天線基礎知識（三）

3 傳輸線的幾個基本概念
?????? 連接天線和發射機輸出端（或接收機輸入端）的電纜稱為傳輸線或饋線。傳輸線的主要任務是有效地傳輸信號能量，因此，它應能將發射機發出的信號功率以最小的損耗傳送到發射天線的輸入端，或將天線接收到的信號以最小的損耗傳送到接收機輸入端，同時它本身不應拾取或產生雜散干擾信號，這樣，就要求傳輸線必須屏蔽。
?????? 順便指出，當傳輸線的物理長度等于或大于所傳送信號的波長時，傳輸線又叫做長線。

3.1 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、波導和微帶。平行雙線傳輸線由兩根平行的導線組成它是對稱式或平衡式的傳輸線，這種饋線損耗大，不能用于UHF 頻段。同軸電纜傳輸線的兩根導線分別為芯線和屏蔽銅網，因銅網接地，兩根導體對地不對稱，因此叫做不對稱式或不平衡式傳輸線。同軸電纜工作頻率范圍寬，損耗小，對靜電耦合有一定的屏蔽作用，但對磁場的干擾卻無能為力。使用時切忌與有強電流的線路并行走向，也不能靠近低頻信號線路。

3.2 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算公式為
Ｚ。＝〔60/√εr〕×Log ( D/d ) [ 歐]。
式中，D 為同軸電纜外導體銅網內徑； d 為同軸電纜芯線外徑；
εr 為導體間絕緣介質的相對介電常數。
通常Ｚ0 = 50 歐，也有Ｚ0 = 75 歐的。
由上式不難看出，饋線特性阻抗只與導體直徑D 和d 以及導體間介質的介電常數εr 有關，而與饋線長短、工作頻率以及饋線終端所接負載阻抗無關。

3.3 饋線的衰減系數
?????? 信號在饋線里傳輸，除有導體的電阻性損耗外，還有絕緣材料的介質損耗。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，應合理布局盡量縮短饋線長度。
?????? 單位長度產生的損耗的大小用衰減系數β 表示，其單位為dB / m（分貝／米），電纜技術說明書上的單位大都用dB / 100 m（分貝／百米） .
設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 ＝ 10 × Lg ( Ｐ1 /Ｐ2 ) ( dB )
衰減系數為
β ＝ TL/ L ( dB / m )
????? 例如， NOKIA 7 / 8 英寸低耗電纜， 900MHz 時衰減系數為β＝ 4.1 dB / 100 m ，也可寫成β＝3 dB / 73 m ， 也就是說， 頻率為900MHz 的信號功率，每經過73 m 長的這種電纜時，功率要少一半。
????? 而普通的非低耗電纜，例如， SYV-9-50-1， 900MHz 時衰減系數為β ＝ 20.1 dB / 100 m，也可寫成β＝3 dB / 15 m ，也就是說， 頻率為900MHz 的信號功率，每經過15 m 長的這種電纜時，功率就要少一半！

3.4 匹配概念
??????什么叫匹配？簡單地說，饋線終端所接負載阻抗ＺL 等于饋線特性阻抗Ｚ0 時，稱為饋線終端是匹配連接的。匹配時，饋線上只存在傳向終端負載的入射波，而沒有由終端負載產生的反射波，因此，當天線作為終端負載時，匹配能保證天線取得全部信號功率。如下圖所示，當天線阻抗為50歐時，與50 歐的電纜是匹配的，而當天線阻抗為80 歐時，與50 歐的電纜是不匹配的。
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????? 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，這時天線的工作頻率范圍就較寬。反之，則較窄。
在實際工作中，天線的輸入阻抗還會受到周圍物體的影響。為了使饋線與天線良好匹配，在架設天線時還需要通過測量，適當地調整天線的局部結構，或加裝匹配裝置。

3.5 反射損耗
?????? 前面已指出，當饋線和天線匹配時，饋線上沒有反射波，只有入射波，即饋線上傳輸的只是向天線方向行進的波。這時，饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。
?????? 而當天線和饋線不匹配時，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時，負載就只能吸收饋線上傳輸的部分高頻能量，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。
?????? 例如，在右圖中，由于天線與饋線的阻抗不同，一個為75 歐姆，一個為50 歐姆，阻抗不匹配，其結果是
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3.6 電壓駐波比
?????? 在不匹配的情況下, 饋線上同時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。其它各點的振幅值則介于波腹與波節之間。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，記為R
????反射波幅度??? （ＺL－Ｚ0）
R ＝───── ＝ ───────
??? 入射波幅度??? （ＺL＋Ｚ0 ）
波腹電壓與波節電壓幅度之比稱為駐波系數，也叫電壓駐波比，記為VSWR
波腹電壓幅度Ｖmax????????? （1 + R）
VSWR ＝ ────────────── ＝ ────
??????????? 波節電壓輻度Ｖmin????????? （1 - R）
終端負載阻抗ＺL 和特性阻抗Ｚ0 越接近，反射系數R 越小，駐波比VSWR 越接近于１，匹配也就越好。

3.7 平衡裝置
????? 信號源或負載或傳輸線，根據它們對地的關系，都可以分成平衡和不平衡兩類。
????? 若信號源兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡信號源，否則稱為不平衡信號源；若負載兩端與地之間的電壓大小相等、極性相反，就稱為平衡負載，否則稱為不平衡負載；若傳輸線兩導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。
在不平衡信號源與不平衡負載之間應當用同軸電纜連接，在平衡信號源與平衡負載之間應當用平行雙線傳輸線連接，這樣才能有效地傳輸信號功率，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載相連接，通常的辦法是在糧者之間加裝“平衡－不平衡”的轉換裝置，一般稱為平衡變換器。

3.7.1 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載半波對稱振子之間的連接。“Ｕ”形管平衡變換器還有1:4 的阻抗變換作用。移動通信系統采用的同軸電纜特性阻抗通常為50歐，所以在YAGI 天線中，采用了折合半波振子，使其阻抗調整到200 歐左右，實現最終與主饋線50 歐同軸電纜的阻抗匹配。
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3.7.2 四分之一波長平衡-不平衡器
????? 利用四分之一波長短路傳輸線終端為高頻開路的性質實現天線平衡輸入端口與同軸饋線不平衡輸出端口之間的平衡-不平衡變換。
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