最近,常有朋友询问天线制作中有关电缆连接方面的一些问题,我想在这里谈一些个人的体会。其实,本人觉得这些问题的提出,主要是缺乏长线、短线的概念造成的。首先介绍两个特殊的传输线段:1/4波长传输线和1/2波长传输线,见下图。
图中是一段1/4波长传输线,例如我们常用的75Ω和50Ω射频同轴电缆,选取一定的长度,便可成为某一频点的1/4波长传输线。这一段传输线在对应的频点上有一非常重要的特性:A端短路时,B端阻抗呈无限大;B端短路时,A端阻抗呈无限大。同理,一端开路时,另一端阻抗呈无限小。
这一特性同样也适用于下图所示的平行传输线,例如早些年常用的300Ω平衡传输线。
1/4波长线的这种特性有时能为我们带来极大的方便,如下图的半波振子天线就利用了这一特性。
上左图为常用的由两根金属条或金属管构成的半波振子天线,这种天线不象折合振子天线那样有零电位点可共固定之用,用上右图所示的方法就能很好地解决问题。虚线内的结构可看作下端短路的1/4波长传输线,上端阻抗呈无限大,正好可用来作为固定半波振子支撑结构。 于是,下图的结构也就很容易理解了。
再看下图的2.4GHz频段馈源,便是这种结构。
微波馈线系统
1/4波长的传输线有其特殊性。我们知道,传输线的输入阻抗与其长度有关,假设传输线的长度为 l 相位常数为α,特性阻抗为Zc,负载为Zo,则该传输线的输入阻抗为
假设图中的阶梯式阻抗变换器其两节1/4波长同轴线外导体内径分别为D1和D2,相应的特性阻抗分别为Zc1和Zc2。且左端第一节1/4同轴线的输入阻抗与输入端所接同轴电缆的阻抗相匹配,即Zi1=Z1=75Ω。而第二节1/4一波长同轴线的输出阻抗与输出端所接同轴电缆的阻抗相匹配,即Zo2=Zo2=50Ω。同时为使两节1/4同轴线之间匹配,应有第一节1/4波长同轴线的输出阻抗等于第二节的特性阻抗,而第二节1/4波长同轴线的输入阻抗等于第一节的特性阻抗,即Zo1=Zc2、Zi1=Zc1。因此可建立以下联立式 将Zc1=65Ω、Zc2=57Ω以及d=7mm,带入公式(3-11)可计算的D1和D2,即阶梯式阻抗变换器中两节1/4波长同轴线的外导体内径大小。