我們把發射機到天線之間的饋線稱作傳輸線,因為它有著特殊的性能。工作在高頻段的傳輸線,其長度和波長相比已成一定的倍數關係,它的分佈電容和分佈電感使線對發射機和天線都呈現出一定的阻抗。如果這個阻抗是隨意的,高頻電流電壓就會因為阻抗不匹配而線上上來回反射形成駐波。其結果是,從發射機送出去的能量一部分還沒有到達天線就發射、損耗掉了,一部分卻反射回到了發射機,造成發射機輸出級的損壞。所以,我們一定要使用有一定阻抗特性的導線,這就是傳輸線。
一、傳輸線和天線間的匹配
在實際的通信中,發信機和天線總是相隔一定的距離,需要用傳輸線連接。對於傳輸線來說,它的終端負載就是天線。不同形式的天線具有不同的阻抗,怎樣才能匹配呢?請看下面的一些實例。
1、1/4波長的天線匹配與偶極天線的連接
圖一是利用1/4波長短線進行匹配的兩種接法。它們的最佳連接點要通過試驗確定。 file:///C:/DOCUME%7E1/GY/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image002.jpg file:///C:/DOCUME%7E1/GY/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image004.jpg
2、T型匹配
T 型匹配是半波折合振子天線的變形,當振子直徑d1和T棒直徑d2相等時,天線輸入阻抗是1/2波長偶極天線的4倍。當d1>d2時,阻抗更高。天線振子和T棒的間距小,阻抗增高。單根T棒的長度L在1/8波長以內,越長阻抗越高。所加的兩隻可變電容是為了抵消增加了T棒後帶來的附加電感,具體容量需經過調試確定。T形匹配也適於連接平行電纜。T型匹配及其尺寸如圖二。
file:///C:/DOCUME%7E1/GY/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image006.jpg 3、伽瑪(γ)匹配
這實際上就是T型匹配的半邊,適合與50Ω同軸電纜連線,是一種很方便的匹配方式。其中d1>d2的比值越大,間距S越寬,γ棒長度L越長,則輸入阻抗就越高。伽瑪匹配的調整過程如下:
(1)將可變電容短路;
(2)在饋電串入一隻駐波表(駐波表要儘量靠近天線);
(3)由發射機輸入信號,並且將頻率由低到高變化,同事觀察駐波表情況;
(4)駐波表最低處即為天線實際諧振點,如果不符合要求,可以改變天線振子的長度;
(5)恢復可變電容,在發射機送入和天線諧振頻率一致的信號時,調整可變電容使駐波最小,此時駐波可能還是超過1.5;
(6)將伽瑪棒和振子間的短路現在幾釐米範圍內移動,然後重複上一步調整,使駐波接近1。
伽瑪匹配連接方法如圖三
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伽瑪匹配工作在不同波段時各部分資料如下表所示
file:///C:/DOCUME%7E1/GY/LOCALS%7E1/Temp/msohtml1/01/clip_image008.jpg 4、歐米迦(Ω)匹配
這種匹配方法和伽瑪匹配很相思,調整方法也相同,改變C1相當於改變短路線的位置。其各部分資料如下表所示。
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可以看出這種匹配的長度只有γ匹配的一半。Ω匹配的連接方法如圖四
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二、平衡/不平衡轉換
對於雙極式天線來說,它的兩個振子對地而言有著相同的參數,是“平衡”的。而現在大多數使用同軸電纜作為傳輸線,它的內導體饋電,外導體接地,對地而言是“不平衡”的。兩者之間如果直接連接,將影響性能。所以這種天線和饋線之間要加“平衡/不平衡”轉換器。
1、寬頻帶變壓器式轉換器
寬頻帶變壓器式的轉換器使用比較普遍。它也可以做成具有不同的初次級阻抗比,以便於和各種天線匹配。
單波段雙極式天和多波段雙極式天線、八木天線等的阻抗是50-75Ω,雖然從阻抗的觀點看,和電纜直接相連問題不大,但直接連接時饋電同軸電纜外導電層會有電流通過。但這不影響天線方向性的對稱,發射時還會使電臺外殼成為發射系統的一部分,引起人體接觸設備外殼時遭受高頻電流燒灼並增大損耗,收信時也會因電纜垂直部分撿拾常見的垂直極化工業電磁干擾而影響效果,因此使用轉換器式十分必要的。對於某些本身阻抗不是50Ω的天線,則更應採用適當變比的轉換器,同時完成阻抗匹配和平衡轉換的功能。
成品變壓器式的平衡/不平衡轉換器有用粗導線穿繞在磁環上支撐的,也有用直徑較大的磁棒線圈或空心線圈做成的。如果自製,應該注意一下幾個問題:導線的直徑和絕緣層的耐壓要和發信機輸出功率相配,以免燒壞或被擊穿(在實際製作眾常用同軸電纜繞制以求承受大功率);磁性材料的截面積要足夠大,在工作眾不應出現飽和;磁性材料應能工作於射頻,且導磁率要適當,一般在100左右為好;整個轉換器的防水性能要能滿足長時間室外工作的要求,等等。
具有4:1或1:1阻抗比的變壓器式平衡/不平衡轉換器線圈的繞法如圖五
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其中圖(a)為三線並繞,8-7圈,阻抗為1:1。圖(b)為雙線並繞,阻抗為4:1。在成品中,一些能承受大功率的轉換器用20mm甚至更大直徑的磁棒做骨架繞制。
這種轉換器也可以不用磁性材料,直接繞在PVC塑膠管上,圖五(c)所示轉換器用直徑為2mm的高強度漆包線繞制,PVC塑膠管骨架直徑約為27mm
(1/16英寸),長約100mm。該轉換器可以工作在3.5-30MHz。且在14MHz以下範圍可以承受700W以上的功率,在30MHz時可以承受 400W功率。
轉換器性能的測量可以用駐波比性能優良的假負載比較的辦法進行。具體辦法是,先不用轉換器,發信機直接與假負載相連,這時的駐波比應接近1;在發信機和假負載之間接上轉換器,再看駐波比,應該沒有大的變化。用這個方法再不同的波段測量,可以知道轉換器的適用工作頻帶。
2、利用同軸電纜進行平衡/不平衡轉換
用兩端長度為1/8波長的同軸電纜可以完成1:1的平衡/不平衡轉換,具體辦法如圖六
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圖七是用一段1/4波長同軸電纜完成的300Ω/75Ω1:1平衡/不平衡轉換器。
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