野外天线铺设方法与仪器连接

天线是收音机的触角，这是我们无线电工作者们都很知道的事。但由于天线的测试，需要用比较精确的仪器，一般很少有。知道天线应当合乎一定要求，但没有测试过，始终不能肯定它是否已经合乎要求。因此天线的性能，没有完全掌握；天线的效用，自然没有得到充分发挥。可见搞好天线是有一定困难的，一般收听广播的群众怎能很好的注意天线呢？但是有些架设天线的常识是很容易理解的，它们能够帮助群众解决收听问题，而用不着任何精密仪器。
天线的功用 我们这里只谈倒“L”式天线的架设法。架设以前，应当先估计好地位的大小，和注意到影响效率的一切因素，两种典型的架设式样如图6，选两个隔得够远地位适当的稳定支持物，把第一个绝缘子一头用一段导线牢固在一个支持物上，绝缘子另一头接上天线导线，打好结，如图7，普通天线导线多用2公厘光铜线或用粗细相同的铜线，再把天线导线的另一头，接牢在第二个绝缘子的一头，这段导线就是天线的平顶。在平顶的一端附近把引线焊好，焊接以前线上的漆要刮干净。再就在另一支持物上钉牢一个小活落，拿一根绳子穿过活落接到第二个绝缘子的另一头，打好结。这时用力拉绳子到天线的水平部分拉紧后，把绳子固定在第二支持物上，结果如图8的样子，再就把引线贴着房子牵下来，用带绝缘的钉头沿线钉住。
在进窗处由于窗子对引线有压力，容易断线。可加用一承得起较大压力的平面接线条（叫做进线板），把引线接到它的一端，另一端又用线接到收音机的天线端子上。所有这些连接的地方都要焊好。再把收音机的地线端子很好的接地。图9是进线和各种接地装置的附件图。
最后的一个要求就是装适当的避雷器，这是为了使得打雷放电的大电流可以经避雷器入地，不致损坏收音机。避雷器的接法很简单，一端接在引线另一端接地就可以了（图10
信号进到收音机里，首先要经过天线。许多电台发出来的电磁波，都会接触到我们的天线（图1）。这种电磁波如果碰着任何导线，就能够在导线里面产生电压。所以在天线里同样产生了电压，使得有很小的电流在天——地线的回路里流动（图2）。这种电流的频率和发送信号的频率相同，如果是广播台的信号、受过语言和音乐的调制，天线电流上也有同样的调制，仍代表原来的语言和音乐。
一种常用的天线
从收音机接天线的端子上，随便接出一根导线，或多或少总要起一些天线的作用。可是很好的接上一付天线，收听效果就会好得多。有些收音机制造厂规定了用什么样的天线，最好就装上一付那样的天线。一般晓得原规定式样的很少，所以我们在这里要介绍一种常用天线式样——倒‘L’式。
这种天线看起来像英文字母“L”的倒写，所以我们叫它是倒“L”式（图3）。在两个绝缘子之间水平的架一根导线，就是天线的“平顶”，另用一导线由水平导线的一端，接到收音机的天线端子，我们叫做“引线”。再由收音机上的地线端子接一根线很好的通地，就是地线。在收音机里面，天地线两端子间接着一个线圈，就是输入变压器的初级线圈，也叫做天线线圈。
倒“L”式天线用来接收四方播来的信号效率相当好，如果不受附近建筑物的影响，它对由平顶长线所对的方向传来的电波，接收得比较其他方向都要好些。
信号和杂音
天线把各广播电台的信号“拾”了进来，送到收音机去。可是同时它也“拾”到些破烂，就是我们不要听干扰信号，使得扬声器里有了杂声。
产生杂音的电波是从那儿来的呢？简单得很，任何转动的电机，总是有火花的，一切火花都是杂音的制造者。一个火花发出来的电磁波含着很多频率，它们到了接收天线上，扰乱了有用的信号，形成杂音。收讯机的电源里面，时常在室外沿途“拾”得了不少火花干扰，像天线似的也把杂音带到收音机里来（图4）。天线所接收的有用信号电压，对无用杂音电压的比例，通常叫做“信号杂音比”。这个比值愈高，收音机输出愈没有杂音。如果这个比值低，收音机输出杂音就很大。图5表示受附近电力线干扰，杂音大和杂音小的两种情形。装置一付天线，应当使得它接收的杂音最少。随便接一根导线也能起天线的作用，但是它接收杂音可能很大。好的装置，要能够提高“信号杂音比”，使它接收信号比接收杂音的效率高。怎样使天线更有效
效率高的天线接收信号最大，而接收杂音最小。天线的效率和很多因素都有关系。
一个因素是天线的长度，包括引线在内全长由8至25分尺的户外天线，比较常用。这样长的天线，往往可以拉得离开杂声来源远些。
第二个因素是高度，天线愈高，个别信号电波在天线里感应的电压愈大，而杂声电波感应的电压愈小。
第三个因素是天线的平顶和引线的布置位置，天线不应当靠近金属物体，它会挡住或吸收信号电波。有些在钢骨水泥房子里挂的天线，根本不起作用。天线还应当离开那些杂声来源远些（如电疗机件、电梯电动机、电风扇、电吹风、电力线等）。天线平顶的方向应当和电力线相互垂直，这样感应的杂音最小。特别注意天线不要直接贴着电力线，以免危险，引线是天线的一部分，也应当同样注意。
第四个因素是倒L式天线的方向性，要收某一个电台，可使长平顶部分对着那个电台。要收很多方向不同的电台。就应当放在平均接收最强的方向。
第五个因素是天线所用导线的电阻，如果导线电阻太大，感应出来的很小电压，就会很快的消耗在电阻里。因此导线上的各连结处应当焊好，把两头扭在一起的接线办法是靠不住的。
第六个因素是装置情形，如果装置不好，有漏电现象，信号强度就会减低。所用的绝缘子须不吸收湿气（如玻璃和陶瓷），以防漏电。平顶部分要拉得相当紧，否则摆动起来有两种不好的影响，摇大了碰着任何东西就发生杂音，小摇的结果信号也不稳，忽强忽弱。
最后的一个因素是接地线，地线实际是天线回路的一部分，它也可能“拾”些杂声。所以地线应当尽量的短，离开杂音来源尽量的远、它可以很好的接到自来水管或暖气管上，但不能接在煤气管上。管子上的油漆或锈须先刮除，然后用接触面积大的螺丝夹头和管子接好。虽说很多收音机不接地线也工作得很好，可是接了地线会工作得更好。
天线的架设

