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资深EMC工程师教你如何玩转天线

2020-07-24 Kenneth Wyatt,Wyatt Technical Services总裁暨首席顾问 阅读:
身为一位EMC工程师,我们使用多种类型的天线——现今频段越来越多;作为旅行中的EMC故障排除人员/顾问,我使用小型可折迭DIY天线进行故障排除。为了表征这些可调天线与频率变化的关系,能在扩展不同元素长度的情况下进行测量非常有用,以便了解在何处设置特定谐波的长度…

身为一位EMC工程师,我们使用多种类型的天线——现今频段越来越多;作为旅行中的EMC故障排除人员/顾问,我使用小型可折迭DIY天线进行故障排除。DCmednc

为了表征这些可调天线与频率变化的关系,能在扩展不同元素长度的情况下进行测量非常有用,以便了解在何处设置特定谐波的长度。使用内建追踪发生器和电压驻波比(VSWR)选件的频谱分析仪,可以确定谐振频率和VSWR,或者确定天线与50奥姆同轴电缆的匹配程度。DCmednc

在本例中,我想描述我制作的DIY“精密偶极(precision dipole)”的特色。透过如图所示连接20dB耦合器,并执行“Cal Open”以标准化显示,接着连接天线,然后按“VSWR”,即可在谐振点读出VSWR。在这种特定情况下,我以大约91MHz的频率测量大约2:1的VSWR。DCmednc

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1 用于测量DIY偶极天线的VSWR的设置。DCmednc

要连接20dB耦合器(在本例中为0.1~2,000MHz的Mini-Circuits ZFDC-20-5),请将追踪发生器的输出连接到耦合器的“OUT”,“CPL”连接器连接至分析仪输入“ IN”连接到被测天线。 如果购买了分析仪的VSWR选件,只需将固定装置连接到前面的“N”连接器即可。DCmednc

首先,设置频率上限和下限。我还在每个分区使用了垂直5dB,因此可以看到更精细的变化。 然后,需要使用前面板“Meas Setup”按钮下方的“CAL OPEN”软键来标准化测试设置,包括任何连接的同轴电缆。最后按“ VSWR”软键并连接天线。DCmednc

需记住的是,随着同轴电缆长度的增加,所连接天线的VSWR测量结果将变得不太准确。例如,如果要测试一卷100英呎长的典型同轴电缆,由于电缆损耗,在开路的情况下应该测量接近1:1的比例,况且附加天线不会告诉你任何讯息。DCmednc

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2 屏幕截图显示了约91MHz的谐振频率和9.31dB的计算反射损耗,以及约2.01的相关VSWR——50奥姆同轴电缆的匹配还不错。图中绿色迹线为回波损耗,紫色迹线为标准化数据,黄色迹线为原始数据。DCmednc

如你所见,透过将伸缩组件向上或向下微调一个角度,可以与50奥姆同轴电缆实现最佳匹配。 直截了当地讲,我只得到了3:1 VSWR。显然,手持天线,以及使测量接近其他物体不会产生最准确的测量,但是对于此小实验而言,已足够了。DCmednc

透过记录谐振频率与扩展部分的数量,可以表征天线与频率的关系。但是,出于故障排除的目的,天线是否在感兴趣的频率处完美地谐振并不是很重要。只有要进行准确的排放测量时,才需要将这个“精密偶极”调整为精确的谐振尺寸,这一点很重要。DCmednc

在进行故障排除时,我将组件扩展出够多的空间以获得可见讯号,然后将其黏贴到大约一公尺外的非金属表面上。透过查看相关谐波的频谱图,可以立即告诉我在确定源和耦合路径方面是否正在取得进展。DCmednc

这是一个简单的DIY EMC测量天线,可在大约85~200MHz范围内进行调整(取决于所用的伸缩天线),并且尺寸够小,可以放入EMC故障排除工具包中。它还包括一个1:1平衡-不平衡变压器和附加的铁氧体扼流圈,以抑制共模电流在同轴电缆屏蔽层的外部流动。DCmednc

当然,在进行故障排除时,大多数旧金属块都将用来吸收被测产品的谐波发射。我有一个客户在大约三英呎远的地方安装了Wi-Fi天线,当我们对他的产品进行故障排除时,它工作正常。 当我使用它进行故障排除时,将其黏贴到不导电桌面的一端,并在另一端安装被测产品。然后,我可以一眼看到正在监视的谐波是向上、向下,还是保持与尝试不同修补程序时相同的谐波。DCmednc

天线采用Bud型号CU-123铸铝盒制成。我安装了三个BNC连接器,如图3所示。1:1平衡-不平衡变压器只是缠绕在铁氧体磁芯(大多数都可以使用)上的大多数同轴电缆的包裹层(尽可能多)。 我使用一些细的双屏蔽同轴电缆进行内部布线,如图3所示,将屏蔽层连接到天线组件的一个中心引脚,并将中心导体连接到另一个天线单元的中心引脚。我在额外的同轴电缆上夹了一个标准的铁氧体扼流圈,以保持良好的状态,并用一小片气泡包装包裹内部,以防止两个铁氧体绕动。DCmednc

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3 天线基座显示内部11平衡-不平衡变压器和附加的铁氧体扼流圈,以抑制共模电流。DCmednc

我使用了比较昂贵的(30美元)Diamond模型的RH789伸缩式天线,主要是因为它们标有频率刻度与组件长度的关系——这是一个附加功能——尽管价格较低的伸缩式BNC天线应该可以正常工作。它们也铰接在底座上,因此可以将整个东西折迭得更小。透过将两侧都铰接成轻微的“V”形,可以更好地匹配至50奥姆。作为红利,业余无线电发烧友还可以将天线用作VHF和UHF操作的应急偶极。DCmednc

图4显示了拆下的天线;图5显示已部署好并在故障排除期间准备使用的天线。DCmednc

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4 将拆开的天线各部分分开摆放。DCmednc

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5 天线已配置完成,并可用于故障排除。DCmednc

(原文发表于ASPENCORE旗下EDN美国版,参考链接:Playing with antennas,by Kenneth Wyatt,EDN Taiwan Anthea Chuang编译)DCmednc

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