如何正確測(cè)量天線的阻抗

2017-07-02 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

來(lái)源:微波射頻網(wǎng)

在一般天線制作中,由于阻抗關(guān)系到天線的匹配,也就關(guān)系到天線的駐波,所以,通常把駐波調(diào)小,阻抗也就基本正確了。在天線的工程檢驗(yàn)中,通常也只需要關(guān)心駐波比就可以了。

但是在研制、生產(chǎn)天線時(shí),為了明確調(diào)試的方向,提高調(diào)試的速度和精度,需要測(cè)試天線的阻抗。

阻抗和駐波不同,通常說(shuō)的駐波是標(biāo)量參數(shù),它與相位沒(méi)有什么關(guān)系。而阻抗是矢量參數(shù),它與相位有直接的關(guān)系。測(cè)阻抗其實(shí)就是測(cè)反射的相位,相位測(cè)量的準(zhǔn)確度關(guān)系到阻抗的準(zhǔn)確度。

但是,我們通常很難把天線的饋電點(diǎn)直接連接到儀器上,只能把儀器接在饋線的另一端。而饋線是有長(zhǎng)度的,信號(hào)經(jīng)過(guò)饋線,相位就會(huì)變化。例如,10MHz的信號(hào),波長(zhǎng)是30米。這個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)電長(zhǎng)度為7.5米的饋線,相位就要移動(dòng)90度。在測(cè)試時(shí),信號(hào)兩次經(jīng)過(guò)了饋線,相位就會(huì)移動(dòng)180度。通俗的說(shuō),如果天線是容性的,測(cè)出來(lái)就是感性。如果天線是感性的,測(cè)出來(lái)就是容性。

饋線長(zhǎng)度較短時(shí),相位移動(dòng)會(huì)少一些,造成的誤差減少。但是,短波天線架設(shè)得一般都比較高,饋線總是比較長(zhǎng)的。即使1米長(zhǎng)的饋線,在10MHz也會(huì)導(dǎo)致30度左右的總相移,測(cè)試結(jié)果仍然是完全錯(cuò)誤的。可不可以用電長(zhǎng)度為二分之一波長(zhǎng)的饋線來(lái)讓相位剛好轉(zhuǎn)360度,從而消除影響呢?原理上當(dāng)然沒(méi)問(wèn)題,但是,準(zhǔn)備二分之一的饋線是件麻煩事,其次,由于每個(gè)頻率的波長(zhǎng)不一樣,所以只有特定頻率能剛好轉(zhuǎn)360度,也就是說(shuō)測(cè)試結(jié)果只能在特定頻率有效。

測(cè)試天線的阻抗時(shí),就必須要想其它辦法。以下是一個(gè)例子:

首先看相位,測(cè)饋線電長(zhǎng)度。如果有條件把饋線從天線上取下最好,如果不能取下,找遠(yuǎn)離天線諧振點(diǎn)的頻率來(lái)讀取就行了,這里測(cè)得饋線電長(zhǎng)度約5.29米。

如何正確測(cè)量天線的阻抗HFSS圖片1

如果要求嚴(yán)格的話,可以再測(cè)出饋線的損耗。如果能用雙端口法最好,如果不方便,也可以用單端口,取損耗的較小處,這里測(cè)得約1.1dB@109MHz。

然后我們先看看假設(shè)不消除饋線影響,得到什么結(jié)果(天線是144MHz的)

這是圓圖

這是阻抗

如果不牢記“有饋線則不準(zhǔn)”原則,很容易被上述錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)欺騙。

現(xiàn)在我們來(lái)把饋線消掉。首先把剛才測(cè)得的饋線電長(zhǎng)度和損耗(回?fù)p的二分之一)告訴儀器

然后得到基本正確的測(cè)量結(jié)果。

這是修正以后的相位

這是修正以后的圓圖

這是修正以后的阻抗

差別很大吧!如果按照沒(méi)有修正的結(jié)果來(lái)調(diào)試天線,就有可能南轅北轍了。

用饋線補(bǔ)償?shù)姆椒▉?lái)消除誤差,可以得到基本準(zhǔn)確的結(jié)果,能滿足一般需要。如果想精確的消除饋線影響,可以在饋線末端校準(zhǔn),正規(guī)的矢量天線分析儀都帶有校準(zhǔn)功能。

這篇文章之所以沒(méi)有用校準(zhǔn)的方法來(lái)消去饋線,是為了更直觀的體現(xiàn)饋線對(duì)相位的影響及其消除的原理。在制作天線時(shí),原則上應(yīng)該在天線的饋電點(diǎn)測(cè)量。以前這種測(cè)量很困難,現(xiàn)在不必真的在饋電點(diǎn)去測(cè),就能夠推算出在饋電點(diǎn)測(cè)量時(shí)的數(shù)據(jù)。如果天線前面存在巴倫或阻抗變換器,也可以在巴倫或者阻抗變換器的端口上測(cè)量,但最好的辦法是把儀器接在這些變換器前面,然后在變換器后面進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)正確的情況下,短路或開(kāi)路反射相頻特性應(yīng)當(dāng)是一個(gè)比較穩(wěn)定的角度。此時(shí)再接到天線的饋電點(diǎn),就能反映真實(shí)的情況。(作者:科創(chuàng)網(wǎng) 劉虎)

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