广电信号传输中天馈线宽频段阻抗匹配方式分析

王旭东

【摘要】在广电传输系统中，如果天线和馈线阻抗之间不能做到良好匹配，便会有相应的驻波产生，进而对整体系统的运行效率及其稳定性造成很大程度的不良影响。经分析发现，在馈线末端的某个区域中，如果波长频段不同，其电压波节点便会呈现出两个或者是多个距离较近的情况，这也是天馈线系统所独有的规律。而对于这些电压波节点所固有的特点，可通过合理的低阻抗匹配方法来解决天线和馈线阻抗不匹配问题，实现整体系统阻抗匹配设计难度的有效降低。本文便对这种匹配方式进行分析，以此来为广电传输系统的良好运行及日常维护提供一些参考与启示。

【关键词】天线;饋线;阻抗匹配;宽频段;匹配方式

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                    DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2022.06.10

在当今科学技术的不断发展中，广电发射机也实现了进一步的更新，且发射机也逐渐实现了自动化控制。广电传输系统的具体应用过程中发现，天线与馈线之间的阻抗不匹配将会对发射机的变换频率及其自动协调的准确性等产生直接的影响作用。因此，在天馈线系统的具体应用中，技术人员一定要对其宽频段阻抗匹配问题加以高度重视，并通过合理的技术措施来做好其阻抗匹配。这样才可以发挥出该系统的充分优势，满足当今广电传播系统的实际运行需求，促进天馈线系统的良好应用和广电行业的良好发展。

1. 广电天馈线系统及其宽频段阻抗匹配问题概述

1.1 广电天馈线系统情况概述

在本次所研究的某广电中心天馈线系统中，天线系统可按照其发射机的实际型号来应用与之水平相同的天线。而在馈线系统中，主要的组成部分有天线转换开关、平衡转换器以及主馈传输线。而在通过该广电天馈线系统对发射频率进行变换的过程中发现，该系统中的驻波值呈现出了显著增加的趋势，且发射系统的调整工作无法完成。通过进一步的原因分析发现，之所以会出现这样的情况，其主要原因是天馈线系统中的宽频阻抗不匹配。通过相应的测量数据发现，其驻波比值明显偏高，需对天馈线宽频阻抗进行匹配调整。

1.2 广电天馈线系统中的阻抗匹配问题概述

在广电天馈线系统中，其宽频阻抗不匹配的基本原因是传输和负载之间不匹配。在这样的情况下，传输线上就会有驻波产生。驻波的存在不仅会降低传输线的有效功率，同时也会使其衰减增加。如果信号源与传输线之间不匹配，不仅会对信号源的输出功率及其频率稳定性造成不良影响，同时也会使其负载的入射功率无法全部获得。而要想让传输线得到良好的匹配效果，宽频阻抗匹配就是一种常用且有效的解决方法，该方法的主要目的是让传输线两侧所接的宽频阻抗和传输线自身所具有的特性阻抗相等。而在具体的宽频阻抗匹配过程中，其基本原理是将一个匹配网络加设到传输线与终端这两者之间，该匹配网络需要由电抗元件组成，其功耗应尽可能减小，且调节之后可以与各个终端负载之间达到良好的匹配效果。通过这样的方式，便可借助于这个电抗元件所产生的反射波将系统中原有的反射波抵消，以此来达到消除驻波的效果，确保天线馈线系统的安全稳定运行。

2. 广电天馈线宽频段的主要阻抗匹配方式

在对广电天馈线系统中的宽频段阻抗进行匹配的过程中，最主要的目的就是通过新产生的反射波将系统中原有的反射波抵消，这样便可消除系统驻波问题，确保系统的良好稳定运行。而在具体的实现过程中，技术人员需要对以下几个方面的问题加以科学解决：第一是天线输入阻抗随机变化和馈线所具有的特性阻抗之间的匹配问题;第二是特性阻抗不同的馈线之间所产生的阻抗变换问题;第三是平衡系统和不平衡系统这两者之间的相互转换问题。在对这些问题进行解决的过程中，技术人员可通过传输线变压器、阶梯线、指数线、插入线、短截线等的方式来进行处理。这些方法都可以让上述问题得到有效解决，但是在具体的选择与应用过程中，技术人员需根据实际情况与实际需求来进行处理方法的合理选择，并对相应的处理方案加以科学制定。在本次对某广电中心的天馈线系统进行宽频段阻抗匹配的过程中，通过实际情况与多方面因素的综合考虑，最终选择了插入线匹配的调整方法。以下是对本次广电天馈线宽频段阻抗匹配方式所进行的分析：

2.1 插入线阻抗匹配

在广电天馈线宽频段阻抗匹配的过程中，插入线阻抗匹配的主要原理是将一段和馈线具有不同特性阻抗的传输线串入到馈线上。通过这样的方式，便可在特性阻抗跳变处产生相应的反射波。而在插入线的终端位置，这个反射波将会和原来天线上的反射波达到相互抵消的效果。在将原反射波抵消之后，主传输线便会呈现出行波状态，天线馈线系统的运行也将恢复正常。

