玩轉天線

作者: Kenneth Wyatt,Wyatt Technical Services總裁暨首席顧問

身為一位EMC工程師,我們使用多種類型的天線——現今頻段越來越多;作為旅行中的EMC故障排除人員/顧問,我使用小型可折疊DIY天線進行故障排除。為了表徵這些可調天線與頻率變化的關係,能在擴展不同元素長度的情況下進行測量非常有用,以便了解在何處設置特定諧波的長度…

身為一位EMC工程師,我們使用多種類型的天線——現今頻段越來越多;作為旅行中的EMC故障排除人員/顧問,我使用小型可折疊DIY天線進行故障排除。

為了表徵這些可調天線與頻率變化的關係,能在擴展不同元素長度的情況下進行測量非常有用,以便了解在何處設置特定諧波的長度。使用內建追蹤發生器和電壓駐波比(VSWR)選件的頻譜分析儀,可以確定諧振頻率和VSWR,或者確定天線與50歐姆同軸電纜的匹配程度。

在本例中,我想描述我製作的DIY「精密偶極(precision dipole)」的特色。透過如圖所示連接20dB耦合器,並執行「Cal Open」以標準化顯示,接著連接天線,然後按「VSWR」,即可在諧振點讀出VSWR。在這種特定情況下,我以大約91MHz的頻率測量大約2:1的VSWR。

圖1 用於測量DIY偶極天線的VSWR的設置。

要連接20dB耦合器(在本例中為0.1~2,000MHz的Mini-Circuits ZFDC-20-5),請將追蹤發生器的輸出連接到耦合器的「OUT」,「CPL」連接器連接至分析儀輸入「 IN」連接到被測天線。 如果購買了分析儀的VSWR選件,只需將固定裝置連接到前面的「N」連接器即可。

首先,設置頻率上限和下限。我還在每個分區使用了垂直5dB,因此可以看到更精細的變化。 然後,需要使用前面板「Meas Setup」按鈕下方的「CAL OPEN」軟鍵來標準化測試設置,包括任何連接的同軸電纜。最後按「 VSWR」軟鍵並連接天線。

需記住的是,隨著同軸電纜長度的增加,所連接天線的VSWR測量結果將變得不太準確。例如,如果要測試一卷100英呎長的典型同軸電纜,由於電纜損耗,在開路的情況下應該測量接近1:1的比例,況且附加天線不會告訴你任何訊息。

圖2 螢幕截圖顯示了約91MHz的諧振頻率和9.31dB的計算反射損耗,以及約2.0:1的相關VSWR——與50歐姆同軸電纜的匹配還不錯。圖中綠色跡線為回波損耗,紫色跡線為標準化數據,黃色跡線為原始數據。

如你所見,透過將伸縮元件向上或向下微調一個角度,可以與50歐姆同軸電纜實現最佳匹配。 直截了當地講,我只得到了3:1 VSWR。顯然,手持天線,以及使測量接近其他物體不會產生最準確的測量,但是對於此小實驗而言,已足夠了。

透過記錄諧振頻率與擴展部分的數量,可以表徵天線與頻率的關係。但是,出於故障排除的目的,天線是否在感興趣的頻率處完美地諧振並不是很重要。只有要進行準確的排放測量時,才需要將這個「精密偶極」調整為精確的諧振尺寸,這一點很重要。

在進行故障排除時,我將元件擴展出夠多的空間以獲得可見訊號,然後將其黏貼到大約一公尺外的非金屬表面上。透過查看相關諧波的頻譜圖,可以立即告訴我在確定源和耦合路徑方面是否正在取得進展。

這是一個簡單的DIY EMC測量天線,可在大約85~200MHz範圍內進行調整(取決於所用的伸縮天線),並且尺寸夠小,可以放入EMC故障排除工具包中。它還包括一個1:1平衡-不平衡變壓器和附加的鐵氧體扼流圈,以抑制共模電流在同軸電纜屏蔽層的外部流動。

當然,在進行故障排除時,大多數舊金屬塊都將用來吸收被測產品的諧波發射。我有一個客戶在大約三英呎遠的地方安裝了Wi-Fi天線,當我們對他的產品進行故障排除時,它工作正常。 當我使用它進行故障排除時,將其黏貼到不導電桌面的一端,並在另一端安裝被測產品。然後,我可以一眼看到正在監視的諧波是向上、向下,還是保持與嘗試不同修補程序時相同的諧波。

天線採用Bud型號CU-123鑄鋁盒製成。我安裝了三個BNC連接器,如圖3所示。1:1平衡-不平衡變壓器只是纏繞在鐵氧體磁芯(大多數都可以使用)上的大多數同軸電纜的包裹層(盡可能多)。 我使用一些細的雙屏蔽同軸電纜進行內部佈線,如圖3所示,將屏蔽層連接到天線元件的一個中心引腳,並將中心導體連接到另一個天線單元的中心引腳。我在額外的同軸電纜上夾了一個標準的鐵氧體扼流圈,以保持良好的狀態,並用一小片氣泡包裝包裹內部,以防止兩個鐵氧體繞動。

圖3 天線基座顯示內部1:1平衡-不平衡變壓器和附加的鐵氧體扼流圈,以抑制共模電流。

我使用了比較昂貴的(30美元)Diamond模型的RH789伸縮式天線,主要是因為它們標有頻率刻度與元件長度的關係——這是一個附加功能——儘管價格較低的伸縮式BNC天線應該可以正常工作。它們也鉸接在底座上,因此可以將整個東西折疊得更小。透過將兩側都鉸接成輕微的「V」形,可以更好地匹配至50歐姆。作為紅利,業餘無線電發燒友還可以將天線用作VHF和UHF操作的應急偶極。

圖4顯示了拆下的天線;圖5顯示已部署好並在故障排除期間準備使用的天線。

圖4 將拆開的天線各部分分開擺放。

圖5 天線已配置完成,並可用於故障排除。

(參考原文:Playing with antennas,by Kenneth Wyatt,EDN Taiwan Anthea Chuang編譯)

 

 

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