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MFJ-259B HF /VHF SWR 分析器
如果您對天線的製作或架設有濃厚的興趣, MFJ 這幾款全新設計的 SWR 分析器將是您無線電生涯中最值得的一項投資. 有了它, 您現在可以簡易而精確的診斷您的天線系統. MFJ-259B /MFJ-269 可以給您一個快速且完整的天線性能分析, 而且不必使用額外的射頻器材, 也不用讓您心愛且昂貴的無線電收發機被拿來充當測試與調整用的設備, 而長期地讓它們處於高 SWR 反射波負載的危險之下. MFJ-259B /MFJ-269 甚至於可以測量業餘無線電頻率以外的波段範圍而不用擔心會觸犯到相關的法律, 它的功率非常的微小, 完成符合業餘無線規範. 當您以一般的 SWR 錶測量一支天線時, 若得到 2:1 的 SWR 值時, 很難判斷到底您的天線的阻抗是 25ohm 還是 100ohm ? (因為兩者的 SWR 都是 2). MFJ-259B /MFJ-269 的 RF 錶可以告訴您肯定的答案. 它可以測量高達 500 ohm 的 RF 阻值. 您也可以將您的定向天線接上 MFJ-259B /MFJ-269 , 轉動您的天線看看環境對您的天線性造成怎樣影響. 您可以用 MFJ-259B /MFJ-269 來推測天線的電抗係數電容值. 並得知天線在 SWR 2:1 的頻寬範圍. 您也利用它來測量一條同軸電纜線的阻抗值, 損耗, 及規格, 用以診斷電纜線是否處於正常的狀態下. MFJ-259B /MFJ-269 精密及易於使用的特色使它也應用在許多天線製造廠商在生產線上的主要測試用具. 由此可知 MFJ-259B /MFJ-269 的實用性能倍受無線電專業廠商肯定. MFJ-66 是一款可以讓 MFJ-259 轉換為陷波器的組件. 這是 MFJ-259B 的新擴充功能. MFJ-29C 是一款 MFJ-259B 專用的尼龍背袋, 它具有保護機件及方便於攜帶的作用, 使您在戶外或陽台上工作時不虞設備損壞.
這是由 BV5OC 提供的 MFJ-259 介紹 (前一代產品) 現在的 MFJ-259B 新增了數位顯示功能及時間域反射計等多樣功能 MFJ-259/207 駐波比值分析儀前言 從一有業餘無線電信人員職照及電台職照開始, 便不斷地嘗試各種不同種類的天線,有自製也有廠製的. 當然程序必然是由簡入繁, 但是不論製作任何天線或是裝組任何廠製天線, 總是有抓不準共振頻率的問題以及測駐波比值的問題, 因此我早就想購買一部理想的駐波比值分析儀, 長久以來, 我都是利用發射機配合駐波比表來抓天線的共振長度, 這方法不僅費時, 而且肯定會產生人為的干擾訊號, 因為就算把發射機功率降低, 總還會有十瓦左右; 如果利用駐波比值分析儀就不會了, 因為它始使用靈敏度極佳的電橋, 輻射出得功率是在毫瓦級的範圍內; 同時對於天線的共振頻率偶會跑到業餘波段範圍內; 同時對於天線的共振頻率偶會跑到業餘波段範圍外, 一般的發射機因為無發法發射, 也就無法得知駐波比值, 改用駐波比值分析之後, 就沒有這問題了 駐波比值分析儀 談到駐波比值分析儀, 原本在市場上就有許多牌子及機種可以選購, 最近在這方面的產品市場更是熱鬧滾滾, 除了傳統的機種, 近來更有融合高科技的機種, 使得駐波比值分析儀使用起來更加方便得心應手, 駐波比值分析儀不僅廠牌機種多, 在特性規格及價格上, 也有極大的差異, 例如: SWR-121 天線分析儀使用報告, 下面我要選用 MFJ 廠牌的駐波比值分析儀來做使用說明, 光是這個廠牌可以測駐波比值的就有十幾個以上的機種, 這裡我就選最優良的機種 MFJ-259 及最簡單的機種 MFJ-207 分別來做使用說明 MFJ-207 是最普通的駐波比值分析儀, 頻率範圍包括 1.8-30MHz; 而 MFJ-259 的頻率範圍更可延伸到 170MHz, 這種體積輕巧, 而且可以採用乾電池供電的線路, 使得駐波比值分析儀成為理想的攜帶式儀器, 可以隨意帶到屋頂或鐵塔上, 甚至野外通訊活動時攜帶也很方便, 就算遠足活動放在背包也不佔空間, 唯一覺得遺憾的是, 這駐波比值分析儀的供電電池, 不論是更換或是新裝時, 都要除去外殼上的八只螺絲才行, 這似乎是違背常理的設計 潤泰註: MFJ-259B 與 269 現在使用電池從原來的 8 個三號修改成 10 個電池, 並且已經支援由外部電源輸入並對內部裝填的充電, 若是使用充電電池時, 有一個短路器可以選用這個功能, 請參考隨機手冊中的介紹. 