探地雷达的野外工作,必须根据探测对象的状况及所处的地质环境,采用相应的测量方式并选择合适的测量参数,才能保证雷达记录的质量。
目前常用的时域探地雷达测量方式有剖面法和宽角法两种。此外,还有在某些特殊情况下使用的环形剖面法和多天线雷达系统所采用的多天线测量方式。

图3-50 剖面观测方式

（a）剖面法示意图；（b）探地雷达图像剖面
1.剖面法与多次覆盖
（1）剖面法
剖面法是发射天线（T）和接收天线（R）以固定间距沿测线同步移动进行观测的一种测量方式。当发射天线与接收天线间距为零,亦即发射天线与接收天线合二为一时,称为单天线形式,反之称为双天线形式。剖面法的测量结果可以用探地雷达时间剖面图像来表示。该图像的横坐标记录了天线在地表的位置；纵坐标为反射波双程走时,表示雷达脉冲从发射天线出发经地下界面反射回到接收天线所需的时间。这种记录能准确反映测线下方地下各反射界面的形态。图3-50为剖面法示意图及其雷达图像剖面。
（2）多次覆盖
由于介质对电磁波的吸收,来自深部界面的反射波会由于信噪比过小而不易识别。这时可采用不同天线间距的发射-接收天线在同一测线上进行重复测量,然后把测量记录中相同位置的记录进行叠加,这种记录能增强对深部地下介质的分辨能力。
2.宽角法或共中心点法
宽角法是发射天线固定在地面某一点上不动,接收天线沿测线逐点移动,记录地下各个不同界面反射波双程走时的测量方式。也可以用两个天线,在保持中心点位置不变的情况下,不断改变两个天线之间的距离,记录反射波双程走时,这种方法称为共中心点法。
当地下界面平直时,这两种方法结果一致。采用这两种测量方式的目的是求取地下介质的电磁波传播速度。图3-51是共中心点法观测方式示意图及其雷达图像。

