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廣電發(fā)送中天饋線的阻抗匹配
廣電發(fā)送中天饋線的阻抗匹配【1】
【摘要】通過實(shí)例引出廣播電視發(fā)送過程中天饋線阻抗匹配的重要作用，簡述了發(fā)射機(jī)、饋線、天線的匹配條件，及影響駐波比的一些因素。
【關(guān)鍵詞】天饋線阻抗匹配駐波比
天饋線系統(tǒng)是廣播電視發(fā)送中的重要組成部分，天線起著將饋線中傳輸?shù)碾姶挪ㄞD(zhuǎn)換為自由空間傳播的電磁波，或?qū)⒆杂煽臻g傳播的電磁波轉(zhuǎn)換為饋線中傳輸?shù)碾姶挪ǖ淖饔谩?/p>
而饋線則是電磁波的傳輸通道。
在廣播電視發(fā)送系統(tǒng)中，天饋線系統(tǒng)的技術(shù)性能、質(zhì)量指標(biāo)直接影響到整部發(fā)射機(jī)的性能，和終端收聽收看的效果。
實(shí)際工作中天饋線部分經(jīng)常會(huì)遇到阻抗匹配問題，結(jié)合我臺實(shí)例簡單闡述阻抗不匹配時(shí)所遇到的現(xiàn)象：
1、我臺十頻道10kw電視發(fā)射機(jī)天線出現(xiàn)故障，駐波比1.5以上，解決問題時(shí)，上塔檢查天線時(shí)，發(fā)現(xiàn)十頻道縫隙天線其中變阻器一端和一條分饋線已經(jīng)燒壞，分析故障原因時(shí)認(rèn)為應(yīng)該是由于分饋線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(xiàn)象，引起高溫，燒壞變阻器及分饋線，直接反應(yīng)到發(fā)射機(jī)現(xiàn)象為：發(fā)射機(jī)保護(hù)，高反射告警。
如果嚴(yán)重會(huì)損壞發(fā)射機(jī)功放管。
2、我臺33頻道3kw發(fā)射機(jī)饋管與主饋線溫度過熱，拆開連接頭發(fā)現(xiàn)主饋線電纜頭內(nèi)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(nèi)芯，安裝后正常。
故障分析：彈簧墊有縫隙缺口及粗糙表面，改變了饋線電纜的分布參數(shù)，同時(shí)高頻阻抗改變，形成駐波，使電纜頭變熱，好在發(fā)現(xiàn)及時(shí)，沒有損壞電纜頭和饋線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程中負(fù)載阻抗和信源內(nèi)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，信號的波長就很短，可以與傳輸線長度相比擬，饋線電纜阻抗與天線阻抗不匹配時(shí)，在廣播電視發(fā)射機(jī)負(fù)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，在這里不必做過多敘述。
天饋線電纜的特性阻抗是由其饋線的材料和結(jié)構(gòu)決定的，傳輸音頻信號電纜阻抗為600歐，有線電視同軸電纜阻抗為75歐，大多數(shù)射頻傳輸或發(fā)射設(shè)備上使用用特征阻抗為50歐的電纜。
在傳輸過程中傳輸信號頻率越高，趨膚效應(yīng)就越明顯，有的基層單位技術(shù)人員會(huì)有一個(gè)誤區(qū)，是使用萬用表來測量特性阻抗，這樣是測量不出來的，特征阻抗和電阻是不一樣的，不能通過使用歐姆表來測量。
特性阻抗與饋線電纜的長度、發(fā)射信號的幅度、信號源頻率無關(guān)。
只要饋線的特征阻抗與負(fù)載天線的阻抗相等，這樣就實(shí)現(xiàn)了阻抗匹配，阻抗匹配時(shí)無反射。
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)在天饋線上形成駐波，還有一種情況，就是在同一根饋線電纜上傳輸不同頻率的信號時(shí)，如果無源器件接觸不良或表面粗糙，則會(huì)形成無源互調(diào)，碰壞其阻抗匹配條件。
當(dāng)有駐波形成時(shí)，信號能量傳遞不出去，導(dǎo)致傳輸線的有效功率容量降低;功率發(fā)射不出去，反射回來，甚至?xí)䲟p壞發(fā)射設(shè)備。
如果是電路板上的高速信號線與負(fù)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)電源來講，單它的內(nèi)阻等于負(fù)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，就是無反射波。
發(fā)射機(jī)與天饋線匹配的條件，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(jī)與天饋線是否匹配的重要參數(shù)。
在廣電發(fā)送中，天線、饋線和發(fā)射機(jī)的阻抗不匹配或其發(fā)送的高頻信號就會(huì)在天線產(chǎn)生反射波，在天饋線部分產(chǎn)生駐波。
其駐波比的計(jì)算公式為VSWR=R/r=(1+K)/(1-K)，反射系數(shù)K=(R-r)/(R+r)，R為輸出阻抗、r為輸入阻抗。
廣播電視發(fā)送天饋線系統(tǒng)和輸出阻抗為50歐的發(fā)射機(jī)的匹配條件，是天饋線系統(tǒng)阻抗為50歐純電阻。
理論上，要使天線發(fā)射的電磁場最強(qiáng)其中諧振是關(guān)鍵因素。
當(dāng)VSWR過高，而天線系統(tǒng)又沒有諧振時(shí)，阻抗存在很大電抗分量，發(fā)射機(jī)末級器件可能需要承受較大的瞬間過電壓。
高VSWR造成射頻末級功率器件上承受較大瞬間過壓而損壞。
所以VSWR是廣電發(fā)送中的重要指標(biāo)之一。
現(xiàn)在的發(fā)射機(jī)基本上都有高駐波保護(hù)，先是降激勵(lì)3dB，這樣雖然能起到保護(hù)發(fā)射機(jī)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(xì)、長度達(dá)到波長的幾十倍以上，那么電纜下端測出的VSWR會(huì)比天線的實(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。