2.2 四分之一波长插入线匹配

在对广电天馈线宽频段进行阻抗匹配的过程中，四分之一波长插入线匹配方法指的是将一段长度是波长的四分之一、特性阻抗是W1的传输线插入到传输线电压波腹点或者是波节点位置，进而将主传输线调整到行波状态。按照无损耗传输过程中的线路终端负载是任意阻抗情况下的等效线上输入阻抗公式计算可得出，插入线终端位置的等效阻抗为Zin。

在通过四分之一波长插入线的方式进行宽频段阻抗匹配的过程中，需对其插入点的位置进行合理选择，且插入线的特性阻抗应为w1.按照传输线路理论，在电压波腹点位置，其等效阻抗是W/k;在电压波节点位置，其等效阻抗是W*k（其中的k所代表的是驻波率，它是一个介于0-1之间且小于1的实数）。分别在这两个传输线上对等效阻抗是单纯电阻的点进行选取，并将其用作插入线始端位置的阻抗Z1，同时令插入线终端位置的阻抗为Zin=W，这样便可让主传输线达到良好的行波匹配效果。而如果插入始端为电压波节点位置，也就是Z1=W*k，由于k小于1，所以由此可得出，当四分之一波长插入线在电压波节点位置插入之后，插入线所具有的阻抗W1始终比主传输线所具有的特性阻抗W小。

而通过进一步的研究与分析发现，在四分之一波长插入线的阻抗匹配过程中，其插入点的位置应按照馈线阻抗的高低来合理确定。

如果馈线属于高阻抗馈线，就需要将其电压波节点作为插入线的始端;而如果馈线属于低阻抗馈线，则需要将其电压波腹点作为插入线的始端。通过这样的方式，才可以讓四分之一波长插入线发挥出良好的应用效果，实现天馈线系统宽频段阻抗的良好匹配，以此来确保系统的运行质量，满足广电传播的实际需求。

2.3 将天线输入阻抗用作插入线负载情况下的线匹配

在对广电天馈线系统中的宽频阻抗进行匹配时，按照插入线匹配方式的基本原理，在插入线的终端位置，主传输线将会处于行波状态，但是馈线到天线的方向上却依然会有相应的驻波存在。如果将天线输入阻抗用作插入线中的负载，便很可能让存在驻波的传输线长度得到最大化的缩短。在通过四分之一波长插入线进行阻抗匹配的过程中，在其插入线的始端位置，负载一定是纯电阻，但是天线的输入阻抗却并不属于纯电阻，所以在具体的阻抗匹配过程中，不可以将天线输入点用作四分之一插入线的始端。为实现上述概念的进一步推广，在具体的阻抗匹配过程中，我们可以将传输线上的任意一个点看作是天线输入点，然后将上文确定的插入线插入到该点上，便可让天馈线宽频段阻抗达到良好的匹配效果。通过一系列的演算之后得出，在该广电中心的天馈线系统宽频段阻抗匹配过程中，其插入线的长度是13.1167267，插入点的位置是-2.292784227，插入方式是在天线下引端位置反向插入。

3. 结束语

综上所述，在对天馈线系统进行宽频段阻抗匹配的过程中，插入线匹配是一种十分常用且有效的匹配方式。这种方法不仅可以让天线系统和馈线系统之间达到良好的匹配效果，同时也可以实现行波系数的有效提升，且不会对天线工作频段中的其他频率造成不良影响;加之其结构简单、材料节约等的诸多优势，使得该方法已经在当今的广电天馈线系统宽频段阻抗匹配中得到了广泛应用。但是在具体的匹配过程中，技术人员一定要做好相应的测量和误差计算，这样才可以让行波系数达到良好的匹配效果。在此过程中，技术人员也应该做好接线以及分支等的调整工作，以此来满足实际的匹配指标要求。通过这样的方式，才可以让插入线阻抗匹配法在广电天馈线系统宽频段阻抗匹配问题的解决中发挥出强大的技术优势，以此来为广电传播奠定良好的技术基础。

参考文献：

[1]巴桑扎西.广播电视频道信号发送中天馈线的阻抗匹配分析[J].西部广播电视，2021（12）：217-219.

[2]贺培洲，刘雄.10kW中波发射机天馈线匹配网络的设计与调试[J].科技资讯，2020（35）：47-49.

[3]秋增国.短波发射机阻抗匹配及因阻抗匹配引起的典型故障[J].广播电视信息，2018（07）：66-67.

[4]李健.浅谈全固态中波发射机输出网络和天馈线系统——以广东省中山中波转播台为例[J].西部广播电视，2017（02）：227-231.