天线与馈线匹配中的平衡与不平衡变换
天线基本知识及应用--链路及空间无线传播损耗计算1链路预算上行
天线基本知识及应用--链路及空间无线传播损耗计算1 链路预算上行和下行链路都有自己的发射功率损耗和路径衰落。
在蜂窝通信中，为了确定有效覆盖范围，必须确定最大路径衰落、或其他限制因数。
在上行链路，从移动台到基站的限制因数是基站的接受灵敏度。
对下行链路来说，从基站到移动台的主要限制因数是基站的发射功率。
通过优化上下行之间的平衡关系，能够使小区覆盖半径内，有较好的通信质量。
一般是通过利用基站资源，改善网络中每个小区的链路平衡（上行或下行），从而使系统工作在最佳状态。
最终也可以促使切换和呼叫建立期间，移动通话性能更好。
上下行链路平衡的计算。
对于实现双向通信的GSM系统来说，上下行链路平衡是十分重要的，是保证在两个方向上具有同等的话务量和通信质量的主要因素，也关系到小区的实际覆盖范围。
下行链路（DownLink）是指基站发，移动台接收的链路。
上行链路（UpLink）是指移动台发，基站接收的链路。
上下行链路平衡的算法如下：下行链路（用dB值表示）：PinMS = PoutBTS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdMS - LslantBTS - LPdown式中：PinMS 为移动台接收到的功率；PoutBTS为BTS的输出功率；LduplBTS为合路器、双工器等的损耗；LpBTS为BTS的天线的馈缆、跳线、接头等损耗；GaBTS为基站发射天线的增益；Cori为基站天线的方向系数；GaMS为移动台接收天线的增益；GdMS为移动台接收天线的分集增益；LslantBTS为双极化天线的极化损耗；LPdown为下行路径损耗；上行链路（用dB值表示）：PinBTS = PoutMS - LduplBTS - LpBTS + GaBTS + Cori + GaMS + GdBTS -LPup +[Gta]式中：PinBTS为基站接收到的功率；PoutMS为移动台的输出功率；LduplBTS为合路器、双工器等的损耗；LpBTS为BTS的天线的馈缆、跳线、接头等损耗；GaBTS为基站接收天线的增益；Cori 为基站天线的方向系数；GaMS为移动台发射天线的增益；GdBTS为基站接收天线的分集增益；Gta为使用塔放的情况下，由此带来的增益；LPup为上行路径损耗。
漫谈长城天线的巴伦(修订版)
漫谈长城天线的巴伦我翻译的系列长城天线的文章——阿摩司天线系列发布之后，很多网友给我发短消息，询问巴伦的问题。
常常看到很多关于巴伦的文章，大都是各处抄来的，特别是很多例子和图纸都是从短波火腿论坛照搬来的，有的是从电视论坛转抄来的，东拼西凑，逻辑性不强，前言不搭后语的情况时有发生，让人看着如坠雾中，理解起来十分困难。
最主要的是，网友的这些实践，大都是集中在短波或者超短波领域，比如电视天线用磁芯做巴伦，在2.4G的WIFI频段并不适用，当然也就不适用于长城天线。
所以，这段时间，恶补了一下关于巴伦的知识，特别是翻阅了大量的高校教科书，大有收获。
不敢独享，下面仅就长城天线的巴伦向坛友汇报自己的学习体会。
业余无线电通信中常用到的巴伦，主要指的是同轴电缆向天线馈电时所需要的不平衡到平衡的变换器，英文是Balance—Unbalance组合，缩写为一个新词：Balun，音译为巴伦。
我们知道，我们平常应用的很多天线，半波振子天线、折合振子天线、环行天线等都是平衡馈电的，它们都有两个馈电点，这两个馈电点的信号电压（或电流）的相位是互为反相的。
而主馈电缆常常都是用同轴电缆，同轴电缆属于不平衡（不对称）馈线，其内导体是馈电点，而外导体是地线点，不参与馈电。
用不平衡的同轴电缆给平衡的对称天线馈电，就会出现不平衡现象。
见下图：内导体电流I1 全部流向振子臂1；外导体内壁电流一部分流向振子臂2成为I2，另一部分外导体内壁电流流向外壁成为I3 。
