自制天线假负载

自制天线假负载
林茂荣 Paul Lin, BV5OC, P.O. Box 23-575 Changhua
早期无线电爱好者制作无线电发射机时，往往使用电灯泡或日光灯管来充当天线的假负载作测试，不但便宜，也可以直接从灯泡或灯管的亮度来评估射频的输出功率。

一般说来，任何的灯泡都可以使用，但是以灯丝接近天线馈送点阻抗的灯泡最理想，例如 50 奥姆。

不过这里还是有个问题，因为我们知道一般的灯丝都有个很大的温度系数存在，当灯泡亮起时，它的阻抗变动很大，而且也会随着亮度不同而不停地变化，因此要利用这种方式来精密的测量功率，根本做不到。

要测量射频输出功率，首先要掌握的参数是天线假负载的阻抗要知道，而且这阻抗最好保持固定的常数，这样就可以利用奥姆定律，只要知道射频电流，或是跨假负载上的电压，就可以求得精确的输出功率。

为什么需要天线假负载
目前可以说在业余无线电应用领域内的射频机器输出，都是采用 50 奥姆，因此，一切的相关外围设备，自然也都是是 50 奥姆，例如功率表、驻波比表、滤波器等，它们的输入或输出端阻抗，都会是 50 奥姆。

而其实这就是关键点，只要抓住此点，你也就不难了解，为什么要调整发射机、测量输出功率、或测量滤波器线路等，都需要用到 50 奥姆的假负载。

如何设计天线假负载
首先我们要知道理想假负载的条件是什么？因为我们要从中得到精密的数据或是调整，因此，好的假负载必须要满足下面的条件：
•在应用的频率范围内，假负载必须都能呈现 50 奥姆的纯阻抗。

•有够大的耐功率，可以承受设备加诸其上的功率。

首先我们要探讨的，就是假负载的频率限制，任何电阻或是许多电阻组合成的个体，用在假负载上都会有寄生电感存在，这些都是因为电阻零件的成分或是电阻接脚所造成的。

同样的道理，电阻或是组成假负载的零组件，也都会有寄生电容存在，有些是组件的接脚间形成的，有些是其它寄生现象所产生的。

当工作频率不高时，因为这些电感与电容值很小，因此影响的程度，几乎可以忽略不计；但是当工作频率慢慢升高峙，影响的层面渐渐出现，频率到了某个程度，寄生电容与电感甚至会升到占了举足轻重的地位，此时，假负载就不是纯 阻抗了，而且阻值也会偏离 50 奥姆很多。

关于耐功率，假如设备所输出的射频完全被假负载吸收，没有任何辐射，那么这些功率会在假负载内转化成热温，这些加在电阻上功率所产生的热，如果没能尽快散掉，则电阻就会被加温，高温除了会影响电阻的阻值特性外，持续的高温甚至会损毁电阻。

一般电阻的散热是借着电阻接脚传递，或是在空气中，以辐射、对流方式自然散热。

要增大散热效果，可以把电阻排散开来，不要让它挤在一起，或者是加风扇冷却。

也可以在电阻上加散热片，但这会增加容抗，进而影响到频率响应。

另一种方法就是把假负载泡在散热油液中，但是这也会使频率特性变差。

很明显地，当假负载的工作频率升高，耐功率变大，在制作上有很多因素要考虑，如零件耐功率、零件阻抗变化等。

为了去除麻烦，自制假负载时，就必须找出合理的妥协点。

一般买来的假负载，都是使用特制的同轴电阻，并且采用特殊的连接方式，以去除寄生电感与电容的效应，这样的假负载就可以应用在更高频率上。

性能
很多人都希望可以自制假负载，而最重要的是，制作所需的零件要容易取得，我们的目标先放在高频领域内，也就是频率在 30MHz 以下，当然最好是希望在 2 米波段也可以撑一下场面，也就是希望在 30MHz 以下，性能没话可说，而在 150MHz 以下也能使用，这是设计目标，也是我们对性能的要求。

把假负载泡在使用小型奶粉罐并充填散热油 (加油站可买到，一般压缩机使用的润滑油) 的容器内，耐功率可以达到 100 瓦，并且持续 10 分钟，做 20 分钟的暂停后，又可以继续使用；或者是在功率 25 瓦以下，可以连续使用。

