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[图文]驻波表——功率计         ★★★ 【字体:
驻波表——功率计
作者:imefan    文章来源:王海峰整理    点击数:    更新时间:2009-7-29    

  天线系统的驻波比的大小对发射效率有很大影响,驻波比过大就会有很大的功率被反射,在馈线中有往返传输,造成额外损耗,或者异常电压或者异常电流,是发射机不能正常工作甚至损坏。
  衡量反射大小的量称为反射系数,常用γ或ρ表示,为了讨论简单,我们假设负载阻抗为纯电阻。反射系数定义为:反射电压波比入射电压波。参考图1,ρ还可定义为下式:
ρ=(RL-RO)/(RL+RO)
 其中,RO为传输特性阻抗,RL为负载阻抗。
 当RO=RL,则ρ=0,称为匹配状态。
 如果RL为开路或短路,则ρ分别等于+1或-1,称为全反射。
 
  用反射系数可以完善地描述传输系统的匹配状态,但测量其驻波比(SWR)更为简单和直观。
  我们知道,在匹配状态下,高频电磁能量全部流入负载,不存在反射。这时传输线上的各个位置上的电压振幅不变,不存在驻波,称为行波状态。因而在失配时,由于有反射波与入射波在传输线上互相叠加,使线上各点的振幅呈现有规律的起伏,称驻波状态,如图2所示。
 
 驻波比定义为:SWR=U最大/U最小 ,SWR与的关系为:
SWR=(1+︱ρ︱)/(1-︱ρ︱)
 当无反射时,SWR=1, 当全反射时,SWR=∞。
 当RO=50Ω时,则RL=100Ω或RL=50Ω都会使SWR=2,此时,ρ=1/3,相当于有1/3的入射电压被反射回来。
 测量驻波比的方法有测量线法、反射计法、网络分析仪法及高频阻抗电桥法等,但这些仪器往往不适于在线连续测量天(天线)馈(馈线)系统。专用于测量天馈系统的仪器是驻波表及功率计。下面就介绍这种仪器的原理、制作、校准及其使用方法。
  驻波表是基于交流电桥的原理,与常规电桥不同之处是:驻波表是按被测传输系统的特性阻抗值(例如50Ω)而设计的;它可以读出入射功率和反射功率,可以串接在发射机与天馈线之间而不必取下来。其基本原理如图3所示。
 
  交流互感器T为电桥的一个臂,C1和C2组成的分压器为电桥的另一个臂。跨与C2上的电压与传输线上的电压相同。如果所加负载等于电桥的设计电阻值,则C2及R上的电压相等,相位相同,于是高频电压表指示为零(即SWR=1)。这时,电桥满足了平衡条件。
  由于分布参数影响设计的准确程度,常选C1或C2为可调电容。
  当所接负载偏离电桥的设计阻抗时,电桥平衡条件会因Z的改变而被破坏,电表就产生读数。这个读数和反射电压的绝对值有对应关系。
  为了读取入射电压只需将互感器的次级反接。如果电压表是按功率刻度,则此表即可测量入射和反射功率了。净功率为两种功率之差。测量SWR时首先置于入射功率测量状态,调整表头的灵敏度使指针指向满度,然后置于测反向功率状态,则可在表上直读SWR值。
SWR=(入+反)/(入-反)
  实际的SWR表有许多方式,常见的有三种:一种是利用磁环绕制成互感器的方式,即集总参数方式;第二种是用印刷电路板的微带线方式;还有一种是同轴线方式,后两种称为分布参数方式。

磁环互感器式驻波表的实际制作
  图4是典型电路,虚线上部为取样部分,所有引线要求尽可能短,并且最好放在屏蔽盒中。虚线下面为指示电路部分,这部分对有不同方式的SWR表没有大的区别,其结构可以任意,甚至可以放在另外一个机壳中。这种表可以工作在1.5~150MHz范围,功率量程可以设置为10W、100W、1000W等。
 

制作要点
  互感器是一只内径约为Φ8的高频磁环,套在一小段同轴电缆之上,电缆的芯线直接焊在同周电缆插座上,同轴线的外导体只起屏蔽和去耦作用,而不应流通高频电流,必须仅某一端接地。
  磁环上均匀的用Φ0.6漆包线绕20匝左右。二极管必须采用锗高频管或正向压降极小的热载流子二极管,如采用硅管将对低功率状态下小的SWR反应不灵敏。为了能够测量SSB时的峰值功率,电路中采用了6.8μF的滤波电容,此电容可在5~10μF间选用,但要求两支电容容量相同。本表可以采用一直流表头用单刀双抛开关切换,也可以选用双表针表头。这种表头有两个表心,一个指示正向功率一个指示反向功率,两只表头的交点可直接读出值SWR,十分方便。
  此实际电路与前述的原理电路完全一致的,只不过利用二极管和表头组成的检波电路充当高频电压表,又利用高频扼流线圈RFC检波得

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