可见振子两臂上的电流方向相同，但幅度不等，且I1＞I2 。
外壁电流I3 的存在，破坏了对称天线电路分布的平衡性，同时，I3产生的附加辐射又使天线方向图发生畸变，损耗增加，效率下降。
因此，必须采取措施抑制同轴电缆外导体外侧的电流，使I3≈0 。
巴伦就承担了把不对称传输转化为对称传输的任务。
上图就是长城天线常用的巴伦——U形管变换器。
同轴电缆内导体在a点直接和天线振子的左臂相连，然后由a点经过弯折成U型的、长度为λg/2的一段同轴电缆(λg是同轴电缆内的波长)，在b点与天线振子的右臂连接。
天线的几个重要参数介绍
一、天线的几个重要参数介绍1.天线的输入阻抗天线的输入阻抗是天线馈电端输入电压与输入电流的比值。
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损耗。
驻波比：它是行波系数的倒数，其值在1到无穷大之间。
驻波比为1，表示完全匹配；驻波比为无穷大表示全反射，完全失配。
在移动通信系统中，一般要求驻波比小于1.5。
回波损耗：它是反射系数绝对值的倒数，以分贝值表示。
回波损耗的值在0dB的到无穷大之间，回波损耗越大表示匹配越差，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。
2.天线的极化方式所谓天线的极化，就是指天线辐射时形成的电场强度方向。
当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。
由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减，而垂直极化方式则不易产生极化电流，从而避免了能量的大幅衰减，保证了信号的有效传播。
因此，在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式。
另外，随着新技术的发展，最近又出现了一种双极化天线。
就其设计思路而言，一般分为垂直与水平极化和±45°极化两种方式，性能上一般后者优于前者，因此目前大部分采用的是±45°极化方式。
双极化天线组合了+45°和-45°两副极化方向相互正交的天线，并同时工作在收发双工模式下，大大节省了每个小区的天线数量；同时由于±45°为正交极化，有效保证了分集接收的良好效果。
巴伦
关于巴仑(Balun)2009-05-29 08:59巴仑(Balun)是英文“平衡－不平衡变换器”缩写的音译。
它的作用除了平衡－不平衡变换之外，同时还视乎巴仑的形式、结构，可以进行1:1、4:1、6:1、9:1、25:1等比值的阻抗转换。
原理是按天线理论，偶极天线属平衡型天线，而同轴电缆属不平衡传输线，若将其直接连接，则同轴电缆的外皮就有高频电流流过（按同轴电缆传输原理，高频电流应在电缆内部流动，外皮是屏蔽层，是没有电流的），这样一来，就会影响天线的辐射（可以想象成电缆的屏蔽层也参与了电波的辐射）。
因此，就要在天线和电缆之间加入平衡不平衡转换器，把流入电缆屏蔽层外部的电流扼制掉，也就是说把从振子流过电缆屏蔽层外皮的高频电流截断。
要达到这样的目的有很多种办法：一种是高频开路法，在电缆屏蔽层外皮四分之一波长处接一个四分之一波长的套筒（等于效四分之一波长的开路线），因四分之一波长开路线对该频率视为开路，达到截断高频电流的作用，这种办法，工作带宽窄，频率低时四分之一波长套筒就显得很长，适合大功率高频率使用。
另一种是抵消法，想办法使流入的电流大小相等方向相反而互相抵消，应用较多的用磁环三线绕的平衡不平衡转换器就属这种，这种频带较宽，使用但大功率时受磁环磁饱和的限制，适合低频率小功率使用。
再一种是变压器法，通过高频变压器实现平衡不平衡转换，原理就像推挽输出变压器一样，把双向平衡电流变换成但向不平衡电流。
变压器可采用磁心或空心绕成，适用大功率使用。
