天線饋源

無線電發射器或接收器連接到天線，天線發射或接收無線電波。天線饋電或天線饋源是連接發射機或接收機與天線並使兩個設備兼容的電纜或導體以及其他相關設備。在無線電發射機中，發射機產生射頻交流電，饋源系統將此電流饋送到天線，天線將電流中的能量轉換成無線電波。在無線電接收器中，傳入的無線電波會在天線中激發微小的交流電，饋源系統將該電流傳送到接收器，接收器處理信號。

為了有效地傳輸射頻電流，連接發射器或接收器和天線的饋線必須是一種稱為傳輸線的特殊類型的電纜。在微波頻率下，通常使用電磁波導，它是一種承載無線電波的空心金屬管。在拋物面（碟形）天線中，饋源通常也被定義為包括發射或接收無線電波的饋源天線（饋源喇叭）。饋電系統是一個關鍵部件（尤其是對於發射機），其阻抗與天線、饋線和發射機相匹配。為了實現此目的，饋源系統還可能包括稱為天線調諧單元的電路，或位於天線與饋線之間以及饋線與發射機之間的匹配網路。饋電點是指被驅動的天線元件上連接饋線的點。

## 組件

在發射機中，通常認為天線饋源包括發射機末級放大器和天線饋電點之間的所有組件。在接收器中，它包括天線和接收器輸入端之間的所有組件。在某些情況下，例如拋物面天線，它也被定義為包括饋源天線或饋源喇叭。

在某些無線電設備中，天線直接連接到發射器或接收器，例如安裝在對講機和可攜式調頻收音機上的鞭狀天線、無線路由器的套管偶極天線以及手機內的PIFA天線。在這種情況下，饋源系統僅由天線和發射器或接收器之間的阻抗匹配電路（如果需要）組成，該電路將天線的阻抗與無線電相匹配。

在其他情況下，天線與發射器或接收器分開放置，例如安裝在住宅屋頂的廣播電視天線和衛星天線、蜂窩基站信號塔上的扇區天線、機場的旋轉雷達工程，以及廣播電台和電視台的天線塔。在這種情況下，天線通過稱為饋線的電纜連接到發射器或接收器。為了有效地傳輸射頻（RF）電流，饋線由稱為傳輸線的專用電纜製成。傳輸線的優點是它具有均勻的特性阻抗，從而避免了突然的阻抗變化導致無線電能量沿傳輸線向後反射。傳輸線的主要類型有平行導線（雙引線）、同軸電纜和微波電磁波導。

## 饋線

在無線電天線中，饋線（feedline或feeder）是連接天線與無線電發射機或接收機的電纜或其他傳輸線。在發射天線中，它將射頻電流從發射器饋送到天線，電流中的能量以無線電波的形式輻射。在接收天線中，它將無線電波在天線中感應出的微小射頻電壓傳輸到接收器。為了有效地傳輸射頻電流，饋線由稱為傳輸線的專用電纜製成。最廣泛使用的饋線類型是同軸電纜、雙引線（英語：雙饋線）、梯形線，以及微波頻率下的波導。

饋線對天線系統很關鍵（尤其是對於發射天線），必須對其進行調整才能使天線和發射器正常工作。每種類型的傳輸線都有特定的特性阻抗（英語：特徵阻抗）。這必須與天線和發射器的阻抗相匹配，以便有效地將功率傳輸到天線。如果這些阻抗不匹配，則可能導致饋線上出現駐波，這會導致射頻能量被反射回發射器，浪費能量並可能導致發射器過熱。這種阻抗調整是通過發射機中稱為天線調諧單元的設備來完成的，有時也通過天線上的匹配網路來完成。饋線與天線之間的不匹配程度由一種稱為SWR計（駐波比計）的儀器來測量，該儀器測量線路上的駐波比（SWR）。

### 雙引線

雙引線用於連接調頻收音機和電視接收器與其天線（儘管在後一應用中已被同軸電纜大量取代）並且用作業餘無線電發射器等低功率發射器的饋線。它由兩根平行且間距精確恆定的導線組成，採用聚乙烯絕緣材料製成扁平帶狀電纜。相對於電線上承載的射頻信號的波長而言，兩根電線之間的距離較小。一根導線中的射頻電流與另一根導線中的射頻電流大小相等，方向相反。因此，遠離線路，一根電線輻射的無線電波將相位相反，並將抵消另一根電線輻射的波。

