天馈设备的调整与协调。方案、说明

天馈装置的调整和协调。无线电电子电气工程百科全书

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天线匹配

罗特哈梅尔在他的《天线》一书的序言中，第一行就重复了众所周知的真理：好的天线就是最好的高频放大器。然而，许多无线电业余爱好者有时会忘记，构建一个好的天线系统的成本与一个好的收发器一样多，并且设置天线馈线设备需要与设置收发器相同的认真方法。根据从某处获取的描述构建天线后，无线电业余爱好者通常使用 SWR 计对其进行调整，或者通常依靠机会而不进行任何测量。因此，在许多情况下，您可能会听到关于良好天线的负面评论，或者它们没有足够的允许功率进行日常通信。这里尝试以书籍指南（以下简称参考文献）的形式简要回顾一下AFS（天馈系统）中简单的匹配和测量方法：

K. Rothammel“天线”，M.，“能源”，1979 年第三版
Z. Benkovsky、E. Lipinsky，“短波和超短波业余天线”，M.，“无线电和通信”，1983 年

以及一些实用的建议。所以...

为什么不能认真对待使用驻波比仪来调整新创建的天馈设备？ SWR 计显示 (Urect + Uref) 与 (Urect-Uref) 的比率，或者换句话说，天线馈线路径的阻抗与设备（例如发射机输出）的波阻抗相差多少倍。根据SWR表的读数，无法理解输出级电阻为3欧姆时SWR≥50意味着什么。在这种情况下，天线馈线路径的阻抗可以是纯有源的（在谐振频率处）并且可以等于150欧姆或17欧姆（两者都同样可能！）。不在谐振频率处，电阻将包含各种比率的有功和无功（电容或电感），然后完全无法理解需要做什么 - 要么补偿无功，要么协调波电阻。为了准确匹配AFU，您需要知道：

a) 天线的实际谐振频率；
b) 天线阻抗；
c) 馈线的波阻抗；
d) 收发器的输出阻抗。

天线匹配的目的是满足将天线连接到收发器的两个条件：

以实现在所用频率的天线电阻中不存在电抗分量。
实现天线和收发设备的波阻抗相等。

如果在天线馈电的地方（天线与馈线的连接点）满足这些条件，则馈线工作在行波模式。如果馈线与收发信机的连接处满足匹配条件，并且天线阻抗与馈线的波阻抗不同，则馈线工作在驻波模式。然而，馈线在驻波模式下的操作可能会导致定向天线中的辐射方向图失真（由于来自馈线的有害辐射），并且在某些情况下可能会导致对周围收发器设备的干扰。此外，如果天线用于接收，则馈线编织层上将会接收到无用发射（例如，来自台式计算机的干扰）。因此，优选使用行波模式下通过馈线的天线馈电。在分享天线匹配的实践经验之前，先简单介绍一下主要的测量方法。

1.天线谐振频率测量

1.1. 测量天线谐振频率的最简单方法是使用外差谐振指示器 (HIR)。然而，在多元件天线系统中，由于每个天线元件都有自己的谐振频率，因此由于天线元件的相互影响，执行 GIR 测量可能很困难或完全不可能。

1.2. 使用测量天线和控制接收器的测量方法。将发生器连接到被测天线，距离为 10-20l 根据测量的天线，控制接收器安装有在这些频率下没有谐振的天线（例如，较短的天线） l/10）。使用控制接收器的 S 计在选定的范围内调整发生器，测量场强并绘制场强对频率的依赖性。最大值对应于谐振频率。这种方法特别适用于多元件天线，此时测量接收机必须放置在被测天线的主瓣处。这种测量方法的一个变体是用作发电机、功率为几瓦的发射器和简单的场强计（例如[1]，图14-20）。但是，必须考虑到在测量过程中您会干扰其他人。在144-430 MHz频段测量时的一个实用技巧是测量时不要将场强计拿在手中，以减弱身体对设备读数的影响。将设备固定在距地面 1-2 米高度的介电支架（例如树、椅子）上，并在距离 2-4 米处读取读数，而不会落入设备和设备之间的区域。测量的天线。

