国外资深EMC工程师教你DIY天线故障排除

Kenneth Wyatt 电子工程专辑 今天


身为一位EMC工程师，我们使用多种类型的天线——现今频段越来越多;作为旅行中的EMC故障排除人员/顾问，我使用小型可折叠DIY天线进行故障排除。

为了表征这些可调天线与频率变化的关系，能在扩展不同元素长度的情况下进行测量非常有用，以便了解在何处设置特定谐波的长度。使用内建追踪发生器和电压驻波比(VSWR)选件的频谱分析仪，可以确定谐振频率和VSWR，或者确定天线与50奥姆同轴电缆的匹配程度。

在本例中，我想描述我制作的DIY“精密偶极(precision dipole)”的特色。透过如图所示连接20dB耦合器，并执行“Cal Open”以标准化显示，接着连接天线，然后按“VSWR”，即可在谐振点读出VSWR。在这种特定情况下，我以大约91MHz的频率测量大约2：1的VSWR。

图1 用于测量DIY偶极天线的VSWR的设置。

要连接20dB耦合器(在本例中为0.1~2,000MHz的Mini-Circuits ZFDC-20-5)，请将追踪发生器的输出连接到耦合器的“OUT”，“CPL”连接器连接至分析仪输入“ IN”连接到被测天线。如果购买了分析仪的VSWR选件，只需将固定装置连接到前面的“N”连接器即可。

首先，设置频率上限和下限。我还在每个分区使用了垂直5dB，因此可以看到更精细的变化。然后，需要使用前面板“Meas Setup”按钮下方的“CAL OPEN”软键来标准化测试设置，包括任何连接的同轴电缆。最后按“ VSWR”软键并连接天线。

需记住的是，随着同轴电缆长度的增加，所连接天线的VSWR测量结果将变得不太准确。例如，如果要测试一卷100英呎长的典型同轴电缆，由于电缆损耗，在开路的情况下应该测量接近1：1的比例，况且附加天线不会告诉你任何讯息。

图2 屏幕截图显示了约91MHz的谐振频率和9.31dB的计算反射损耗，以及约2.0：1的相关VSWR——与50奥姆同轴电缆的匹配还不错。图中绿色迹线为回波损耗，紫色迹线为标准化数据，黄色迹线为原始数据。

如你所见，透过将伸缩组件向上或向下微调一个角度，可以与50奥姆同轴电缆实现最佳匹配。直截了当地讲，我只得到了3：1 VSWR。显然，手持天线，以及使测量接近其他物体不会产生最准确的测量，但是对于此小实验而言，已足够了。

透过记录谐振频率与扩展部分的数量，可以表征天线与频率的关系。但是，出于故障排除的目的，天线是否在感兴趣的频率处完美地谐振并不是很重要。只有要进行准确的排放测量时，才需要将这个“精密偶极”调整为精确的谐振尺寸，这一点很重要。

在进行故障排除时，我将组件扩展出够多的空间以获得可见讯号，然后将其黏贴到大约一公尺外的非金属表面上。透过查看相关谐波的频谱图，可以立即告诉我在确定源和耦合路径方面是否正在取得进展。

这是一个简单的DIY EMC测量天线，可在大约85~200MHz范围内进行调整(取决于所用的伸缩天线)，并且尺寸够小，可以放入EMC故障排除工具包中。它还包括一个1：1平衡-不平衡变压器和附加的铁氧体扼流圈，以抑制共模电流在同轴电缆屏蔽层的外部流动。

当然，在进行故障排除时，大多数旧金属块都将用来吸收被测产品的谐波发射。我有一个客户在大约三英呎远的地方安装了Wi-Fi天线，当我们对他的产品进行故障排除时，它工作正常。当我使用它进行故障排除时，将其黏贴到不导电桌面的一端，并在另一端安装被测产品。然后，我可以一眼看到正在监视的谐波是向上、向下，还是保持与尝试不同修补程序时相同的谐波。

天线采用Bud型号CU-123铸铝盒制成。我安装了三个BNC连接器，如图3所示。1：1平衡-不平衡变压器只是缠绕在铁氧体磁芯(大多数都可以使用)上的大多数同轴电缆的包裹层(尽可能多)。我使用一些细的双屏蔽同轴电缆进行内部布线，如图3所示，将屏蔽层连接到天线组件的一个中心引脚，并将中心导体连接到另一个天线单元的中心引脚。我在额外的同轴电缆上夹了一个标准的铁氧体扼流圈，以保持良好的状态，并用一小片气泡包装包裹内部，以防止两个铁氧体绕动。

图3 天线基座显示内部1：1平衡-不平衡变压器和附加的铁氧体扼流圈，以抑制共模电流。

我使用了比较昂贵的(30美元)Diamond模型的RH789伸缩式天线，主要是因为它们标有频率刻度与组件长度的关系——这是一个附加功能——尽管价格较低的伸缩式BNC天线应该可以正常工作。它们也铰接在底座上，因此可以将整个东西折迭得更小。透过将两侧都铰接成轻微的“V”形，可以更好地匹配至50奥姆。作为红利，业余无线电发烧友还可以将天线用作VHF和UHF操作的应急偶极。

图4显示了拆下的天线;图5显示已部署好并在故障排除期间准备使用的天线。

图4 将拆开的天线各部分分开摆放。

图5 天线已配置完成，并可用于故障排除。

作者：Kenneth Wyatt
本文来源EDN电子技术设计

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