廣電發(fā)送中天饋線的阻抗匹配

周子學(xué)

【摘要】通過實(shí)例引出廣播電視發(fā)送過程中天饋線阻抗匹配的重要作用，簡述了發(fā)射機(jī)、饋線、天線的匹配條件，及影響駐波比的一些因素。

【關(guān)鍵詞】天饋線阻抗匹配駐波比

天饋線系統(tǒng)是廣播電視發(fā)送中的重要組成部分，天線起著將饋線中傳輸?shù)碾姶挪ㄞD(zhuǎn)換為自由空間傳播的電磁波，或?qū)⒆杂煽臻g傳播的電磁波轉(zhuǎn)換為饋線中傳輸?shù)碾姶挪ǖ淖饔?。而饋線則是電磁波的傳輸通道。在廣播電視發(fā)送系統(tǒng)中，天饋線系統(tǒng)的技術(shù)性能、質(zhì)量指標(biāo)直接影響到整部發(fā)射機(jī)的性能，和終端收聽收看的效果。

實(shí)際工作中天饋線部分經(jīng)常會遇到阻抗匹配問題，結(jié)合我臺實(shí)例簡單闡述阻抗不匹配時(shí)所遇到的現(xiàn)象：

1、我臺十頻道10kw電視發(fā)射機(jī)天線出現(xiàn)故障，駐波比1.5以上，解決問題時(shí)，上塔檢查天線時(shí)，發(fā)現(xiàn)十頻道縫隙天線其中變阻器一端和一條分饋線已經(jīng)燒壞，分析故障原因時(shí)認(rèn)為應(yīng)該是由于分饋線與變阻器插芯接觸不良，破壞了阻抗匹配條件形成高頻振蕩，并伴隨拉弧放電現(xiàn)象，引起高溫，燒壞變阻器及分饋線，直接反應(yīng)到發(fā)射機(jī)現(xiàn)象為：發(fā)射機(jī)保護(hù)，高反射告警。如果嚴(yán)重會損壞發(fā)射機(jī)功放管。

2、我臺33頻道3kw發(fā)射機(jī)饋管與主饋線溫度過熱，拆開連接頭發(fā)現(xiàn)主饋線電纜頭內(nèi)芯上竟然有一個彈簧墊，有輕微的灼傷痕跡，取下彈簧墊，重新制作電纜頭內(nèi)芯，安裝后正常。故障分析：彈簧墊有縫隙缺口及粗糙表面，改變了饋線電纜的分布參數(shù)，同時(shí)高頻阻抗改變，形成駐波，使電纜頭變熱，好在發(fā)現(xiàn)及時(shí)，沒有損壞電纜頭和饋線電纜造成更大的損失。下面闡述阻抗匹配具體分析：

阻抗匹配是信號傳輸過程中負(fù)載阻抗和信源內(nèi)阻抗之間的特定配合關(guān)系。由于廣電發(fā)送的信號傳輸頻率在甚高頻和特高頻，信號的波長就很短，可以與傳輸線長度相比擬，饋線電纜阻抗與天線阻抗不匹配時(shí)，在廣播電視發(fā)射機(jī)負(fù)載端就會產(chǎn)生反射。入射波和反射波會疊加因此會改變發(fā)送信號的形狀，形成行駐波，阻抗不匹配時(shí)會產(chǎn)生反射以及特征阻抗的求解方法，可以用二階偏微分方程求解，在這里不必做過多敘述。天饋線電纜的特性阻抗是由其饋線的材料和結(jié)構(gòu)決定的，傳輸音頻信號電纜阻抗為600歐，有線電視同軸電纜阻抗為75歐，大多數(shù)射頻傳輸或發(fā)射設(shè)備上使用用特征阻抗為50歐的電纜。在傳輸過程中傳輸信號頻率越高，趨膚效應(yīng)就越明顯，有的基層單位技術(shù)人員會有一個誤區(qū)，是使用萬用表來測量特性阻抗，這樣是測量不出來的，特征阻抗和電阻是不一樣的，不能通過使用歐姆表來測量。特性阻抗與饋線電纜的長度、發(fā)射信號的幅度、信號源頻率無關(guān)。只要饋線的特征阻抗與負(fù)載天線的阻抗相等，這樣就實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配，阻抗匹配時(shí)無反射。阻抗不匹配時(shí)，會形成反射波，會疊加在入射波上，會在天饋線上形成駐波，還有一種情況，就是在同一根饋線電纜上傳輸不同頻率的信號時(shí)，如果無源器件接觸不良或表面粗糙，則會形成無源互調(diào)，碰壞其阻抗匹配條件。當(dāng)有駐波形成時(shí)，信號能量傳遞不出去，導(dǎo)致傳輸線的有效功率容量降低；功率發(fā)射不出去，反射回來，甚至?xí)p壞發(fā)射設(shè)備。如果是電路板上的高速信號線與負(fù)載阻抗不匹配時(shí)，會產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。阻抗匹配時(shí)則傳輸功率大，對于一個電源來講，單它的內(nèi)阻等于負(fù)載時(shí)，輸出功率最大，此時(shí)阻抗匹配。最大功率傳輸定理，如果是高頻的話，就是無反射波。

發(fā)射機(jī)與天饋線匹配的條件，是兩者阻抗的電阻分量相同、感抗部分互相抵消。電壓駐波比（VSWR）就是衡量發(fā)射機(jī)與天饋線是否匹配的重要參數(shù)。在廣電發(fā)送中，天線、饋線和發(fā)射機(jī)的阻抗不匹配或其發(fā)送的高頻信號就會在天線產(chǎn)生反射波，在天饋線部分產(chǎn)生駐波。其駐波比的計(jì)算公式為VSWR=R/r=（1+K）/（1-K），反射系數(shù)K=（R-r）/（R+r），R為輸出阻抗、r為輸入阻抗。

廣播電視發(fā)送天饋線系統(tǒng)和輸出阻抗為50歐的發(fā)射機(jī)的匹配條件，是天饋線系統(tǒng)阻抗為50歐純電阻。理論上，要使天線發(fā)射的電磁場最強(qiáng)其中諧振是關(guān)鍵因素。

當(dāng)VSWR過高，而天線系統(tǒng)又沒有諧振時(shí)，阻抗存在很大電抗分量，發(fā)射機(jī)末級器件可能需要承受較大的瞬間過電壓。高VSWR造成射頻末級功率器件上承受較大瞬間過壓而損壞。所以VSWR是廣電發(fā)送中的重要指標(biāo)之一?，F(xiàn)在的發(fā)射機(jī)基本上都有高駐波保護(hù)，先是降激勵3dB，這樣雖然能起到保護(hù)發(fā)射機(jī)功放管的作用，但瞬間沖擊對功放管的傷害也是很大的。

實(shí)際上，電纜是存在損耗的，例如電纜較細(xì)、長度達(dá)到波長的幾十倍以上，那么電纜下端測出的VSWR會比天線的實(shí)際VSWR低。所以，測量VSWR時(shí)，尤其在UHF以上頻段，電纜的影響不可忽略。

由此可見在廣播電視發(fā)送系統(tǒng)中，天饋線與發(fā)射機(jī)的阻抗匹配是非常重要的，所以應(yīng)該定期檢查天饋線的駐波比，檢查天饋線的緊固情況，不要因?yàn)楹雎粤颂祓伨€的檢查和測量造成發(fā)射機(jī)末級功放管損壞以及其他更大的損失。