使用時機 在屋頂上安裝有兩只偶極天線, 一只是供 20 米波段工作, 另一只是供 6 米波段的監聽工作; 還有一只 SLIM-JIM 形式的 VHF 天線, 工作在航空話務及數據通訊的監聽, 在製作偶極天線時, 習慣上都會故意留得比較長, 因為太長可以剪短, 短了要補長就很麻煩, 而且這接點不易處理還不打緊, 往往也成為日後偶極天線故障的主要病因, 這兩只偶極天線原本的共振頻率會是在 14MHz 及 50MHz 以下, 我就利用 MFJ-259 及 MFJ-207, 要使用 20 公尺波段的諧振點在 CW 的主要族群中, 也就是大約 14.025MHz 左右, 而把 6 公尺波段的偶極天線, 利用 MFJ-259 把它修整成共振頻率是 50.4MHz 有了駐波比值分析儀這個工具, 要修整這兩只偶極天線就覺得非常方便, 雖然 MFJ-259 及 MFJ-207 在特性及操作上有一些差異, 但是主要的操作原則是一樣的, 把饋送線接到駐波比值分析儀的 M 座上, 切到適當的波段開關, 調整旋鈕到所要的頻率上, 然後從表頭上讀取駐波比值, 你可以一面調整頻率, 一面注意駐波比值, 就可以知到偶極天線的共振頻率在哪裡; 至於要截長或是補短, 就一目了然了, 在調整偶極天線過程當中, 很快就可以知道所要的工作頻率上的駐波比值, 然後就去找目前偶極天線的共振頻率在哪裡, 就算是這偶極天線的共振頻率並不在這業餘波段內, 使用 MFJ-259 也可以很容易測得, 這種可以隨時掌握落在業餘波段外的情況, 會使得調整偶極天線長度更加容易掌握 MFJ-259 由於這款駐波比值分析儀的機動性高, 操作容易, 而且這駐波比值分析儀與 MFJ-207 不同的是, 它本身內附有 LCD 顯示的計頻儀, 頻率範圍也延伸到 170MHz, 我發覺這內附的計頻儀不論讀取天線的共振頻率或是設定測量頻率都很方便; 也可由機上所附的 BNC 頭輸入訊號, 單獨測量頻率, 成為有獨立的計頻儀, MFJ-207 則必須配合接收機或是外接的計頻儀, 才能得到精確的頻率, MFJ-259 所含蓋的頻率範圍分成 6 個波段, 從 1.8MHz 到 170MHz 連續不斷, 範圍控制開關就有如波段開關, 而調諧則可以選擇這波段內的任何頻率, MFJ-259 駐波比值分析儀上的調諧鈕太粗了, 只要稍微觸碰一下, 頻率可能會有很大的跳動, 所以要調諧到特定的頻率上, 可能需要來回轉動好幾次才能成功, 同時頻率設定到 10KHz 以下的解析度根本不可能, MFJ-207 也有同樣的問題, 要解決這方面的問題, 可能要求諸游標尺鈕,因為 MFJ-259 內附的計頻儀, 用它來測量比使用 MFJ-207 會更簡單的多, 不僅隨時可以掌握工作頻率, 測量時種種因素造成的頻率偏移, 只要看 LCD 的讀數就一目了然, MFJ-259 的操作手冊有 18 頁, 除了說如何使用這部駐波比值分析儀外, 也有內附計頻儀的使用說明, 除此之外, 對於下列的測量項目也有逐步的詳細說明
上面洋洋灑灑一大堆, 初看之下, MFJ-259 駐波比值分析儀的功能, 好像比瑞士刀還多, 實際上, 上面所列的, 都是具有很高創意的應用, 也因而 MFJ-259 駐波比值分析儀的功用大大擴增, 事實上如果能借用少許技巧與元件, 還可以使測量程序更簡化 找殘段的共振頻率 測試及調整以饋送線為材料的殘段 (天線匹配用) 時, 只需要一只電阻值與饋送線阻抗特性相同的電阻, 這電阻在饋送線任何一端與饋送線中心及隔離網串接當成負載, 這樣就可以利用駐波比值分析儀的駐波比值讀數得到的共振率, 如果饋送線另一端是開路, 則會在四分之一波長的奇數倍有共振, 取來一條 RG-8 同軸電纜, 長度大約是6.7 公尺, 不加負載, 呈開路狀態, 結果可以在 7.319MHz 有共振當然也可以用其它方式測量同軸電纜的速率因子及找到阻抗特性, 根據手冊上的程序, 對一條 RG-8 同軸電纜測量, 結果它的速率因子是 0.65, 而根據這同軸電纜製造廠的規格特性, 其速率因子 0.66, 兩者非常接近, 至於阻抗特性, 測得的數據是 54.3 歐姆, 這與實際的 52.8 歐姆也非常接近 測量電感或電容 