图3-51 共中心点法观测方式与雷达图像

深度为h的地下水平界面的反射波双程走时t满足

电法勘探技术

式中：x为发射天线与接收天线之间的距离；h为反射界面的深度；v为电磁波的传播速度。地表直达波可看成是h＝0的反射波。上式表示当地层电磁波速度不变时,t2与x2呈线性关系。因此利用宽角法或共中心点法测量所得到的地下界面反射波双程走时t,由公式（3-54）就可求得地层的电磁波速度。
3.环形法
深圳机场扩建停机坪的软土地基采用强夯块石墩加固,这种块石墩为直径有限的三度体。为了保证在块石墩上方有足够测点进行块石墩质量评价,于是提出使用环形剖面测量法。以异常为中心,在不同半径的圆周上相对墩心不同方位上布置天线进行测量。
4.多天线法
这种方法是利用多个天线进行测量。每个天线道使用的频率可以相同也可以不同,每个天线道的参数如点位、测量时窗、增益等都可以单独用程序设置。多天线测量主要使用两种方式：第一种方式是所有天线相继工作,形成多次单独扫描,多次扫描使得一次测量所覆盖的面积扩大,从而提高工作效率。第二种方式是所有天线同时工作,利用时间延迟器推迟各道的发射和接收时间,可以形成一个叠加的雷达记录,改善系统的聚焦特性亦即天线的方向特性。聚焦程度取决于各天线之间的间隔。图3-52给出了天线间距为0.5m的多天线辐射方向极化图。利用不同天线间距测量的结果表明,各天线之间间距越大,聚焦效果越好。

图3-52 相距0.5m的五个天线聚焦后的天线辐射方向极化图

要根据测点电磁干扰情况，优化线圈形状并科学地铺设线圈。

（一）选择线圈形状

核磁共振地下水探测仪配置有至少4根100m电缆。理论上，最佳的铺设线圈形状应该是半径为100m的圆形，这样计算电磁场时比较简单。但在野外会有许多沟壑或树木等障碍物，很难铺设一个半径为100m的理想圆形。所以从铺设方便和勘探深度考虑，将4条100m电缆按边长为100m的方形铺设。边长为100m的方形线圈对应的最大勘探深度为100～130m。也可以根据实际情况铺设边长50m或边长150m的单匝方形线圈，分别探测50m，150m深的地下水。

在电磁干扰较严重的地区，即线圈两端电磁干扰大于1600nV时，建议选择单匝方8字形铺设方法（如图4－2－4所示）或者单匝圆8字形铺设方法，这种方法可以有效地抑制噪声，探测深度为50～75m。

（二）线圈铺设

单匝方形：将4条100m电缆按边长为100m的方形铺设，如图4－2－2所示。将除仪器附近的两电缆不连接外，其余3处用接线端子串联，接头处务必接触良好并固定好，且使用接线盒保护导线接口，防止导线接头接触大地。

图4－2－2 单匝方形线圈铺设示意图

单匝圆形：将4条100m电缆按直径130m的圆形天线铺设，如图4－2－3所示。

单匝方8字形：方8字形线圈铺设方向与主要干扰源走向一致，特别是电力线的干扰，线圈方向要与电力线的走线方向平行，如图4－2－4所示。对于点干扰源，例如村庄等，则按如图4－2－5所示方式铺设。

