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天线与馈线匹配中的平衡与不平衡变换
时间:2014/4/26 16:54:08

      很多天线如半波振子天线、折合振子天线、环行天线等都是平衡馈电的,它们都有两个馈电点,它们都有个特点:两个馈电点的信号电压(或电流)的相位是互为反相的。而主馈电缆常常都是用同轴电缆,同轴电缆属于不平衡(不对称)馈线,其内导体是馈电点,而外导体是地线点,不参与馈电。所以就算天线的特性租抗与同轴电缆相同也不能直接连接,否则,会破坏天线的对称性,使天线两臂上的电流大小不等,这种不平衡性会改变天线的方向图,使之成为不对称的方向图,从而使馈线可能接收到各种干扰波和使馈线与天线失配。因此,在天线与同轴线连接时,不仅要考虑阻抗匹配而且还要进行平衡--不平衡变换。

1、λ/4平衡变换器(λ是信号频率的波长)

       λ/4平衡变换如图1所示,半波振子的输入阻抗是75欧的平衡负载,用75欧的同轴电缆与之配接虽然阻抗是匹配了,但平衡却不匹配,必须加入一个平衡变换器。 半波振子的一臂与主馈线外导体相连(图1中的A点),另一臂与λ/4导体上端和同轴电缆的内导体相连接(图1中的B点),λ/4导体的下端则通过短接金属环与主馈线的外导体相接(图1中的C点)。那么A--》B点之间的距离为λ/2,所以,B点的信号送到A点时刚好反相,这样一来就把同轴线的不对称变为对称了。从A、B两点向短接金属环看进去是一段λ/4的短路线,其阻抗为无穷大,所以对阻抗匹配不会造成影响。

2、不对称U型环平衡变换

       如图2所示,它由两段特性阻抗均为75欧的同轴线构成,其中一段为λ/4,另一段为3λ/4,两段同轴线的内导体分别与半波振子的两臂A、B相连,另一端与主馈电缆相连于C点,可见主馈线到振子两馈电点路径的波程相差为3λ/4-λ/4=λ/2,即两馈电点的信号电压大小相等,方向相反。因而保证了平衡馈电。

      阻抗匹配:由于半波振子是平衡式的,每个馈电点对地阻抗为75/2=37.5欧,馈电点A通过λ/4的75欧电缆到C点的阻抗为:75平方/37.5=150欧,馈电点B通过3λ/4(λ/4的奇数倍)75欧电缆到C点的阻抗为:75平方/37.5=150欧,那么C点的合成阻抗为:150/2=75欧。显然和主馈电缆的阻抗是匹配的。

3、λ/2平衡变换器

       λ/2平衡变换器又叫U型平衡变换器,如图3所示,折合半波振子天线(输入阻抗为300欧)与会75欧的同轴线连接时,二者阻抗不匹配,因此必须在它们之间加装U型平衡变换器。从图3可看出,馈电点A和B的对地阻抗为300/2=150欧,信号从主馈电缆传至A点分成两路,分别供给振子左右两边的负载。由于A、B两馈电点的波程差为λ/2。因此,A、B两馈电点的电源大小相等,方向相反,从而达到了平衡变换的目的。

      再看阻抗方面,由于A、B两点的对地阻抗均为150欧,那么合成在一起后,A点的阻抗应为两馈电点的并联值即150/2=75欧,所以阻抗也是匹配的。

原文来源于:http://rf.eefocus.com/article/14-03/422921395408912.html?sort=1111_1119_1437_0

 
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