要測量電感或是電容, 必須是要有已知的元件值來配合, 未知的電容或電感和已知的電容或電感形成 LC 網路, 就利用 MFJ-259 駐波比值分析儀來測這網路的共振頻率, 雖然這需要一些數學運算才可以得到答案, 但是計算式子並不複雜, 很簡單就可以算出來, 這所得到的結果, 與精密的 LC 表測出的值非常接近 調整天線調諧器 要利用 MFJ-259 內附計頻儀整天線調諧器那更是簡單, 只要一只 25 歐姆的電阻,就可以很快速地找出天線調諧的最低駐波比值, 由於 MFJ-259 內附計頻儀產生的訊號位準很小 (與發射機輸出比較) , 所以負載電阻不需要大功率, 一般的四分之一瓦電阻就可以了, 而且在調整時也不會產生嚴重人為的干擾, 以 MFJ-259 駐波比值分析儀為工具, 可以很快的為天線調諧器作出各波段的準確調諧位置, 做上記號, 上機時就可以快速的在天線調諧器上找到理想的調諧點 也可以測同軸電覽饋送損失 根據 MFJ-259 駐波比值分析儀手冊上的說明, 這部駐波比值分析儀還可以測量出同軸電纜的饋送損失, 但是損失量要介於 3dB 及 10dB 之間, 才會有可靠的結果, 根據手冊上的說法, 測量了 RG-8 及 RG-213 同軸電纜的損失量, 所得到的結果與出版資料上的數據相差不遠, 在 MFJ-259 駐波比值分析儀上加個探測針, 還可以成為陷波表, 這是手冊上沒有提到的 潤泰註: MFJ-66 為陷波表附件, 只有三組探針, 相關運用隨貨有詳細說明. 內附計頻儀性能佳 MFJ-259 內附計頻儀, 性能是出奇的好, 更重要的是, 有獨立的 BNC 輸入端子, 也可以當成計頻儀使用, 根據初步測試, 這內部的計頻儀, 在 1Hz 解析度下, 最高頻率 230MHz, 靈敏度大約 200mV, 準確度方面在 2MHz 時大約是10Hz, 在 146MHz 時是 700Hz, 這對於業餘無線電方面的應用而言, 綽綽有餘, MFJ-207 是屬於價格低廉的駐波比值分析儀, 本身不含計頻儀, 工作頻率範圍也比較窄, 在 1.75MHz 到 20MHz 之間, 分 5 個波段, 其中有些波段無法銜接, 因此就造成有些間隙而使頻率無法連續, 範圍控制開關有如波段開關, 而調諧鈕則可選擇這波段內的任何頻率, 調諧鈕雖然是有刻度的校正, 但是只能當粗略的參考, 因此這駐波比值分析儀不含計頻儀, 所以手冊上說明有兩種方法可以提高精確度, 一是在蓮花座上接計頻儀, 二是以接收機代替計頻儀, 當然為了配合整部 MFJ-207, 這接收機一定要含蓋 2MHz 到 30MHz 全波段型的, MFJ-207 駐波比值分析儀上的調諧鈕與 MFJ-259 一樣, 太粗了, 稍微觸碰一下, 頻率可能會有很大的跳動, 所以要調諧到特定的頻率上, 可能需要來回轉動好幾次才能成功, 若是拿MFJ-207 與 MFJ-259 比較 MFJ-259 還是有極為實惠的優點只要看 LCD 上的顯示即知, 但是如果以 MFJ-207 配合接收機 (SONY ICF-200ID) 來找頻率則很費時, 同時要攜帶到鐵塔上的話, 除了 MFJ-207 之外還要夾帶一部接收機或計頻儀; MFJ-259 就沒有這類麻煩, MFJ-207 的操作說明手冊有 8 頁, 詳細說明如何測量天線在特定頻率上的駐波比值, 以及如何找到天線的有最低駐波比值頻率, 如何調整天線成有最低的駐波比值, 以及如何調整天線調諧器 使用後的總結 要作天線方面的測試及調整工作, 我覺得駐波比值分析儀是一個很方便的工具, 尤其是不必使用發射機發射訊號可以找到天線的共振頻率, 不僅不會在業餘波段內造成人為干擾, 在業餘波段外更可以做無干擾的測試, 尤其是簡易的偶極天線架設, 初期的共振頻率有可能是在業餘波段外, 這時以駐波比值分析儀就可以很快掌握偶極天線該如何裁剪, 唯一覺得遺憾的是調諧鈕太粗糙的問題, 希望在調諧頻率方面, 以及訊號產生器的穩定性方面都能夠加強改善, 而從簡易的溫度變化實驗, 證明這兩個機種的訊號都很明顯的因為溫度的變化而有很大的偏移, 例如: 你可能在室內利用計頻儀或是接收機調好 MFJ-207 在 14MHz, 結果在室外太陽照射下, 振盪頻率可能偏移達100KHz, MFJ-259 也同樣有頻率偏移的問題, 但因內含計頻儀, 頻率偏移所產生的困擾比較小 利用MFJ-259駐波比值分析儀做精確的陷波表 從真空管時代開始, 