天线系数可计算的标准环天线、系统及天线系数确定方法技术方案

本发明专利技术涉及天线系数可计算的标准环天线、系统及天线系数确定方法，包括一个单匝的金属环和一个巴伦；所述巴伦包括三个端口，非平衡端口α，两个平衡端口β和γ；所述巴伦包括平衡到不平衡的变换器和过渡段两部分，该过渡段为两个表皮焊接在一起的半钢电缆，长度小于等于1m；两个半钢电缆芯线的上端为巴伦平衡端口β和γ，分别与金属环的两端连接，两个半钢电缆芯线的下端分别连接变换器平衡端的两个平衡端口，两个半钢电缆下端接地面与变换器的接地端口连接；变换器的非平衡端为巴伦的非平衡端口α。克服了实际校准测量中的环境影响问题，可以作为自带准确天线系数的标准环天线使用，无需校准，简单便利，具有很好的实际应用价值。

Standard ring antenna, system and antenna coefficient determination method with antenna coefficient calculation

The invention relates to a method for determining the calculation of antenna factor standard loop antenna, and antenna system coefficient, consists of a single turn of the metal ring and a balun; the balun includes three ports, non balanced ports alpha, beta and gamma two balanced ports; the balun includes two part to balance unbalanced converter and transition, the transition period for the two welding semi steel cable together in epidermis, the length is less than or equal to 1m; the top 2.5 steel cable for Barron balance port beta and gamma, are respectively connected with the two ends of the metal ring, the lower end of the 2.5 steel cable are respectively connected to two balance port converter balance end of the steel cable is connected with the lower end of the ground and the 2.5 converter grounding port; unbalanced converter end unbalanced port alpha balun. It overcomes the environmental impact in practical calibration and can be used as standard ring antenna with accurate antenna coefficient, without calibration, simple and convenient, and has very good practical application value.

