如何用平行雙線開口解釋天線輻射的基本原理

在《微波傳輸線概括》中我們以平行雙線作為電磁波傳輸線的開端，但是我翻遍了《微波工程》，也沒找到這根雙線的章節(jié)，并且在這十多年的射頻設(shè)計中，也沒有用到過這類線。

但是好多微波理論計算的起點卻是從平行雙線開始的，我們用平行雙線的開口來解釋天線輻射的基本原理；也利用平行雙線模型來推導(dǎo)傳輸線的路模型。

其實這根隱入塵埃中的傳輸線，不僅僅是電磁波傳輸線的起點，也是很多80后小時候最常見的一種電磁波傳輸線。陪伴我們一起追恐龍?zhí)丶笨速愄?，追新白娘子傳奇，追還珠格格時的老電視，連接室外房頂上的那根白色線就是平行雙線。那個需要轉(zhuǎn)動方向來調(diào)整電視信號的天線就是大名鼎鼎的八木-宇田天線。

至今還記得，一個人上房頂上轉(zhuǎn)天線，一個人盯著電視報清晰度的場景。

隨著科技的發(fā)展，這種老物件越來越見不到了。

但是平行雙線作為電磁波傳輸線的起點，射頻人還是最好有所了解的。今天這篇文章就帶你回憶一下平行雙線。

平行雙線是用兩根平行的導(dǎo)體組成，通常是由兩股交合的或者 實芯的銅線組成，有時候也用銅包鋼來降低成本，有塑料支撐來控制精確的雙線間距。

平行雙線的設(shè)計結(jié)構(gòu)如上圖b 所示，其特征阻抗與兩個平行導(dǎo)線的間距以及導(dǎo)線的直徑相關(guān)。

平行雙線的均勻間距是傳輸線的關(guān)鍵尺寸，間距的任何變化都會引起阻抗的突變。

平行雙線的常用阻抗有600歐姆，450歐姆，300歐姆和75歐姆。最常用的是300歐姆特征阻抗的平行雙線，曾廣泛應(yīng)用于連接電視機和調(diào)頻收音機和他們的接收天線。

在用于低頻傳輸時，平行雙線的損耗明顯優(yōu)于小型的柔性同軸電纜，比圖RG-58型同軸電纜在30MHz工作時，每100米的損耗為6.6dB ，而300歐姆的平行雙線每100米的損耗僅0.55dB。并且平行雙線的成本要比柔性同軸線低得多，所以在我們小時候的電視上，經(jīng)常用到這種傳輸線。

平行雙線是一種平衡傳輸線，兩條線之間的間距要遠小于其傳輸?shù)碾姶挪ǖ牟ㄩL，一根導(dǎo)線上的射頻電流與另一根導(dǎo)線中的射頻電流大小相等，方向相反，因此在遠離傳輸線的遠場區(qū)，由一根導(dǎo)線輻射的電磁波和另一根導(dǎo)線輻射的電磁波等輻且反向，這樣就可以相互疊加抵消，因此線路幾乎不輻射電磁波能量。

類似的，任何外部干擾輻射的無線電波將在兩根導(dǎo)線中感應(yīng)出沿相同方向傳輸?shù)牡容椡蛏漕l電流，由于傳輸端負載跨接在兩根導(dǎo)線上，因此平行雙線中只有差分反向電流才會在負載中產(chǎn)生電流。這樣干擾電流就被抵消了，所以平行雙線也不會引入干擾噪聲。

但是如果一個金屬體靠近平行雙線，其金屬體距離兩根平行線的距離不同，因此感應(yīng)電流大小也不同，這樣電流就不會互相抵消，進而引起平行雙線內(nèi)的功率損耗，因此平行雙線必須與金屬體保持一定的距離。

但是隨著電磁波頻率的升高，平行雙線的輻射損耗和介質(zhì)損耗都會顯著提升，并且高頻更容易受到外界的干擾，所以工程師們也曾用類似柔性同軸線的屏蔽層一樣在平行雙線的外圍也加一層屏蔽層，以減少其輻射損耗對傳輸信號的影響，并增強其抗干擾能力。

我想，也就是在這個問題解決的過程中，同軸傳輸線就應(yīng)運而生了。隨著射頻工作頻率的升高，平行雙線也就慢慢被同軸替代了，漸漸淡出了我們的視野。

編輯：黃飛

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