还有一种是抑制法，振子经过一高频扼流圈接电缆屏蔽层外皮，阻止高频电流流向电缆屏蔽层外皮，此法比较简单，就是把电缆绕十圈左右，绕在磁环上更好，空心也没关系，一般是频率低绕多几圈，频率高小绕几圈。
但抑制效果没有前述几种好，因此前面几种多用于专业应用，这种业余应用较多。
要记住的是我们只是截断屏蔽层外皮的高频电流，并不是截断流向屏蔽层的所有高频电流（要这样的话把振子和电缆皮断开就得了），高频电流是在屏蔽层的里面流的。
Balun作用和原理
巴仑(Balun)是英文“平衡－不平衡变换器”缩写的音译。
它的作用除了平衡－不平衡变换之外，同时还视巴仑的形式、结构，可以进行1:1、4:1、6:1、9:1、25:1等比值的阻抗转换。
原理是按天线理论，偶极天线属平衡型天线，而同轴电缆属不平衡传输线，若将其直接连接，则同轴电缆的外皮就有高频电流流过（按同轴电缆传输原理，高频电流应在电缆内部流动，外皮是屏蔽层，是没有电流的），这样一来，就会影响天线的辐射（可以想象成电缆的屏蔽层也参与了电波的辐射）。
因此，就要在天线和电缆之间加入平衡不平衡转换器，把流入电缆屏蔽层外部的电流扼制掉，也就是说把从振子流过电缆屏蔽层外皮的高频电流截断。
要达到这样的目的有很多种办法：一种是高频开路法，在电缆屏蔽层外皮四分之一波长处接一个四分之一波长的套筒（等于效四分之一波长的开路线），因四分之一波长开路线对该频率视为开路，达到截断高频电流的作用，这种办法，工作带宽窄，频率低时四分之一波长套筒就显得很长，适合大功率高频率使用。
另一种是抵消法，想办法使流入的电流大小相等方向相反而互相抵消，应用较多的用磁环三线绕的平衡不平衡转换器就属这种，这种频带较宽，使用但大功率时受磁环磁饱和的限制，适合低频率小功率使用。
再一种是变压器法，通过高频变压器实现平衡不平衡转换，原理就像推挽输出变压器一样，把双向平衡电流变换成但向不平衡电流。
变压器可采用磁心或空心绕成，适用大功率使用。
还有一种是抑制法，振子经过一高频扼流圈接电缆屏蔽层外皮，阻止高频电流流向电缆屏蔽层外皮，此法比较简单，就是把电缆绕十圈左右，绕在磁环上更好，空心也没关系，一般是频率低绕多几圈，频率高小绕几圈。
但抑制效果没有前述几种好，因此前面几种多用于专业应用，这种业余应用较多。
要记住的是我们只是截断屏蔽层外皮的高频电流，并不是截断流向屏蔽层的所有高频电流（要这样的话把振子和电缆皮断开就得了），高频电流是在屏蔽层的里面流的。
形象一点可以把电缆想象成水管，本来应该是水都在水管里流，如不加巴仑，水不单在水管里流，而且有一部分还流到管子的外皮。
微波和天线相关问题-19页文档资料
微波与天线相关问题一、微波的相关问题1、微波的波长微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称。
微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。
2、微波的性质微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。
对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。
对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。
而对金属类东西，则会反射微波。
3、介质的穿透性通过不同介质时，会发生折射、反射、绕射、散射及吸收等等。
电磁波的传播有沿地面传播的地面波，还有从空中传播的空中波以及天波。
波长越长其衰减也越少，电磁波的波长越长也越容易绕过障碍物继续传播。
机械波与电磁波都能发生折射\反射\衍射\干涉,因为所有的波都具有波粒两象性.折射\反射属于粒子性；衍射\干涉为波动性。
4、天波与地波天波是靠电磁波在地面和电离层之间来回反射而传播的。
天波是短波的主要传播途径。
短波信号由天线发出后，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以多次反射，因而传播距离很远(可上万公里)，而且不受地面障碍物阻挡。