【技术实现步骤摘要】
天线系数可计算的标准环天线、系统及天线系数确定方法
本专利技术涉及天线测量
，尤其涉及天线系数可计算的标准环天线、系统及天线系数确定方法。
技术介绍
环天线(loopantenna)广泛用于30MHz以下频段的电磁兼容(EMC)领域和广播信号测量中，其基本结构是单匝或多匝的金属环，代表形状为圆形，也可以是其他诸如方形、三角形、菱形等形状，如图1所示。根据是否具有放大器，分为有源环天线和无源环天线两大类。环天线作为一个自由空间电磁场和导波系统中电磁场的转换器，可以用来进行空间中某一位置的电场强度E和磁场强度H的测量。此时需要已知环天线的天线系数FaH，利用公式H＝FaHV和E＝Hη，其中η为自由空间波阻抗，可以将测量的端口电压V转换为该位置出的电磁场强度。在环天线使用时，采用出厂的天线系数FaH，对一些精确测量来说，出厂的天线系数准确度是否满足是需要考虑的问题。要获取准确的环天线天线系数，通常需要将其送到具有资质的校准实验室测量，其校准结果的不确定度一般在1dB左右，这样的校准不确定度受方法所限，无法大幅度降低，有些情况下无法满足高精确度测量的要求。同时，对于30MHz以上频段，电场占主导，天线类型也多为偶极子等电场天线，尺寸通常为半个波长，和波长可比拟；而在30MHz以下频段，磁场占主导，因此多使用环天线这类磁场天线。由于频率低，波长大，该频段的环天线通常都是电小尺寸天线，即尺寸远小于波长。天线要通过测量得到准确的天线系数难度大，使得现有技术中存在电小尺寸的天线仿真难度远高于电大尺寸天线；表面电流抑制问题；对测量仪器要求更高等难以克服的技术问题。专利
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供天线系数可计算的标准环天线、系统及天线系数确定方法，用以解决现有技术中无法得到准确的天线系数满足高准确度测量要求等诸多问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：在基于本专利技术实施例的一个方面，提供了一种天线系数可计算的标准环天线，包括一个单匝的金属环和一个巴伦；所述巴伦包括三个端口，非平衡端口α，两个平衡端口β和γ；所述巴伦包括平衡到不平衡的变换器和过渡段两部分，该过渡段为两个表皮焊接在一起的半钢电缆，长度小于等于1m；两个半钢电缆芯线的上端为巴伦平衡端口β和γ，分别与金属环的两端连接，两个半钢电缆芯线的下端分别连接变换器平衡端的两个平衡端口，两个半钢电缆下端接地面与变换器的接地端口连接；变换器的非平衡端为巴伦的非平衡端口α。在基于本专利技术天线的另一个实施例中，金属环为圆形，环半径为r。在基于本专利技术实施例的另一个方面，提供了一种标准环天线的标准环天线系统，包括两个相同的标准环天线，两个标准环天线轴心相对放置，间距为d。在基于本专利技术天线系统的另一个实施例中，工作时，定义一侧环天线为发射环天线，其巴伦称为第一巴伦，另一侧环天线为接收环天线，其巴伦称为第二巴伦；两个标准环和距离d上的空间衰减组成一个二端口的网络T，网络T的第一端口为第一巴伦的非平衡端α，第二端口为第二巴伦非平衡端α。在基于本专利技术实施例的另一个方面，提供了一种确定标准环天线系数的方法，包括步骤：S1、使用两个相同的待测标准环天线组成标准环天线系统，轴心相对放置；S2、定义一侧的标准环天线为发射环天线，另一侧为接收标准环天线，组成一个二端口网络T；S3、分别测量第一巴伦和第二巴伦的三端口散射参数；S4、得到二端口网络P、R和Q的散射参数；S5、根据步骤S4得到的数据得到二端口网络T的场地插入损耗SIL；S6、根据步骤S5得到的SIL值确定标准环天线系统中任意一个标准环天线的天线系数。在基于本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S2中二端口网络T由三个二端口网络P、Q和R级联组成，其中P是发射环天线第一巴伦的二端口网络；Q是由发射环天线的单匝环、距离d的空间衰减以及接收环天线的单匝环构成的二端口网络；R是接收环天线第二巴伦的二端口网络。在基于本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S3具体为具体为使用两端口矢量网络分析仪或四端口矢量网络分析仪进行测量。在基于本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S4具体包括：S41、根据步骤S3测量的三端口散射参数，计算二端口网络P和R的散射参数；S42、利用仿真方法得到二端口网络Q的散射参数。在基于本专利技术方法的另一个实施例中，步骤S5具体包括：首先计算二端口网络T的传输系数t21，其次根据公式计算场地插入损耗SIL：在基于本专利技术方法的另一个实施例中，当金属环为圆环时，步骤S6具体包括：标准环天线系统中发射环天线和接收环天线完全相同，则得到每个环天线的天线系数：其中f为频率，K通过下式计算其中波数k＝2π/λ，r为金属环半径。本专利技术有益效果如下：本专利技术实施例通过设计一种标准环天线及系统，使天线系数可以通过仿真等方法结合测量准确计算，并且可以通过试验方法验证，该环天线在250kHz～30MHz频段的天线系数不确定度优于0.255dB。用于30MHz以上的可计算偶极子天线都工作在单频点，无法实现宽带覆盖。而将该方法用于30MHz以下环天线的时候，可以实现250kHz-30MHz的宽频带覆盖，宽频带的原因是采用过渡段结合宽带巴伦实现宽带的良好阻抗匹配。环天线的天线系数计算不依赖于距离，克服了实际校准测量中的环境影响问题，可以作为自带准确天线系数的标准环天线使用，无需校准，简单便利，具有很好的实际应用价值。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为不同形状的天线环；图2为可计算标准环天线结构示意图；图3为标准环天线系统结构示意图；图4为P、Q和R级联网络的信号流图；图5为标准环天线系统中计算SIL和测量SIL的曲线图；图6为标准环天线系统中计算SIL和测量SIL的差值曲线图；图7为标准环天线的天线系数曲线图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理。根据本专利技术的一个具体实施例，公开了一种标准环天线，包括一个单匝的金属环和一个巴伦，在本专利技术的一个实施例中，金属环为圆形，如图2所示，环半径为r，r的取值没有限制，通过设计优化仿真算法解决电小尺寸的天线仿真难以仿真的问题，优选5cm≤r≤30cm。环的两端分别与过渡段两个半钢电缆芯线连接，环两端的间距应尽量小，优选地，间距接近半钢线直径。每个巴伦包括两个部分，平衡到不平衡的变换器和一个过渡段，该过渡段由两个半钢电缆表皮焊接在一起，长度小于等于最短波长的10分之一，并尽量短，焊接要保证两个半钢电缆的接地面全部充分连接，这种特殊设计可以实现表面电流的抑制，每个半钢电缆的芯线从电缆露出2mm，两个半钢电缆芯线的上端为巴伦平衡端口β和γ，分别与金属环的两端连接，两个半钢电缆芯线的下端分别连接变换器平衡端的两个平衡端口，两个半钢电缆下端接地面与变换器的接地端口连接；变换器的非平衡端为巴伦的非平衡端口α。过渡段和变换器组成巴伦，巴伦有三个端口，非平衡端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种天线系数可计算的标准环天线，其特征在于，包括一个单匝的金属环和一个巴伦；所述巴伦包括三个端口，非平衡端口α，两个平衡端口β和γ；所述巴伦包括平衡到不平衡的变换器和过渡段两部分，该过渡段为两个表皮焊接在一起的半钢电缆，长度小于等于1m；两个半钢电缆芯线的上端为巴伦平衡端口β和γ，分别与金属环的两端连接，两个半钢电缆芯线的下端分别连接变换器平衡端的两个平衡端口，两个半钢电缆下端接地面与变换器的接地端口连接；变换器的非平衡端为巴伦的非平衡端口α。

