隨著無線電技術的發展,遇到射頻儀器的機會也多了起來,其中有一些看起來具有相似的用途。正確認識這些儀器有各什么特點,適合用在哪些地方,有助于合理的配置儀器,提高DIY效率,同時也能節約預算。這里就網絡分析儀器的基本概念做一個簡單介紹,希望對大家有幫助。
定向電橋是一種射頻網絡,通俗而言,是一種能夠區分射頻信號流動方向的裝置。一般情況下,射頻信號從信號源(比如發射機)傳輸到負載(比如天線),叫做入射。如果負載不匹配,就會反射一部分信號,使它送回到信號源,簡稱為反射。定向電橋能夠把這兩種不同方向的射頻信號分別提取出一部分來。理論上,正向電橋提取正向傳輸的信號,不會提取反向的信號。反之,反向電橋只提取反向傳輸的信號,不會提取正向信號。在提取的過程中,不會丟失信號的相位信息,也能夠以確切的數學關系忠實的反映信號的幅度。對于阻抗確定的傳輸系統,知道了幅度也就知道了功率。
電橋是非常有用的裝置,有了只提取一個方向信號的能力,只要對提取出來的信號的功率(幅度)和相位進行檢測,就能測試傳輸的功率大小、反射的功率大小,傳輸和反射之間的相位差別。有了這些信息,就能描述負載的特征。由于定向電橋只能提取一個方向的信號,所以要同時測得上述參數,應該使用兩個不同方向安裝的電橋串聯起來,對它們提取到的信號進行比較。使用兩個電橋比較麻煩,在要求不高的情況下,對于正向信號的提取,可以使用更為簡單的定向性網絡——例如分路器。這種分路器正反特性也是不同的,不過單向性沒有定向電橋好。
通常的天線分析儀具有一個端口。這個儀器內部有一個或者兩個定向電橋,另外還有一個頻率可變的信號發生器,以及用來檢測定向電橋提取到的信號的檢波器。當把天線分析儀的端口連接到待測的天線上時,分析儀可以對正向信號和反向信號進行比較。如果只進行幅度的比較,可以求得駐波系數、反射系數或回波損耗。如果同時還進行相位的比較,則可以求得天線的阻抗。
萬能框圖,天分、標網、矢網都可以從中變化得來
能夠同時比較相位和幅度的儀器叫做矢量儀器,只能比較幅度參數的,叫標量儀器。幅度的比較有廉價的方法,相位的比較卻比較復雜。對于要求不太高的場合,可以使用商品的相位檢波器(如AD8302),但是這種檢波器的相位測試范圍只有半個周期,換句話說,不能直接得到相位變化的符號,如果希望得到符號,一般需要把參與比較的一路信號(提取出來的正向或反向信號)移相90度再比較一次。這個過程仍然相當麻煩,而且像AD8302這樣的器件,測試準確度往往達不到儀器級別的要求。也可以采用二極管方式的鑒相器,這種鑒相器雖然可以涵蓋整個周期,但是它的比相輸出與輸入的幅度有直接關系,必須事先對信號進行穩幅。這也是一個令人頭痛的工作。另一種做法,是使用示波器中常見的邊沿觸發技術,例如上升沿觸發技術。當被比較的一個信號以上升沿過零點的時候,計時器被觸發,開始計時。當另一個信號的上升沿來到的時候,果斷的停止計時。如果已知兩個信號的頻率,就可以根據時間差準確的計算出相位差。無疑,這個過程在頻率很高的時候也是相當困難的。正是這些原因,加上大量減少相位誤差的措施和校準軟件方面的投入,模擬矢量儀器的價格和只比較幅度的標量儀器相比要高得多。目前矢量儀器已經逐步采用數字處理技術,隨著數字芯片價格的降低和算法的改進,矢量儀器最終會普及到普通愛好者手中,這是值得我們期待的。
許多業余愛好者的天線分析儀能夠測試阻抗,具備一般需要矢量儀器才能具備的功能。但是他們并沒有直接測試信號的相位。這些儀器采用的辦法是同時測試正向信號、反向信號、正反向信號的混合信號的幅度,然后建立一個方程組,求解出待測負載的阻抗——因為混合信號的幅度與兩個信號的相位差具有關系。其它類似的方法也是可行的,只要能建立有意義的方程組即可。求解方程組,可以得到兩個虛部相互對稱的根,還需要通過變動頻率或者接入電抗元件來判斷到底哪一個根是有效的?,F在,已經可以用單片機自動的完成這個過程,求得虛部帶符號的阻抗了。另一個重要區別是,目前業余愛好者的天線分析儀沒有辦法修正掉電纜等帶來的相位移動,除非頻率很低,否則無法得出可信的結論。通過以上分析我們知道,通常見到的業余無線電天線分析儀和專業的矢量天線分析儀具有原理上的區別。