傳輸線的相關(guān)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。

使用射頻傳輸線傳送無線電波的時(shí)候，我們需要盡可能多的電波能量傳送出去，盡量少的能量停留在傳輸線上，以免造成過多的損耗。但在實(shí)際工程中，不會(huì)有這么理想的情況，射頻傳輸線里的無線電波一般都是接近行波的行駐波。

什么是行波？行波就是行動(dòng)的無線電波。無線電波在空氣或者射頻器件中傳播時(shí)其波形不斷向前推進(jìn)，其能量隨波的傳播而不斷向前傳遞，傳播介質(zhì)的任何一處，通過的平均能量不為零，就像不斷前行的隊(duì)伍一樣。

駐波就是不再繼續(xù)推進(jìn)的無線電波，雖然電波上的任何一點(diǎn)都在上下震動(dòng)，但波形沒有傳播出去，就像原地踏步的隊(duì)伍不再前進(jìn)一樣。兩列波（如入射波與反射波）振幅和頻率相同、傳播方向相反，疊加后波形不向前推進(jìn)，就是駐波。

無線電波的駐波大家不易看到，但海岸峭壁前經(jīng)?？梢钥吹剿鸟v波。前進(jìn)的水波由于受到峭壁的限制，產(chǎn)生了反射水波，前進(jìn)水波和反射水波疊加形成了水的駐波。水面做周期性升降，但并不向前傳播。

傳輸線在阻抗不匹配的情況下，同時(shí)存在入射波和反射波，就像有前進(jìn)、有返回的隊(duì)伍一樣。反射波的振幅小于入射波，入射波和反射波相疊加，形成的合成波叫行駐波。

駐波比、回波損耗等概念都是用來描述行駐波向前傳送能量和往回反射能量多少的指標(biāo)。下面分別介紹。

**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。

**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/√εr〕×Log ( 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；

εr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，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)εr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)。

**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)β 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 / 100 m（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 ＝ 10 ×Lg ( Ｐ1 /Ｐ2 ) ( dB )

衰減系數(shù) 為β ＝ TL / L ( dB / m )

例如， NOKIA 7 / 8英寸低耗電纜， 900MHz 時(shí)衰減系數(shù)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(hào)功率，每經(jīng)過 73 m 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 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(hào)功率，每經(jīng)過15 m 長的這種電纜時(shí)，功率就要少一半！

**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)天線的 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)還需要通過測量，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整天線的局部結(jié)構(gòu)，或加裝匹配裝置。

**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。

例如，在右圖中，由于天線與饋線的阻抗不同，一個(gè)為75 ohms，一個(gè)為50 ohms ，阻抗不匹配，其結(jié)果是

**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

R=反射波幅度/入射波幅度=（ＺL－Ｚ0）/（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 VSWR

VSWR= 波腹電壓幅度/波節(jié)電壓輻度 = Ｖmax （1 + R）/ 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。

**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，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 。

**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。

“Ｕ”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，采用了折合半波振子，使其阻抗調(diào)整到200歐左右，實(shí)現(xiàn)最終與主饋線50歐同軸電纜的阻抗匹配。

** 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(zhì)實(shí)現(xiàn)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。