用扫频仪测量电视机与天线的匹配

(陈国梁)电视天线、馈线与电视机连接起来之后，在所接收的信号频率范围内，如果不匹配，就会造成信号的损失，严重时还会使图象出现重影。因此，人们很关心电视天线与馈线和电视机连接起来时的匹配情况。本文就这一问题介绍利用扫频仪测量匹配情况的方法。

当电视天线将接收到的信号传送给馈线时，若天线、馈线和高频头之间是匹配的，则馈线上只有从天线来的入射波，没有反射波。这时，接收信号在馈线各处建立的电压幅度是相等的，如图1所示。这种情况称为“传输匹配”，它要求天线的输入阻抗、馈线的特性阻抗和电视机高频头的输入阻抗均相同。虽然这些阻抗是以欧姆（Ω）来计量，但与电路中的概念不同，这些阻抗是从高频场的概念出发而定义的“波阻抗”，用欧姆表测不出来。

当不匹配时，就会产生反射波、在馈线上的某些地方，入射波和反射波的相位相同，而在另一些地方则相位相反，相同处建立起的电压幅度增大，相反处建立的电压幅度减小。这样，在馈线上各处的电压幅度有高、有低的周期性变化而形成驻波，见图2，通常所说的电压驻波比系数V．S．W．R（简称驻波比）就是馈线上电压最大值U\(_{max}\)与电压最小值Umin之比。即V．S．W．R=U\(_{max}\)／Umin。因电压最大时，是入射波电压和反射波电压的同相叠加，而电压最小时是入射波电压和反射波电压的反相叠加，所以有：U\(_{max}\)=|U入|+|U\(_{反}\)|及Umin=|U\(_{入}\)|-|U反|，而馈线某点上的反射系数P的定义是该点反射波电压与入射波电压之比，即P=U\(_{反}\)／U入或|P|=|U\(_{反}\)|/|U入|所以，V．S．W．R=|U\(_{入}\)|＋|U反|／|U\(_{入}\)|-|U反|=1+|P|/1-|P|。该式表明了馈线上电压驻波比与反射系数的关系。显然，在匹配时，反射系数为零，电压驻波比为1。这是理想情况。如果不匹配，究竟信号的能量损失了多少？可以利用扫频仪（如BT—7）根据上述原理与图3所示接线图进行测试。扫频仪的中心频率应与被测天线欲接收的电视信号频率吻合。图3中的测试盒内元件及电路，见图4。它实际上是个检波头，为了减少外界环境影响，制作了金属屏蔽盒，并配以高频插座以便用高频电缆和扫频仪的输入、输出端连接。图3中测试电缆L的特性阻抗与扫频仪输出端阻抗是一致的，其长约20～30米。

1．将测试电缆L的芯线末端a对电缆的屏蔽层短接（即呈短路状），调整扫频仪中心频率至被测天线的工作频段上。这时，扫频仪荧光屏上将显示出如图5所示的整齐波形。调扫频仪的“垂直幅度”钮，使波形占较多的格数，并记下格数为A，保持此钮位置不变。

2．将测试电缆芯线末端a与被测天线的一端b连接；天线另一端和电缆屏蔽层接地。这时荧光屏上将出现如图6所示的参差不齐的波形，记下天线在工作频段Δf=f\(_{2}\)-f1的范围内，波形起伏的格数B。

3．按公式P=B／A；V．S．W．R=\(\frac{A+B}{A-B}\)计算被测天线的电压反射系数P和驻波比V．S．W．R值。

4．由反射系数或驻波比的值可从表查得功率反射系数和功率传输衰减的分贝值。

1．在天线工作频段内（Δf）波形幅度大大减小，说明在此Δf内被测天线的输入阻抗与测试电缆L的特性阻抗近于匹配状态。另外，Δf愈大，由于天线输入阻抗的变化，因而它所对应的波形起伏格数B越多，即匹配越不好。若用电压驻波比来衡量，在完全匹配时B=0，则V．S．W．R=1。一般驻波比大于1。

