随着无线电技术的发展,遇到射频仪器的机会也多了起来,其中有一些看起来具有相似的用途。正确认识这些仪器有各什么特点,适合用在哪些地方,有助于合理的配置仪器,提高DIY效率,同时也能节约预算。这里就网络分析仪器的基本概念做一个简单介绍,希望对大家有帮助。
定向电桥是一种射频网络,通俗而言,是一种能够区分射频信号流动方向的装置。一般情况下,射频信号从信号源(比如发射机)传输到负载(比如天线),叫做入射。如果负载不匹配,就会反射一部分信号,使它送回到信号源,简称为反射。定向电桥能够把这两种不同方向的射频信号分别提取出一部分来。理论上,正向电桥提取正向传输的信号,不会提取反向的信号。反之,反向电桥只提取反向传输的信号,不会提取正向信号。在提取的过程中,不会丢失信号的相位信息,也能够以确切的数学关系忠实的反映信号的幅度。对于阻抗确定的传输系统,知道了幅度也就知道了功率。
电桥是非常有用的装置,有了只提取一个方向信号的能力,只要对提取出来的信号的功率(幅度)和相位进行检测,就能测试传输的功率大小、反射的功率大小,传输和反射之间的相位差别。有了这些信息,就能描述负载的特征。由于定向电桥只能提取一个方向的信号,所以要同时测得上述参数,应该使用两个不同方向安装的电桥串联起来,对它们提取到的信号进行比较。使用两个电桥比较麻烦,在要求不高的情况下,对于正向信号的提取,可以使用更为简单的定向性网络——例如分路器。这种分路器正反特性也是不同的,不过单向性没有定向电桥好。
通常的天线分析仪具有一个端口。这个仪器内部有一个或者两个定向电桥,另外还有一个频率可变的信号发生器,以及用来检测定向电桥提取到的信号的检波器。当把天线分析仪的端口连接到待测的天线上时,分析仪可以对正向信号和反向信号进行比较。如果只进行幅度的比较,可以求得驻波系数、反射系数或回波损耗。如果同时还进行相位的比较,则可以求得天线的阻抗。
万能框图,天分、标网、矢网都可以从中变化得来
能够同时比较相位和幅度的仪器叫做矢量仪器,只能比较幅度参数的,叫标量仪器。幅度的比较有廉价的方法,相位的比较却比较复杂。对于要求不太高的场合,可以使用商品的相位检波器(如AD8302),但是这种检波器的相位测试范围只有半个周期,换句话说,不能直接得到相位变化的符号,如果希望得到符号,一般需要把参与比较的一路信号(提取出来的正向或反向信号)移相90度再比较一次。这个过程仍然相当麻烦,而且像AD8302这样的器件,测试准确度往往达不到仪器级别的要求。也可以采用二极管方式的鉴相器,这种鉴相器虽然可以涵盖整个周期,但是它的比相输出与输入的幅度有直接关系,必须事先对信号进行稳幅。这也是一个令人头痛的工作。另一种做法,是使用示波器中常见的边沿触发技术,例如上升沿触发技术。当被比较的一个信号以上升沿过零点的时候,计时器被触发,开始计时。当另一个信号的上升沿来到的时候,果断的停止计时。如果已知两个信号的频率,就可以根据时间差准确的计算出相位差。无疑,这个过程在频率很高的时候也是相当困难的。正是这些原因,加上大量减少相位误差的措施和校准软件方面的投入,模拟矢量仪器的价格和只比较幅度的标量仪器相比要高得多。目前矢量仪器已经逐步采用数字处理技术,随着数字芯片价格的降低和算法的改进,矢量仪器最终会普及到普通爱好者手中,这是值得我们期待的。
许多业余爱好者的天线分析仪能够测试阻抗,具备一般需要矢量仪器才能具备的功能。但是他们并没有直接测试信号的相位。这些仪器采用的办法是同时测试正向信号、反向信号、正反向信号的混合信号的幅度,然后建立一个方程组,求解出待测负载的阻抗——因为混合信号的幅度与两个信号的相位差具有关系。其它类似的方法也是可行的,只要能建立有意义的方程组即可。求解方程组,可以得到两个虚部相互对称的根,还需要通过变动频率或者接入电抗元件来判断到底哪一个根是有效的。现在,已经可以用单片机自动的完成这个过程,求得虚部带符号的阻抗了。另一个重要区别是,目前业余爱好者的天线分析仪没有办法修正掉电缆等带来的相位移动,除非频率很低,否则无法得出可信的结论。通过以上分析我们知道,通常见到的业余无线电天线分析仪和专业的矢量天线分析仪具有原理上的区别。