由此可見在廣播電視發(fā)送系統(tǒng)中，天饋線與發(fā)射機(jī)的阻抗匹配是非常重要的，所以應(yīng)該定期檢查天饋線的駐波比，檢查天饋線的緊固情況，不要因?yàn)楹雎粤颂祓伨�的檢查和測量造成發(fā)射機(jī)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(jī)DVD已進(jìn)入我們的廣大家庭，但很多人購買擴(kuò)音機(jī)、音箱、麥克風(fēng)等一整套音響設(shè)備后，聽起來或唱起來總覺音質(zhì)不夠理想。
原因出在什么方面呢?圍繞這個(gè)問題，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(shè)備中常見的一種工作狀態(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(dāng)電路實(shí)現(xiàn)阻抗匹配時(shí)，將獲得最大的傳輸功率。
反之，當(dāng)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。
阻抗匹配常見于各級放大電路之間，放大器與負(fù)載之間，測量儀器與被測電路之間，天線與接收機(jī)或發(fā)信機(jī)與天線之間等等。
例如，擴(kuò)音機(jī)的輸出電路與揚(yáng)聲器之間必須做到阻抗匹配，不匹配時(shí)，擴(kuò)音機(jī)的輸出功率將不能全部送至揚(yáng)聲器。
如果揚(yáng)聲器的阻抗遠(yuǎn)小于擴(kuò)音機(jī)的輸出阻抗，擴(kuò)音機(jī)就處于過載狀態(tài)，其末級功率放大管很容易損壞。
反之，如果揚(yáng)聲器的阻抗高于擴(kuò)音機(jī)的輸出阻抗過多，會(huì)引起輸出電壓過高，同樣不利于擴(kuò)音機(jī)的工作，聲音還會(huì)產(chǎn)生失真。
因此，揚(yáng)聲器的阻抗與擴(kuò)音機(jī)的輸出阻抗越接近越好。
例如，音響標(biāo)準(zhǔn)接頭上標(biāo)明是4Ω、100W，那么該接頭上的阻抗就是兩個(gè)8Ω揚(yáng)聲器的并聯(lián)，每個(gè)揚(yáng)聲器可得到50W，這樣綜合揚(yáng)聲器系統(tǒng)，就是4Ω、100W，否則不能實(shí)現(xiàn)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(nèi)阻等于電路的輸入阻抗，電路輸出阻抗等于負(fù)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電抗電路。
如，麥克風(fēng)與擴(kuò)音機(jī)之間，擴(kuò)音機(jī)與揚(yáng)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的值不能用簡單的算術(shù)相加，而常用阻抗三角形法計(jì)算(見圖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)電路來講，若并聯(lián)電路則計(jì)算更為復(fù)雜)。
滿足上述條件即為阻抗匹配，負(fù)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(nèi)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。
對下信號源來講，放大器成為其負(fù)載。
從數(shù)值看，放大器的等效負(fù)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，萬用表測電壓時(shí)，電壓擋的輸入阻抗(稱為電壓靈敏度)越高，對被測電路的分流就越小，測量誤差也較小。
而當(dāng)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(dāng)信號源的輸出阻抗與放大電路的輸入阻抗相等時(shí)即稱阻抗匹配，(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負(fù)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(fù)載后，從輸出端CD看進(jìn)去的等效阻抗稱為輸出阻抗。
如果負(fù)載阻抗不匹配，負(fù)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(yáng)聲器之間的阻抗要相匹配。
這時(shí)我們可以用同一臺擴(kuò)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，聽起來聲音就是不同，因?yàn)閿U(kuò)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(kuò)音器上，聲音很大但失真，這就說明如果音箱的阻抗大于功放的輸出阻抗，可能會(huì)導(dǎo)致有效功率減小，聲音不飽滿、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(yáng)聲器的阻抗不相等的情況時(shí)，補(bǔ)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(yàn)在教學(xué)中往往能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生積極地開動(dòng)腦筋。
在演示實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)，如可以將一些演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生探索性實(shí)驗(yàn)。
讓學(xué)生選擇器材、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法，在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問題和尋找解決問題的方法等等。
通過創(chuàng)設(shè)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(xí)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(yǎng)起著潛移默化的作用。
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