自製天線假負載No.44 1996 Sep. p81~83, by 林茂榮 Paul Lin, BV5OC, P.O. Box 23-575 Changhua 早期無線電愛好者製作無線電發射機時,往往使用電燈泡或日光燈管來充當天線的假負載作測試,不但便宜,也可以直接從燈泡或燈管的亮度來評估射頻的輸出功率。 一般說來,任何的燈泡都可以使用,但是以燈絲接近天線饋送點阻抗的燈泡最理想,例如 50 歐姆。不過這裡還是有個問題,因為我們知道一般的燈絲都有個很大的溫度係數存在,當燈泡亮起時,它的阻抗變動很大,而且也會隨著亮度不同而不停地變化,因此要利用這種方式來精密的測量功率,根本做不到。 要測量射頻輸出功率,首先要掌握的參數是天線假負載的阻抗要知道,而且這阻抗最好保持固定的常數,這樣就可以利用歐姆定律,只要知道射頻電流,或是跨假負載上的電壓,就可以求得精確的輸出功率。
為什麼需要天線假負載 目前可以說在業餘無線電應用領域內的射頻機器輸出,都是採用 50 歐姆,因此,一切的相關週邊設備,自然也都是是 50 歐姆,例如功率錶、駐波比錶、濾波器等,它們的輸入或輸出端阻抗,都會是 50 歐姆。而其實這就是關鍵點,只要抓住此點,你也就不難了解,為什麼要調整發射機、測量輸出功率、或測量濾波器線路等,都需要用到 50 歐姆的假負載。
如何設計天線假負載首先我們要知道理想假負載的條件是什麼?因為我們要從中得到精密的數據或是調整,因此,好的假負載必須要滿足下面的條件:
首先我們要探討的,就是假負載的頻率限制,任何電阻或是許多電阻組合成的個體,用在假負載上都會有寄生電感存在,這些都是因為電阻零件的成分或是電阻接腳所造成的。同樣的道理,電阻或是組成假負載的零組件,也都會有寄生電容存在,有些是元件的接腳間形成的,有些是其他寄生現象所產生的。當工作頻率不高時,因為這些電感與電容值很小,因此影響的程度,幾乎可以忽略不計;但是當工作頻率慢慢升高峙,影響的層面漸漸出現,頻率到了某個程度,寄生電容與電感甚至會升到佔了舉足輕重的地位,此時,假負載就不是純阻抗了,而且阻值也會偏離 50 歐姆很多。 關於耐功率,假如設備所輸出的射頻完全被假負載吸收,沒有任何輻射,那麼這些功率會在假負載內轉化成熱溫,這些加在電阻上功率所產生的熱,如果沒能盡快散掉,則電阻就會被加溫,高溫除了會影響電阻的阻值特性外,持續的高溫甚至會損毀電阻。 一般電阻的散熱是藉著電阻接腳傳遞,或是在空氣中,以輻射、對流方式自然散熱。要增大散熱效果,可以把電阻排散開來,不要讓它擠在一起,或者是加風扇冷卻。也可以在電阻上加散熱片,但這會增加容抗,進而影響到頻率響應。另一種方法就是把假負載泡在散熱油液中,但是這也會使頻率特性變差。 很明顯地,當假負載的工作頻率升高,耐功率變大,在製作上有很多因素要考慮,如零件耐功率、零件阻抗變化等。為了去除麻煩,自製假負載時,就必須找出合理的妥協點。一般買來的假負載,都是使用特製的同軸電阻,並且採用特殊的連接方式,以去除寄生電感與電容的效應,這樣的假負載就可以應用在更高頻率上。
性能很多人都希望可以自製假負載,而最重要的是,製作所需的零件要容易取得,我們的目標先放在高頻領域內,也就是頻率在 30MHz 以下,當然最好是希望在 2 米波段也可以撐一下場面,也就是希望在 30MHz 以下,性能沒話可說,而在 150MHz 以下也能使用,這是設計目標,也是我們對性能的要求。 把假負載泡在使用小型奶粉罐並充填散熱油 (加油站可買到,一般壓縮機使用的潤滑油) 的容器內,耐功率可以達到 100 瓦,並且持續 10 分鐘,做 20 分鐘的暫停後,又可以繼續使用;或者是在功率 25 瓦以下,可以連續使用。如果罐內不加散熱油的話,耐功率就會降下來,在 25 瓦負載下,只能連續使用 10 分鐘左右,但是不加油時的駐波比會比較好。參看上圖是此假負載的特性,在 30MHz 以下,駐波比都小於 1.1,而駐波比 2 時,頻率可以達到 200MHz。
製作整部假負載是由 12 只 2 瓦的電阻拼合而成,有 7 只 560 歐姆,5 只 680 歇姆,這些電阻並聯在一超時,可以得到 50 歐姆的等效電阻。這些電阻以兩塊雙面線路板銲接,並且以同軸電纜拉出,接到一只 BNC 頭上。
減少寄生電容可以提高工作頻率,為了減少寄生電容,線路板與罐蓋之間,要使用銅板或是銅條銲接,除了可以減少寄生電容外,也可以兼做固定用途。 製作時,要記得銲接銅板及奶粉罐蓋很簡單,倒是要除焊時很不容易,因為板面很大,因此需要大功率的烙鐵,這也會很容易傷到線路板上的電阻,因此下面有個製作順序供參考:
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