天線傳輸饋線的基本知識(天饋防雷器)
(1) 、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 算公式為:
Z0=〔60/VT?) XLog ( 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;er為導(dǎo)體間絕緣介質(zhì)的相對介電常數(shù)。通 常Z0 = 50歐,也有Z0 = 75歐的。由公式不難看出,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)er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)。
(2) 、饋線的衰減系數(shù)
信號在饋線里傳輸,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)P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/100m (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= 10XLg(P1/P2 ) (dB)
衰減系數(shù)為:
P = TL/L (dB/m )
例如,NOKIA 7/8英寸低耗電纜,900MHz時衰減系數(shù)為P=4.1dB/100m,也可寫成P=3dB/73m,也就是 說,頻率為900MHz的信號功率,每經(jīng)過73m長的這種電纜時,功率要少一半。 而普通的非低耗電纜,例如,SYV-9-50-1,900MHz時衰減系數(shù)為P=20.1dB/100m,也可寫成P=3dB/15m, 也就是說,頻率為900MHz的信號功率,每經(jīng)過15m長的這種電纜時,功率就要少一半。
(3) 、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,稱為饋線終端是匹配連接的。 匹配時,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,匹配能保證天線取得全部信號功率。當(dāng)天線阻抗為50歐時,與50歐的電纜是匹配的,而當(dāng)天線阻抗 為80歐時,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,這時天線的工作頻率范圍 就較寬。反之,則較窄。在實際工作中,天線的輸入阻抗還會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。
(4) 、反射損耗
前面已指出,當(dāng)饋線和天線匹配時,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,饋線上各處的電壓幅度與電流幅度都相等,饋線上任意一點的阻抗都等于它的特性阻抗。
而當(dāng)天線和饋線不匹配時,也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗時,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。
(5) 、電壓駐波比
在不匹配的情況下,饋線上同時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
反射波幅度 (ZL-Z0)
R = =
入射波幅度 (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
波腹電壓幅度Vmax (1 + R)
VSWR = =
波節(jié)電壓輻度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。
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