行比較。

3 結(jié)論

本測量方法的優(yōu)點：可根據(jù)需要提高諧振電壓，從而提高測量信號的信噪比和測量精度；使被測天線諧振于工作頻點，既可測量天線在實際工作中的阻抗值，也可通過諧振電路抑制天電噪聲。試驗表明：本文提出的甚低頻發(fā)射天線輸入阻抗測量方法簡單，測量精度高，能用于甚低頻發(fā)射天線輸入阻抗的現(xiàn)場測試。

[1]蔣宇中,張曙霞,韓郁.強噪聲環(huán)境下測量甚低頻天線阻抗方法的研究[J].電波科學(xué)學(xué)報,2004,19（5）：543-547

[2]邱關(guān)源.電路（第四版）[M].北京,高等教育出版社,1999:158-166

王怡嶠：女，高中生。

劉遠(yuǎn)宏：男，本科學(xué)歷，高級教師，主要研究中學(xué)物理教育、中學(xué)物理實驗；

王定虎（通信作者）：男，研究生學(xué)歷，高級工程師，主要研究電磁兼容與電磁防護

Measurement Method for the Very Low Frequency Transmitting Antenna Impedance Based on the Damped Oscillation Circuit

Wang Yiqiao1,Liu Yuanhong1,Wang Dinghu2
(1.Xiantao Middle School, Xiantao Hubei,433000,China; 2.No.722 Research Institute of China shipbuilding Industry Corporation,Wuhan,430205,China)

In order to accurately measure the input impedance of very low frequency transmitting antenna in the actual working environment and working frequency point, this paper proposes a method of RLC impedance measurement method based on damped oscillation, and the measurement formula of antenna impedance, capacitance, inductance and resistance are deduced; the measuring method can improve the signal-to-noise ratio and to improve the measurement accuracy by measuring the voltage measurement system;resonance in the working frequency of the antenna under test or near the measured value very low frequency transmitting antenna input impedance is close to the antenna in the actual conditions of the real value. The experimental results show that the proposed method is simple and feasible,has high accuracy and stability, and can realize the field measurement of input impedance of very low frequency transmitting antenna.

very low frequency transmit antenna;antenna input impedance;waveform acquisition