广电发送中天馈线的阻抗匹配

【摘要】通过实例引出广播电视发送过程中天馈线阻抗匹配的重要作用，简述了发射机、馈线、天线的匹配条件，及影响驻波比的一些因素。

【关键词】天馈线阻抗匹配驻波比

天馈线系统是广播电视发送中的重要组成部分，天线起着将馈线中传输的电磁波转换为自由空间传播的电磁波，或将自由空间传播的电磁波转换为馈线中传输的电磁波的作用。而馈线则是电磁波的传输通道。在广播电视发送系统中，天馈线系统的技术性能、质量指标直接影响到整部发射机的性能，和终端收听收看的效果。

实际工作中天馈线部分经常会遇到阻抗匹配问题，结合我台实例简单阐述阻抗不匹配时所遇到的现象：

1、我台十频道10kw电视发射机天线出现故障，驻波比1.5以上，解决问题时，上塔检查天线时，发现十频道缝隙天线其中变阻器一端和一条分馈线已经烧坏，分析故障原因时认为应该是由于分馈线与变阻器插芯接触不良，破坏了阻抗匹配条件形成高频振荡，并伴随拉弧放电现象，引起高温，烧坏变阻器及分馈线，直接反应到发射机现象为：发射机保护，高反射告警。如果严重会损坏发射机功放管。

2、我台33频道3kw发射机馈管与主馈线温度过热，拆开连接头发现主馈线电缆头内芯上竟然有一个弹簧垫，有轻微的灼伤痕迹，取下弹簧垫，重新制作电缆头内芯，安装后正常。故障分析：弹簧垫有缝隙缺口及粗糙表面，改变了馈线电缆的分布参数，同时高频阻抗改变，形成驻波，使电缆头变热，好在发现及时，没有损坏电缆头和馈线电缆造成更大的损失。下面阐述阻抗匹配具体分析：

阻抗匹配是信号传输过程中负载阻抗和信源内阻抗之间的特定配合关系。由于广电发送的信号传输频率在甚高频和特高频，信号的波长就很短，可以与传输线长度相比拟，馈线电缆阻抗与天线阻抗不匹配时，在广播电视发射机负载端就会产生反射。入射波和反射波会叠加因此会改变发送信号的形状，形成行驻波，阻抗不匹配时会产生反射以及特征阻抗的求解方法，可以用二阶偏微分方程求解，在这里不必做过多叙述。天馈线电缆的特性阻抗是由其馈线的材料和结构决定的，传输音频信号电缆阻抗为600欧，有线电视同轴电缆阻抗为75欧，大多数射频传输或发射设备上使用用特征阻抗为50欧的电缆。在传输过程中传输信号频率越高，趋肤效应就越明显，有的基层单位技术人员会有一个误区，是使用万用表来测量特性阻抗，这样是测量不出来的，特征阻抗和电阻是不一样的，不能通过使用欧姆表来测量。特性阻抗与馈线电缆的长度、发射信号的幅度、信号源频率无关。只要馈线的特征阻抗与负载天线的阻抗相等，这样就实现了阻抗匹配，阻抗匹配时无反射。阻抗不匹配时，会形成反射波，会叠加在入射波上，会在天馈线上形成驻波，还有一种情况，就是在同一根馈线电缆上传输不同频率的信号时，如果无源器件接触不良或表面粗糙，则会形成无源互调，碰坏其阻抗匹配条件。当有驻波形成时，信号能量传递不出去，导致传输线的有效功率容量降低；功率发射不出去，反射回来，甚至会损坏发射设备。如果是电路板上的高速信号线与负载阻抗不匹配时，会产生震荡，辐射干扰等。阻抗匹配时则传输功率大，对于一个电源来讲，单它的内阻等于负载时，输出功率最大，此时阻抗匹配。最大功率传输定理，如果是高频的话，就是无反射波。

发射机与天馈线匹配的条件，是两者阻抗的电阻分量相同、感抗部分互相抵消。电压驻波比（VSWR）就是衡量发射机与天馈线是否匹配的重要参数。在广电发送中，天线、馈线和发射机的阻抗不匹配或其发送的高频信号就会在天线产生反射波，在天馈线部分产生驻波。其驻波比的计算公式为VSWR=R/r=（1+K）/（1-K），反射系数K=（R-r）/（R+r），R为输出阻抗、r为输入阻抗。

广播电视发送天馈线系统和输出阻抗为50欧的发射机的匹配条件，是天馈线系统阻抗为50欧纯电阻。理论上，要使天线发射的电磁场最强其中谐振是关键因素。

当VSWR过高，而天线系统又没有谐振时，阻抗存在很大电抗分量，发射机末级器件可能需要承受较大的瞬间过电压。高VSWR造成射频末级功率器件上承受较大瞬间过压而损坏。所以VSWR是广电发送中的重要指标之一。现在的发射机基本上都有高驻波保护，先是降激励3dB，这样虽然能起到保护发射机功放管的作用，但瞬间冲击对功放管的伤害也是很大的。

实际上，电缆是存在损耗的，例如电缆较细、长度达到波长的几十倍以上，那么电缆下端测出的VSWR会比天线的实际VSWR低。所以，测量VSWR时，尤其在UHF以上频段，电缆的影响不可忽略。

由此可见在广播电视发送系统中，天馈线与发射机的阻抗匹配是非常重要的，所以应该定期检查天馈线的驻波比，检查天馈线的紧固情况，不要因为忽略了天馈线的检查和测量造成发射机末级功放管损坏以及其他更大的损失。