資深EMC工程師教你如何玩轉天線

2021-01-15 EDN電子設計技術

身為一位EMC工程師，我們使用多種類型的天線——現今頻段越來越多；作為旅行中的EMC故障排除人員/顧問，我使用小型可折迭DIY天線進行故障排除。4Heednc

為了表徵這些可調天線與頻率變化的關係，能在擴展不同元素長度的情況下進行測量非常有用，以便了解在何處設置特定諧波的長度。使用內建追蹤發生器和電壓駐波比(VSWR)選件的頻譜分析儀，可以確定諧振頻率和VSWR，或者確定天線與50奧姆同軸電纜的匹配程度。4Heednc

在本例中，我想描述我製作的DIY「精密偶極(precision dipole)」的特色。透過如圖所示連接20dB耦合器，並執行「Cal Open」以標準化顯示，接著連接天線，然後按「VSWR」，即可在諧振點讀出VSWR。在這種特定情況下，我以大約91MHz的頻率測量大約2：1的VSWR。4Heednc

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圖1 用於測量DIY偶極天線的VSWR的設置。4Heednc

要連接20dB耦合器(在本例中為0.1~2,000MHz的Mini-Circuits ZFDC-20-5)，請將追蹤發生器的輸出連接到耦合器的「OUT」，「CPL」連接器連接至分析儀輸入「 IN」連接到被測天線。 如果購買了分析儀的VSWR選件，只需將固定裝置連接到前面的「N」連接器即可。4Heednc

首先，設置頻率上限和下限。我還在每個分區使用了垂直5dB，因此可以看到更精細的變化。 然後，需要使用前面板「Meas Setup」按鈕下方的「CAL OPEN」軟鍵來標準化測試設置，包括任何連接的同軸電纜。最後按「 VSWR」軟鍵並連接天線。4Heednc

需記住的是，隨著同軸電纜長度的增加，所連接天線的VSWR測量結果將變得不太準確。例如，如果要測試一卷100英呎長的典型同軸電纜，由於電纜損耗，在開路的情況下應該測量接近1：1的比例，況且附加天線不會告訴你任何訊息。4Heednc

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圖2 屏幕截圖顯示了約91MHz的諧振頻率和9.31dB的計算反射損耗，以及約2.0：1的相關VSWR——與50奧姆同軸電纜的匹配還不錯。圖中綠色跡線為回波損耗，紫色跡線為標準化數據，黃色跡線為原始數據。4Heednc

如你所見，透過將伸縮組件向上或向下微調一個角度，可以與50奧姆同軸電纜實現最佳匹配。 直截了當地講，我只得到了3：1 VSWR。顯然，手持天線，以及使測量接近其他物體不會產生最準確的測量，但是對於此小實驗而言，已足夠了。4Heednc

透過記錄諧振頻率與擴展部分的數量，可以表徵天線與頻率的關係。但是，出於故障排除的目的，天線是否在感興趣的頻率處完美地諧振並不是很重要。只有要進行準確的排放測量時，才需要將這個「精密偶極」調整為精確的諧振尺寸，這一點很重要。4Heednc

在進行故障排除時，我將組件擴展出夠多的空間以獲得可見訊號，然後將其黏貼到大約一公尺外的非金屬表面上。透過查看相關諧波的頻譜圖，可以立即告訴我在確定源和耦合路徑方面是否正在取得進展。4Heednc

這是一個簡單的DIY EMC測量天線，可在大約85~200MHz範圍內進行調整(取決於所用的伸縮天線)，並且尺寸夠小，可以放入EMC故障排除工具包中。它還包括一個1：1平衡-不平衡變壓器和附加的鐵氧體扼流圈，以抑制共模電流在同軸電纜屏蔽層的外部流動。4Heednc

當然，在進行故障排除時，大多數舊金屬塊都將用來吸收被測產品的諧波發射。我有一個客戶在大約三英呎遠的地方安裝了Wi-Fi天線，當我們對他的產品進行故障排除時，它工作正常。 當我使用它進行故障排除時，將其黏貼到不導電桌面的一端，並在另一端安裝被測產品。然後，我可以一眼看到正在監視的諧波是向上、向下，還是保持與嘗試不同修補程序時相同的諧波。4Heednc

天線採用Bud型號CU-123鑄鋁盒製成。我安裝了三個BNC連接器，如圖3所示。1：1平衡-不平衡變壓器只是纏繞在鐵氧體磁芯(大多數都可以使用)上的大多數同軸電纜的包裹層(儘可能多)。 我使用一些細的雙屏蔽同軸電纜進行內部布線，如圖3所示，將屏蔽層連接到天線組件的一個中心引腳，並將中心導體連接到另一個天線單元的中心引腳。我在額外的同軸電纜上夾了一個標準的鐵氧體扼流圈，以保持良好的狀態，並用一小片氣泡包裝包裹內部，以防止兩個鐵氧體繞動。4Heednc

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圖3 天線基座顯示內部1：1平衡-不平衡變壓器和附加的鐵氧體扼流圈，以抑制共模電流。4Heednc

我使用了比較昂貴的(30美元)Diamond模型的RH789伸縮式天線，主要是因為它們標有頻率刻度與組件長度的關係——這是一個附加功能——儘管價格較低的伸縮式BNC天線應該可以正常工作。它們也鉸接在底座上，因此可以將整個東西折迭得更小。透過將兩側都鉸接成輕微的「V」形，可以更好地匹配至50奧姆。作為紅利，業餘無線電發燒友還可以將天線用作VHF和UHF操作的應急偶極。4Heednc

圖4顯示了拆下的天線；圖5顯示已部署好並在故障排除期間準備使用的天線。4Heednc

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圖4 將拆開的天線各部分分開擺放。4Heednc

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圖5 天線已配置完成，並可用於故障排除。4Heednc

(原文發表於ASPENCORE旗下EDN美國版，參考連結：Playing with antennas，by Kenneth Wyatt，EDN Taiwan Anthea Chuang編譯)4Heednc

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