陷波表就一直是業於無線電家在射頻方面的好幫手, 不僅可以替射頻諧振槽路找到共振頻率, 或者發現不當的寄生共振頻率, 也可以用來找出同軸饋送線的電子長度, 近代生產的陷波表非常輕巧也都可以使用乾電池, 因此很方便可以攜帶到戶外使用, 甚至攜帶到天線鐵塔上工作, 然而以陷波表而言, 它有主要的兩大缺點, 首先就是陷波表本身並不很精確, 因此以純類比的陷波表而言, 若要測量 14MHz, 頻率的誤差在 ±200MHz是很平常的, 同時當你把陷波表接近諧振槽路時, 陷波表的振盪頻率可能會被拉移到別的頻率上, 當然你可以利用避免太深的藕合不深, 陷波表的陷波也不深, 傳統上, 因為陷波表頻率容易受到影響, 因此就配合接收機 (相當於計頻儀) 使用, 但是我們知道, 陷波表的頻率常受到藕合影響而偏移, 自然以接收機來找正確的頻率也不簡單, 尤其是現代接收機選台都棄傳統的旋鈕類比式而改採合成的方式, 配合陷波表使用要調起頻率來更是費事, 但是誰又能夠把接收機和簡易的陷波表一起帶到鐵塔上呢? 現代測試儀器發達, 不用接收機也可以, 雖然有小巧的計頻儀, 但是攜帶到鐵塔上還是很費事 把MFJ-259當作陷波表 我們先看看使用 MFJ-259 時, 一般是如何操作的, 如果你在 MFJ-259 的天線端子上接個 50 歐姆的負載, 那麼 MFJ-259 上的駐波比表讀數會是 1:1, 理想上這駐波比值並不會隨著頻率變化而改變, 如果你在這 50 歐姆的電阻上串連或是並聯一個電感, 此時的駐波比值就不是固定的了, 它可能會因為這電感值的大小, 寄生電容, 以及不同的測量頻率, 而會使駐波比值在 1 到無窮大之間游動, 假設接一個電感在上頭,而使得在想要工作的頻率範圍內, 駐波比值讀數是在 2:1 到 5:1 之間, 如果以這個電感與諧振槽路吸走一些, 而使得駐波比值下降, 所以若是把這加了電感的 50 歐姆負載靠近諧槽路的共振頻率時, 駐波比值讀數就會像陷波表一樣有陷波的現象, 如果電感是與 50 歐姆電阻並聯, 把頻率往上升高時, 駐波比值讀數下降, 理論上會降到接近 1:1, 如果頻率會往下降, 則駐波比分析儀上的駐波比值讀數會慢慢升到無窮大, 為了可以有陷波, 操作時當然就不能出現上述的兩個極端現象, 以使用傳統陷波表的線圈來試試看也是可行, 我有一台老舊的 TRIO 牌的陷波表, 線圈採用蓮花座, 以 M 座轉 BNC, 及一只BNC 轉蓮花座的轉換頭, 就可以在 MFJ-259 分析儀上使用這些線圈:有一只 3mH 的電感是用在 1.8MHz 到 9MHz範圍內的, 而另一只 0.65mH 的電感則是用於 6.5MHz 到 32MHz 之間, 另外一只 0.16mH 電感, 可以把頻率範圍延伸到 90MHz 頻率範圍廣的陷波線圈 使用陷波表時, 對於每一只線圈的應用頻率範圍太窄, 我一直耿耿於懷, 雖然採用電阻並聯電感的方式, 與陷波表上使用純電藕合的方式不一樣, 但是老板問題依然存在, 也就是探針的適用的頻率範圍太窄, 經過了嘗試幾次之後, 終於發現可以應付頻率範圍的探針線路, 圖 1 使用的是一只 0.7mH 電感, 不必很準, 一只 1000pF 電容, 以及兩只阻值分別是 15 歐姆及 180 歐姆的碳膜或是金屬膜電阻, 這樣的網路結構, 在沒有任何接近諧振槽路狀況下, 駐波比值分析儀上的駐波比值讀數, 在任何頻率下幾乎都保持定值, 大約 3.6:1, 圖 1 這網路以 50 歐姆的史密斯圖分析時, 是在中間形成的一個圓, 頻率範圍這麼廣, 在上下兩極的頻率上會不會有藕合不夠的現象, 把探針網路製作在一只 M 頭上, 試用的結果, 只有在 80 公尺波段發現有藕合稍微差了一些之外, 其它一切正常, 同時以 RG-58 同軸電纜, 遠端開路, 近端接線圈, 還可以在 130MHz 處有很深而明顯的 1/4 波長陷波, 如果你覺得要補足低頻部份, 例如改善 80 公尺波段, 那麼稍微可以犧牲高頻點, 把線圈多加一圈就行了,另外值得擔心的是, 可能駐波比分析儀的振盪頻率會因接近諧振槽路而偏移, 的確是有些偏移, 但情況並不嚴重, 可是這些並不礙事, 因為駐波比值分析儀上附有很精確的計頻儀, 隨時可以掌握正確的工作頻率 製作探針 圖 2 是製作探針的實體圖, 採用 PL-259 接頭, 兩枚電阻纏繞之後, 接在 M 頭的中心樁上, 其中 180 