[科普中国]-天线调谐器

简介

连接发射机与天线的一种阻抗匹配网络，叫做天线调谐器。一般简称“天调”。天线输入阻抗随频率而发生很大的变化，而发射机输出阻抗是一定的，若发射机与天线直接连接，当发射机频率改变时，发射机与天线之间阻抗不匹配，就会降低辐射功率。使用天线调谐器，就能使发射机与天线之间阻抗匹配，从而使天线在任何频率上有最大的辐射功率。天线调谐器广泛用于地面、车载、舰载及航空短波电台中2。

由于电磁环境越来越恶劣，尤其在天线密集分布情况下，天调很容易会被其它正在工作的发射机干扰(功率倒灌)，直接影响天调调谐过程中检测的取样信号，从而不能正确完成调谐。为了使天调能够在外部干扰较强环境下正常调谐工作，要尽量提高检测精度，去除外部射频干扰。

天线调谐器的外观架设天线首先要尽量使天线尺寸符合谐振长度。实在无法做到需要的长度时，优先补救措施是在天线中采用电感加载或电容加载的办法，使天线振子电路达到谐振，使电流分布呈现驻波状态。其次要采取适当的馈电方法，实现振子与馈电传输线之间的阻抗匹配，例如调整∏型和Γ型匹配的馈电点位置等。做好了这两方面，接上50欧馈线和50欧收发信机，整个天线系统就可以正常工作了。 但是有时天线架设在难以攀够的空中，很难做精细的调整，有时则天线周围环境多变，导致天线经常失配却又无法频繁改动天线的结构。

天线的频率失谐以及天线与馈线之间的阻抗失配都会使馈线送来的一部分功率被天线反射回去。天线的失配也会通过传输线反映到传输线与发射机的连接端口，表现为整个天馈系统与发射机之间的失配，使发射机末级输出功率的一部分功率被反射回末级电路，影响末级的正常工作状态。反射功率在传输线上作无效流动，这部分电流在导线电阻上产生额外的发热损耗，降低了系统的效率。此时，最后的一级补救措施是在天线与馈线之间，或者馈线与发射机之间接入“天线调谐器（antenna tuner）”。

天线调谐器的构成天线调谐器由匹配网络，检测电路和控制电路组成。

匹配网络由由电感，电容和继电器组成，一端为信号源端，接靠发射机的一端，另一端为负载端，接靠天线的一端。阻抗匹配网络是天线调谐器实现阻抗匹配功能的具体部件，其性能的好坏直接影响到整个天线调谐器的根本性能，即接收/发射机能否与天线实现赶好的匹配，获得满意的匹配效率，实现信号功率的高教传输。因此，阻抗匹配网络的设计成为天线调谐器设计中的关键问题之一。

对于频率较高的如微波系统．通常采用脚线或传输线进行匹配，而对于频率较低的射频系统如超短波、短波、中长波系统，则通常采用电抗型LC匹配网络3。

检测电路检测试匹配过程中，VSWR的值，如果在天线调谐器输入端测得的电压驻波比偏大，说明两端失配，需要改变电感的抽头、改变电容的容量，使电压驻波比接近或小于1.5。从基本原理看，天线调谐器有两方面作用：一是把没有处于谐振状态的整个负载端通过串并电感电容补偿到谐振，二是谐振后如果负载端的输入阻抗不等于信号源端的输出阻抗时时，通过改变网络的传输系数调整负载端与信号源端的变压比，以达到匹配。因此也有人把天线调谐器叫做“天线耦合器（antenna coupler）”。

控制电路设定软件匹配算法，继电器控制等，是天调的核心组成部分。

天线调谐器的应用天线调谐器的应用天线调谐器在超短波、短波及中长波无线电通信中有着非常重要的作用，广泛应用于单兵(背负、便携)式、车载式、机载式、舰载式以及固定式无线电台中。尤其在短波通信中，由于短波电台天线型式多样、尺寸不一、功率等级高低不等、频点众多、电磁环境复杂等因素，天调的重要性更为突出。

在超短波、短波及中长波无线电通信系统中，工作频带范围达到4—20倍频，天线所呈现的输人阻抗会有极大的差异且难以用解析式表达，如此引起的阻抗不匹配将对信号传输造成巨大损耗，甚至会导致接收/发射机的不工作或损坏。对于发射机而言，其输出阻抗、传输线特性阻抗和天线输入阻抗三者的阻抗取同一数值(即阻抗匹配)是最为理想的。如果阻抗值不一致，在该点的高频能量将有一部分被反射回来，形成不匹配损失(又称反射损失)。通常，发射机的功率输出阻抗是固定的50Ω(或75Ω)，同轴电缆传输线的特性阻抗也是固定的50Ω，而天线则因工作频率的不同而呈现不同的输入阻抗。当然，就某一副天线而言，它在某一频率点也会呈现50Ω的阻抗(即定频天线)，但当工作在其他频率时就会出现失谐的情况。这时，使用天线调谐器(简称天调)可以很好地改善这种状况，使发射机与天线在一定的频带内在不同的负载阻抗上达到阻抗匹配，获得最大的射频功率传输，令天线获得最大功率4。