大功率短波发射系统天馈线阻抗匹配的解决方案.doc

大功率短波发射系统天馈线阻抗匹配的解决方案 作 者 张 俊 谢 宏 张顺波 单 位 云南人民广播电台 摘要：本文通过由于变换频率引发短波天线驻波上升、阻抗不匹配的问题，探讨短波天线系统阻抗匹配问题的解决方案； 关键词：短波天线 插入线匹配 短截线匹配 特性阻抗 驻波 1．引言 阻抗匹配是传输线理论中的重要概念。在由信号源、传输线及负载组成的系统中，如果传输线与负载不匹配，传输线上将形成驻波。有了驻波一方面是传输线有效功率降低，另一方面会增加传输线的衰减。如果信号源和传输线不匹配，既会影响信号源的频率和输出功率的稳定性，又使信号源不能给出最大功率、负载又不能得到全部的入射功率，因此传输线一定要匹配。匹配有两种：一种是阻抗匹配，使传输线两端所接的阻抗等于传输线的特性阻抗，从而使线上没有反射波；另一种匹配是功耗匹配，使信号源给出最大功率。本文主要探讨短波天线系统中传输线之间的阻抗匹配问题。 在不匹配的短波天线系统中，传输线上会形成严重的驻波，这对发射系统的大功率传输产 生的不良后果有以下几个方面：1、天线不能从发信机获得最大的有效功率；2、传输线产生天线效应，增大了传输线的损耗，降低了传输线的传输效率；3、在线上电压波腹点易发生跳火现象，破坏绝缘而造成故障；4、增加发信机输出电路的调谐困难，使发信机工作不稳定。 天线系统的失配对接收系统的影响也是很大的，这种失配不仅增加了馈线损耗，更重要的是使传输线产生天线效应，从而引入外界干扰，造成信号的信噪比下降，因此，短波天线系统的匹配是短波通信至关重要的一个问题。 2．天线系统情况概述 我台使用的是北京23所研制的50KW短波发射机，采用了同相水平反射幕天线、馈线系统 主要包括了平衡转换器、天线转换开关、四线主馈传输线，如下图所示： 天馈线系统框图 在我台短波发射频率由原来的6927KHz变换为7210KHz的过程中，发现驻波值出现了明显的增大，发射系统无法调整。分析原因可能为天馈线系统出现了不匹配的问题，通过测量证实了这个问题，以下是测量数据： 七分台7210天线实测记录 天线引下线跳线口 测量频率F（KHz） 7210 输入电阻RI（欧） 195.6 输入电抗XI（欧） -35.4 驻波比S 1.558 回波损耗 13 75/300平衡器与300欧主馈接口，未断开 测量频率F（KHz） 7210 输入电阻RI（欧） 325.2 输入电抗XI（欧） 37.8 驻波比S 1.156 回波损耗 22.7 75/300平衡器与300欧主馈接口，断开 测量频率F（KHz） 7210 输入电阻RI（欧） 283.8 输入电抗XI（欧） -93 驻波比S 1.38 回波损耗 15.7 主馈线尺寸 水平距 300 垂直距 275 线径 6 根数 4 长度 　 插入线尺寸 水平距 300 垂直距 　 线径 6 根数 8 长度 　 从数据中看出，驻波比值偏高，需要进行天馈线匹配调整。 3．短波天线的阻抗匹配调整 短波天线的阻抗匹配问题，其基本原理是阻抗匹配的方法是在传输线和终端之间加一匹配网络，要求这个匹配网络由电抗元件构成：损耗尽可能的小，而且通过调节可以对各种终端负载匹配。匹配的原理是产生一种新的反射波来抵消原来的反射波。包括以下几个方面：1、随频率变化的天线输入阻抗与一定的馈线特性阻抗的匹配问题；2、不同特性阻抗馈线间的阻抗变换问题；3、平衡系统与不平衡系统的转换问题。解决这些问题的主要方法，可采用短截线、插入线、指数线、阶梯线或传输线变压器。工程中，根据具体情况可采用不同的方式。 针对我台短波天线系统的实际情况，我们主要考虑采用插入线匹配或者短截线匹配法来调整。 3.1 插入线阻抗匹配法 3.1.1插入线阻抗匹配的原理 如下图所示，在馈线上串入一段特性阻抗与馈线的特性阻抗不相同的传输线，这样，在特性阻抗的跳变位置上将产生反射波，让这个反射波与原天线的反射波在插入线的终端互相抵消，使主传输线呈行波状态，这种匹配的方法叫插入线匹配法。如下图所示： 3.1.2四分之一波长插入线匹配 四分之一波长插入线匹配是指在传输线的电压波节点（或波腹点）插入一段长度为四分之一波长、特性阻抗为w1的传输线，是主传输线调至行波状态。根据无损耗传输线终端负载为任意阻抗时线上的等效输入阻抗的计算公式，可得到插入线终端的等效阻抗Zin：