出於同樣的原因，只要兩根導線與任何大型金屬物體或其他平行導線保持同等距離，雙引線也能在很大程度上免受無線電噪聲和射頻干擾（RFI）的影響。任何多餘的外部無線電波都會在兩根電線上以相同的方向（同相）感應出等幅的電流。由於只要接收器輸入平衡，它就只響應差分（相反）電流，因此噪聲電流就會被抵消。

雙絞線通常被稱為一種「平衡線」，但這一點需以常識加以斟酌：所有類型的電纜，無論是平行線還是同軸電纜，都能夠承載平衡電流，也可以承載不平衡電流，從而產生輻射。因此，每種類型的饋線都需要注意使其「平衡」，如果忽視它，可能會變得「不平衡」；所有饋線都應採用平衡電流，並通過沿線幾個點的電流型換衡器（巴倫）（或「線路隔離器」）進行連接，以消除因不平衡電流而帶來的噪聲。

### 同軸電纜

<image>

同軸電纜可能是最廣泛使用的饋線類型，用於微波（SHF）範圍以下的頻率。它由一根位於中心的導線（中心導體）和覆蓋於其外的編織或實心金屬「屏蔽」導體（通常為銅或鋁製）組成，中心導體與外屏蔽層通過電介質（通常是塑料泡沫）隔開，以保持兩個導體之間的間隔精確恆定。屏蔽層外面覆蓋有塑料絕緣護套。在用於電視發射機等高功率傳輸應用的硬同軸電纜中，屏蔽層是含有壓縮氣體（例如氮氣）的剛性或柔性金屬管，並且內部導體通過周期性的塑料墊片保持在中心。

同軸電纜被稱為「不平衡線」，因為屏蔽導體通常連接到電氣地，但是沿中心導體流動的電流與沿屏蔽內表面流過的反向電流是平衡的；只有在同軸屏蔽外表面上流動的電流才是真正不平衡的。如果可以阻斷該電流，那麼同軸電纜就變成了「平衡線」。同軸電纜的一大優點是封閉的屏蔽導體將電纜內部的電流與外部電磁場隔離。如果流經外表面的電流被阻斷，同軸電纜就不會受到附近金屬物體的影響，也不會受到干擾。

### 波導

波導用於微波（SHF）頻率，其他類型的饋線在此頻率下的功率損耗過大。波導是一種空心金屬導體或管道。Rp|(18.1.3)}它的橫截面可以是圓形或方形。波導通常用氮氣加壓以防止濕氣進入。射頻信號在管道中的傳播方式與聲音在管子中的傳播方式類似。金屬壁阻止其向外輻射能量，同時也防止干擾進入波導。由于波導的成本和維護，微波天線的發射器的輸出級或接收器的射頻前端通常位於天線處，並使用同軸電纜以較低的頻率將電流信號饋送到發射器的其餘部分，或從接收器的其餘部分饋源。波導被視為不平衡傳輸線。

## 阻抗匹配

天線饋源十分關鍵（尤其是對於發射天線），必須進行調節才能使其與天線和發射器兼容運行。發射器輸出端子、傳輸線和天線各自具有特定的特性阻抗（英語：Characteristic impedance）（即設備端子處的電壓與電流之比）。為了在發射機和天線之間傳輸功率達到最大，發射機和饋線的阻抗必須與天線匹配。這意味著發射器和天線必須具有相同的電阻和相等但相反的電抗。饋線也必須與發射器的阻抗匹配。如果滿足此條件，天線將吸收饋線提供的所有功率。如果線路兩端的阻抗不匹配，就會在饋線上引起一種稱為「駐波」（高VSWR）的情況，其中部分射頻功率不會被天線輻射，而是被反射回發射器，從而浪費能量並可能導致發射器過熱。大多數發射器的標準輸出阻抗為50歐姆，設計用於饋電50歐姆同軸電纜。

發射機通過稱為天線調諧單元或匹配網路的設備與饋線匹配，該設備既可以是發射機中的電路，也可以是連接在發射機和饋線之間的單獨設備。天線和饋線之間可能還有另一個匹配網路，以使饋線與天線匹配。在以固定頻率運行的消費類無線設備中，匹配網路不可調節，封裝在設備外殼內。在大型發射機（如廣播電台）和可能在不同頻率上運行的發射機（如短波電台）中，天線調諧器是可調的。發射器頻率的變化或發射器輸出級或天線的調整通常會改變阻抗，因此在對發射器或天線進行任何工作後，必須檢查SWR並調整匹配網路。為了調整匹配網路，測量饋線和天線之間不匹配程度的最簡單儀器稱為SWR計（駐波比計），它報告線路上的駐波比（SWR）——線路上電壓或電流相鄰最大值和最小值的比率。當SWR=1:1時，阻抗匹配，這意味著負載完全是電阻性的，所有功率都被吸收，沒有反射。比率越高，不匹配程度越高，反射功率越大。匹配網路經過調整，直到SWR低於可接受的限度。其他更先進的儀器是阻抗電橋和天線分析儀。