1.3. 使用发生器和天线镜进行测量（例如[1]，图14-16）。该方法主要适用于高频，不能给出准确的结果，但可以同时评估天线阻抗。测量的实质如下。如您所知，触角镜可让您测量总电阻（有源电阻+无功电阻）。因为天线通常在当前波腹（最小输入电阻）供电，并且在谐振频率下没有反应性，那么在谐振频率下，天线示波器将显示最小电阻，而在所有其他频率下，它通常会更大。因此，测量顺序是通过重建发生器来测量天线的输入阻抗。最小电阻对应于谐振频率。但是，天线范围必须直接连接到天线馈电点，而不是通过电缆！实际观察 - 如果您附近有强大的无线电发射源（电视或广播电台），由于拾音器的作用，天线镜将永远不会平衡“为零”，并且几乎不可能进行测量。

1.4. 使用频率响应计可以非常方便地确定振动器的谐振频率。通过将频率响应计和探测器头的输出连接到天线，可以确定频率响应中可见的下降频率。在这些频率下，天线发生谐振，并且从设备的输出中获取能量，这在设备的屏幕上清晰可见。几乎所有频率响应计都适合测量（X1-47、X1-50、X1-42、SK4-59）。测量选项 - 在长余辉模式下使用频谱分析仪 (SK4-60) 和外部发生器。作为外部发生器，您可以使用谐波发生器：对于 HF - 步进为 10 kHz，对于 144 MHz - 步进为 100 kHz，对于 430 MHz - 步进为 1 MHz。在频率高达 160 MHz 时，155IE1 集成电路上的谐波发生器电路可提供具有高谐波强度的最均匀频谱。在430 MHz范围内，在带有存储二极管2A609B（SK50-4的60 MHz校准器电路）的电路中可以获得足够水平的谐波。

2. 天馈设备电阻测量

2.1. 用于测量有源电阻和信号相位（以及无功分量）的最简单（仍然负担得起）的批量生产设备是测量电桥。这些设备有多种修改，可用于 50 和 75 欧姆路径以及高达 1000 MHz 的各种频率范围 - 这些是测量电桥 R2-33 ... R2-35。

2.2 在业余无线电实践中，更经常使用更简单的测量电桥，设计用于阻抗测量（前窥镜）。与桥 P2-33... 相比，它的设计非常简单，并且可以在家中轻松重复（[1]，第 308-309 页）。

2.3 记住有关 APS 中阻力的一些注释是有用的。

2.3.1. 具有波阻抗 Ztr 和电气长度的长线 l/4, 3 x l/4 等变换电阻，可以通过公式计算

Ztr=Sqr(Zin Zout)

或者按照图2.39 [2]。在一种特殊情况下，如果有一个结果 l/4段开路，则该段这一端的无穷大电阻在另一端转变成零（短路），此类装置用于将大电阻转变成小电阻。注意力！这些类型的变压器仅在很窄的频率范围内有效工作，仅限于工作频率的百分之几。电长度倍数长线 l/2，无论这条线的波阻抗如何，都将输入阻抗以1：1的比例变换为输出阻抗，用于将电阻传递到所需的距离而不进行阻抗变换，或将相位反转180° 。不像 l/4行，行数 l/2 有更多的带宽。

2.3.2. 如果天线比您需要的短，那么在您的频率下，天线阻抗具有电抗电容分量。如果天线较长，则在您的频率下，天线具有感应性。当然，在您的频率下，可以通过引入相反符号的额外反应性来补偿不需要的反应性。例如，如果天线比所需的长，则可以通过将电容与天线馈电串联来补偿电感分量。可以根据所需频率计算所需电容器的值，了解电感元件的值（参见图 2.38 [2]），或者通过实验选择，如第 5 段所述。

