隨著無線電技術(shù)的發(fā)展,遇到射頻儀器的機(jī)會(huì)也多了起來,其中有一些看起來具有相似的用途。正確認(rèn)識(shí)這些儀器有各什么特點(diǎn),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(shí)也能節(jié)約預(yù)算。這里就網(wǎng)絡(luò)分析儀器的基本概念做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹,希望對(duì)大家有幫助。
定向電橋是一種射頻網(wǎng)絡(luò),通俗而言,是一種能夠區(qū)分射頻信號(hào)流動(dòng)方向的裝置。一般情況下,射頻信號(hào)從信號(hào)源(比如發(fā)射機(jī))傳輸?shù)截?fù)載(比如天線),叫做入射。如果負(fù)載不匹配,就會(huì)反射一部分信號(hào),使它送回到信號(hào)源,簡(jiǎn)稱為反射。定向電橋能夠把這兩種不同方向的射頻信號(hào)分別提取出一部分來。理論上,正向電橋提取正向傳輸?shù)男盘?hào),不會(huì)提取反向的信號(hào)。反之,反向電橋只提取反向傳輸?shù)男盘?hào),不會(huì)提取正向信號(hào)。在提取的過程中,不會(huì)丟失信號(hào)的相位信息,也能夠以確切的數(shù)學(xué)關(guān)系忠實(shí)的反映信號(hào)的幅度。對(duì)于阻抗確定的傳輸系統(tǒng),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(gè)方向信號(hào)的能力,只要對(duì)提取出來的信號(hào)的功率(幅度)和相位進(jìn)行檢測(cè),就能測(cè)試傳輸?shù)墓β蚀笮 ⒎瓷涞墓β蚀笮?,傳輸和反射之間的相位差別。有了這些信息,就能描述負(fù)載的特征。由于定向電橋只能提取一個(gè)方向的信號(hào),所以要同時(shí)測(cè)得上述參數(shù),應(yīng)該使用兩個(gè)不同方向安裝的電橋串聯(lián)起來,對(duì)它們提取到的信號(hào)進(jìn)行比較。使用兩個(gè)電橋比較麻煩,在要求不高的情況下,對(duì)于正向信號(hào)的提取,可以使用更為簡(jiǎn)單的定向性網(wǎng)絡(luò)——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(gè)端口。這個(gè)儀器內(nèi)部有一個(gè)或者兩個(gè)定向電橋,另外還有一個(gè)頻率可變的信號(hào)發(fā)生器,以及用來檢測(cè)定向電橋提取到的信號(hào)的檢波器。當(dāng)把天線分析儀的端口連接到待測(cè)的天線上時(shí),分析儀可以對(duì)正向信號(hào)和反向信號(hào)進(jìn)行比較。如果只進(jìn)行幅度的比較,可以求得駐波系數(shù)、反射系數(shù)或回波損耗。如果同時(shí)還進(jìn)行相位的比較,則可以求得天線的阻抗。
萬(wàn)能框圖,天分、標(biāo)網(wǎng)、矢網(wǎng)都可以從中變化得來
能夠同時(shí)比較相位和幅度的儀器叫做矢量?jī)x器,只能比較幅度參數(shù)的,叫標(biāo)量?jī)x器。幅度的比較有廉價(jià)的方法,相位的比較卻比較復(fù)雜。對(duì)于要求不太高的場(chǎng)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(cè)試范圍只有半個(gè)周期,換句話說,不能直接得到相位變化的符號(hào),如果希望得到符號(hào),一般需要把參與比較的一路信號(hào)(提取出來的正向或反向信號(hào))移相90度再比較一次。這個(gè)過程仍然相當(dāng)麻煩,而且像AD8302這樣的器件,測(cè)試準(zhǔn)確度往往達(dá)不到儀器級(jí)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(gè)周期,但是它的比相輸出與輸入的幅度有直接關(guān)系,必須事先對(duì)信號(hào)進(jìn)行穩(wěn)幅。這也是一個(gè)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(fā)技術(shù),例如上升沿觸發(fā)技術(shù)。當(dāng)被比較的一個(gè)信號(hào)以上升沿過零點(diǎn)的時(shí)候,計(jì)時(shí)器被觸發(fā),開始計(jì)時(shí)。當(dāng)另一個(gè)信號(hào)的上升沿來到的時(shí)候,果斷的停止計(jì)時(shí)。如果已知兩個(gè)信號(hào)的頻率,就可以根據(jù)時(shí)間差準(zhǔn)確的計(jì)算出相位差。無疑,這個(gè)過程在頻率很高的時(shí)候也是相當(dāng)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(zhǔn)軟件方面的投入,模擬矢量?jī)x器的價(jià)格和只比較幅度的標(biāo)量?jī)x器相比要高得多。目前矢量?jī)x器已經(jīng)逐步采用數(shù)字處理技術(shù),隨著數(shù)字芯片價(jià)格的降低和算法的改進(jìn),矢量?jī)x器最終會(huì)普及到普通愛好者手中,這是值得我們期待的。
許多業(yè)余愛好者的天線分析儀能夠測(cè)試阻抗,具備一般需要矢量?jī)x器才能具備的功能。但是他們并沒有直接測(cè)試信號(hào)的相位。這些儀器采用的辦法是同時(shí)測(cè)試正向信號(hào)、反向信號(hào)、正反向信號(hào)的混合信號(hào)的幅度,然后建立一個(gè)方程組,求解出待測(cè)負(fù)載的阻抗——因?yàn)榛旌闲盘?hào)的幅度與兩個(gè)信號(hào)的相位差具有關(guān)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(gè)虛部相互對(duì)稱的根,還需要通過變動(dòng)頻率或者接入電抗元件來判斷到底哪一個(gè)根是有效的?,F(xiàn)在,已經(jīng)可以用單片機(jī)自動(dòng)的完成這個(gè)過程,求得虛部帶符號(hào)的阻抗了。另一個(gè)重要區(qū)別是,目前業(yè)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(dòng),除非頻率很低,否則無法得出可信的結(jié)論。通過以上分析我們知道,通常見到的業(yè)余無線電天線分析儀和專業(yè)的矢量天線分析儀具有原理上的區(qū)別。