图4－2－3 单匝圆形线圈铺设示意图

图4－2－4 线型噪声源单匝方8字形线圈铺设示意图

单匝圆8字形：圆8字形线圈铺设方向如图4－2－6所示。

图4－2－5 点噪声源单匝方8字形线圈铺设示意图

图4－2－6 线型噪声单匝圆8字形线圈铺设示意图

（三）各部分连接

1.主控通信线路连接

笔记本电脑串口→串口延长线→主控箱PC通信接口（图4－2－7）。

图4－2－7 地下水探测仪主控箱与计算机通信连接图

2.仪器通信线路连接

电源箱通信接口→主控箱“系统通信”接口（图4－2－8）。

3.电源连接

1）确定电源箱上的系统开关处于关闭状态（开关指向OFF标志）；

2）将24V输入线航空插头接口端与位于电源箱面板左下方的“24V输入”接口连接；

3）将两电瓶串联，即A电瓶“＋”极与B电瓶“－”极使用短接线连接；

4）将24V输入线夹子端的红夹与B电瓶“＋”极连接；黑夹与A电瓶“－”极连接（图4－2－9）。

图4－2－8 地下水探测仪主控箱与电源箱通信连接图

图4－2－9 地下水探测仪电源箱与电池连接图

4.高压连接

1）将高压连接线航空插头端与电源箱面板右上的高压输出接口连接；

2）将高压连接线铜接线端的红色、黑色线分别与主控机面板右下高压输入接口的“＋”、“－”接线柱连接。务必将螺栓拧紧，以免产生火花损坏仪器（图4－2－10）。

图4－2－10 地下水探测仪主控箱与电源箱高压部分连接图

5.发射连接

1）将一2m长线圈连接线与主控箱的L接线柱连接，并固定；

2）将一配谐电容连接线与主控箱的C接线柱连接，并固定；

3）将另外一2m长线圈连接线和另一配谐电容连接线共同与主控箱LC接线柱连接，并固定；

4）将仪器附近串联电缆两端分别与两线圈2m长连接线的另外两端分别连接；

5）将两配谐电容线与配谐电容箱的两C接线柱连接，线序与主控箱的C和LC箱根据红、蓝方块标志相对应（图4－2－11）。

6.配谐连接

1）初次测量通常选择6μF电容连接，可以是配谐电容箱内3个6μF电容中的任何一个，但最好是与接线柱最近的电容；

2）选定后，将6μF配谐电容的一端使用配谐电容接线铜板与其最近的接线柱（此接线柱必须位于配谐电容箱上黑色虚线或是红色虚线上）连接；再将6μF的另一端使用铜板与位于另一颜色虚线上并与其最近的接线柱连上。

图4－2－11 地下水探测仪主控箱与电容箱发射天线连接图

7.地线连接

1）将接地电极插入大地，要求良好接触。电极要插在发射/接收电缆之外，不要紧靠电缆和线圈连接线，且与仪器尽量接近；

2）将3芯地线航插与电源箱的两接地点连接，将2芯地线航插与主控箱的两接地点连接；

3）将3芯地线航插、2芯地线航插、地线延长线的一端三者连接在一起；

4）将地线延长线的另一端使用接线固定旋子与电极连接（图4－2－12）。

图4－2－12 地下水探测仪接地连接图

8.笔记本电脑电源连接

1）将笔记本电源插孔端插入笔记本电脑电源输入孔；

2）将2块12V电瓶串联，并将笔记本电源夹子端的红、黑端分别连接串联24V电瓶的“＋”、“－”端；

3）查看笔记本电脑右下角电源管理是否提示使用电池，如果没有提示，则说明正常，否则便说明有问题。迅速断开笔记本电源连接端，进行检查。

JLMRS－I型核磁共振地下水探测仪实物连接见图4－2－13。

图4－2－13 JLMRS－I型核磁共振地下水探测仪连接图