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时间:2019-05-12
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1、无线传输同轴电缆第三章传输系统双绞线光端机光纤传输提示:双击视频全屏缩放,按Esc键退出全屏天线的性能参数天线的输入阻抗Zin定义:天线输入端信号电压与信号电流之比,称为天线的输入阻抗。天线与馈线的连接,最佳情形是天线输入阻抗是纯电阻且等于馈线的特性阻抗,这时馈线终端没有功率反射,馈线上没有驻波,天线的输入阻抗随频率的变化比较平缓。天线的匹配工作就是消除天线输入阻抗中的电抗分量,使电阻分量尽可能地接近馈线的特性阻抗。匹配的优劣一般用四个参数来衡量即反射系数,行波系数,驻波比和回波损耗,四个参数之间有固定的数值关系,使用那一个纯出于习惯。在我们日常维护中,用的较多的是驻波比和回波
2、损耗。一般生产的馈线,主要是300欧姆、75欧姆和50欧姆三种阻抗。第三章传输系统第一节无线传输天线的性能参数天线的输入阻抗Zin基本偶极天线的阻抗是75欧姆左右,V型偶极天线是50欧姆左右,基本垂直天线阻抗50欧姆。其他天线一般阻抗都不是50或75欧姆,一般移动通信天线的输入阻抗为50Ω。那么在把它们与馈线连接之前,需要有一定的手段来做阻抗变换。输入阻抗具有电阻分量Rin和电抗分量Xin,即Zin=Rin+jXin。电抗分量的存在会减少天线从馈线对信号功率的提取,因此,必须使电抗分量尽可能为零,也就是应尽可能使天线的输入阻抗为纯电阻。事实上,即使是设计、调试得很好的天线,其输
3、入阻抗中总还含有一个小的电抗分量值。输入阻抗与天线的结构、尺寸以及工作波长有关,半波对称振子是最重要的基本天线,其输入阻抗为Zin=73.1+j42.5(欧)。当把其长度缩短(3~5)%时,就可以消除其中的电抗分量,使天线的输入阻抗为纯电阻,此时的输入阻抗为Zin=73.1(欧),(标称75欧)。注意,严格的说,纯电阻性的天线输入阻抗只是对点频而言的。第三章传输系统第一节无线传输天线的性能参数天线的输入阻抗Zin顺便指出,半波折合振子的输入阻抗为半波对称振子的四倍,即Zin=280(欧),(标称300欧)。对于任一天线,人们总可通过天线阻抗调试,在要求的工作频率范围内,使输入阻
4、抗的虚部很小且实部相当接近50欧,从而使得天线的输入阻抗为Zin=Rin=50欧,这是天线能与馈线处于良好的阻抗匹配所必须的。第三章传输系统第一节无线传输天线的性能参数匹配概念什么叫匹配?简单地说,馈线终端所接负载阻抗ZL等于馈线特性阻抗Z0时,称为馈线终端是匹配连接的。匹配时,馈线上只存在传向终端负载的入射波,而没有由终端负载产生的反射波,因此,当天线作为终端负载时,匹配能保证天线取得全部信号功率。如下图所示,当天线阻抗为50欧时,与50欧的电缆是匹配的,而当天线阻抗为80欧时,与50欧的电缆是不匹配的。如果天线振子直径较粗,天线输入阻抗随频率的变化较小,容易和馈线保持匹配,
5、这时天线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到周围物体的影响。为了使馈线与天线良好匹配,在架设天线时还需要通过测量,适当地调整天线的局部结构,或加装匹配装置。第三章传输系统第一节无线传输天线的性能参数天线的输入阻抗Zin反射损耗前面已指出,当馈线和天线匹配时,馈线上没有反射波,只有入射波,即馈线上传输的只是向天线方向行进的波。这时,馈线上各处的电压幅度与电流幅度都相等,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,负载就只能吸收馈线上传输的部分高频能量,而不能全部吸收,未被吸收的那部分能量将
6、反射回去形成反射波。第三章传输系统第一节无线传输天线的性能参数天线的输入阻抗Zin反射损耗例如,在右图中,由于天线与馈线的阻抗不同,一个为75欧姆,一个为50欧姆,阻抗不匹配,其结果是回波损耗以分贝值表示。回波损耗的值在0dB的到无穷大之间,回波损耗越小表示匹配越差,回波损耗越大表示匹配越好。0表示全反射,无穷大表示完全匹配。在移动通信系统中,一般要求回波损耗大于14dB。第三章传输系统第一节无线传输天线的性能参数天线的输入阻抗Zin电压驻波比在不匹配的情况下,馈线上同时存在入射波和反射波。在入射波和反射波相位相同的地方,电压振幅相加为最大电压振幅Vmax,形成波腹;而在入射波
7、和反射波相位相反的地方电压振幅相减为最小电压振幅Vmin,形成波节。其它各点的振幅值则介于波腹与波节之间。这种合成波称为行驻波。第三章传输系统第一节无线传输天线的性能参数天线的输入阻抗Zin电压驻波比反射波电压和入射波电压幅度之比叫作反射系数,记为R反射波幅度(ZL-Z0)R=─────=─────入射波幅度(ZL+Z0)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,记为VSWR波腹电压幅度Vmax(1+R)VSWR=─────────=────波节电压辐度Vmin(1-R)第三章
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