廣電發(fā)送中天饋線(xiàn)的阻抗匹配

　　廣電發(fā)送中天饋線(xiàn)的阻抗匹配【1】

　　【摘要】通過(guò)實(shí)例引出廣播電視發(fā)送過(guò)程中天饋線(xiàn)阻抗匹配的重要作用，簡(jiǎn)述了發(fā)射機、饋線(xiàn)、天線(xiàn)的匹配條件，及影響駐波比的一些因素。

　　【關(guān)鍵詞】天饋線(xiàn)阻抗匹配駐波比

　　天饋線(xiàn)系統是廣播電視發(fā)送中的重要組成部分，天線(xiàn)起著(zhù)將饋線(xiàn)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(xiàn)中傳輸的電磁波的作用。

　　而饋線(xiàn)則是電磁波的傳輸通道。

　　在廣播電視發(fā)送系統中，天饋線(xiàn)系統的技術(shù)性能、質(zhì)量指標直接影響到整部發(fā)射機的性能，和終端收聽(tīng)收看的效果。

　　實(shí)際工作中天饋線(xiàn)部分經(jīng)常會(huì )遇到阻抗匹配問(wèn)題，結合我臺實(shí)例簡(jiǎn)單闡述阻抗不匹配時(shí)所遇到的現象：

　　1、我臺十頻道10kw電視發(fā)射機天線(xiàn)出現故障，駐波比1.5以上，解決問(wèn)題時(shí)，上塔檢查天線(xiàn)時(shí)，發(fā)現十頻道縫隙天線(xiàn)其中變阻器一端和一條分饋線(xiàn)已經(jīng)燒壞，分析故障原因時(shí)認為應該是由于分饋線(xiàn)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(xiàn)，直接反應到發(fā)射機現象為：發(fā)射機保護，高反射告警。

　　如果嚴重會(huì )損壞發(fā)射機功放管。

　　2、我臺33頻道3kw發(fā)射機饋管與主饋線(xiàn)溫度過(guò)熱，拆開(kāi)連接頭發(fā)現主饋線(xiàn)電纜頭內芯上竟然有一個(gè)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(xiàn)電纜的分布參數，同時(shí)高頻阻抗改變，形成駐波，使電纜頭變熱，好在發(fā)現及時(shí)，沒(méi)有損壞電纜頭和饋線(xiàn)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(guò)程中負載阻抗和信源內阻抗之間的特定配合關(guān)系。

　　由于廣電發(fā)送的信號傳輸頻率在甚高頻和特高頻，信號的波長(cháng)就很短，可以與傳輸線(xiàn)長(cháng)度相比擬，饋線(xiàn)電纜阻抗與天線(xiàn)阻抗不匹配時(shí)，在廣播電視發(fā)射機負載端就會(huì )產(chǎn)生反射。

　　入射波和反射波會(huì )疊加因此會(huì )改變發(fā)送信號的形狀，形成行駐波，阻抗不匹配時(shí)會(huì )產(chǎn)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(guò)多敘述。

　　天饋線(xiàn)電纜的特性阻抗是由其饋線(xiàn)的材料和結構決定的，傳輸音頻信號電纜阻抗為600歐，有線(xiàn)電視同軸電纜阻抗為75歐，大多數射頻傳輸或發(fā)射設備上使用用特征阻抗為50歐的電纜。

　　在傳輸過(guò)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(shù)人員會(huì )有一個(gè)誤區，是使用萬(wàn)用表來(lái)測量特性阻抗，這樣是測量不出來(lái)的，特征阻抗和電阻是不一樣的，不能通過(guò)使用歐姆表來(lái)測量。

　　特性阻抗與饋線(xiàn)電纜的長(cháng)度、發(fā)射信號的幅度、信號源頻率無(wú)關(guān)。

　　只要饋線(xiàn)的特征阻抗與負載天線(xiàn)的阻抗相等，這樣就實(shí)現了阻抗匹配，阻抗匹配時(shí)無(wú)反射。

　　阻抗不匹配時(shí)，會(huì )形成反射波，會(huì )疊加在入射波上，會(huì )在天饋線(xiàn)上形成駐波，還有一種情況，就是在同一根饋線(xiàn)電纜上傳輸不同頻率的信號時(shí)，如果無(wú)源器件接觸不良或表面粗糙，則會(huì )形成無(wú)源互調，碰壞其阻抗匹配條件。

　　當有駐波形成時(shí)，信號能量傳遞不出去，導致傳輸線(xiàn)的有效功率容量降低;功率發(fā)射不出去，反射回來(lái)，甚至會(huì )損壞發(fā)射設備。

　　如果是電路板上的高速信號線(xiàn)與負載阻抗不匹配時(shí)，會(huì )產(chǎn)生震蕩，輻射干擾等。

　　阻抗匹配時(shí)則傳輸功率大，對于一個(gè)電源來(lái)講，單它的內阻等于負載時(shí)，輸出功率最大，此時(shí)阻抗匹配。

　　最大功率傳輸定理，如果是高頻的話(huà)，就是無(wú)反射波。

　　發(fā)射機與天饋線(xiàn)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(fā)射機與天饋線(xiàn)是否匹配的重要參數。

