测量短波天馈系统馈线上的共模电流是一个非常重要且实用的技能。它可以帮助您诊断和解决一系列问题,例如:
· 射频干扰:对电视、音响、网络设备等造成干扰。
· 辐射模式失真:影响天线的预期方向和效率。
· 系统效率降低:能量没有有效辐射出去,而是损耗在馈线和设备外壳上。
· 人身安全:过强的共模电流可能导致在触碰设备时被射频灼伤。
下面详细介绍几种测量方法,从最常用、最推荐的方法到其他方法。
方法一:使用射频电流钳(最推荐的方法)
这是最准确、对系统影响最小的专业方法。
所需设备:
- 射频电流钳:这是核心工具。它像一个夹子,可以卡在馈线外面。确保其频率范围覆盖您使用的短波波段(例如 1-30 MHz)。
- 频谱分析仪或带峰值保持功能的射频场强仪:用于读取电流钳感应到的信号强度。一些现代天线分析仪也可能具备这个功能。
- 信号源(可选但推荐):您的电台本身。为了测量准确,最好在发射状态下进行。
测量步骤:
- 系统连接:按照 电台 -> 功率/驻波表 -> 电流钳 -> 天线 的顺序连接好系统。确保电流钳安装在天线调谐器(如果有)之后,并且尽量靠近天线的馈电点。
- 钳位放置:将射频电流钳钳在馈线屏蔽层的外面。确保钳口完全闭合,并且只包围一根馈线。
- 设置仪器:
· 将频谱分析仪或场强仪连接到电流钳的输出接口。
· 设置中心频率为您要测试的频率。
· 设置合适的扫描带宽(Span)和参考电平。
- 进行测量:
· 让电台在您常用的频率和模式下以较低功率(如 5-10W)发射一个连续波信号。
· 在频谱分析仪上会观察到一个峰值。记录下该频率点的信号强度(通常是 dBμA 或类似的单位)。
· 注意安全! 确保没有人会接触到正在发射的天线系统。
如何解读结果:
· 绝对值:没有一个绝对的“安全”阈值,但通常认为,如果共模电流导致的辐射比天线主辐射低 20-30 dB,就是可以接受的。对于业余无线电爱好者,一个常见的经验法则是:在 100W 功率下,如果读数远低于 -10 dBμA,通常问题不大。如果读数很高(例如 > 0 dBμA),则表明存在严重的共模电流。
· 相对值:更实用的方法是比较。在多个波段测量,如果在某个特定波段读数显著高于其他波段,说明该波段的天线平衡或接地系统存在问题。
方法二:使用射频热偶电流表(经典方法)
这是一种较老但非常直接的方法,可以直接读出电流值。
原理: 将一个热偶型电流表串联在馈线的屏蔽层中,直接测量回流电流。在平衡系统中,这个电流应该接近于零。
步骤:
- 制作测量工具:需要将一个射频电流表(如 Bird 43 的特定元件)串联到一段短的馈线屏蔽层中。这通常需要自制一个特殊的连接器。
- 中断屏蔽层:在靠近天线馈电点的地方,将馈线的屏蔽层断开。
- 串联测量:将制作好的测量工具串联到断开的屏蔽层中。
- 发射并读数:电台以低功率发射,直接从电流表上读取电流值(通常是毫安或安培)。
优缺点:
· 优点:直接读数,无需复杂仪器。
· 缺点:需要中断馈线,操作不便,且对系统引入了改动,可能影响测量结果本身。现在已较少使用。
方法三:使用示波器(定性观察)
如果您有高频示波器,可以进行定性观察。
步骤:
- 用一个小的金属片或一圈电线作为探头,靠近馈线。
- 将这个小探头连接到示波器的输入端。
- 电台发射时,在示波器上会看到射频信号。
- 移动探头的位置,观察信号幅度的变化。当靠近共模电流强的区域时,信号幅度会明显增大。
优缺点:
· 优点:可以直观看到射频信号的存在。
· 缺点:无法得到精确的电流值,结果受探头形状和距离影响很大,只能作为定性判断。
方法四:简易“射频烧灼”测试(非常粗略)
这是一种非常原始但能说明问题的方法,请务必在极低功率下(< 5W)并极其小心地进行。
步骤:
- 取一个 47Ω 或 51Ω 的 1-2W 碳膜电阻。
- 电台以 1W 以下 的功率发射。
- 用一根导线,一端接在电阻的一条腿上,另一端用手按住(或用一个夹子)接触到馈线的屏蔽层外皮。
- 用电阻的另一条腿去快速、轻轻地点触馈线的屏蔽层。
· 如果电阻瞬间发热、冒烟甚至烧毁:说明存在非常强的共模电流。
· 如果毫无反应:说明共模电流很小。
警告: 此方法有损坏元件的风险,且不安全,不推荐常规使用,仅供紧急情况下的粗略判断。
总结与建议
方法 准确性 易用性 对系统影响 成本
射频电流钳 高 中 无 高
热偶电流表 高 低 有 中
示波器定性 低 中 无 高
简易烧灼测试 极低 低 无 极低
最佳实践建议:
- 首选射频电流钳,它是诊断射频问题的标准工具。
- 测量时,始终从低功率开始。
- 测量位置应尽量靠近天线馈电点,这里的共模电流最明显。
- 进行多频点测量,绘制出共模电流随频率变化的曲线。
- 测量本身不是目的,解决问题才是。发现共模电流过大后,应采取措施,如:
· 安装或检查 巴伦。
· 改善电台室的接地和射频接地。
· 使用共模扼流圈。
通过系统性地测量和解决共模电流问题,您的短波通信系统将更高效、更安全,对他人设备的干扰也会更小。