天線與饋線的連接
天線與饋線的連接,是安裝天線時(shí)十分重要的問題。若連接不正確,將直接影響接收效果。其連接方式,取決于天線中有源振子的形狀和饋線的種類。一般常用的有下列情況。
1、天線的有源振子為半波折合振子(阻抗300Ω)
連接饋線采用300Ω扁平饋線時(shí),其連接方式最簡單,即將饋線的兩根導(dǎo)線分別接在有源振子中間開口處即可,如圖1所示。如果采用75Ω同軸電纜作連接饋線,其連接方式需要把半波折合振子333Ω阻抗變換與同軸電纜75Ω匹配。方法是載取1/2波長的同軸電纜制作成U型變換器,如圖2所示。先將1/2λ的同軸電纜中間芯線的兩端,接在半波折合振子天線的開口處,其外層屏蔽網(wǎng)相連;主饋線的芯線接天線開口處的任一端,其屏蔽網(wǎng)連接U形變換器的屏蔽網(wǎng)。
2、天線的有源振子為半波振子(阻抗75Ω)
當(dāng)饋線采用300Ω扁平饋線時(shí),需進(jìn)行阻抗變換,方法是用1/4波長的扁平饋線兩根制成阻抗變換器,接法如圖3所示。
當(dāng)饋線采用75Ω同軸電纜時(shí),就只需要進(jìn)行平衡-不平衡轉(zhuǎn)換,可采用75Ω同軸線作U形變換器,接法如圖4所示。取一根1/2λ的同軸電纜,將兩端接于天線開口處并將外層相連好;再在U形變換器1/4λ處截?cái)?,其主饋線的芯線接在1/4λ處的同軸線芯線,其外層屏蔽線接在3/4λ處的同軸線芯線。
此外,還可用雙孔磁心制作。其制作方法見圖5(a)、(b)所示。
雙孔磁心阻抗變換器的突出優(yōu)點(diǎn)是體積小頻帶寬,缺點(diǎn)是抗干擾能力與選擇性差。
天線與饋線匹配中的平衡與不平衡變換
很多天線如半波振子天線、折合振子天線、環(huán)行天線等都是平衡饋電的,它們都有兩個(gè)饋電點(diǎn),它們都有個(gè)特點(diǎn):兩個(gè)饋電點(diǎn)的信號電壓(或電流)的相位是互為反相的。而主饋電纜常常都是用同軸電纜,同軸電纜屬于不平衡(不對稱)饋線,其內(nèi)導(dǎo)體是饋電點(diǎn),而外導(dǎo)體是地線點(diǎn),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(shí),不僅要考慮阻抗匹配而且還要進(jìn)行平衡--不平衡變換。
1、λ/4平衡變換器(λ是信號頻率的波長)
λ/4平衡變換如圖6所示,半波振子的輸入阻抗是75歐的平衡負(fù)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(gè)平衡變換器。
半波振子的一臂與主饋線外導(dǎo)體相連(圖6中的A點(diǎn)),另一臂與λ/4導(dǎo)體上端和同軸電纜的內(nèi)導(dǎo)體相連接(圖6中的B點(diǎn)),λ/4導(dǎo)體的下端則通過短接金屬環(huán)與主饋線的外導(dǎo)體相接(圖6中的C點(diǎn))。那么A--》B點(diǎn)之間的距離為λ/2,所以,B點(diǎn)的信號送到A點(diǎn)時(shí)剛好反相,這樣一來就把同軸線的不對稱變?yōu)閷ΨQ了。從A、B兩點(diǎn)向短接金屬環(huán)看進(jìn)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。
2、不對稱U型環(huán)平衡變換
如圖7所示,它由兩段特性阻抗均為75歐的同軸線構(gòu)成,其中一段為λ/4,另一段為3λ/4,兩段同軸線的內(nèi)導(dǎo)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于C點(diǎn),可見主饋線到振子兩饋電點(diǎn)路徑的波程相差為3λ/4-λ/4=λ/2,即兩饋電點(diǎn)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:由于半波振子是平衡式的,每個(gè)饋電點(diǎn)對地阻抗為75/2=37.5歐,饋電點(diǎn)A通過λ/4的75歐電纜到C點(diǎn)的阻抗為:752/37.5= 150歐,饋電點(diǎn)B通過3λ/4(λ/4的奇數(shù)倍)75歐電纜到C點(diǎn)的阻抗為:752/37.5=150歐,那么C點(diǎn)的合成阻抗為:150/2=75 歐。顯然和主饋電纜的阻抗是匹配的。
3、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8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(shí),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8可看出,饋電點(diǎn)A和B的對地阻抗為300/2=150歐,信號從主饋電纜傳至A點(diǎn)分成兩路,分別供給振子左右兩邊的負(fù)載。由于A、B兩饋電點(diǎn)的波程差為λ/2。因此,A、B兩饋電點(diǎn)的電源大小相等,方向相反,從而達(dá)到了平衡變換的目的。
再看阻抗方面,由于A、B兩點(diǎn)的對地阻抗均為150歐,那么合成在一起后,A點(diǎn)的阻抗應(yīng)為兩饋電點(diǎn)的并聯(lián)值即150/2=75歐,所以阻抗也是匹配的。