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300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。