介绍mfj-259b蒹谈电缆阻抗转换
balky—钱皋韵
美国的mfj公司数年前推出的mfj—259型standing wave analyzer，受到了广大的业余无线电爱好者的欢迎，国内ham手中也已有了一定数量。特别是自己动手装天线的玩家，有了这个仪器，调整天线特别方便。它由覆盖hf和vhf的1．8~170mhz的稳幅振荡器、50欧姆的rf电阻电桥、显示r和swr的电表线路、以及一个由10位数字组成的lcd频率显示器四个部分组成。仪器小巧玲珑，带着它爬上铁塔或屋顶，可直接在天线的馈电处测量天线的swr，就近修整天线的长度达到swr最小。也可以经过同轴电缆在自己的电台工作室内测量，同时用手机请屋顶上帮忙的朋友修整天线。这个仪器的特点是数据实时显示，非常直观，还可利用测量天线谐振频率的方法(当经过传送线测谐振点时，因线长不同，与天线的真正谐振点会有一些偏差)，算出天线应增加或缩短多少长度。它还有可测量rf电缆、balun、阻抗匹配调谐器等的用途，另外也可单独作为讯号发生器和频率计使用。各国业余无线电杂志都曾经有过它的介绍。
mfj—259虽好用，但毕竟不是一个真正的阻抗电桥，利用它测量天线或传送线输入端的z或swr，只能在谐振状态，即z中的电抗成分x接近0时，显示才较正确。这一点对喜欢自己钻研天线和传送线的设计和匹配问题的业余无线电爱好者来说，不能不说是mfj—259的一个不足之处。为解决测天线真正阻抗ra+jxa的需
要，如买一台专用阻抗电桥，价格不低。照arrl的amateur’s handbook自制一个noise bridge，则还须外接信号源或接收机，而且电抗x值还需换算，使用不便。不久前mfj公司新推出了mfj—259b阻抗电桥，价格比mfj—259只高了10％多一点，功能却增加了很多，虽测量精度不高，但对业余无线电爱好者的要求来说已经够了。mfj—259b与mfj—259相比，内部线路上用了一个8位的包括a—d转换和数据处理在内的中央微处理器，外观上比d换成了多功能的数据显示屏；原来的r值指示电表变为z值或x值指示电表。藉助于软件的帮助，mfj—259b可经由莱单选择以下10种测量模式：
下面是各种测量模式的一些说明：
1．阻抗模式是mfj—259b的基本测量模式。
任何天线都可等效为一个由r、l、c串联的网络。所谓调整天线，无非就是希望在工作频率点上，修整天线长度到理想匹配状态，即ra＝50Ω，xa＝0，swr＝1，从而使发射机送来的rf功率全部消耗在ra上，变成电磁辐射能量送上天空。但是实际上由于天线安装的环境和dipo1e不完全对称性，ra会偏离50Ω，xa也不会等于0，因而swr也难以等于1。如果天线的馈线用特性阻抗为50Ω的电缆，只要传送损耗小，mfj—259b在馈线输入端测到的swb，就是天线的swr值，然后再来修整天线。对多波段天线来说，一般修整到swr在2以内，就可以不必再化功夫去修整了。如果swr大于3，化功夫修整到2以内还是值得的，甚至是必要的，但是也不必去追求完美无缺。因为在多波段天线的相互影响之下，能把每个波段都调到swr小于2已很费劲了。以上是这个测量模式的主要用途。
如果馈线的特性阻抗不是50Ω，例如用75Ω的电缆，则输入端呈现的阻抗，除天线外，还与馈线的阻抗、损耗系数、长度等有关。其输入端的阻抗计算公式非常复杂，我们没有必要去真正计算，仍可用上节所述方法去修整天线，修整到什么程度与上一节的要求一样就可以了。此时虽然比用50Ω传送线时有一定差别，但还是仍在可 以接受的程度以内。
