微波饋線系統

微波饋線系統是指連續微波收、發信設備與天線的微波傳輸線和有關的微波器件。

簡介

饋線系統的傳輸線及有關的微波器件可為同軸線型或波導型。在3GHz 以下的微波系統大多採用同軸型饋線，而3GHz以上則大多數採用波導型饋線。這裡將要介紹饋線系統中所涉及的微波器件。

阻抗變換器

阻抗變換器的作用是解決微波傳輸線與微波器件之間匹配的，在通常情況下，同軸傳輸線的阻抗為75Ω，而與饋線相連的極化分離器和波道濾波器的輸入輸出阻抗為50Ω。為使其阻抗匹配，需採用阻抗變換器進行匹配。常用的同軸線阻抗變換器有直線漸變式和階梯式兩種。

2.1直線式漸變阻抗變換器

式中μ——導磁係數； 微網社區歡迎您，微網社區-純淨、樸素的學術研發平台

ε——介電常數。

可見，當內導體外徑d固定時，同軸線特性阻抗Z。與外導體內徑D成對數正比。因此適當選擇外導體的內徑，就可以達到阻抗匹配的目的。假設內導體外徑固定為d=7mm。當左端外導體的內徑D1=24mm時，由上式可得其特性阻抗Zc1=75Ω；而右端外導體的內逕取D2=16mm時，可得其特性阻抗Zc1=50Ω。

2.2階梯式阻抗變換器

1/4波長的傳輸線有其特殊性。我們知道，傳輸線的輸入阻抗與其長度有關，假設傳輸線的長度為 l 相位常數為α，特性阻抗為Zc，負載為Zo，則該傳輸線的輸入阻抗為

階梯式阻抗變換器結構剖面圖假設圖中的階梯式阻抗變換器其兩節1/4波長同軸線外導體內徑分別為D1和D2，相應的特性阻抗分別為Zc1和Zc2。且左端第一節1/4同軸線的輸入阻抗與輸入端所接同軸電纜的阻抗相匹配，即Zi1=Z1=75Ω。而第二節1/4一波長同軸線的輸出阻抗與輸出端所接同軸電纜的阻抗相匹配，即Zo2=Zo2=50Ω。同時為使兩節1/4同軸線之間匹配，應有第一節1/4波長同軸線的輸出阻抗等於第二節的特性阻抗，而第二節1/4波長同軸線的輸入阻抗等於第一節的特性阻抗，即Zo1=Zc2、Zi1=Zc1。因此可建立以下聯立式：

　　

將Zc1=65Ω、Zc2=57Ω以及d=7mm，帶入公式（3-11）可計算的D1和D2，即階梯式阻抗變換器中兩節1/4波長同軸線的外導體內徑大小。

收發共用器

每一個微波站的設備都有接收和傳送兩套系統，為了節省設備，常使收發系統共用一副天線，這就需要用收發共用器來實現。通常的收發公用器有環行器和極化分離器兩種類型。

3.1採用環行器的收發公用器

在實際套用中，由於環行器的隔離性能一般只有20~30dB，為了進一步減小收發之間的相互串擾，通常在環行器與收發信機之間分別接入一個以該路頻率為中心頻率的帶通濾波器。該濾波器應具有較高的選擇性。

採用極化分離器的收發公用器

下圖給出了採用極化分離器收發公用器的結構圖。這種方法是利用無線電波的極化特性，將收發信微波處理成相互正交的不同極化形式電磁波，利用其正交性來實現收發信號之間的隔離。如發信信號採用水平極化（和垂直極化），而收信信號則採用垂直極化（或水平極化）。

極化分離器的基本結構如下圖所示。圖中為圓波導型極化分離器，其中一端接天線，另一端短路，與饋線相接的兩個同軸接口相互垂直，在兩接口之間安置有一塊金屬極化去耦板，有些在接口1、2相對應的波導壁上加有匹配調諧螺釘。