歐姆電阻的另一端則拉到接頭外焊接到外殼, 而 15 歐姆電阻的另一端則是接 1000pF 電容, 線圈是採用 22 號線, 直徑約 1.9 公分, 繞 3 圈, 如何以陷波表測量偶極天線 如果像標準的偶極天線是以同軸電纜饋送, 那麼可以直接把這偶極天線插在 MFJ-259 的 M 座上直接測量, 但是有時要測量的對象並不是完整的天線系統, 例如是定向天線中的寄生元件, 那就沒有接頭可以接了, 根據陷波表的特性, 此時你可以在天線寄生元件的中央加幾圈線圈, 問題是, 加了線圈之後, 這些寄生元件的真正共振頻率也會因而偏掉了, 為了不使頻率偏移太大, 所加的線圈要有與寄生元件共振頻率相接近的諧振頻率, 而為了可以得到這些共振頻率, 可以串接或是並接一只可變電容, 另外要注意諧振槽路的 Q 質低, 才不致因為微小的調整誤差而影響了測量, 在並接的線路中, 要讓 Q 質低, 電感的感抗必須要比測量的寄生元件的幅射阻抗還高, 例如要 100 歐姆以上; 而如果是串接線路的話, 則電感的感抗一定要小於 50 歐姆, 不論串接或並接, 都必須在還沒接近寄生元件之前調諧這個線圈, 採用串接時, 必須要有一小段短路線, 為了有最佳的藕合, 拾取線圈的直徑要與陷波表探針上的線圈相同, 先以拾取線圈本身調整可變電容到想要測量的共振頻率上, 然後在接到寄生元件上測量, 要特別注意拾取線圈的低 Q 質, 以及測量前的本身調諧, 才能保證把誤差降到最低, 如果要使陷波測量最精確, 則可把上述加在天線寄生元件時的共振頻率記下來, 然後移開寄生元件, 再把拾取線圈的諧振槽路調整到寄生元件的共振頻率上, 這樣就可以一次比一次更貼近寄生元件的真正共振頻率 總結 相信對大多數人而言, 要製作這個探針根本不需要購買零件, 從零件櫃中就可以找齊所有元件; 加了這個探針後, MFJ-259 駐波比值分析儀就可以成精確實用的陷波表了, 可以省去常要換電感的麻煩, 甚至只要帶著這駐波比值分析儀, 不需其它輔助儀器, 就可以上鐵塔調整天線, 如果你買了 MFJ-259 駐波比值分析儀, 而總覺得除了測量天線系統的駐波比值, 偶而量量頻率外, 好像別無用處, 那麼不妨製作這個探針, 使駐波比值分析儀搖身一變而成為陷波表, 同時把你舊有的陷波表趁還有價值的時後, 趕快拋售掉吧! 駐波比值分析儀的應用方法 目前市售的駐波比值分析儀, 不僅體積小巧, 功能更是齊全, 相對也使應用範圍日益廣泛, 下面就以 MFJ-259 為例, 挑幾種最實用的測試一一說明 駐波比值分析儀與駐波比值 要使用駐波比值分析儀之前, 務必要適當地了解饋送線及天線的一些基本現象, 才不致於出現因錯誤觀念而導致的錯誤應用或測量誤差, 所謂的駐波比值測量, 通常是指利用電橋, 來測量訊號源與負載之間的阻抗比值, 由於在業餘無線電中所有的發射機輸出端都是採用 50 歐姆, 所以 MFJ-259 內的訊號源參考阻抗也是 50 歐姆, 例如當MFJ-259 外接的負載是 150 歐姆時, 以 50 歐姆為參考時, 駐波比值讀數就是 3:1, MFJ-259 所測得的是純電阻的駐波比值, 因此所負載的阻抗若是純電阻的話, 那麼駐波比值 1:1 就表示負載阻抗一定是 50 歐姆, 一般人會誤認為, 如果負載有 25 歐姆的電抗及 25 歐姆的阻抗成份, 那麼駐波比值也會是 1:1, 這是絕對錯誤的觀念, 像這種情況, 正常的駐波比值應該是 2.6:1, 在 MFJ-259 上, 如果碰到這樣的負載, 也可顯示正確的駐波比值, 駐波比值絕不會誤為 2:1或 1:1, 另一個錯誤的觀念是駐波比值會隨著饋送線的長度而變化, 其實是不會的, 如果饋送線阻抗是 50 歐姆, 而端負載是 25 歐姆, 饋送線長度變化時, 駐波比值應該固定在 2:1, 一般人所誤認為的 [饋送線長度會引起駐波比值變化], 實際上是因為饋送線的訊號損失量太大所引起的, 如果饋送線的訊號功率總損失量可以保持很低, 那麼在發射機端測駐波比值應該可以和天線饋送點上的駐波比值很接近, 當然這饋送線如果是工作波長的特殊倍數是屬於另外的情況, 另外, 要是饋送線的訊號損失量大, 或者是駐波比值很高, 都會加身駐波比值讀數的誤差, 此時駐波比值讀數看起來會比實際的情況還好, 如果駐波比值很明顯地隨著饋送線長度而變化, 那可能是下面的原因造成的:
有些饋送線的訊號功率損失量很低, 例如開放式的饋送線, 即使在極高頻範圍內, 在高的駐波比值下, 訊號功率損失量依然很低, 而高訊號損失量的同軸電纜, 像是 RG-58, 當駐波比值升高時, 饋送線的傳輸效率會很快地往下掉, 所以使用訊號損失量大的饋送線或是饋送線相當長時, 一定要保持很低的駐波比值才能維繫好的饋送效率, 因此, 測量天線駐波比值時, 除非採用功率損失量很低的饋送線, 並且注意饋送線的工作頻率波長關係, 否則一定要在天線饋送點上測量, 因為在發射機端測量的話, 駐波比值會因為饋送線的訊號功率損失量以及天線的效率, 而可能得到離奇的結果 有關天線的駐波比值 # 對於收發機的傷害: 有許多早期的收發機, 無法忍受高駐波比值, 高駐波比值表示反射功率增加, 這會使發射機的末極發生反射電壓 (出現弧光) 或是電流 (過熱現象) 升高現象, 為了要克服這樣的問題, 可以使用天線調諧器 # 降低收發機的輸出功率: 為了有自我保護的作用, 大數的收發機碰到高駐波比的負載時, 會自動降低輸出功率, 儘管有這類的保護功能, 發射機還是有可能受損, 這類的保護功能, 一般只要在駐波比值超過 1.5 或 2.0 時, 就會起作用 # 傷害天線系統: 在極端的狀況下, 高駐波比值引起的高壓, 可能使饋送線、接頭、 或是天線產生弧光, 如果這弧光只是一種放電現象而已, 並不會造成明顯的傷害, 假如這弧光穿過同軸電纜的絕緣層, 接頭, 或是平行饋送線, 會使日後發生更嚴重的弧光現象, 受弧光破壞的饋送線, 接頭, 或絕緣子, 應該及早汰換下來 # 增加饋送線的功率損失: 所有饋送線都或多或少會把走經的射頻部份功率轉成熱而消耗掉, 這些被消耗掉的功率, 就是所謂的損失功率, 為了表示損失功率的大小, 一般會以每 100 公尺在某個頻率上有多少 dB 的損失, 因為在發射機與天線之間的射頻訊號, 就在饋送線的路徑上來回折返, 因此發射功率有一部份就這樣被消耗掉, 總之, 發射機輸出的功率, 不是天線幅射出去, 就是被饋送線轉換成熱消耗掉, 而來回折返越多次, 也就是駐波比值高, 那麼損失也就越大, 然而要是使用低損失的饋送線, 例如平行開放式 450 歐姆饋送線, 因為損失量低, 因此所增加的消耗功率就有限, 這也就是為什麼低損失量的饋送線可以容忍大駐波比值的原因 # 如何降低天線的駐波比值: 我們可以利用匹配網路, 讓發射機 [看] 到比較低的駐波比值, 大部份使用可以調整的匹配網路, 而所謂的匹配網路, 一般又被稱為天線調諧器來稱呼實在是很不穩當, 因為這根本無法調諧天線, 這匹配網路是接在發射機輸出之後, 另外一種降低駐波以值的方法, 當然是調整天線, 縮短或是加長天線, 讓天線的諧振頻率與工作頻率更接近 # 利用駐波比表來抓天線: 大多數的業餘無線電家, 習慣上會把駐波比表串在饋送線上, 一但發現駐波比值突然升高, 就表示天線系統出了問題, 可能是接觸不良, 或者是天線斷了, 當然天線出問題, 可能就在天線安裝完成後, 也有可能使用一段時間之後, 因為遭到氣候侵蝕, 但是不論如何, 這都可以利用駐波以比表測量, 診斷出天線問題所在:
測量駐波比值 利用 MFJ-259 可以測量任何負載的阻抗比例, 這阻抗是以 50 歐姆為參考值的, 測量的頻率範圍從 1.8MHz 到170MHz, 它可以獨立測量, 並不需要任何的輔助設備或工具, MFJ-259 頂端的 M 頭就是駐波比電橋的輸出端 測量時, 這端子接負載或其它待測裝置, 要測量 50 歐姆同軸電纜的駐波比值時, 直接把饋送線接到 M 頭就可以, 轉動調整鈕到所要的工作頻率上, 頻率值可以直接從 LCD 讀取, 這頻率讀數應該隨著調整鈕轉動而改變, 如果頻率讀數不變, 那很可能是設定在外部輸入訊號, 按一下頂端左後方 "INPUT" 紅色鈕, LCD 字幕最後一位數上方出現小 "A" 字, 表示計頻儀所測量的是內部訊號, 要注意的是, 計頻儀上面的頻率讀數可能很不穩定, 這是因為 MFJ-259 內的訊號產生器有偏移的現象, 這種頻率偏移是正常的, 也不會影響測量結果, 或對 MFJ-259 駐波比值分析儀的功能產生任何影響, 為了測量方便, 在頻率低於 15MHz 以下, 可以不必理會 KHz 以下的讀數, 而在頻率高於 15MHz以上, 則不必理會 10KHz 以下的讀數 阻抗表 MFJ-259 本身有表頭可以直接讀取接在天線端子的阻抗, 不過所顯示的是純電阻, 