但天波传播的最大弱点是信号很不稳定的，处理不好会影响通信效果。
沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波，简称地波，传播时无线电波可随地球表面的弯曲而改变传播方向。
长波无线电之传递，以地波为主。
其折射率在海面与平原之吸收率均较小。
在传播途中的衰减大致与距离成正比，因受气候影响甚微，在有效距离内通信可靠。
5、卫星通信卫星通信是地球上(包括陆地、水面和低层大气中)无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站而进行的空间微波通信，卫星通信是地面微波接力通信的继承和发展。
我们知道微波信号是直接传播的，因此，可以把卫星通信看作是微波中继通信的一种特例，它只是把中继站放置在空间轨道上。
6、卫星通信使用哪些频段？由于卫星处于外层空间，即在电离层之外，地面上发射的电磁波必须能穿透电离层才能到达卫星；同样，从卫星到地面上的电磁波也必须穿透电离层，而在无线电频段中只有微波频段恰好具备这一条件，因此卫星通信使用微波频段。
微波理论
平衡装置信号源或负载或传输线，根据它们对地的关系，都可以分成平衡和不平衡两类。
若信号源两端与地之间的电压大小相等、极性相反，就称为平衡信号源，否则称为不平衡信号源；若负载两端与地之间的电压大小相等、极性相反，就称为平衡负载，否则称为不平衡负载；若传输线两导体与地之间阻抗相同，则称为平衡传输线，否则为不平衡传输线。
在不平衡信号源与不平衡负载之间应当用同轴电缆连接，在平衡信号源与平衡负载之间应当用平行双线传输线连接，这样才能有效地传输信号功率，否则它们的平衡性或不平衡性将遭到破坏而不能正常工作。
如果要用不平衡传输线与平衡负载相连接，通常的办法是在粮者之间加装“平衡－不平衡”的转换装置，一般称为平衡变换器。
二分之一波长平衡变换器又称“Ｕ”形管平衡变换器，它用于不平衡馈线同轴电缆与平衡负载半波对称振子之间的连接。
“Ｕ”形管平衡变换器还有 1:4 的阻抗变换作用。
移动通信系统采用的同轴电缆特性阻抗通常为50欧，所以在YAGI天线中，采用了折合半波振子，使其阻抗调整到200欧左右，实现最终与主馈线50欧同轴电缆的阻抗匹配。
四分之一波长平衡-不平衡器利用四分之一波长短路传输线终端为高频开路的性质实现天线平衡输入端口与同轴馈线不平衡输出端口之间的平衡-不平衡变换。
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反射回去形成反射波。
例如，在右图中，由于天线与馈线的阻抗不同，一个为75 ohms，一个为50 ohms ，阻抗不匹配，其结果是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。
广播电视发射天馈系统常见故障及应对措施
广播电视发射天馈系统常见故障及应对措施作者：王国强来源：《卫星电视与宽带多媒体》2024年第05期【摘要】发射天馈系统在广播电视系统中占据着重要地位，只有建立一套完整的天馈系统，才能保证广电节目正常播出。
广播电视系统的独立性特点明显，天馈系统多通过天线装置发出信号。
天馈系统电极为单极化，容易增加故障几率，再加上系统结构组成复杂，检修难度大，严重影响广电节目的播出安全。
本文重点分析了广电发射天馈系统的故障问题，并提出科学的故障处理对策，仅供参考。
【关键词】广播电视；天馈系统；常见故障中图分类号：TN92 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.05.015现代科技推动了经济发展，为互联网技术、短视频技术发展提供技术保障，但新型媒介形式严重冲击了广播电视行业的发展，因此要做好技术升级与转型，如融合广电媒体、互联网技术，通过人工智能实时监控天馈系统，形成完整的系统架构与流程，提升天馈系统的利用率[1]。