如果把swr≠l的馈线直接接入电台的输出口，负载的电抗成份就会把部分功率从天线反射回来，反射波到达发射机输出端后又被反射回去，这样多次反射后，它部分被发射机输出端吸收，部分消耗在传输线内，剩下的部分才消耗在天线的ra上，变成有效辐射。swr愈大，反射功率也愈大，对发射机的威胁也愈大。因此电台功率输出端的负载必须，或尽可能做到swr＝l。为此玩家自制或买一台天线调谐器(有的叫transmatch)是很有用处的。它的调节也可借助于mfj—259b。
这个模式下，lcd显示的为负载阻抗z的两个分量r和x以及swr值，电表则直接指示z和swr。swr是判断匹配程度的基本参数，定义为传送线内驻波的电压峰值与谷值之比。所测得的几个参数之间的关系如下：
上式成立的条件为传送线的阻抗r。＝50Ω，xo＝0(下同)。限于仪器的数据处理能力，z＞650Ω或swr＞25时，数据误差太大，已无意义，所以仪器就不再显示具体数值了。
2．同轴线损耗测量模式。本模式用于测量传送线本身的传送损耗(db)，它与传到负载的有效功率与总功率之间的关系为：
传送损失(db)=10×log(ptotal／peff)。
(自此以下，10g都是指以10为底数的对数)。
由于常用的rf同轴线在匹配状态下自身损耗不大，此模式测出的db值的有效数字很少，精度不够高，故只具有参考价值。本模式lcd只显示损耗db ,z表无指示，swr表溢出。
其实我们有兴趣的是接有swr≠l的天线时，传送线上的总损耗有多少db。为此引入另一个反映匹配程度的反射系数ρ，它在第7个测量模式中可直接测量，其物理意义为在末匹配传送线中，反射波的电压或电流与前进波的电压或电流之比。用负载的阻抗表示时，
其中：α =10(lm／10)
lm为以db表示的匹配传送线的损耗，可从手册查到。当传送线有损耗时，在线的输入端测得的swr将比在负载上测得的低，其表示式为：
请测试天线的同行注意这个差别。
3．电容测量模式。
接上电容后，测量的是一个r＝0、l＝0、c≠0的负载，所以lcd显示的是xc及其换算出来的c值，z表指示的是xc值，swr表溢出。换算关系为：
4．电感测量模式。
接上电感后，负载的r＝0或很小，c＝0，l≠0。lcd显示xl和l(µh)，z表指示xl，swr表溢出。换算关系为：
z或x＞6500、x＜70时停止显示。
5．测频模式。
此模式下输人接bnc插座，注意必须先开电源才能输入被测频率，gate时间有0．01s、0．1s、l s三个选择。要说明的是mfj—259b的数字显示位数只有7位，gate也少一个选择，性能似乎比mfj—259差一些。不过我认为，此类仪器用以产生时基的晶体没有恒温或温度补偿措施，在可能遇到的工作温度范围内，频率稳定度大概\ 也只能达到土10ffm的程度，位数再多意义也不大了。
6．另一种阻抗测量模式。
有的场合需要的是阻抗的绝对值z和相位角，而不是第l模式给出的两个分量r和x。本模式lcd显示的就是z、θ和swr，两个电表各显示z和swr。两种模式之间的关系为：
测量上限与第l模式一样。
7．折回损失和反射系数测量模式。
折回损失(return loss rl)也是衡量匹配程度的参数，其表现形式与ρ和swr不一样，有的高频网络领域需用它。当swr＝1或ρp＝0时，rl＝∞；当swr＝∞或ρ=100％时，rl＝0。lcd显示的是rl＼p和swr，电表指示z和swr。 rl(db)＝一201og ρ
8．dtf(离断点距离)测量模式。
此模式主要用于测量传送线长度，所谓断点是指传送线为开路或短路的端口。由传送线理论可知，电气长度为四分之一波长的传送线，当其一端接人阻抗为zin时，另一端呈现的阻抗为zout，它们与传送线特性阻抗zo三者之间的关系
