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简单说一下驻波测试中的经典误差 [复制链接]

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只看楼主 倒序阅读 0楼 发表于: 2013-06-11
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。如果用扫频方式测量同一套天馈,就会在在不同频率产生周期性的起伏。

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(多数天分比180度时偏大),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。

[ 此帖被BG8AAS在2013-09-07 23:05重新编辑 ]
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只看该作者 1楼 发表于: 2013-06-11
一早起来  学习
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只看该作者 2楼 发表于: 2013-06-11
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只看该作者 3楼 发表于: 2013-06-11
麻烦,直接用电台测,方便实用。

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只看该作者 4楼 发表于: 2013-06-11
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BA7CK:麻烦,直接用电台测,方便实用。 (2013-06-11 08:49) 

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只看该作者 5楼 发表于: 2013-06-11
小驻波是多少呢
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只看该作者 6楼 发表于: 2013-06-11
看得真晕
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只看该作者 7楼 发表于: 2013-06-11
虽然理论看起来很繁琐,但是还是学习了。
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只看该作者 8楼 发表于: 2013-06-11
感谢科普,非常感谢
HELLO,CQCQCQ,这里是BG6KJX,.
电话 :幺 ⑤幺③期瑶瑶把酒摇摇
共同的爱好使我们走到了一起,认识您非常高兴
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只看该作者 9楼 发表于: 2013-06-11
Alpha4510的定向耦合器,最大单向性接近50dB,在短波段最少有约35dB。

在不考虑回波与泄漏叠加造成误差的情况下,极限SWR测量能力如下图所示。

但是在此极限位置,误差是负无穷到正100%。可信读数需在定向性基础上至少减6dB,大约低段能测到1.03,高段能测到1.08,此时误差接近±5个末位字。





经常听友台说驻波1.0,其实真的是1.0也不是常规的驻波表能测到的。对于绝大多数通过式驻波表,1.1的读数误差都大得吓人,往往真实值可能在1.03~1.20之间。大了小了都不可靠,通常来说只有1.5到5.0这一段比较靠谱。

安捷伦矢网经校准后,视校准件的性能,极限回损可以达到50多dB(要看校准件指标,迹线噪音是假的),能够比较准确的测试1.02的驻波。保证回损50dB的宽带校准负载,售价大约是1K美元。

安捷伦85032E校准件的性能


听说有HAM调短波天线要追求1.05的驻波,总让人感觉匪夷所思,能准确测量此驻波的仪器恐怕比短波对数周期天线还贵。
[ 此帖被BG8AAS在2013-06-11 19:26重新编辑 ]
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只看该作者 10楼 发表于: 2013-06-11
短波天线,1.5驻波下照用。
BA7KW  张建华
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只看该作者 11楼 发表于: 2013-06-11
向楼主学习来了。。
侃尽三山五岳,吹遍大江南北。横批:唔抺嘴
淫一手湿不难,难的是淫一被子湿。
QQ : 59426674,淡圈,勿扰!谢谢!
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只看该作者 12楼 发表于: 2013-06-12
搬到会刊上怎么样?以方便查阅!

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只看该作者 13楼 发表于: 2013-06-12
驻波3.0以下100W照射打死不用天调
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只看该作者 14楼 发表于: 2013-06-12
虽然不懂,慢慢消化。
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只看该作者 15楼 发表于: 2013-06-12
谢谢刘大 经典一贴
刚收到 慢慢折腾了

谢谢
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只看该作者 16楼 发表于: 2013-06-12
我想请教一下:有多少人需要这么精准的数据吗?实际测量中,我只要知道驻波最小频率,以及大概就行了。哪怕驻波测量值误差50%

[ 此帖被bg6qbt在2013-06-12 11:54重新编辑 ]
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只看该作者 17楼 发表于: 2013-06-12
好贴回个吧   大概意思是看懂了,是不花几k美金是测不准的
河南焦作 qq:251793151 BG6IYT
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只看该作者 18楼 发表于: 2013-06-12
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。
[ 此帖被BG8AAS在2013-06-12 14:37重新编辑 ]
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只看该作者 19楼 发表于: 2013-06-12
回 jzkuangbiao 的帖子
jzkuangbiao:好贴回个吧   大概意思是看懂了,是不花几k美金是测不准的 (2013-06-12 12:02) 

使劲折腾,拿移相线慢慢搬,把驻波表脑补成矢网就可以
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