不包含電抗 (容抗或感抗), 例如要測量 7.1MHz 共振頻率的天線在 7.3MHz 上的電阻, 則這表頭上的電阻值就不準確了, 所以要這駐波比值分析儀上的阻抗表讀數準確就必需在很低的駐波比值下才行, 這是因為在駐波比值最低時, 往往也是阻抗最低時, 此時就往往就只有電阻而不含電抗, 因此表頭所顯示的就都是純電子了, 如果阻抗表顯示 50 歐姆, 但駐波比讀數卻很高, 那就表示負載有很高成份的電抗, 或許可以這樣說, 駐波比值 1:1 時, 負載阻抗應該是 50 歐姆, 如果在阻抗讀數是 50 歐姆時, 駐波比值就可以看成是負載含電抗成份的指標, 駐波比值越大, 含電抗的成份就越大, 例如阻抗表讀數是 25 歐姆, 波比值應該是 2:1, 那就表示負載含有比重很大的電抗, 如果駐波比值是 1:1, 阻抗讀數是 50 歐姆, 這負載就都是純電子成份, 因此, 駐波比值不是 1:1, 就有可能是因為負載出現電抗, 或者是負載的純阻抗不是50 歐姆如果駐波比值讀數是 1:1, 而純電阻的阻抗讀數不是 50 歐姆的話, 那就表示測量儀器出了問題 MFJ-259上的計頻儀 MFJ-259 上的計頻功能, 可以當成獨立的計頻儀, 外殼留有 BNC 頭接受外界訊號輸入, 這計頻儀的頻率測量範圍可以到 200MHz, 頻率低於 1MHz 以下, 必需要有 TTL 的準位輸入, 頻率大於 1MHz 以上, 靈敏度可以到 300mV (實測時平均大約在 200mV), 這計頻儀的準確度大約在百萬分之一 (1ppm), 要特別注意的是, 這計頻儀採用 CMOS 輸入, 很容意遭到外來不當訊號的破壞為了必免不必要的損壞, 這計頻儀的輸入訊號不要超過 5V, 同時在電源關閉下, 不要讓輸入端子接受訊號, 要使用這計頻儀, 先把電源打開, 然後再接妥訊號, 然後輕按頂端左後方的 "INPUT" 紅色按鈕, LCD 字幕最後一位數上方會出現小的 "B" 字, 表示計頻儀測量的是外接的訊號, 至於計頻儀的取樣閘門時間, 可以由計頻儀頂端左後方的 "GATE" 鈕來選擇, 這按鈕就在 "INPUT" 的前方, 取樣時間是以循環的方式來選擇, 計有 0.01、 0.1、1.0、 及 10 秒 4 種 測量平衡非平衡轉換器 知道了國內的射頻零件供應情況之後, 許多人會打消自製的念頭, 比如平衡非平衡器轉換器 (BALUN) 用的磁環或磁棒, 供應上大都不知道規格, 在連材料都不能把握的情況下, 如何自製平衡非平衡器轉換器呢? 其實, MFJ-259可以幫得上忙, 你可以比較不同的磁環材料及繞法, 比如設計 2:1 的平衡非平衡器轉換器, 設計好之後, 負載端接上 100 歐姆的碳膜電阻 (為了要有純電阻), 另一端接到 MFJ-259 上, 從 1.9MHz 開始掃描到想要的頻率結束, 最高可以到 170MHz, 就可以知道這枚平衡非平衡器轉換器的匹配情況及工作頻率範圍, 雖不能測試耐功率, 這也是MFJ-259 的另一個應用例子, 平衡非平衡器轉換器的另一項重要特性就是平衡特性, 測量程序如下: 先把 4:1 的平衡非平衡器轉換器的非平衡端接到 MFJ-259 的 M 頭, 平衡端則以兩枚 100 歐姆串接的電阻接上, 參看圖 1, 如果這平衡非平衡器轉換器是電流型, 那麼三角箭頭的接線不論是接 A、B, 或是 C 點, 駐波比值都應該很低, 如果平衡非平衡器轉換器是電壓型, 三角箭頭的接線接 B 點時, 駐波比值會很低, 但是當接到 A 或 C 點時, 駐波比值會很大, 電壓型的平衡非平衡器轉換器必需要做另一項測試, 參看圖 2, 把兩枚串聯的電阻改成並聯之後, 分別接平衡輸出點, 則駐波比值應該很低才算正常 調整偶極天線與垂直天線 因為偶極天線屬於平衡饋電, 因此在饋送點上要加個平衡非平衡器轉換器比較好, 平衡非平衡器轉換器可以很簡單, 例如饋送線的同軸電纜纏繞幾圈, 或是利用磁環繞製比較複雜的平衡非平衡器轉換器, 偶極天線的架設高度及架設環境會影響到天線饋送點的阻抗與饋送線的駐波比值, 只要高度不太低, 一般偶極天線駐波比值都可以在1.5:1 以下, 一只簡易的偶極天線, 所能調整的只有天線長度, 太長, 共振頻率會偏低, 過短, 共振頻率會太高, 垂直天線一般是屬於非平衡型, 垂直天線的製造廠一般對於架設在地面上的地面垂直天線, 對於地網系統都過於忽略, 要特別注意的是, 有良好地網系統的地面天線, 駐波比值通常只能達到 2:1 的程度, 而且地面垂直天線有個特點, 那就是地網系統越差, 性能也就越壞, 但是駐波比值卻會越低 找偶極天線及垂直天線的共振長度
