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馈线（传输线）的基本概念 [复制链接]

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发表于 2004-12-5 13:29:00 |只看该作者 |倒序浏览

a)  传输线（天馈线）的基本概念
连接天线和基站输出（或输入）端的导线称为传输线或馈线。传输线的主要任务是有效
地传输信号能量。
因此它应能将天线接收的信号以最小的损耗传送到接收机输入端，或将发射机发出的信
号以最小的损耗传送到发射天线的输入端，同时它本身不应拾取或产生杂散干扰信号。
这样，就要求传输线必须屏蔽或平衡。
当传输线的几何长度等于或大于所传送信号的波长时就叫做长传输线，简称长线。
b)  传输线的种类、阻抗和馈线衰减常数
超短波段的传输线一般有两种：平行线传输线和同轴电缆传输线（微波传输线有波导和
微带等）。平行线传输线通常由两根平行的导线组成。它是对称式或平衡式的传输线。
这种馈线损耗大，不能用于UHF频段。同轴电缆传输线的两根导线为芯线和屏蔽铜网，因
铜网接地，两根导体对地不对称，因此叫做不对称式或不平衡式传输线。同轴电缆工作
频率范围宽，损耗小，对静电耦合有一定的屏蔽作用，但对磁场的干扰却无能为力。使
用时切忌与有强电流的线路并行走向，也不能靠近低频信号线路。GSM系统所用天馈为同
轴电缆。
无限长传输线上各点电压与电流的比值等于特性阻抗，用符号Ｚ。表示。同轴电缆的特
性阻抗Ｚ。＝〔138/√εr〕×log(D/d)欧姆。
            通常Ｚ。=50欧姆/或75欧姆；
D为同轴电缆外导体铜网内径；
d为其芯线外径；
εr为导体间绝缘介质的相对介电常数。
  由上式不难看出，馈线特性阻抗与导体直径、导体间距和导体间介质的介电常数有关
，与馈线长短、工作频率以及馈线终端所接负载阻抗大小无关。一般GSM工程上采用的馈
线为口径为7/8 inch；在Alcatl系统的双频小区中DCS1800使用13/8 inch口径的馈线。

信号在馈线里传输，除有导体的电阻损耗外，还有绝缘材料的介质损耗。这两种损耗随
馈线长度的增加和工作频率的提高而增加。因此，应合理布局尽量缩短馈线长度。损耗
的大小用衰减常数表示。单位用分贝（dB）／米或分贝／百米表示。
这里顺便再说明一下分贝的概念，当输入功率为Ｐ。输出功率为Ｐ时，传输损耗可用γ
表示，γ(dB)＝10×log(Ｐ。/Ｐ)(分贝)。
c)  匹配的概念
什么叫匹配？我们可简单地认为，馈线终端所接负载阻抗Ｚ等于馈线特性阻抗Ｚ。时
，称为馈线终端是匹配连接的。当使用的终端负载是天线时，如果天线振子较粗，输入
阻抗随频率的变化就较小，容易和馈线保持匹配，这时振子的工作频率范围就较宽。反
之，则较窄。
在实际工作中，天线的输入阻抗还会受周围物体存在和杂散电容的影响。为了使馈线与
天线严格匹配，在架设天线时还需要通过测量，适当地调整天线的结构，或加装匹配装
置。
匹配和失配例
要获得良好的电性能阻抗必须匹配（如下图所示：）

d)  天馈的反射损耗（return loss）和电压驻波比（vswr）
当馈线和天线匹配时，高频能量全部被负载吸收，馈线上只有入射波，没有反射波。馈
线上传输的是行波，馈线上各处的电压幅度相等，馈线上任意一点的阻抗都等于它的特
性阻抗。
而当天线和馈线不匹配时，也就是天线阻抗不等于馈线特性阻抗时，负载就不能全部将
馈线上传输的高频能量吸收，而只能吸收部分能量。入射波的一部分能量反射回来形成
反射波。
这里的反射损耗为 10log(10/0.5) = 13dB、
在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。两者叠加，在入射波和反射波相位
相同的地方振幅相加最大，形成波腹；而在入射波和反射波相位相反的地方振幅相减为
最小，形成波节。其它各点的振幅则介于波幅与波节之间。这种合成波称为驻波。反射
波和入射波幅度之比叫作反射系数。
反射波幅度    （Ｚ－Ｚ。）
                  反射系数Γ＝ ───── ＝  ───────
                              入射波幅度    （Ｚ＋Ｚ。）
驻波波腹电压与波节电压幅度之比称为驻波系数，也叫电压驻波比(VSWR)
                        驻波波腹电压幅度最大值Ｖmax （1+Γ）
            驻波系数Ｓ＝──────────────＝────
                        驻波波节电压辐度最小值Ｖmin （1-Γ）
终端负载阻抗和特性阻抗越接近，反射系数越小，驻波系数越接近于１，匹配也就越好
。
在工程上常用VSWR和return loss做为天线测量的重要指标。一般在工程上要求VSWR的值
不超过1.5。
e)  平衡装置（*）
电源、负载和传输线，根据它们对地的关系，都可以分成平衡和不平衡两类。若电源两
端与地之间的电压大小相等，极性相反，就称为平衡电源，否则称为不平衡电源；与此
相似，若负载两端或传输线两导体与地之间阻抗相同，则称为平衡负载或平衡（馈线）
传输线，否则为不平衡负载或不平衡（馈线）传输线。
不平衡电源或不平衡负载之间应当用同轴电缆连接，在平衡电源与平衡负载之间应当用
平行（馈线）传输线连接，这样才能有效地传输电磁能，否则它们的平衡性或不平衡性
将遭到破坏而不能正常工作。为了解决这个问题，通常在中间加装"平衡－不平衡"的转
换装置，一般称为平衡变换器。
二分之一波长平衡变换器
又称"Ｕ"形平衡变换器，它用于不平衡馈线与平衡负载连接时的平衡变换，并有阻抗变
换作用。
移动通信系统中，采用的同轴电缆通常特性阻抗为50欧，所以还必须采用适当间距的振
子将折合式半波振子天线的阻抗调整到200欧左右，才能实现最终与主馈线50欧同轴电缆
的阻抗匹配。
四分之一波长平衡-不平衡变换器
利用四分之一波长短路传输线终端为高频开路的性质实现天线平衡输入端口与同轴馈线
不平衡输出端口之间的平衡-不平衡变换。
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