傳輸線的基本概念

1、第四講傳輸線的基本概念傳輸線的幾個(gè)基本概念連接天線和發(fā)射機(jī)輸出端(或接收機(jī)輸入端)的電纜稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務(wù)是有效地傳輸信號(hào)能量，因此，它應(yīng)能將發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)功率以最小的損耗傳送到發(fā)射天線的輸入端，或?qū)⑻炀€接收到的信號(hào)以最小的損耗傳送到接收機(jī)輸入端，同時(shí)它本身不應(yīng)拾取或產(chǎn)生雜散干擾信號(hào)，這樣，就要求傳輸線必須屏蔽。順便指出，當(dāng)傳輸線的物理長度等于或大于所傳送信號(hào)的波長時(shí)，傳輸線又叫做長線。4.1 傳輸線的種類超短波段的傳輸線一般有兩種：平行雙線傳輸線和同軸電纜傳輸線；微波波段的傳輸線有同軸電纜傳輸線、波導(dǎo)和微帶。平行雙線傳輸線由兩根平行的導(dǎo)線組成它是對(duì)稱式或平衡式的傳輸線，這種

2、饋線損耗大，不能用于UHF頻段。同軸電纜傳輸線的兩根導(dǎo)線分別為芯線和屏蔽銅網(wǎng)，因銅網(wǎng)接地，兩根導(dǎo)體對(duì)地不對(duì)稱，因此叫做不對(duì)稱式或不平衡式傳輸線。同軸電纜工作頻率范圍寬，損耗小，對(duì)靜電耦合有一定的屏蔽作用，但對(duì)磁場(chǎng)的干擾卻無能為力。使用時(shí)切忌與有強(qiáng)電流的線路并行走向，也不能靠近低頻信號(hào)線路。4.2 傳輸線的特性阻抗無限長傳輸線上各處的電壓與電流的比值定義為傳輸線的特性阻抗，用z0表示。同軸電纜的特性阻抗的計(jì)算公式為Z。=60/，erXLog(D/d)歐。式中，D為同軸電纜外導(dǎo)體銅網(wǎng)內(nèi)徑；d為同軸電纜芯線外徑；cr為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。通常Z0=50歐，也有Z0=75歐的。由上式不難看出

3、，饋線特性阻抗只與導(dǎo)體直徑D和d以及導(dǎo)體間介質(zhì)的介電常數(shù)£r有關(guān)，而與饋線長短、工作頻率以及饋線終端所接負(fù)載阻抗無關(guān)。4.3 饋線的衰減系數(shù)信號(hào)在饋線里傳輸，除有導(dǎo)體的電阻性損耗外，還有絕緣材料的介質(zhì)損耗。這兩種損耗隨饋線長度的增加和工作頻率的提高而增加。因此，應(yīng)合理布局盡量縮短饋線長度。單位長度產(chǎn)生的損耗的大小用衰減系數(shù)B表示，其單位為dB/m(分貝/米)，電纜技術(shù)說明書上的單位大都用dB/100m(分貝百米).設(shè)輸入到饋線的功率為P1,從長度為L(m)的饋線輸出的功率為P2,傳輸損耗TL可表示為：TL=10XLg(P1/P2)(dB)衰減系數(shù)為B=TL/L(dB/m)例如，NOK

4、IA7/8英寸低耗電纜，900MHz時(shí)衰減系數(shù)為B=4.1dB/100m,也可寫成B=3dB/73m,也就是說，頻率為900MHz的信號(hào)功率，每經(jīng)過73m長的這種電纜時(shí)，功率要少一半。而普通的非低耗電纜，例如，SYV-9-50-1,900MHz時(shí)衰減系數(shù)為0=20.1dB/100m,也可寫成B=3dB/15m,也就是說，頻率為900MHz的信號(hào)功率，每經(jīng)過15m長的這種電纜時(shí)，功率就要少一半！4.4 匹配概念什么叫匹配？簡單地說，饋線終端所接負(fù)載阻抗ZL等于饋線特性阻抗Z0時(shí)，稱為饋線終端是匹配連接的。匹配時(shí)，饋線上只存在傳向終端負(fù)載的入射波，而沒有由終端負(fù)載產(chǎn)生的反射波，因此，當(dāng)天線作為終端

