天線與饋線匹配中的3種平衡變換

lcom諾通 發佈 2023-01-17T09:36:09.608224+00:00

天線的種類很多,其中一部分天線例如半波振子天線、折合振子天線,環形天線等屬於平衡饋電,它們都有兩個饋電點,它們都有個特點,兩個饋電點的信號電壓(或電流)的相位是互為反相的。本文將探討天線與饋線匹配中的平衡與不平衡,以及造成的影響解析。

天線的種類很多,其中一部分天線例如半波振子天線、折合振子天線,環形天線等屬於平衡饋電,它們都有兩個饋電點,它們都有個特點,兩個饋電點的信號電壓(或電流)的相位是互為反相的。本文將探討天線與饋線匹配中的平衡與不平衡,以及造成的影響解析。

我們都知道,主饋連接一般使用同軸電纜,屬於不平衡(不對稱)饋線,其內導體是饋電點,而外導體是地線點,不參與饋電。所以就算天線的特性租抗與同軸電纜相同也不能直接連接,否則,會破壞天線的對稱性,使天線兩臂上的電流大小不等,這種不平衡性會改變天線的方向圖,使之成為不對稱的方向圖,從而使饋線可能接收到各種干擾波和使饋線與天線失配。因此,在天線與同軸線連接時,不僅要考慮阻抗匹配而且還要進行平衡——不平衡變換。以下是三種常見的形式。

一、λ/4平衡變換器(λ是信號頻率的波長)

λ/4平衡變換如圖1所示,半波振子的輸入阻抗是75歐的平衡負載,用75歐的同軸電纜與之配接雖然阻抗是匹配了,但平衡卻不匹配,必須加入一個平衡變換器。

半波振子的一臂與主饋線外導體相連(圖1中的A點),另一臂與λ/4導體上端和同軸電纜的內導體相連接(圖1中的B點),λ/4導體的下端則通過短接金屬環與主饋線的外導體相接(圖1中的C點)。那麼A→B點之間的距離為λ/2,所以,B點的信號送到A點時剛好反相,這樣一來就把同軸線的不對稱變為對稱了。從A、B兩點向短接金屬環看進去是一段λ/4的短路線,其阻抗為無窮大,所以對阻抗匹配不會造成影響。

二、不對稱U型環平衡變換

如圖2所示,它由兩段特性阻抗均為75歐的同軸線構成,其中一段為λ/4,另一段為3λ/4,兩段同軸線的內導體分別與半波振子的兩臂A、B相連,另一端與主饋電纜相連於C點,可見主饋線到振子兩饋電點路徑的波程相差為3λ/4-λ/4=λ/2,即兩饋電點的信號電壓大小相等,方向相反。因而保證了平衡饋電。

阻抗匹配:由於半波振子是平衡式的,每個饋電點對地阻抗為75/2=37.5歐,饋電點A通過λ/4的75歐電纜到C點的阻抗為:75平方/37.5=150歐,饋電點B通過3λ/4(λ/4的奇數倍)75歐電纜到C點的阻抗為:75平方/37.5=150歐,那麼C點的合成阻抗為:150/2=75歐。顯然和主饋電纜的阻抗是匹配的。

三、λ/2平衡變換器

λ/2平衡變換器又叫U型平衡變換器,如圖3所示,折合半波振子天線(輸入阻抗為300歐)與會75歐的同軸線連接時,二者阻抗不匹配,因此必須在它們之間加裝U型平衡變換器。從圖3可看出,饋電點A和B的對地阻抗為300/2=150歐,信號從主饋電纜傳至A點分成兩路,分別供給振子左右兩邊的負載。由於A、B兩饋電點的波程差為λ/2。因此,A、B兩饋電點的電源大小相等,方向相反,從而達到了平衡變換的目的。

再看阻抗方面,由於A、B兩點的對地阻抗均為150歐,那麼合成在一起後,A點的阻抗應為兩饋電點的並聯值即150/2=75歐,所以阻抗也是匹配的。

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