廣電發送中天饋線的阻抗匹配

周子學

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

【關鍵詞】天饋線阻抗匹配駐波比

天饋線系統是廣播電視發送中的重要組成部分，天線起著將饋線中傳輸的電磁波轉換為自由空間傳播的電磁波，或將自由空間傳播的電磁波轉換為饋線中傳輸的電磁波的作用。而饋線則是電磁波的傳輸通道。在廣播電視發送系統中，天饋線系統的技術性能、質量指標直接影響到整部發射機的性能，和終端收聽收看的效果。

實際工作中天饋線部分經常會遇到阻抗匹配問題，結合我臺實例簡單闡述阻抗不匹配時所遇到的現象：

1、我臺十頻道10kw電視發射機天線出現故障，駐波比1.5以上，解決問題時，上塔檢查天線時，發現十頻道縫隙天線其中變阻器一端和一條分饋線已經燒壞，分析故障原因時認為應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，并伴隨拉弧放電現象，引起高溫，燒壞變阻器及分饋線，直接反應到發射機現象為：發射機保護，高反射告警。如果嚴重會損壞發射機功放管。

2、我臺33頻道3kw發射機饋管與主饋線溫度過熱，拆開連接頭發現主饋線電纜頭內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，同時高頻阻抗改變，形成駐波，使電纜頭變熱，好在發現及時，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載阻抗和信源內阻抗之間的特定配合關系。由于廣電發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，在廣播電視發射機負載端就會產生反射。入射波和反射波會疊加因此會改變發送信號的形狀，形成行駐波，阻抗不匹配時會產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構決定的，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，大多數射頻傳輸或發射設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，趨膚效應就越明顯，有的基層單位技術人員會有一個誤區，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、發射信號的幅度、信號源頻率無關。只要饋線的特征阻抗與負載天線的阻抗相等，這樣就實現了阻抗匹配，阻抗匹配時無反射。阻抗不匹配時，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，如果無源器件接觸不良或表面粗糙，則會形成無源互調，碰壞其阻抗匹配條件。當有駐波形成時，信號能量傳遞不出去，導致傳輸線的有效功率容量降低；功率發射不出去，反射回來，甚至會損壞發射設備。如果是電路板上的高速信號線與負載阻抗不匹配時，會產生震蕩，輻射干擾等。阻抗匹配時則傳輸功率大，對于一個電源來講，單它的內阻等于負載時，輸出功率最大，此時阻抗匹配。最大功率傳輸定理，如果是高頻的話，就是無反射波。

發射機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）就是衡量發射機與天饋線是否匹配的重要參數。在廣電發送中，天線、饋線和發射機的阻抗不匹配或其發送的高頻信號就會在天線產生反射波，在天饋線部分產生駐波。其駐波比的計算公式為VSWR=R/r=（1+K）/（1-K），反射系數K=（R-r）/（R+r），R為輸出阻抗、r為輸入阻抗。

廣播電視發送天饋線系統和輸出阻抗為50歐的發射機的匹配條件，是天饋線系統阻抗為50歐純電阻。理論上，要使天線發射的電磁場最強其中諧振是關鍵因素。

當VSWR過高，而天線系統又沒有諧振時，阻抗存在很大電抗分量，發射機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是廣電發送中的重要指標之一。現在的發射機基本上都有高駐波保護，先是降激勵3dB，這樣雖然能起到保護發射機功放管的作用，但瞬間沖擊對功放管的傷害也是很大的。

實際上，電纜是存在損耗的，例如電纜較細、長度達到波長的幾十倍以上，那么電纜下端測出的VSWR會比天線的實際VSWR低。所以，測量VSWR時，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送系統中，天饋線與發射機的阻抗匹配是非常重要的，所以應該定期檢查天饋線的駐波比，檢查天饋線的緊固情況，不要因為忽略了天饋線的檢查和測量造成發射機末級功放管損壞以及其他更大的損失。