如何正確測量天線的阻抗

2017-07-02 by:CAE仿真在線來源:互聯網

來源:微波射頻網

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

但是在研制、生產天線時,為了明確調試的方向,提高調試的速度和精度,需要測試天線的阻抗。

阻抗和駐波不同,通常說的駐波是標量參數,它與相位沒有什么關系。而阻抗是矢量參數,它與相位有直接的關系。測阻抗其實就是測反射的相位,相位測量的準確度關系到阻抗的準確度。

但是,我們通常很難把天線的饋電點直接連接到儀器上,只能把儀器接在饋線的另一端。而饋線是有長度的,信號經過饋線,相位就會變化。例如,10MHz的信號,波長是30米。這個信號經過電長度為7.5米的饋線,相位就要移動90度。在測試時,信號兩次經過了饋線,相位就會移動180度。通俗的說,如果天線是容性的,測出來就是感性。如果天線是感性的,測出來就是容性。

饋線長度較短時,相位移動會少一些,造成的誤差減少。但是,短波天線架設得一般都比較高,饋線總是比較長的。即使1米長的饋線,在10MHz也會導致30度左右的總相移,測試結果仍然是完全錯誤的。可不可以用電長度為二分之一波長的饋線來讓相位剛好轉360度,從而消除影響呢?原理上當然沒問題,但是,準備二分之一的饋線是件麻煩事,其次,由于每個頻率的波長不一樣,所以只有特定頻率能剛好轉360度,也就是說測試結果只能在特定頻率有效。

測試天線的阻抗時,就必須要想其它辦法。以下是一個例子:

首先看相位,測饋線電長度。如果有條件把饋線從天線上取下最好,如果不能取下,找遠離天線諧振點的頻率來讀取就行了,這里測得饋線電長度約5.29米。

如何正確測量天線的阻抗HFSS圖片1

如果要求嚴格的話,可以再測出饋線的損耗。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,這里測得約1.1dB@109MHz。

然后我們先看看假設不消除饋線影響,得到什么結果(天線是144MHz的)

這是圓圖

這是阻抗

如果不牢記“有饋線則不準”原則,很容易被上述錯誤的數據欺騙。

現在我們來把饋線消掉。首先把剛才測得的饋線電長度和損耗(回損的二分之一)告訴儀器

然后得到基本正確的測量結果。

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!如果按照沒有修正的結果來調試天線,就有可能南轅北轍了。

用饋線補償的方法來消除誤差,可以得到基本準確的結果,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,正規的矢量天線分析儀都帶有校準功能。

這篇文章之所以沒有用校準的方法來消去饋線,是為了更直觀的體現饋線對相位的影響及其消除的原理。在制作天線時,原則上應該在天線的饋電點測量。以前這種測量很困難,現在不必真的在饋電點去測,就能夠推算出在饋電點測量時的數據。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行校準。校準正確的情況下,短路或開路反射相頻特性應當是一個比較穩定的角度。此時再接到天線的饋電點,就能反映真實的情況。(作者:科創網劉虎)

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