2.3.3. 引入额外的无源元件通常会降低天线的输入阻抗（例如，对于方形：从110-120欧姆到45-75欧姆）。

2.3.4. 以下是最常见的振动器（振动器位于没有周围物体的空间）、天线和馈线的理论值：

半波振动器在当前波腹（中间）供电 - 70 欧姆，失谐为 + -2%，电抗 iX 几乎从 -25 到 +25 线性变化，谐振频率为零；
由T形匹配电路-120欧姆供电的半波振动器； - 所有导体直径相同的环形振动器 - 240..280 欧姆，失谐为 + -1% 时没有电抗，但失谐超过 2% 时，电抗 iX 急剧增加至 + - 50 或更多（见图2.93 [2]）；
具有不同导体直径的环形振动器（参见表 1.15 [1] 或图 2.90c [1]） - 高达 840 欧姆； - 所有导体直径相同的双环振动器 - 540...630 欧姆；
具有不同导体直径的双环振动器（参见表 1.16 [1] 或图 2.91 [2]） - 高达 1500 欧姆；
四分之一波垂直振动器，配重与振动器成 135° 角 - 50 欧姆；
四分之一波垂直振动器，配重与振动器成 90° 角 - 30 欧姆；
方形振动器 l - 110..120 欧姆； - 长度为 2 的方形振动器l （两圈） - 280 欧姆；
三角形振动器 (delta) - 120...130 欧姆；
90° 倒 V - 45 欧姆；
倒 V 130° - 65 欧姆；
针对最大增益优化的波通道 - 5...20 Ohm；
针对最佳匹配而优化的波道 - 50 Ohm；
两线线路（图 2.26 [2]） - 200..320；
两条平行同轴线Z=75欧姆-37.5欧姆；
同样，四分之一波长变压器 Zin=50 Ohm - Zout=28 Ohm；
同样，四分之一波长变压器 Zin=75 Ohm - Zout=19 Ohm；
两条平行同轴线Z=50欧姆-25欧姆；
同样，四分之一波长变压器 Zin=50 Ohm - Zout=12.5 Ohm；
同样，四分之一波长变压器 Zin=75 Ohm - Zout=8.4 Ohm
三平行线变压器 Z=50 Ohm Zin=50 - Zout=5.6 Ohm；
同样 Z=50 Ohm Zin=75 - Zout=3.7 Ohm；

3. 衡量一致程度

最好在第 5 段中描述的匹配之后进行这些测量，以评估匹配的质量。

3.1. 用于确定开路两线线路与天线的匹配程度的装置：

3.1.1. 普通霓虹灯灯泡或 GIR。当沿着传输线移动灯泡时，灯泡的亮度不应改变（行波模式）。测量选件是一个由通信回路、检测器和指针指示器组成的设备（参见图 14.8 [1]）。

3.1.2. 两灯指示器（参见图 14.7 [1]）。进行设置后，连接到靠近天线的臂上的灯不会发光，而在相对的臂上发光最大。在低功率水平下，您可以使用探测器和千分表代替灯泡。

3.2. 用于确定同轴路径匹配程度的设备：

3.2.1. 测量线——适用于测量从VHF到厘米波长的同轴和波导线的匹配程度的装置。它的设计很简单 - 一根刚性同轴电缆（波导），在外导体上有一个纵向槽，测量头沿着槽移动，测量探头放入槽中。通过沿路径移动测量头，确定读数的最大值和最小值，并用其比率来判断一致程度（行波模式-读数沿测量线的整个长度不变）。

3.2.2. 测量电桥（图14.18 [1]）。允许您在 HF 和 VHF 上测量高达 100 欧姆的传输线中的 SWR，输入功率约为数百毫瓦。非常易于制造的设计，不包含对制造精度至关重要的线圈卡扣和结构单元。

3.2.3. 基于反射计的 SWR 计。描述了这些设备的许多设计（例如，图 14-14 [1]。它们允许您在空中运行期间监视 AFS 的状态。3.2.4. 基于频率响应计的 SWR 计。非常方便用于研究任何频率下的匹配质量，最高可达 40 GHz 测量原理 - 测量仪器由频率响应计和定向耦合器组成，连接在以下电路中：