　　在廣電發(fā)送中，天線(xiàn)、饋線(xiàn)和發(fā)射機的阻抗不匹配或其發(fā)送的高頻信號就會(huì )在天線(xiàn)產(chǎn)生反射波，在天饋線(xiàn)部分產(chǎn)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(fā)送天饋線(xiàn)系統和輸出阻抗為50歐的發(fā)射機的匹配條件，是天饋線(xiàn)系統阻抗為50歐純電阻。

　　理論上，要使天線(xiàn)發(fā)射的電磁場(chǎng)最強其中諧振是關(guān)鍵因素。

　　當VSWR過(guò)高，而天線(xiàn)系統又沒(méi)有諧振時(shí)，阻抗存在很大電抗分量，發(fā)射機末級器件可能需要承受較大的瞬間過(guò)電壓。

　　高VSWR造成射頻末級功率器件上承受較大瞬間過(guò)壓而損壞。

　　所以VSWR是廣電發(fā)送中的重要指標之一。

　　現在的發(fā)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(fā)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(shí)際上，電纜是存在損耗的，例如電纜較細、長(cháng)度達到波長(cháng)的幾十倍以上，那么電纜下端測出的VSWR會(huì )比天線(xiàn)的實(shí)際VSWR低。

　　所以，測量VSWR時(shí)，尤其在UHF以上頻段，電纜的影響不可忽略。

　　由此可見(jiàn)在廣播電視發(fā)送系統中，天饋線(xiàn)與發(fā)射機的阻抗匹配是非常重要的，所以應該定期檢查天饋線(xiàn)的駐波比，檢查天饋線(xiàn)的緊固情況，不要因為忽略了天饋線(xiàn)的檢查和測量造成發(fā)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(fā)展的今天，小影碟機DVD已進(jìn)入我們的廣大家庭，但很多人購買(mǎi)擴音機、音箱、麥克風(fēng)等一整套音響設備后，聽(tīng)起來(lái)或唱起來(lái)總覺(jué)音質(zhì)不夠理想。

　　原因出在什么方面呢?圍繞這個(gè)問(wèn)題，在教學(xué)中重點(diǎn)談如下幾個(gè)方面。

　　一、阻抗匹配

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

　　當電路實(shí)現阻抗匹配時(shí)，將獲得最大的傳輸功率。

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

　　阻抗匹配常見(jiàn)于各級放大電路之間，放大器與負載之間，測量?jì)x器與被測電路之間，天線(xiàn)與接收機或發(fā)信機與天線(xiàn)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(shí)，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(guò)載狀態(tài)，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(guò)多，會(huì )引起輸出電壓過(guò)高，同樣不利于擴音機的工作，聲音還會(huì )產(chǎn)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(gè)8Ω揚聲器的并聯(lián)，每個(gè)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(shí)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(tài)，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(chēng)電抗電路。

　　如，麥克風(fēng)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(chēng)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(guān)之外，還與所工作的交流電的頻率有關(guān)。

　　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(jiǎn)單的算術(shù)相加，而常用阻抗三角形法計算(見(jiàn)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(wú)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(lián)電路來(lái)講，若并聯(lián)電路則計算更為復雜)。

　　滿(mǎn)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(guān)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(zhù)信號源進(jìn)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(shí)，從AB兩端看進(jìn)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(lái)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(wàn)用表測電壓時(shí)，電壓擋的輸入阻抗(稱(chēng)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(shí)即稱(chēng)阻抗匹配，(即麥克風(fēng)的輸出阻抗與放大器的輸入阻抗)相匹配時(shí)，這時(shí)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(zhù)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(jìn)去的等效阻抗稱(chēng)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(shí)我們可以用同一臺擴音器，用相同的輸入，用二個(gè)不同阻抗的喇叭，一個(gè)4Ω，一個(gè)8Ω，同樣是20w連接，聽(tīng)起來(lái)聲音就是不同，因為擴音器輸出阻抗是4Ω，再用二個(gè)4Ω的20w喇叭并聯(lián)，接到同一臺擴音器上，聲音很大但失真，這就說(shuō)明如果音箱的阻抗大于功放的輸出阻抗，可能會(huì )導致有效功率減小，聲音不飽滿(mǎn)、音量低;如果音箱的阻抗小于功放的阻抗，實(shí)際功率會(huì )增加，但由于阻抗不匹配，音量開(kāi)大后可能會(huì )有失真。

　　這樣學(xué)生自己動(dòng)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(shí)，補救解決的方法是在它們之間加入一個(gè)匹配電路或匹配網(wǎng)絡(luò )。

　　演示實(shí)驗在教學(xué)中往往能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，使學(xué)生積極地開(kāi)動(dòng)腦筋。

　　在演示實(shí)驗中，教師可以不拘泥于教材或教參的安排，進(jìn)行一些創(chuàng )新設計，如可以將一些演示實(shí)驗改為學(xué)生探索性實(shí)驗。

　　讓學(xué)生選擇器材、設計實(shí)驗方法，在實(shí)驗中發(fā)現問(wèn)題和尋找解決問(wèn)題的方法等等。

　　通過(guò)創(chuàng )設條件，讓學(xué)生充分地動(dòng)腦、動(dòng)手、動(dòng)口，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習的主動(dòng)性，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng )造性思維，對學(xué)生創(chuàng )新能力的培養起著(zhù)潛移默化的作用。

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