【技术特征摘要】
1.一种天线系数可计算的标准环天线，其特征在于，包括一个单匝的金属环和一个巴伦；所述巴伦包括三个端口，非平衡端口α，两个平衡端口β和γ；所述巴伦包括平衡到不平衡的变换器和过渡段两部分，该过渡段为两个表皮焊接在一起的半钢电缆，长度小于等于1m；两个半钢电缆芯线的上端为巴伦平衡端口β和γ，分别与金属环的两端连接，两个半钢电缆芯线的下端分别连接变换器平衡端的两个平衡端口，两个半钢电缆下端接地面与变换器的接地端口连接；变换器的非平衡端为巴伦的非平衡端口α。2.如权利要求1所述的标准环天线，其特征在于，所述金属环为圆形，环半径为r。3.一种包括权利要求1或2所述标准环天线的标准环天线系统，其特征在于，包括两个相同的标准环天线，两个标准环天线轴心相对放置，间距为d。4.如权利要求3所述的天线系统，其特征在于，工作时，定义一侧环天线为发射环天线，其巴伦称为第一巴伦，另一侧环天线为接收环天线，其巴伦称为第二巴伦；两个标准环和距离d上的空间衰减组成一个二端口的网络T，网络T的第一端口为第一巴伦的非平衡端α，第二端口为第二巴伦非平衡端α。5.一种利用如权利要求4所述的天线系统确定标准环天线系数的方法，其特征在于，包括步骤：S1、使用两个相同的待测标准环天线组成标准环天线系统；S2、定义一侧的标准环天线为发射环天线，另一侧为接收标准环天线，组成一个二端口网络T；S3、分别测量第一巴伦和第二巴伦的三端口散射参数；S4、得到二端口网络P、R和Q的散射参数；S5、根据步骤S4得到的数据得到二端口网络T的场地插...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘潇，孟东林，黄攀，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11