1

X1 47

>--------------------->3

2

<--------------------<1

3

例如

代表

2><------------------\|/ 蚂蚁。 4

哪里 1 - 频率响应计（X1-47）； 2 - X1-47 套件中的低电阻探测器头； 3 - 定向耦合器，例如 SK144-991 设备套件中的 NO 03-4，适用于 60 MHz 频段； 4 - 测量的天线。来自输出 X1-47 的高频信号进入定向耦合器的引脚 3，然后仅进入定向耦合器的引脚 2。然后信号被传输到被测天线。在天线具有高 SWR 的频率下，能量被反射并返回到定向耦合器的引脚 2。在此信号方向上，能量仅从引脚 2 传输到引脚 1，由探测器头检测到，反射信号电平根据频率显示在 X1-47 屏幕上。

在开始测量之前，您需要校准电路。为此，需要连接一个电阻为 50 欧姆的无感天线，而不是被测天线，并确保没有反射信号 (SWR = 1)。此外，拔出等效设备后，会注意到 SWR = 无穷大的信号电平。所有中间 SWR 值都将显示在设备屏幕上，位置介于 0 和最大值之间。通过连接电阻为75欧姆、100欧姆、150欧姆的等效天线，设备屏幕上标记的SWR值分别为1.5、2、3。

作为频率响应计，您可以使用 SK4-60 频谱分析仪和外部发生器，具体取决于进行测量的波长范围（G4-151 高达 500 MHz、G4-76 高达 1.3 GHz、G4-82 5.6 GHz、G4-84 10 GHz）。在频率高达 500 MHz 时，第 1.4 节中描述的谐波发生器可用作外部发生器。

两点：

定向耦合器会给信号源带来约15dB的串扰衰减，因此测量时需要相当高电平的信号源；
耦合器的方向特性（去耦和方向性）通常不超过 20...30dB，因此测量必须不是以对数形式进行，而是以线性显示比例进行。

4.一些有用的测量方法

4.1。使用前镜进行测量 （在 [1] pp. 308-312 中给出）。

4.1.1. 确定准确的电气长度 l/4 行：

为此，将线的一端连接到天线镜，另一端保持开路。此外，通过改变发生器的频率，确定最低频率，在该最低频率下电桥在零电阻下实现平衡。对于这个频率，线路的电气长度恰好是 l/ 4。

4.1.2. 线路阻抗Ztr的测量：

根据第 4.1.1 条完成测量后，将 100 欧姆电阻连接到线路的自由端，并使用天线镜测量线路另一端的电阻 Zmeas。使用以下公式计算线路的波阻抗

Ztr=Sqr(100хZmeas)

4.1.3。检查尺寸精度 l/2 变换线：

将被测线路连接到天线范围，线路的第二端连接一个300欧姆的电阻
发生器设置线路的频率 l/2 应该转换为 1:1。
用天线镜测量电阻 - 如果线路完全相等，则电阻应等于 300 欧姆 l/2 对于这个频率。

4.1.4. 传输线缩短系数的确定：

对于测量，使用长度为几米（长度 X）的线段。

他们闭合线路的一端，并通过改变发生器的频率，找到天线范围平衡的频率 F 的最小值 - 这意味着线路以 1:1 的比例变换电阻，并且对于该频率，其电气长度对应于 l/2，考虑到缩短因子。
通过进一步增加频率，将有可能找到电桥的下一个平衡，对应于2 l/2 等长度 l/2，频率L=300/(2F)，缩短因子K=X/L。

例如，如果线路长度X=3.3米，平衡发生在频率F=30MHz，则L=5米，K=0.66。同轴线缩短系数的通常值为 0.66，带状电缆为 0.82，开放式两线线路为 0.95。

4.2. 使用频率响应计进行测量 根据第 3.2.4 条给出的方案进行。 4.2.1. 供料器中不均匀性的局部化。如果需要在不拆卸馈线的情况下确定距馈线不均匀性（短路或开路）的距离，可以按如下方式完成。如果馈线发生断路或短路，将在线路充当变压器的频率处观察到最大 SWR l/2，以及在多个频率下，无论选择测量的范围如何。馈线与收发器分离并连接到定向耦合器的端子 2。设置摆带是为了方便测量SWR周期。以兆赫为单位的测量周期对应于线路工作的频率 l/2 段，考虑到缩短。假设 SWR 最大值之间的频率间隔为 3 MHz，这意味着线路现在作为变压器运行的频率 l/2 等于 6 MHz，这对应于 50 米的波长（即，在不考虑线路缩短系数的情况下，不均匀性高达 50 米）。知道了线缩短系数，就可以准确地说出到不均匀性的实际距离。例如，如果线路是用具有系数的同轴电缆制成的。缩短 0.66，那么在我们的例子中，从发射器到同轴电缆断路（短路）的距离为 33 米。

