如何正确测量天线的阻抗

在一般天线制作中,由于阻抗关系到天线的匹配,也就关系到天线的驻波,所以,通常把驻波调小,阻抗也就基本正确了。在天线的工程检验中,通常也只需要关心驻波比就可以了。

但是在研制、生产天线时,为了明确调试的方向,提高调试的速度和精度,需要测试天线的阻抗。

阻抗和驻波不同,通常说的驻波是标量参数,它与相位没有什么关系。而阻抗是矢量参数,它与相位有直接的关系。测阻抗其实就是测反射的相位,相位测量的准确度关系到阻抗的准确度。

但是,我们通常很难把天线的馈电点直接连接到仪器上,只能把仪器接在馈线的另一端。而馈线是有长度的,信号经过馈线,相位就会变化。例如,10MHz的信号,波长是30米。这个信号经过电长度为7.5米的馈线,相位就要移动90度。在测试时,信号两次经过了馈线,相位就会移动180度。通俗的说,如果天线是容性的,测出来就是感性。如果天线是感性的,测出来就是容性。

馈线长度较短时,相位移动会少一些,造成的误差减少。但是,短波天线架设得一般都比较高,馈线总是比较长的。即使1米长的馈线,在10MHz也会导致30度左右的总相移,测试结果仍然是完全错误的。可不可以用电长度为二分之一波长的馈线来让相位刚好转360度,从而消除影响呢?原理上当然没问题,但是,准备二分之一的馈线是件麻烦事,其次,由于每个频率的波长不一样,所以只有特定频率能刚好转360度,也就是说测试结果只能在特定频率有效。

测试天线的阻抗时,就必须要想其它办法。以下是一个例子:

首先看相位,测馈线电长度。如果有条件把馈线从天线上取下最好,如果不能取下,找远离天线谐振点的频率来读取就行了,这里测得馈线电长度约5.29米。注意两个光标,刚好转过720度(两个周期),期间的频差长即为电长度。

如果要求严格的话,可以再测出馈线的损耗。如果能用双端口法最好,如果不方便,也可以用单端口,取损耗的较小处,这里测得约1.1dB@109MHz(光标2)。

然后我们先看看假设不消除馈线影响,得到什么结果(天线是144MHz的)
这是圆图

这是阻抗(黄色曲线为电抗,蓝色为保持的阻抗模)

如果不牢记“有馈线则不准”原则,很容易被上述错误的数据欺骗。

现在我们来把馈线消掉。首先把刚才测得的馈线电长度和损耗(回损的二分之一)告诉仪器

然后得到基本正确的测量结果。
这是修正以后的相位,可以看出周期性的转圈(锯齿)消失了,在非谐振频率,相位基本算平坦(小的波浪是用电缆补偿无法消除干净的,这是因为除了天线的反射以外,线路上还有其它反射。如果要完全消除,需要在电缆末端进行校准)

这是修正以后的圆图

这是修正以后的阻抗

差别很大吧!如果按照没有修正的结果来调试天线,就有可能南辕北辙了。

用馈线补偿的方法来消除误差,可以得到基本准确的结果,能满足一般需要。如果想精确的消除馈线影响,可以在馈线末端校准,正规的矢量天线分析仪都带有校准功能。

这篇文章之所以没有用校准的方法来消去馈线,是为了更直观的体现馈线对相位的影响及其消除的原理。在制作天线时,原则上应该在天线的馈电点测量。以前这种测量很困难,现在不必真的在馈电点去测,就能够推算出在馈电点测量时的数据。如果天线前面存在巴伦或阻抗变换器,也可以在巴伦或者阻抗变换器的端口上测量,但最好的办法是把仪器接在这些变换器前面,然后在变换器后面进行校准。校准正确的情况下,短路或开路反射相频特性应当是一个比较稳定的角度。 此时再接到天线的馈电点,就能反映真实的情况。

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