短波巴伦的性能测量

272012.01 短波巴伦的性能测量 作者 /Ron Skelton （W6WO） 译者 / 马亦卯（BD1LEN） 巴伦有很多种形式，有的可 以进行阻抗转换，有的则不行。 巴伦最主要的工作就是在尽量不 影响有用信号的情况下，抑制同 轴电缆外皮上的共模电流。在一 般情况下，如果用同轴电缆来连 接平衡式天线，正常的回路应该 是射频信号经由同轴电缆芯线的 外表面与屏蔽层的内表面进行传 输，在没有巴伦的情况下，共模 电流会通过同轴电缆屏蔽层的外 表面流回到电台等设备的外壳。 而且这些共模电流会从同轴电缆 的屏蔽层外表面辐射出来，导致 电台室中到处充满有害的射频辐 射，共模电流还会改变天馈系统 的驻波比情况和天线的辐射方 向，最严重的是会增加射频干扰 和系统噪声。 性能标准与测量方法 巴伦的共模抑制比（Common Mode Rejection Ratio CMMR）在专业文献中定义为有用功率与无用功率的比 值。由于巴伦的主要作用是抑制共模电流，所以共模抑制 比就是衡量巴伦性能的重要基础指标。虽然共模抑制比并 不是衡量衰减和效率的标准，但应该和带宽、传输损耗、 阻抗匹配及承载功率等性能参数一同考虑。这些指标在一 般的业余无线电出版物中被有意无意地屏蔽掉了，至少我 从没在厂商的产品介绍和广告中看到共模抑制比这个重要 的指标。 要测量共模抑制比，方法是测量共模电流回路的阻 抗，也可以使用功率计或示波器来测量射频功率的流动状 态。共模抑制比会受到幅度与相位变化的影响，所以会让 以上的测量结果产生误差。相比之下，矢量网络分析仪配 合相应的软件则可以精确地测量和记录传输线上的信号幅 度与相位。 图1 W6WO使用的矢量网络分析仪 图1中所示的是W6WO使用的矢量网络分析仪，该 仪器由 Paul Kiciak / N2PK 设计，配合 Dave Roberts / G8KBB 所开发的 myVNA 这个强大的软件对测得的数据 进行分析处理。这些爱好者不但以他们不可思议的专业技 能和耐心开发了这些工具，而且将这些信息通过网络向业 余无线电爱好者免费提供。 三端测量法 任何巴伦或扼流线圈都可以被看作三端设备。其中不 平衡端定义为端口1，平衡端的两个端口定义为端口2和端口 3。在使用三端法测量共模抑制比时，数学是不可或缺的， 相关计算方法可以在很多地方找到。虽然数学计算对很多人 来讲过于复杂并且具有挑战性，但是幸运的是我们可以把这 些计算简化为下面这个公式，其中使用S这个参数： CMRR dB =20log (S21+S31)/(S21- S31) 端口1是不平衡端，端口2和端口3是平衡端。软件通 也许你认为已经了解了巴伦的所有性能参数，但仍然有一个重要的指标可能被你忽略了。 Q E X 专栏 Q E X C O L U MN 射频信号，在端口2和端口3测量S值。在测量时，端口2和 端口3之一连接一个50的标准负载，另一个连接到矢量网 络分析仪的测试接口。 由于在测量中必须要让巴伦工作在目标状态，输入和 输出端的阻抗必须与巴伦的工作阻抗一致，在实例中，被 测变压器的阻抗转换比为50:800，次级线路的一端连接 矢量网络分析仪的50测试端口，另一端连接了一个50 的标准负载，所以要在次级增加700。在图中可以看到 次级电路的两端各连接了一个350的精密电阻。 业余爱好者经常用双孔磁芯或铁氧体磁环来制作变压器 巴伦，也有人使用扼流巴伦。扼流巴伦可以起到抑制共模 电流的作用，制作方法是用同轴电缆盘绕几圈或者把几个 铁氧体磁环套在同轴电缆的外边。不论是哪种巴伦都可以 在固定装置上用适合的电阻来达到阻抗匹配。 除了测量共模抑制比，还可以用矢量网络分析仪测量出 巴伦的实际阻抗转换比，用适当的电阻连接巴伦平衡端的两 头，则可以测出巴伦的反射损耗并计算出驻波比。将两个相 同的巴伦平衡端互相连接，用矢量网络分析仪连接它们的不 平衡端，就可以准确地测量出巴伦的插入损耗，见图4及图 5。 在现实中，短波天线巴伦的共模抑制比究竟需要多少才 能有效地抑制共模电流？这个话题仍然存在着争议，但是不 可否认的是：在保证其他性能的前提下，共模抑制比越高越 好。我认为，在整个短波波段工作的巴伦至少要有20dB， 工作在单一波段的巴伦至少要有30dB。当然要达到30dB的 共模抑制比，巴伦还应该至少保持0.3dB的幅度平衡性和 3度的相位平衡性。一些专家专门制作了二维和三维的图 形来展示出频率对应的幅度及相位失衡关系，读者可以找来 研究。 总结 一个重要的巴伦性能测试方法曾经被忽略了，我希望 通过以上的介绍，这个方法能更多地出现在各种业余无线 电出版物和广告中。本文介绍了如何精确测量巴伦自身的 性能指标，超越了对某种天线的论述，期待读者的关注。 图2 作者为测量共模抑制比使用的固定装置 图3 用矢量网络分析仪测得1:16巴伦的共模抑制比 图4 测得的电压驻波比 图5 两个巴伦的总插入损耗 图5 两个巴伦的总插入损耗 过大量复杂的计算，可以绘制出测量的结果。 任何实际的巴伦都存在着本身固有的不平衡度，在 测量共模抑制比时，需要消除测试环境所带来