【题目编号】MC1-0766
【题目】在用天线阻抗分析仪测量某天线失配情况下的阻抗表现时,我们会发现仪表的读数随天线和仪表间电缆跳线的长度而变。为保证测量的准确性,可以采取如下措施:
【答案】A
[A]使用电气长度正好等于测量波长的连接电缆
[B]换用接触面镀金的高档电缆接头
[C]用高档纯银音响线材代替普通铜质同轴电缆
[D]将电缆外皮妥善接地,并将仪表放入屏蔽室
考点速览
本题考用天线阻抗分析仪测量失配天线时的操作技巧。当天线失配时,从仪表到天线之间的连接电缆(跳线)本身会参与阻抗变换,导致仪表读数随跳线长度变化。要消除这个影响,需要让跳线的电长度等于测量波长的整数倍,使输入阻抗恰好等于负载的真实阻抗,从而把跳线从测量链路中"透明化"。
原理与依据
阻抗分析仪通过电缆接天线时,测到的是电缆始端的输入阻抗,而非天线端口的真实阻抗。输入阻抗公式:
Zin = Z0 × (ZL + jZ0 tanβl) / (Z0 + jZL tanβl)
当 tanβl = 0 时,Zin = ZL,始端读数等于终端真实阻抗。tanβl = 0 的条件是 βl = nπ,即电长度 l = nλ/2(半波长的整数倍)。半波长的整数倍里自然包括 l = λ(一个测量波长 = 两个半波长)。所以选项 A"电气长度正好等于测量波长的连接电缆"满足 tanβl = 0,此时跳线对阻抗测量不产生任何变换,仪表直接读到天线端口的真实阻抗。
为什么一个波长(λ)等于两个半波长、也能让 Zin = ZL?因为 βl = 2πl/λ,当 l = λ 时 βl = 2π,tan2π = 0,代入公式得 Zin = ZL。半波长整数倍(λ/2、λ、3λ/2……)都满足。更常用的是半波长,但一个整波长同样成立。关键是取"电长度"而非"物理长度"为波长的整数倍——电长度还要考虑介质带来的波长缩短。聚乙烯介质的同轴电缆波长缩短系数约 0.66,即线上波长约为自由空间的 0.66 倍,剪跳线时必须按这个系数折算,否则物理长度等于波长、电长度却不对。
如果跳线长度不是半波长的整数倍,tanβl ≠ 0,跳线就会把负载阻抗 ZL 变换成另一个值,失配越严重、变换越明显,仪表读数随跳线长度变化,这就是题述现象。校准或选用半波长整数倍的跳线,能让仪表读到天线的真实阻抗,进而判断失配的真实程度。
逐项辨析
选项 A 正确,理由如上:电长度等于测量波长(或其整数倍)时 tanβl = 0,输入阻抗等于负载阻抗。
选项 B 错误。镀金接头只能降低接触电阻、减少插损和接触不良,无法改变跳线本身随电长度产生的阻抗变换。阻抗变换是传输线长度和波长决定的,与接头材质无关。
选项 C 错误。纯银音响线根本不是传输线,特性阻抗不可控、没有稳定屏蔽,用它替代同轴电缆会引入更大的测量误差,纯属干扰项。
选项 D 错误。把电缆外皮接地、仪表放屏蔽室只能减少外界干扰和信号泄漏,不能消除"跳线电长度导致的阻抗变换"这一内在效应。阻抗变换发生在内导体与外导体之间,与外壳是否接地无关。
易混淆点
要分清两类影响测量的因素:一是"跳线电长度引起的阻抗变换",这是传输线固有的、随频率变化的效应,只能用半波长整数倍跳线消除;二是"接头接触、屏蔽、干扰"等外部因素,那些靠镀金、接地、屏蔽室解决,但解决不了第一类问题。另一个易混点是物理长度与电长度:选跳线必须按电长度算(介质缩短系数),不能只看物理长度。
应试要点
记一条判据:想让跳线在测量中"透明",让它的电长度等于半波长的整数倍(整波长也算),这样始端阻抗等于终端阻抗。四个选项里,凡是用"换接头、换线材、接地屏蔽"来解决问题的都治标不治本,唯一治本的是控制跳线电长度。