2．测试电缆L不宜用太细、太长的。否则造成电磁波损耗加大，影响测试精度，使反射系数测量值低于实际值。

3．测试电缆L的长度选择与所使用的扫频仪最大扫频宽度有关。扫频宽度大的扫频仪，可使用较短的电缆。但电缆又不能过短，否则会使荧光屏上波形起伏格数不够。L还与电缆内、外导体间的绝缘材料的介电常数ε\(_{r}\)的平方根成反比，εr大则L短。所以，L的大小，是在保证荧光屏上有一定的波形起伏数（如4～5个）的前提下，尽可能短些。对BT—7扫频仪来说，采用SYV—75—1型同轴电缆，其介电常数ε\(_{r}\)≈2.3，扫频仪在各电视频道中心频率左右的最大扫频宽度为±7.5MHz，在保证波形数不少于4时，L为25米。

4．上述测试方法要求被测天线、测试电缆和扫频仪输出端三者阻抗一致。而实际上被测天线输入阻抗不一定都是75Ω；扫频仪输出端的阻抗也有的不是75Ω（如南京生产的BT—14型扫频仪输出端的阻抗是50Ω）。这时应采用阻抗交换，使三者一致，否则将给测量带来误差。

5．由图3可以看出，为了能与测试电缆L连接起来，要求被测天线是不对称式的，即要求被测天线有一接线端是接地的。实际上，电视接收天线往往都是对称式的，尤其是室外定向接收天线更是如此，这就要求在被测天线与测试电缆之间加一变换器，进行对称——不对称转换。图7给出了被测天线阻抗与电缆L特性阻抗不同时的两种接线法：（a）是天线阻抗为300Ω对称型转换成不对称式75Ω的接法；（b）是把被测半波天线阻抗为对称75Ω转换成不对称式75Ω以便与测试电缆L连接起来。在（b）的情况下，可以用原来与被测天线相连的馈线（往往也是特性阻抗为75Ω的同轴电缆）来代替图3中测试电缆L，两者在直径、长度相差不多时，代替后不会带来多大误差。

若扫频仪输出端阻抗是50Ω，这时测试电缆L仍可用特性阻抗为75Ω的同轴电缆，而只需要将图4中的C与B连线的虚线处串入—Г型电阻网络，见图8所示，以保证从C’和B’分别向左，向右看去的阻抗为75Ω和50Ω，从而达到与测试电缆L特性阻抗Z\(_{o}\)和扫频仪输出端阻抗Zg（图中虚线所示）匹配。图8中R\(_{1}\)、R2可用标称值为43Ω和91Ω的电阻代替。

在UHF频段测试时，最好使用无感电阻，以减小误差。

6．在不知道扫频仪输出端阻抗Z\(_{g}\)时或者既使扫频仪输出端标称阻抗Zg与测试电缆L的特性阻抗Z\(_{o}\) 相同，而实际上的Zg值也未必与标称值完全相符时，可以用下述方法测量扫频仪输出端的真实阻抗。方法是：先用超高频毫状表（如用DA—22）测量扫频仪空载（即开路）时的输出端电压值U\(_{开}\)。再如图9，在扫频仪的输出端跨接一个阻值准确的无感电阻R，再测量输出电压得出另一电压值UR。若令m=U\(_{开}\)/UR，总有m＞1。开路时，电流为零，则有m=（R+Z\(_{g}\)）/R，可解出Zg= （m－1）R。

测量中，会遇到测试电缆本身的特性阻抗不均匀，因此选用测试电缆时应予以注意。

如对工作在第5及第8频道的两根室外对称半波振子天线进行测量。由于半波振子的输入阻抗为75Ω，所以测试电缆用特性阻抗为75Ω的SYV—75—2型电缆代替，长为30米。在被测天线与原馈线连接处使用了对称——不对称变换器，故可将馈线直接与测试盒C连接。在第5及第8两频道上测试时均使A为6格。扫频仪采用了BT－7型，输出端阻抗为75Ω，故可直接与测试盒B点相连。测试结果：第5频道在84～92MHz范围内B\(_{1}\)为1.8格，电压反射系数P1=B\(_{1}\)／A=0.3，电压驻波比约为1.9。查表可知：信号的功率反射系数为P1\(^{2}\)=9.6％，即功率传输受到0.44分贝的衰减；第8频道在183～191MHz的带宽范围内，B\(_{2}\)为1.2格，电压反射系数P2=B\(_{2}\)／A=0.2，电压驻波比为1.5，信号的功率反射损失为P22=4％，即功率传输受到0.18分贝的衰减。图10中的a、b分别是它们的实测曲线。这个方法对于通信、遥测、遥控等定向天线原则上也适用。