我們知道，在同軸線中傳播的電波是橫電磁波。其電場方向與同軸線內導體垂直；而在圓波導中的電場方向必須與圓波導內壁垂直。當微波信號由同軸線接口激發圓波導時，根據理想金屬表面電場分布邊界條件，只有垂直分量存在，因此在圓波導內的電場必定與同軸線內導體平行。這樣在圓波導上開設的同軸線接口1和2相互垂直，它們產生的電場在圓波導內也必然垂直，如上圖所示。

同理，以圓波導中的電場耦合到同軸線接口時，也只有與同軸線內導體平行的電場才能輸入至同軸線。因此若水平連線埠1接發信信號，垂直連線埠接收信信號，則發信輸出微波信號在圓波導中激發產生水平電場E=，其方向與垂直連線埠2的同軸線內導體垂直，故發信信號不會進入到接收通道而只能先天獻策傳輸。而從天線接收到的垂直極化信號進入極化分離器後，在圓波導中只能激勵出垂直電場，其方向與水平連線埠1的同軸線內導體垂直，因此收信信號不會進入發信連線埠1，而只能送入垂直的收信連線埠2。

極化分離器中的去耦板是為了進一步減小兩不同極化信號之間的相互串擾。極化分離器圖中去耦板為水平放置。根據金屬的邊界條件，由於水平極化波的電場方向與去耦板相平行，因此不能通過去耦板，而垂直極化波則可以通過去耦板。因此發信連線埠1輸出的水平極化信號將被去耦板隔離而不會傳到接收連線埠2，從而進一步提高了收發信號之間的隔離度。

值得一提的是，發信往往接在去耦板與天線之間的連線埠，即圖中的1口，而不接在2口，這是因為發信信號要比收信信號強得多，因此發在1口可以利用去耦板進行阻擋，而起到減小發信信號對收信的干擾；若放置在2則去耦板將起不到阻擋的作用。當然若要獲得垂直極化的發信信號，而發信仍接在連線埠1，只需將極化分離器旋轉90°即可。

另外，為了消除極化分離器短路側的反射影響，極化分離器中應使連線埠2至短路側的距離為信號中心頻率的1/4波長。此時在連線埠2等效的輸入阻抗為 ，因而信號的能量將不會向極化分離器的短路側傳輸。

3.2多波導公用路

分、並波道濾波器在套用上是可逆的，因此統稱為分波道濾波器。分波道濾波器一般由環形器和微波濾波器組成。其濾波器可以為波導型、同軸型或微帶型等。一般情況下，使用濾波器較低時常採用同軸型，而較高時，常採用波導型或微帶型。以收信為例，分波道濾波器的工作過程如下：

下圖中的F1、E2…分別為帶通濾波器，其等於波道的中心頻率。由天線接收到包含的多波道信號送到第一個環形器的①口，並從②口輸出，這時信號第一波道信號可從帶通濾波器F1通過，被第一波道的收信機接收，而其它波道信號被反射回第一個環形器的②口，並經此環形器從③口輸出。當這些信號經過第二個環形器時，以同樣的方式將送到第二波道的收信機，而將其餘的信號反射回繼續傳向下一個環形器。這樣餘下頻率成分信號均以同樣的方法逐個被送到各自的收信機中，從而完成了分波道的作用。

在分波道濾波器的使用上，要求在通帶內插入損耗儘可能小，群時延要求平坦，而帶外的截止特性較陡。常用的分波道濾波器有契比雪夫型濾波器和線性相位濾波器。契比雪夫型濾波器的濾波性能較好，但群時延特性起伏比較大，常用於對時延無嚴格限制的場合。而線性相位濾波器利用契比雪夫多項式的函式組合，其幅頻特性既具有原契比雪夫型濾波器的特點，還具有相位特性線性化的特點。

相關技術資料：

卡塞格倫天線

拋物面天線

微波天線的主要特性