为：
zin×zout=z02
如果一端开路，则测量另一端的阻抗必为0或很小。又知，电气长度为二分之一波长的传送线，测量端的阻抗，将重现另一端的阻抗。如果一端短路，则另一端的阻抗一定也为0。由上可见，自由端短路的线，其基本(即最低的)共振频率为：
f＝c’÷2l
其中，c’为电磁波在线中的传播速度，l为线的物理长度。如用电磁波在真空中传播的光速c代入上式，则
f＝c十2l’
其中，l’是该线的电气长度。显然： l=l’×(c’／c)或l＝l’×vf
其中，vf=c’／c称为该线的速度因子。同理，该线也可以在此频率的任意倍数上共振。不难推导出，由任意相邻两个谐振频率之差，即可计算出该线的物理长度：
其中n＝l、2、3、4……任意正整数。
对于自由端为开路的线，其基本共振频率相当于一根四分之一波长线的频率：
f＝c’÷4l
符号意义同上。此线可在其基频的任意奇数倍上共振。因此，同样可推导出，由任意相邻两个谐振频率之差，可按下式算出该线的物理长度：
n＝l、2、3、4、……。用本模式测量时，必须调谐出x＝0的两个相邻频率，然后可在lcd上显示出l’(ft)×vf的数值，再从手册查得vf后，即知线的长度l(ft)。反过来如线的长度已知，即可算出速度因子。本模式z表指0，swr表溢出。
9．共振测量模式。
此模式实际上与第一模式一样，lcd的显示也一样，差别在于z表指示x值。共振点即x＝0点，用目视z表指针走向来判别共振比较直观与方便。注意，经由馈线测量天线时，测量点的共振频率，不一定就是天线的共振频率，但测量点的swr与天线的swr差别很小。
10．匹配效率测量模式。
匹配效率又是一种说明匹配好坏的参数，lcd显示的是匹配效率(％)，也可称为功率正向传送效率，它与ρ或swr的关系为：
此参数表示有百分之多少功率向负载方向传送。
要指出，mfj—259b显示的x值不带正负荷号，因此要判断此电抗是感抗(应带正号)还是容抗(应带负号)，需用增减频率时x值是变大还是变小而定。
表示阻抗在电缆中的转换计算的公式，因式中含有复数，实际计算很复杂。而mfj-259b却是一个很实用的工具，它可绕过计算而对天线、电缆和阻抗匹配器各参数直接进行测量，但这些参数究竟以何种变化彼此响应，mfj—259b无法回答。我在练习微软公司visual basic6．0的语言时，试编了一个zt．exe软件，它是以这个电缆公式为基础：
它可把天线、传输电缆、阻抗调谐器串在一起，只要输入天线的阻抗和电缆的参数，电缆输入端的阻抗就立刻自动计算并显示出来，然后可任选一种天调，通过调整其电容和电感，就可看到天线连到发射机端口的阻抗值及其变化规律。它的特点是，任何环节上某个参数的变化，其它随之而变的参数都可立即显示其新的值。使用者可从中学到很多规律。另外还编了一个at．exe软件，它是计算mfj—259b中其它的一些参数，以及在业余无线电中常用的单位换算的应用软件。at．exe作为附件放在zt．exe中，打开zt．exe后，可再次打开at．exe o
为方便使用，另编写了zt．exe和at．exe的两个说明文件：ztreadme．txt和atreadme．txt。这几个文件都可无偿提供给业余无线电爱好者试用。要运行zt．exe和at．exe，电脑必须安装有windows95、98或nt操作系统，在wihdows的system文件夹中必须有vbrun300．dll和msvbvm60．d11两个链接文件，才能激活打开。请先自己查找，如无，可向有电脑的友人求援下载。本人也能帮助，但这两个文件的大小加在一起为1．8mkb，一张3．5寸小软盘还装不下。
