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如何正确的测量天线阻抗(教程)
虎哥2015/06/13正能量研究 IP:四川
在一般DIY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。

但是在专门制作天线时,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。
S11_Phase_15_06_13 01_04_40.jpg

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。
S11_Loss_15_06_13 01_44_06.jpg

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
S11_Smith_15_06_13 01_06_01.jpg

这是阻抗
S11_Z_15_06_13 01_10_12.jpg

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
FuncSet_15_06_13 01_45_21.jpg

然后得到基本正确的测量结果。
这是修正以后的相位
S11_Phase_15_06_13 01_47_18.jpg

这是修正以后的圆图
S11_Smith_15_06_13 01_45_56.jpg

这是修正以后的阻抗
S11_Z_15_06_13 01_46_45.jpg

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。
来自:仪器与装备 / 仪器仪表严肃内容:教程/课程
12
 
bh3ack
7年7个月前 IP:天津
1楼
提前学习下,感谢分享!
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refinder
7年7个月前 IP:德国
2楼
建议在有电缆长度修正时,在屏幕某处用红色提示修正长度,以免用户正常测量时忘记有修正。
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S.D.P
7年6个月前 IP:江西
3楼
引用 refinder:
建议在有电缆长度修正时,在屏幕某处用红色提示修正长度,以免用户正常测量时忘记有修正。
添加了馈线点长度扣除数据,有红色提示“电缆”
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whm597
7年6个月前 IP:浙江
4楼
虎哥,请问有没有天线阻抗匹配调试方面的教程、案例等资料分享呢
本人刚接触射频天线调试这块,阻抗匹配调试摸不着北啊,希望能带我入个门哈~
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正丰开来
7年6个月前 IP:广东
5楼
虎哥的学术就是精
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lm169
7年3个月前 IP:山东
6楼
看了虎哥的教程,真的长知识,学习啦。
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奉旨泡面
6年4个月前 IP:广东
7楼
学习好文章,只是不知道末端校准怎么搞?比方说在末端焊一个sma头用校准件校吗?
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owlcjy
5年7个月前 IP:浙江
8楼
天线的增益怎么测试呢?用矢网两个端口,一个端口接一个天线,两个相距1m,测试S21,然后倒推增益,这种方法可行吗?有没朋友试过?
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虎哥作者
5年7个月前 IP:四川
9楼
引用 奉旨泡面:
学习好文章,只是不知道末端校准怎么搞?比方说在末端焊一个sma头用校准件校吗?
如果做sol校准,可以在同轴末端开短路,跳过负载校准。如果用电缆延伸,可整齐切断电缆末端后手动或自动延伸。另外也可以制作专用夹具来测量pcb上的阻抗,用rtl校准,不过901目前未提供这种校准模型。
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虎哥作者
5年7个月前 IP:四川
10楼
引用 owlcjy:
天线的增益怎么测试呢?用矢网两个端口,一个端口接一个天线,两个相距1m,测试S21,然后倒推增益,这种方法可行吗?有没朋友试过?
原理上就是这样测的。只不过测试环境有一些要求,另外要有增益已知的标准天线来校准。
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owlcjy
5年7个月前 IP:浙江
11楼
我昨天试了一下,使用415M全向天线,健博通,增益3.5dbi,两个天线接到矢网两个端口,相距1m,矢网S21 -30db,相距2m,矢网S21 -40db,根据空间衰减公式=20lg(F)+20lg(D)+32.4,没有增益的天线空间衰减也只有-25.db@1m,-31.7db@2m。没能证明此方法实际可行。
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虎哥作者
5年7个月前 IP:四川
12楼
引用 owlcjy:
我昨天试了一下,使用415M全向天线,健博通,增益3.5dbi,两个天线接到矢网两个端口,相距1m,矢网S21 -30db,相距2m,矢网S21 -40db,根据空间衰减公式=20lg(F)+20lg……
距离那么近,天线不能等效为质点,不服从自由空间传播损耗公式。建议天线距离大于10倍波长或10倍天线尺寸/孔径,取其大者。
而且,测增益要使用标准天线进行相对测量,相对测量能够抵消传播造成的误差。
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刘 虎

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