此外，天馈系统运行效益会直接决定广电行业的发展，随着通讯技术的创新发展，公众对智能手机的依赖度高，一旦出现网络卡顿情况，就会影响用户的使用体验感。
技术学者对天馈系统的研究日益加深，再加上互联网行业发展挤占了广电生存空间，为了积极应对激烈的市场竞争，广电企业必须重视技术研发与改革。
本文主要围绕广电发射天馈系统展开讨论，详细介绍系统常见故障问题并提出应对措施，希望能推动我国广电事业的长久化发展。
1. 广播电视发射天馈系统的运维价值1.1 提升发射效率管理和维护天馈系统，有助于提升信号发射效率，加强信号发射质量。
对于信号覆盖的用户，有助于加强信号接收质量，为用户提供优质的信息服务。
现代科技快速发展，相应提升了天馈系统的设计、应用水平，特别是馈线、天线设计[2]。
在传统天馈系统中，馈线类型、长度的限制非常多，相应地影响信号传输过程，但使用新型馈线传输天线信号，能够加强广电信号传输质量。
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天线与馈线匹配中的平衡与不平衡变换
很多天线如半波振子天线、折合振子天线、环行天线等都是平衡馈电的，它们都有两个馈电点，它们都有个特点：两个馈电点的信号电压（或电流）的相位是互为反相的。
而主馈电缆常常都是用同轴电缆，同轴电缆属于不平衡（不对称）馈线，其内导体是馈电点，而外导体是地线点，不参与馈电。
所以就算天线的特性租抗与同轴电缆相同也不能直接连接，否则，会破坏天线的对称性，使天线两臂上的电流大小不等，这种不平衡性会改变天线的方向图，使之成为不对称的方向图，从而使馈线可能接收到各种干扰波和使馈线与天线失配。
因此，在天线与同轴线连接时，不仅要考虑阻抗匹配而且还要进行平衡--不平衡变换。
1、λ/4平衡变换器（λ是信号频率的波长）
λ/4平衡变换如图1所示，半波振子的输入阻抗是75欧的平衡负载，用75欧的同轴电缆与之配接虽然阻抗是匹配了，但平衡却不匹配，必须加入一个平衡变换器。
半波振子的一臂与主馈线外导体相连（图1中的A点），另一臂与λ/4导体上端和同轴电缆的内导体相连接（图1中的B点），λ/4导体的下端则通过短接金属环与主馈线的外导体相接（图1中的C点）。
那么A--》B点之间的距离为λ/2，所以，B点的信号送到A 点时刚好反相，这样一来就把同轴线的不对称变为对称了。
从A、B两点向短接金属环看进去是一段λ/4的短路线，其阻抗为无穷大，所以对阻抗匹配不会造成影响。
2、不对称U型环平衡变换
如图2所示，它由两段特性阻抗均为75欧的同轴线构成，其中一段为λ/4，另一段为3λ/4，两段同轴线的内导体分别与半波振子的两臂A、B相连，另一端与主馈电缆相连于C
点，可见主馈线到振子两馈电点路径的波程相差为3λ/4-λ/4=λ/2，即两馈电点的信号电压大小相等，方向相反。
因而保证了平衡馈电。
阻抗匹配：由于半波振子是平衡式的，每个馈电点对地阻抗为75/2=37.5欧，馈电点A 通过λ/4的75欧电缆到C点的阻抗为：75平方/37.5=150欧，馈电点B通过3λ/4（λ/4的奇数倍）75欧电缆到C点的阻抗为：75平方/37.5=150欧，那么C点的合成阻抗为：150 /2=75欧。
显然和主馈电缆的阻抗是匹配的。
3、λ/2平衡变换器
λ/2平衡变换器又叫U型平衡变换器，如图3所示，折合半波振子天线（输入阻抗为3 00欧）与会75欧的同轴线连接时，二者阻抗不匹配，因此必须在它们之间加装U型平衡变换器。
从图3可看出，馈电点A和B的对地阻抗为300/2=150欧，信号从主馈电缆传至A点分成两路，分别供给振子左右两边的负载。
由于A、B两馈电点的波程差为λ/2。
因此，A、B两馈电点的电源大小相等，方向相反，从而达到了平衡变换的目的。
再看阻抗方面，由于A、B两点的对地阻抗均为150欧，那么合成在一起后，A点的阻抗应为两馈电点的并联值即150/2=75欧，所以阻抗也是匹配的。