简单说一下驻波测试中的经典误差
虎哥2013/06/11仪器仪表 IP:四川
用驻波表和业余爱好者的天线分析仪测试驻波,到底准不准,这里简单来说一说。

不论是驻波表还是天线分析仪,都要通过适当的单向性器件提取正反向功率来进行比较,根据反向功率与正向功率的比例,用软件的或通过人工查表的方式计算出驻波系数。驻波表等大功率表计一般使用定向耦合器,而天分等小功率表计常用电桥,电桥虽然是用的阻抗平衡原理,但是大多数情况下可以等效为定向耦合器。

那么,误差是从哪里来的呢?

很容易想到,提取正向功率和反向功率必须足够准确,如果存在误差,必须往同一个方向,按照相同的比例偏,才能保证驻波计算结果准确。显然这是难以做到的,始终都会剩余一些无法抵消掉的误差。由于这个误差众所周知,不是我们要研究的重点。

如果用来测试天线,天线会接收空间的无线电信号,这个信号同反射信号一样,也能被反向耦合器提取,从而使测得的反向功率偏大。由于这个误差也是众所周知的,所以这里不做讨论。

一个定向耦合器(或电桥),当它提取正向信号的时候,并不能百分之百的排除掉反向信号。提取反向信号的时候,也不能百分之百的排除正向信号。这个排除不干净的信号,叫做泄漏,或者定向性误差。

通常正向信号比较大,如果被测器件的反射只有入射功率的百分之一,或者电压为十分之一,那么即使正向耦合器泄漏了它的一半到正向耦合信号中去,对于正向耦合信号的影响比例都很小。

对于反向耦合器,问题就比较严重了。本来通过耦合器的正向信号就很大,如果只泄漏百分之一,也会比反向信号的全部还大。

为了能够检测到很小的驻波,必须要求反向耦合器的泄漏足够小。这就要求耦合器或者电桥的单向性足够好。通常,为了测到1.1的驻波,要求单向性至少为30dB。对于直接检波的电桥,做到这个指标并不难。

是不是单向性达到了30dB就能够准确测试1.1的驻波呢?答案仍然十分抱歉。

当电桥的单向性与驻波(回波损耗)接近的时候,误差仍然巨大。

这是因为泄漏的信号与真正的反向信号,总是混合在一起进了检波器,在表头上显示出来。

而两个差距不是很大的信号(且都是一个发射机发出来的,所以频率完全相同)混合在一起,得到的信号大小,与两个信号的相位差有关。相位相同,则信号叠加变强,相位相反,则抵消(短路)掉了。

一个耦合器,泄漏出去的信号通常与正向信号相位相近(这个也不一定哈,不同的天分因为其结构不同,相移不一样,有的甚至相反)。而反射波的相位却是未知数,不同的待测件、不同的电缆长度,都会导致相位移动。

因此由于反射波相位不确定,最终测得反向信号会千差万别,其大小总是位于同相加强和反向抵消之间。

以某型天分为例,在1.20△180°时,读数是1.20,在1.10△180°时,读数是1.05,在1.05△180度时,读数是1.01;当回波相位大约为0度时,读数反而偏小(多数天分是偏大),以至于给予1.10△0度,读数是1.02。

因为这些原因,用常规的驻波表和天分测量小驻波,往往是不太靠谱的。为了使误差不至于太大,一般要求电桥的定向性比待测的最大回波损耗至少大6dB,最好是大20dB——如果要相对准确的测量1.05的驻波,就要求电桥达到50dB的定向性,对于直接检波的电桥还有点可能性,对于同轴输出的电桥,这几乎是没有希望的。驻波表和天分经常会采用一些方法,让0反射,也就是只有泄漏时的读数为零。当有反射的时候,某些相位条件下就会读出小于1的驻波——当然,所有仪表都会把小于1的情况敏感词掉。

如果希望准确测量微小驻波,最好使用正规的矢量天线分析仪,它的校准模型,,额,通俗的说,这种仪器可以记录下泄漏的幅度和相位,直接把它减去,剩下的就是纯粹的反射波。没有矢量天分也可以求取,那就是准备损耗已知、移相角度已知的馈线来搬移相位,在不同的相位多测几次,然后进行计算求取。
来自:仪器与装备 / 仪器仪表
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~~空空如也
RodTech
11年7个月前 IP:未同步
534697
驻波电桥的确难以测准小值驻波比,但是小值下驻波表的正相关特性和相对测量还是正确的,换句话来说度数越小天线驻波比的确越小。至于绝对测量,对于吾等初级爱好者来说意义不大。

如果每次测某个频点的驻波比都要
Connect the open
Connect the short
Connect the load
然后再测的话,估计会培养出一批巴洛克主义者[s:178]
按照很多网站的说法,1.2驻波比调到1.05的实际效果不大明显,我没有做过对比,姑且这样相信着。

再看一个R&S成品20KW功放上的双针驻波表,最小的读数下限也仅是1.3而已。
image.jpg

很多成品短波YAGI能做到1.1的出厂值,但是在旋转器上转两圈说不定也掉到1.3了。
极小值驻波比应该仅存在于LabTest级别测试中罢。
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hambaby
11年7个月前 IP:未同步
534700
Alpha4510的定向耦合器方向性、最小SWR
4510-big.jpg

rf-alpha4510ac2.jpg
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warmonkey
11年7个月前 IP:未同步
534722
回 1楼(cnxunuo) 的帖子
网分确实是每次使用都要校准的
驻波测试不仅是为了发射机与天线匹配,
还有一个重要用途是放大器级间匹配
RF放大器的自激的主要原因之一,是输出功率被失配的负载反射,透过放大器反向传输到输入端,再被信号源反射,到达放大器输入端。
消除自激除了减小反向传递(S12),主要是靠减小反射,使用更好的级间匹配,或者加环行器。
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RodTech
11年7个月前 IP:未同步
534738
回 3楼(warmonkey) 的帖子
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做驻波电桥本身就需要NetAna去调试,如果有NA就不需要驻波电桥,由此陷入了死循环[s:275]
alpha power那只表接近800美金,同等价格应该可以找到二手30M的网分了。。
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虎哥作者
11年7个月前 IP:未同步
535911
还有一些误差在主贴中没有提到,比如,驻波表的反向匹配(S22),以及电波在表与待测件之间多次反射带来的误差。现代矢网的校准模型会考虑这些误差,可以消去。对爱好者来说这些误差比较小,一般可以忽略。

如果测试天线,通过馈线测到的驻波并非天线的驻波。馈线有损耗,正向信号经过馈线,被衰减一次,被天线反射以后,从馈线回驻波表,又被衰减一次,因此回波损耗需加两倍馈线损耗,再算驻波。一般的仪器可以在馈线另一头校准,自动把馈线损耗消去,但是,相当于电桥定向性降低2倍馈线损耗,小驻波更测不准了。
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BH1NLT
9年8个月前 IP:北京
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奉旨泡面
8年3个月前 IP:广东
825367
太高深了,还是矢网好 傻瓜化
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