5、負(fù)載時(shí)，匹配能保證天線取得全部信號(hào)功率。如下圖所示，當(dāng)天線阻抗為50歐時(shí)，與50歐的電纜是匹配的，而當(dāng)天線阻抗為80歐時(shí)，與50歐的電纜是不匹配的。如果天線振子直徑較粗，天線輸入阻抗隨頻率的變化較小，容易和饋線保持匹配，這時(shí)大線的工作頻率范圍就較寬。反之，則較窄。在實(shí)際工作中，天線的輸入阻抗還會(huì)受到周圍物體的影響。為了使饋線與天線良好匹配，在架設(shè)天線時(shí)還需要通過測(cè)量，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整天線的局部結(jié)構(gòu)，或加裝匹配裝置。電纜50ohms50011ms60ohms4.5 反射損耗前面已指出，當(dāng)饋線和天線匹配時(shí)，饋線上沒有反射波，只有入射波，即饋線上傳輸?shù)闹皇窍蛱炀€方向行進(jìn)的波。這時(shí)，饋線上各處的電壓幅度與電

6、流幅度都相等，饋線上任意一點(diǎn)的阻抗都等于它的特性阻抗。而當(dāng)天線和饋線不匹配時(shí)，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時(shí)，負(fù)載就只能吸收饋線上傳輸?shù)牟糠指哳l能量，而不能全部吸收，未被吸收的那部分能量將反射回去形成反射波。輻射9.6W天馥75ohms例如，在右圖中，由于天線與饋線的阻抗不同，一個(gè)為75ohms,一個(gè)為50ohms,阻抗不匹配，其結(jié)果是朝前10W.傳給線.a50ahms',返回（MW這里的反射損耗為18g（10M4）=14陽4.6 電壓駐波比在不匹配的情況下，饋線上同時(shí)存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方，電壓振幅相加為最大電壓振幅Vmax,形成波腹；而在入射波和反射

7、波相位相反的地方電壓振幅相減為最小電壓振幅Vmin,形成波節(jié)。其它各點(diǎn)的振幅值則介于波腹與波節(jié)之間。這種合成波稱為行駐波。反射波電壓和入射波電壓幅度之比叫作反射系數(shù)，記為R反射波幅度（ZLZ0）R=VSWR入射波幅度（ZL+Z0）波腹電壓與波節(jié)電壓幅度之比稱為駐波系數(shù)，也叫電壓駐波比，記為波腹電壓幅度max（1+R）VSWR=波節(jié)電壓輻度Vmin(1-R)終端負(fù)載阻抗ZL和特性阻抗Z0越接近，反射系數(shù)R越小，駐波比VSWR越接近于1,匹配也就越好。4.7 平衡裝置信號(hào)源或負(fù)載或傳輸線，根據(jù)它們對(duì)地的關(guān)系，都可以分成平衡和不平衡兩類。若信號(hào)源兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡信號(hào)源

8、，否則稱為不平衡信號(hào)源；若負(fù)載兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡負(fù)載，否則稱為不平衡負(fù)載；若傳輸線兩導(dǎo)體與地之間阻抗相同，則稱為平衡傳輸線，否則為不平衡傳輸線。在不平衡信號(hào)源與不平衡負(fù)載之間應(yīng)當(dāng)用同軸電纜連接，在平衡信號(hào)源與平衡負(fù)載之間應(yīng)當(dāng)用平行雙線傳輸線連接，這樣才能有效地傳輸信號(hào)功率，否則它們的平衡性或不平衡性將遭到破壞而不能正常工作。如果要用不平衡傳輸線與平衡負(fù)載相連接，通常的辦法是在糧者之間加裝“平衡不平衡”的轉(zhuǎn)換裝置，一般稱為平衡變換器。4.7.1 二分之一波長平衡變換器又稱“U”形管平衡變換器，它用于不平衡饋線同軸電纜與平衡負(fù)載半波對(duì)稱振子之間的連接?！癠”形管平衡變換器還有1:4的阻抗變換作用。移動(dòng)通信系統(tǒng)采用的同軸電纜特性阻抗通常為50歐，所以在YAGI天線中，采用了折合半波振