由於在阻抗匹配的發射機中，發射機的源電阻等於饋線阻抗和天線負載電阻，兩者在饋線上串聯並消耗相同的功率，因此可以輸送到天線的最大功率是發射機輸出功率的50%；另外50%由發射機輸出級的電阻以熱量的形式耗散。（匹配的饋線確實會通過小電阻耗散少量功率，但其特徵阻抗的大部分僅僅是克服饋線的電感和電容電抗所需的電壓，而這些電抗本身不會造成損失。）

類似地，在無線電接收器中，天線的阻抗不匹配會導致到達接收器的天線信號能量的減少，理想狀態下，接收器接收能量最多可達截獲信號功率的50%，當線路不匹配且SWR較高時，傳輸到接收器的功率要小得多。但頻率低於10~20 MHz時，損耗並不重要，因為接收器中的熱噪聲基底遠低於信號中已經嵌入的無線電噪聲，因此來自天線的弱信號可以簡單地在接收器中放大，以補償任何因不匹配而損失的功率，而不會明顯受到噪聲污染。頻率高於20 MHz時，大氣噪聲自由輻射到空間中，因此在接收信號中足夠低，接近接收器自身內部產生的噪聲水平；在VHF和UHF頻率下，放大接收信號會降低信噪比，接收信號阻抗匹配是接收微弱信號的一個重要考慮因素。

## 平衡和不平衡饋源

傳輸線及其連接組件可分為平衡傳輸線和不平衡傳輸線。平衡傳輸線的兩端對地阻抗相同，例如偶極天線和雙引線；不平衡傳輸線的其中一端接地，例如單極子天線和同軸電纜。為了連接平衡和不平衡組件，使用稱為平衡-不平衡轉換器的雙埠設備。平衡-不平衡轉換器是一種耦合平衡和不平衡傳輸線組件的變壓器。例如，為了從同軸電纜等不平衡線向偶極天線供電，饋線通過平衡-不平衡轉換器連接到天線。如果沒有平衡-不平衡轉換器，電流的不平衡部分將會流到同軸電纜屏蔽層的外面，導致屏蔽層的外表面充當天線的作用。

## 其他饋源組件

<image>

更複雜的饋源可能除了饋線和匹配網路之外還有其他組件：

具有長饋線的接收天線可能在天線處有一個放大器，稱為低噪聲放大器(LNA)，它可以增加弱無線電信號的功率以補償饋線中的衰減。

在微波頻率下，普通類型的傳輸線功率損耗過大，因此為了降低損耗，微波必須通過波導（傳導無線電波的空心金屬管）傳輸。由於對成本和維護要求高，長波導很少使用。在微波頻率下使用的拋物面天線通常將接收器的射頻前端或發射器的部分置於天線處。例如，在衛星天線中，天線上用於收集微波的饋源喇叭會連接到一個稱為低噪聲塊下變頻器（LNB或LNC）的電路，該電路將高微波頻率轉換為較低的中頻 (電路)，因此可以使用更便宜的同軸電纜饋線將其傳送到建築物中。

雷達和衛星通信天線可以處理多種頻率和極化的無線電波，並且可以用作發射和接收天線，因此饋電系統可以承載雙向傳播的無線電信號。因此，這些天線通常具有更複雜的饋電，包括專門的組件，例如

- 定向耦合器，將沿一個方向移動的無線電波耦合出去，而不耦合到另一個方向，以將接收信號與發射信號分離
- 使一種極化的無線電波通過的偏振器
- 正交模式換能器，用於組合或分離不同極化的無線電信號
- 雙工器，用於組合或分離兩個不同的頻率
- 移相器，改變無線電波的相位
- 波導開關
- 波導旋轉接頭

陣列天線或天線陣列由多個天線組成，這些天線連接到單個發射器或接收器，共同發射或接收無線電波。陣列天線的饋電系統顯然比單個天線更複雜。饋電網路必須在天線之間均勻分配發射機功率。為了發射平面波，發射陣列的各個天線（元件）必須以特定的相位關係輸送電流。類似地，對於接收陣列，來自每個元件的電流可能需要進行相移，以便它們在接收器中同相結合。這可能需要每個元件都有相移網路。在相控陣天線中，一種可以通過電子方式將波束引導到不同方向的陣列天線，每個天線元件都通過可編程移相器饋送電流，而可編程移相器由電腦控制。