要特別注意的是, 上述的天線長度調整技巧, 只限於一般的偶極天線以及全尺寸垂直天線上, 也就是說, 這方法不適用於含有負載電感、陷波線圈、電容、或是電容帽等, 碰到上述這些天線時, 必需要配合架設說明書去調整, 然後以 MFJ-259 來測試駐波比值 測量天線饋送點阻抗 有關天線饋送點的阻抗, 可以利用 MFJ-259 直接來測量, 有效範圍是 0 到 500 歐姆之間
在饋送線方面的應用 # 找殘段長度或裁剪適當的饋送線長度: 要裁剪適當的 1/4 波長殘段或 1/2 波長殘段, 以及裁剪恰當的饋送線長度, 可以使用 MFJ-259 及一只 50 歐姆的電阻, 不只可以測 50 歐姆同軸電纜, 其它形式及不同阻抗的饋送線也可以測量, 如果是同軸電纜饋送線, 可以放在地上或是綣繞成圈都沒有關係, 如果是平行饋送線, 就要拉直並遠離金屬片等障礙物或地面, 如果殘段的長度是 1/4 波長的奇數倍, 則殘段遠端要開路, 如果是 1/2 波長整倍數的殘段, 則殘段遠端要短路, 直接把殘段接到 MFJ-259 的 M 頭上, 依照下列部湊取得精確的殘段長度:
# 找饋送線的速率因子: MFJ-259可以找出任何饋送線的速率因子, 程序如下:
# 饋送線的阻抗: 利用 MFJ-259 駐波比值分析儀可以測得 15~150 歐姆範圍的饋送線阻抗, 但需要一只 250 歐姆可變電阻及三用電表輔助, 如果要測量更高阻抗的饋送線, 就需要射頻變壓器及更大阻值的可變電阻, 測量饋送線阻抗的程序如下:
# 饋送線的訊號功率損失量: 如果訊號功率損失量達到 3~10dB 之間, 就可以利用 MFJ-259 測量出來, 因為饋送線的訊號功率損失量與工作頻率高低有關, 因此可以採用比較高的頻率來測量, 這比較容易 (不需要很長的饋送線)使訊號功率損失量在 3~10dB 之間, 而在更低頻率上的訊號功率損失量則可以用計算的方式導算出來, 測量饋送線訊號功率損失量的程序如下:
雖然測得的是某一工作頻率上的訊號功率損失量, 但是可以利用頻率加倍, 訊號功率損失量增加為 140%, 工頻率減半, 訊號功率損失量減為 70% 的公式, 計算出該頻率上的訊號功率損失量, 例如希望知道饋送線在 10 公尺波段上的訊號功率損失量, 但是以 28MHz 測量時, 駐波比指針是在紅色區域, 因此, 增加工作頻率, 當時達 60MHz 時, 發現駐波比值是 3:1, 這表示在頻率 60MHz 時的訊號功率損失量是 3dB, 而根據上面所題的原則, 28MHz 大約是60MHz 的一半, 所以訊號功率損失量是 70% 弱一些, 大約是 2dB 測量同軸電纜傳遞損失的簡易辦法 一般使用同軸電纜饋送時, 總會想知道到底這同軸電纜的饋送損失有多少, 但是我們都知道其實同軸電纜的損失量除了同軸電纜本身外, 也與工作頻率的高低有關, 一般要知道同軸電纜饋送損失時, 可以查該同軸電纜的資料, 通常這些資料包括有在特定工作頻率上每千英尺的損失量, 如果工作頻率是資料上現有的或是相差不大, 那麼只要使用簡易的計算, 就可以算出所使用的同軸電纜的饋送損失, 如果頻率相差太遠, 可能還得利用內插法求出, 這裡有個絕佳的簡易方法, 完全不動用任何工程, 不必拆下天線, 更不收回同軸電纜, 或動用其它精密測試儀器, 只要一只校正過的精密駐波比表就可以了, 利用精密的駐波比表, 在天線的非共振頻率處測量最大的駐波比值, 然後利用圖 3 的曲線, 就可以對照出該條同軸電纜的饋送損失, 原則是測量駐波比值時, 輸出功率不要太大, 圖 3 曲線由公式 LOSS=10log[(SWR+1)/(SWR-1)] 計算出來, 經由這種方式測量與對照出來的數值, 與實際值的誤差都在0.1dB 以內, 為什麼這樣可以測出同軸電纜的饋送損失呢? 因為天線只要偏離共振頻率一段距離, 就會有很大的駐波比值, 而一般同軸電纜的傳遞損失, 就相當於把一小段同軸電纜的遠端短路或開路所的得駐波比值, 與根據上面公式所求得的極接近, 既然天線在共振頻率之外, 因此, 接著天線饋送點的遠端, 就可以看成是開路, 根據上面公式所求的曲線, 自然可以得到精確的饋送損失 |