如果罐内不加散热油的话，耐功率就会降下来，在 25 瓦负载下，只能连续使用 10 分钟左右，但是不加油时的驻波比会比较好。

参看上图是此假负载的特性，在 30MHz 以下，驻波比都小于 1.1，而驻波比 2 时，频率可以达到 200MHz。

假负载在 30MHz 以下的性能。

在 200MHz 时，驻波比是 1.9784，很接近 2，若以此为定义，则假负载频宽是 200MHz。

制作
整部假负载是由 12 只 2 瓦的电阻拼合而成，有 7 只 560 奥姆，5 只 680 歇姆，这些电阻并联在一超时，可以得到 50 奥姆的等效电阻。

这些电阻以两块双面线路版焊接，并且以同轴电缆拉出，接到一只 BNC 头上。

由 7 只 560 奥姆，5 只 680 奥姆的 2 瓦电阻拼合而成的 50 奥姆等效电阻假负载。

减少寄生电容可以提高工作频率，为了减少寄生电容，线路版与罐盖之间，要使用铜板或是铜条焊接，除了可以减少寄生电容外，也可以兼做固定用途。

以奶粉罐制作完成的假负载外观。

制作时，要记得焊接铜板及奶粉罐盖很简单，倒是要除
焊时很不容易，因为版面很大，因此需要大功率的烙铁，这
也会恨容易伤到线路版上的电阻，因此下面有个制作顺序供
参考：
1.先加工奶粉罐盖，取中心点钻孔，装上 BNC 头。

2.奶粉罐盖上标好固定用的铜板或是铜柱位置，如果你
的接头是使用 N 型或是 M 型的方形固定座，就必须
考虑避开固定接头的螺丝孔。

3.固定好接头，除了上紧螺丝外，也要加焊锡。

4.固定好在奶粉罐盖上的铜板或是铜柱，焊接之前，最
好先旋转看看，找到最好的位置，记得两片之间要相
距 2 公分左右，因为中间还有一条同轴电缆。

5.把固定电阻用的两片双面板打洞，外围是穿电阻用
的，一般是 1mm，而中心也要打洞，不过上板要穿过
整条同轴电缆，而下板只要穿过同轴电缆的中心线就
可以了，因此，洞的大小要自行斟酌。

6.把每个电阻接脚污垢刮干净，再焊接到双面板上，先焊靠电阻的那一面，为了焊接，电阻要离
线路板约 0.4 公分，焊完之后，再焊另一面。

因为电阻值不一样，因此消耗功率也有些微差别，为了散热均匀，电阻应交叉排放，例如 560 奥姆旁是 680 奥姆电阻，这样生热会更均匀，有利于散热。

7.接着焊接电阻的另一头，先抓两对称点焊妥，好让这两线路板能维持平行，这一次要先从电阻
的尾端先焊，再焊接内侧。

8.焊接电阻时有个要领，就是烙铁要接触电阻接线，让融化的焊锡沿着接脚往线路板下垂，这样
才不会让焊锡在线路板上染成一大片，也容易造成电阻的虚焊。

焊妥之后，把多余的电阻接脚剪除。

9.安装奶粉罐盖与线路板之间的固定铜板，先在有大中心孔的线路板上做记号。

10.把固定铜板焊在线路板上，这样奶粉罐盖与假负载电阻就连在一体了。

11.在奶粉罐充填散热油之前，要先测量驻波比，除非你使用极精密的驻波比表，否则在 30MHz 以
下，都不应看到指针偏摆，可能连微小的移动都不会，这才算正常。

因为驻波比都小于 1.1。

12.加散热油到奶粉罐内，用一般的润滑油就可以了，加到离罐口约 25 公分，这样把假负载插入
时，散热油稍微升起，离罐盖约 1.5 公分，这些空间可以因应冷热变化所引起的罐内压力变化。

工业用的散热专用油，并没有卖散装的，一般引擎机油的耐温点稍低生，约 150 摄氏度。

我所用的奶粉罐，装填机油时，输入功率 100 瓦之下，在室温是 20 摄氏度的情况下，每分钟升温约 6 上摄氏度，连续 10 分钟之后，温度可以到达 85 摄氏度。

如果奶粉罐不加装散热油，可以在罐底加装风扇，顶端打孔，或者是把权内罐外都喷上黑色漆，也可以加强散热效果。