基于阻尼振荡法的甚低频天线阻抗测量

王怡峤,刘远宏,王定虎

(1.湖北省仙桃中学，湖北仙桃,433000；2.中国船舶重工集团公司第七二二研究所，湖北武汉,430205)

基于阻尼振荡法的甚低频天线阻抗测量

王怡峤1,刘远宏1,王定虎2

(1.湖北省仙桃中学，湖北仙桃,433000；2.中国船舶重工集团公司第七二二研究所，湖北武汉,430205)

为了准确测量甚低频发射天线在实际工作环境和工作频点上的输入阻抗，本文提出了一种基于RLC阻尼振荡法的阻抗测量方法，并推导了天线阻抗、电容、电感和电阻的测量公式；该测量方法可通过提高测量电压来提高测量信噪比和测量精度；测量系统谐振于被测天线的工作频点或其附近，使甚低频发射天线输入阻抗的测量值更接近天线在实际工况下的真实值。试验表明，本文提出的测量方法简单可行，具有较高的精度和稳定性，可实现甚低频发射天线输入阻抗的现场测量。

甚低频发射天线；天线输入阻抗；波形采集

0 引言

甚低频发射天线的输入阻抗是描述甚低频天线特征的重要参数。但甚低频发射天线的输入阻抗与天线类型、尺寸大小、材料性质和所处环境等因素有关，且甚低频发射天线往往感应较强的天电噪声，甚低频天线还具有电阻小电抗大的特点。这使天线阻抗的理论计算和精确测量都很困难。为了克服甚低频发射天线阻抗测量中的困难，并提高测量精度，本文在谐振法的基础上，设计了一种基于高压阻尼振荡法的天线阻抗测量方法。

1 测量方法

（1）甚低频发射天线输入阻抗的测量原理

图1 测量天线输入阻抗的谐振电路

甚低频发射天线可等效为电感、电容和电阻的串联,且在甚低频频段，甚低频发射天线的容抗大于感抗。据此,将甚低频天线的输入阻抗与可调电感组成如图1所示的振荡电路。

在欠阻尼条件下，图1所示的电路谐振于甚低频发射天线的工作频点（或工作频点附近）时，通过采集甚低频发射天线上的振荡电压波形和振荡电流波形（如图2所示），得到振荡角频率、振荡衰减系数、电流与电压的相位差，以及电压与电流的幅值比等参数的测量值，再根据、、和计算天线的输入阻抗、电感量、电容量和输入电阻等参数量,实现甚低频天线阻抗的测量。

图2 利用电压、电流振荡波形求、、、

（2）甚低频发射天线输入阻抗测量公式的推导

图3 测量天线输入阻抗的简化谐振电路

根据参考文献[2]及实测的波形（或波形）可得：

且有：

于是有：

由式(11)、式(9)、式(13)和式(14)求出图1中、、和的值，进而求出甚低频发射天线在不同工作频点的输入阻抗。

2 对测量方法的试验验证

根据本文提出的测量方法，按照图3的原理搭建了试验测量系统。其中：直流高压源采用德国ISEG公司生产的KPx300直流稳压高压源；可调电感器上的步进驱动器为深圳雷塞机电技术开发有限公司生产的DM556/DM856步进驱动器；电流采集单元中用霍尔传感器探测电流；电压采集单元中用Agilent生产的高压探头探测电压。

用标称电容量为0.1033uF（1kHz）的高压电容和一段长铜导线（绕成多匝圆圈放置）来模拟实际甚低频发射天线，用试验测量系统测量模拟天线的输入阻抗：测试电压为2kV；测试内容为和的值；测试步骤如下：

①将高压开关K接入“1”端，直流高压源给天线充电，使天线上的直流电压远高压天线上感应的噪声电压，以提高测量的信噪比和测量精度；

②调节可调电感L，将高压开关K接入“2”端，使振荡电路谐振于甚低频天线的工作频点（或频点附近），记录模拟天线上的电压和电流波形，计算天线的等效电容和电阻。

③将测量结果与用E4980(20Hz～1MHz)测试仪测得的结果进行比较。

3 结论

本测量方法的优点：可根据需要提高谐振电压，从而提高测量信号的信噪比和测量精度；使被测天线谐振于工作频点，既可测量天线在实际工作中的阻抗值，也可通过谐振电路抑制天电噪声。试验表明：本文提出的甚低频发射天线输入阻抗测量方法简单，测量精度高，能用于甚低频发射天线输入阻抗的现场测试。

[1]蒋宇中,张曙霞,韩郁.强噪声环境下测量甚低频天线阻抗方法的研究[J].电波科学学报,2004,19（5）：543-547

[2]邱关源.电路（第四版）[M].北京,高等教育出版社,1999:158-166

王怡峤：女，高中生。

刘远宏：男，本科学历，高级教师，主要研究中学物理教育、中学物理实验；

王定虎（通信作者）：男，研究生学历，高级工程师，主要研究电磁兼容与电磁防护

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