4.2.2. 电缆缩短系数的测量。

测量方法与第 4.2.1 节相同，但将几米长的被测电缆连接到定向耦合器的端子 2。假设我们测量 33 米长电缆的缩短系数。测量电缆的电气长度为50米，因此缩短系数为33/50=0.66。

4.2.3. 检查 50 欧姆电缆是否不均匀。

被测电缆连接至输出 2 NO，其另一端连接 50 欧姆的匹配负载。如果电缆中没有不均匀性，则应在设备屏幕上观察到一条直线。

5. 天线调谐程序

作为示例，我们简单介绍一下如何使用上面给出的测量方法针对 80 米频段调谐 Delta 天线。必须通过 50 欧姆电缆将发射器的输出级（50 欧姆）与天线相匹配。如果无法通过直接连接在电源点来测量天线电阻并找到天线的谐振频率，我们连接变压线 l/2 仪器和天线之间。因此，利用线路的变换特性 (1:1)，可以不直接在天线处进行测量，而是在线路的另一端进行测量。

其中一种方法是测量天线电阻和谐振频率。如果天线的谐振频率稍微偏移，则通过改变天线的几何尺寸，可以在期望的频率处实现谐振。通常，Delta 天线阻抗为 120 欧姆，必须使用 1:2.4 变压器来匹配天线与电缆。该变压器可以使用比率为 Rout / Rin 4/9 的三线 ShPTL 制成（Bunin，Yaylenko“短波无线电业余爱好者手册”Kyiv，技术）。变压器制作完成后，将120-130欧姆的电阻连接到变压器的高阻输入端，并通过将触角镜连接到变压器的另一个输入端，测量其输入电阻和变压比。在 PA 和电源线之间连接变压器，使用射频电流表检查天线中的电流（图 14-2 [1]）。最好用校准后的射频电流表测量 PA 后的电流并计算吸收的功率。如果计算后发现 P=RII 小于天线等效值，则匹配设备会引入电抗性，必须对其进行补偿。为此，打开与射频安培计串联的可变电容器 (10-500 pF)，并通过改变其值，实现射频安培计读数的最大值。如果无法借助电容器来增加天线中的电流，则需要用变压计替换电容器并选择补偿电感。选择补偿反应性后，测量其值并用具有恒定值的元素替换。

设置好匹配装置后，将其放置在密封箱中并从电缆转移到天线馈电点。总之，使用其中一种 SWR 测量方法再次检查一致性。

电脑连接技巧

许多人抱怨他们的台式电脑对接收信号的干扰很大。大多数情况下，原因是天线匹配不良。在这种情况下，天线电源线的编织层接收计算机辐射，它们以干扰的形式进入接收器输入。很容易检查这个假设 - 将电缆与接收器输入断开，如果干扰消失，则来自计算机的干扰进入接收器输入的主要途径是通过电缆编织层。通过以下方法仔细匹配天线后，可以很大程度上消除接收时的干扰和传输时数字节点工作不稳定的问题。方便使用计算机的第二个必要条件是所有设备仔细接地。加热管接地——不好！第三种方法是将来自计算机的所有电缆封装到屏幕中，并且最好将每根电缆穿过 2000 NM 铁氧体环（几匝）。您还可以将天线电缆穿过环（以实现额外的电缆平衡并消除射频信号沿电缆护套的传播）。有时，干扰源是显示器和连接显示器的电缆。尝试在计算机运行和启动时通过网络打开和关闭显示器。如果噪声水平发生变化，建议将显示器机箱单独接地，并且必须通过实验选择机箱接地点，以尽量减少干扰。

作者：Alexander Doshchich，UY0LL，uy0ll@buscom.kharkov.ua；出版：cxem.net

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