廣電發送中天饋線的阻抗匹配

　　廣電發送中天饋線的阻抗匹配【1】

　　【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。

　　阻抗匹配【2】

　　在科技迅猛發展的今天，小影碟機DVD已進入我們的廣大家庭，但很多人購買擴音機、音箱、麥克風等一整套音響設備后，聽起來或唱起來總覺音質不夠理想。

　　原因出在什么方面呢?圍繞這個問題，在教學中重點談如下幾個方面。

　　一、阻抗匹配

　　阻抗匹配是一個什么東西呢?阻抗匹配是音響設備中常見的一種工作狀態，它反映了輸入電路與輸出電路之間的功率傳輸關系。

　　當電路實現阻抗匹配時，將獲得最大的傳輸功率。

　　反之，當電路阻抗失配時，不但得不到最大的傳輸功率，還可能對電路產生損害。

　　阻抗匹配常見于各級放大電路之間，放大器與負載之間，測量儀器與被測電路之間，天線與接收機或發信機與天線之間等等。

　　例如，擴音機的輸出電路與揚聲器之間必須做到阻抗匹配，不匹配時，擴音機的輸出功率將不能全部送至揚聲器。

　　如果揚聲器的阻抗遠小于擴音機的輸出阻抗，擴音機就處于過載狀態，其末級功率放大管很容易損壞。

　　反之，如果揚聲器的阻抗高于擴音機的輸出阻抗過多，會引起輸出電壓過高，同樣不利于擴音機的工作，聲音還會產生失真。

　　因此，揚聲器的阻抗與擴音機的輸出阻抗越接近越好。

　　例如，音響標準接頭上標明是4Ω、100W，那么該接頭上的阻抗就是兩個8Ω揚聲器的并聯，每個揚聲器可得到50W，這樣綜合揚聲器系統，就是4Ω、100W，否則不能實現100w的功率輸出。

　　為了使信號和能量有效地傳輸，必須使電路工作在阻抗匹配狀態，即信號源或功率源的內阻等于電路的輸入阻抗，電路輸出阻抗等于負載的阻抗。

　　在一般的輸入、輸出電路中常含有電阻、電容和電感元件，由它們所組成的電路稱電抗電路。

　　如，麥克風與擴音機之間，擴音機與揚聲器之間的電路就是電抗電路。

　　二、電抗電路

　　電抗電路除了電阻外還有電容和電感元件，并工作于低頻交流電路中，電阻、電容和電感對交流電的阻礙作用叫阻抗，用字母Z表示。

　　其中，電容和電感對交流電的阻礙作用，分別稱為容抗XC和XL。

　　容抗和感抗的值除了與電容和電感本身大小有關之外，還與所工作的交流電的頻率有關。

　　值得注意的是，在電抗電路中，電阻R，感抗XL和容抗XC的值不能用簡單的算術相加，而常用阻抗三角形法計算(見圖1)。

　　因而電抗電路要做到匹配，就要做到輸入和輸出電路中的電抗成分大小相等符號相反);或者電阻成分和電抗成分均分別相等(無反射匹配)。

　　這里指的電抗χ即感抗XL和容抗XC之差(僅指串聯電路來講，若并聯電路則計算更為復雜)。

　　滿足上述條件即為阻抗匹配，負載即能得到最大的功率。

　　三、輸入阻抗

　　阻抗匹配的關鍵是前級的輸出阻抗與后級的輸入阻抗相等。

　　那么什么又是輸入阻抗和輸出阻抗呢?

　　輸入阻抗是指電路對著信號源進的阻抗。

　　如圖2所示的放大器，它的輸入阻抗就是去掉信號源E及內阻R時，從AB兩端看進去的等效阻抗。

　　其值為Z=U1/I，即輸入電壓與輸入電流之比。

　　對下信號源來講，放大器成為其負載。

　　從數值看，放大器的等效負載值即為輸入阻抗值。

　　輸入阻抗的大小，對于不同的電路要求不一樣。

　　例如，萬用表測電壓時，電壓擋的輸入阻抗(稱為電壓靈敏度)越高，對被測電路的分流就越小，測量誤差也較小。

　　而當電流擋的阻抗越低，對被測電路的分壓就越小，因而測量誤差也越小。

　　對于功率放大器，當信號源的輸出阻抗與放大電路的輸入阻抗相等時即稱阻抗匹配，(即麥克風的輸出阻抗與放大器的輸入阻抗)相匹配時，這時放大電路就能在輸出端獲得最大功率。

　　四、輸出阻抗

　　輸出阻抗是指電路對著負載講的阻抗。

　　如圖3，將電路輸入端的電源短路，輸出端去掉負載后，從輸出端CD看進去的等效阻抗稱為輸出阻抗。

　　如果負載阻抗不匹配，負載就不能獲得最大輸出功率。

　　輸出電壓U2和輸出電流I2之比即為輸出阻抗。

　　如，放大器的輸出阻抗與揚聲器之間的阻抗要相匹配。

　　這時我們可以用同一臺擴音器，用相同的輸入，用二個不同阻抗的喇叭，一個4Ω，一個8Ω，同樣是20w連接，聽起來聲音就是不同，因為擴音器輸出阻抗是4Ω，再用二個4Ω的20w喇叭并聯，接到同一臺擴音器上，聲音很大但失真，這就說明如果音箱的阻抗大于功放的輸出阻抗，可能會導致有效功率減小，聲音不飽滿、音量低;如果音箱的阻抗小于功放的阻抗，實際功率會增加，但由于阻抗不匹配，音量開大后可能會有失真。

　　這樣學生自己動手效果很好，很快理解了輸出阻抗匹配的重要性，如果遇到放大器與揚聲器的阻抗不相等的情況時，補救解決的方法是在它們之間加入一個匹配電路或匹配網絡。

　　演示實驗在教學中往往能很好地激發學生的學習興趣，使學生積極地開動腦筋。

　　在演示實驗中，教師可以不拘泥于教材或教參的安排，進行一些創新設計，如可以將一些演示實驗改為學生探索性實驗。

　　讓學生選擇器材、設計實驗方法，在實驗中發現問題和尋找解決問題的方法等等。

　　通過創設條件，讓學生充分地動腦、動手、動口，發揮學生學習的主動性，從而激發學生的創造性思維，對學生創新能力的培養起著潛移默化的作用。

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