矢量电压表及在导航中的应用

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1、矢量电压表及在导航中的应用摘要：结合传输线的理论知识和导航的实际安装调试经验，系统、全面地介绍了矢量电压表的测量原理、方法及在导航中的应用和注意事项。关键词：矢量电压表，传输线，导航矢量电压表是一种能同时测量信号幅度和相位的仪器，具有精度高，频带宽，灵敏度高的特点，可以用它来测量电压、功率、增益或损耗、阻抗和相位差等，在频域测量中是一种十分有用的工具，在导航设备的调试和维修中起着重要作用。一、测量原理在导航设备中，矢量电压表的许多测量都是基于传输线(如同轴电缆、双导线等)的。因此，讨论矢量电压表的测量原理前有必要先了解一下传输

2、线的基本理论。I+dl图1：传输线等效电路图无限长传输线的等效电路图如图1所示。图中R1是单位长度损耗电阻，G1是单位长度损耗电导，L1是单位长度电感，简称分布电感,C1是单位长度电容，简称分布电容。应用电路中的基尔霍夫定律有：▼甞=(R+jeLJ・I«dz(1-1)斗=(G+jcoCJ・V[dz上式有通解：V=V()+ejkz-^V._e-jkz«I=$l严_也严(12).乙ZC其中Zc为特性阻抗。对于无耗传输线，有R1=O,G1=O,则(1-3)上式表明在传输线上可能存在着向+z方向传播的波和向・z方向传播的波，它们的

3、传播因子分别是广能和严。矢量电压表就是通过测量V°+和Vo_的模以及它们之间的相差来获得各种测量参数的。I(Zc)ZFV(z)I(z)图2：端接负载的传输线而在实际生活中传输线不可能是无限长的，通常在它的终端端接一个负载阻抗Zf，如图2所示。因此在Zf端有：Zf上(1-4)1卜以Zf端为坐标原点，即z=0,综合(1-2)式，求解可以得到：%)+=¥(乙+比)<2(1-5)%)一二牛込-乙』(1-6)我们定义在某一截面上的总电压V(z)与总电流I(z)之比为该截面上的输入阻抗乙，则寻-[(Zf+Zc"卞~(ZF+Zc)e+jkz

4、]利用三角公式ej6)=cosCD+jsin69,则上式可简化为:Z,=ZcZh~jZctanfe(1-7)/Zc_丿Zytan£z由此可见，接在终端的负载Zf，经过一段长度为z,特性阻抗为Zc传输线后，其阻抗已变为乙，这就是传输线的阻抗变换特性。AWADVOR的天线系统就利用这一特性进行阻抗匹配。(1)Zf二Zc时：由(1-7)式可得Zi=Zc即传输线上任意截面的输入阻抗等于传输线本身的特性阻抗，我们称之为阻抗匹配，由(1-5)式可得：Vo.=O即传输线上只有入射波而无反射波，此时传输线处于行波状态。矢量电压表通过测量Vo_

5、/Vo+来测量终端匹配。(2)Z"Zc时：%"0此时，传输线上存在有反射波。我们定义电压驻波比P为电压最大值与电压最小值之比：在矢量电压表的测量中很容易得到Vo+/V().,(1-8)由此可以计算出PO二、测量方法在导航系统中，矢量电压表的典型应用如图3所示。其中信号源一般取自设备内部，而负载可以是天线，模块或者是开路测量。用这种接线的方法能测量信号源的电压或功率、反射功率、电缆的电气长度、损耗、驻波比、终端匹配、负载阻抗等。下面以HP8508A数字矢量电压表为例简单说明一下测量步骤：1、当用于测量信号源的电压或功率时，按［A

6、］键，读取A通道的电压，按［DISPLAY］键，显示以dBnV为单位的数值，加上定向耦合器的耦合度(一般贴在定向耦合器上，是一个与频率有关的参数)，再加上衰减器的衰减量，即可得到信号源的电平。2、当需要测量信号源的功率时，按［POWERMEAS］键，进入功率测量模式，再选择电缆的阻抗(按［SYSTEMIMPD］键，选择75Q或50Q),按［A］键，读取A通道的功率值，按［DISPLAY］键，让显示以dBmW为单位，然后加上定向耦合器的耦合度和衰减器的衰减量，即可得到信号源的功率值。3、反射功率的测量与信号源功率的测量类似，只不

7、过是按［B］键，读取B通道的功率值再相加而已。图3：矢量电压表测量图之一4、当用于测量电缆的电气长度时，先在负载端开路，按［B/Amag］,［B-Aphase］键，再按［SHIFT］［SAVEREF］键，此时REFLED灯应点亮,液晶显示屏上显示1.00与0.0,然后再接上待测电缆，待测电缆的另一端开路，此时显示屏上左边的读数应接近1.00（此数值与电缆的型号和长度有关），表明这根电缆没什么问题，右边的读数除以2则为电缆的等效电气长度。5、测量电缆的损耗与测量电缆的电气长度步骤差不多，先在负载端开路，按［B/Amag］键，再按

8、［SHIFT］［SAVEREF］键，此时REFLED灯应点亮，按［DISPLAY］键，用dB值显示电缆损耗，这时左边的液晶显示屏上显示0.0,然后再接上待测电缆，待测电缆的另一端开路，此时显示屏上左边的读数除以2则为电缆的损耗。6、当用于测量线路的驻波比时，按［B/Amag］