阻抗变换器在电视接收中的应用

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在电视机里都有一个NXD-10型的双孔磁心阻抗变换器(以下简称阻抗变换器)如图1所示。一般可以用它实现300Ω~75Ω的变换,即把外接对称的扁平馈线300Ω阻抗,变换到不对称的同轴电缆75Ω,然后由75Ω同轴电缆与调谐器相连。还可对它进行不同的连接,用来实现合用电视天线。现简单介绍如下:

图1
图1 🔍原图 (325×331)

阻抗变换器的原理

由图1可见,阻抗变换器是有二组导线,每组为两根导线(比如黑、绿两色),分别在两个孔内双线并绕4~5圈而制成(具体绕制方法,请参见本刊1981年第5期第20页)。此处,阻抗变换器设计成两个独立的小孔,小孔之间相互不能构通。这两个小磁孔,可以起着两个作用:第一、小磁孔使每个孔内的一组导线的磁力线自行闭合。孔与孔之间两组导线不产生电磁耦合。第二、每个孔内两根导线之间具有一定的阻抗。此阻抗与导线间的导磁系数μ的平方根成正比,μ值越大,阻抗越大;另外,此阻抗又与导线间的介电系数ε的平方根成反比。因此,磁心起着增大两导线之间阻抗的作用。

若把两个孔内的导线展开,就可以等效地看成如图2a所示的两对传输线。此处,每一对传输线在电视频段又可进一步等效为由电感L、电容C等等组成的电路。如图2b所示。电视信号的能量就是通过这些电感L、电容C进行储能、释能,由输入端逐级交替他传递到输出端。

图2
图2 🔍原图 (867×244)

根据分析可知,若忽略图2b中线路上电阻r和漏电导g所造成的损耗,即认为r=0,g=0。则,图2b线路上任何一个横截面上,电压、电流之比是一个具有阻抗量纲(欧姆)的常数Z\(_{0}\)。Z0=\(\frac{\sqrt{L}}{c}\)(Ω)。在应用双孔磁心的情况下,计算这个常数Z\(_{0}\)=150Ω。我们称150Ω为双孔磁心的每组导线的特性阻抗。之所以称它为特性阻抗是因为在这一对传输线终端接一个负载阻抗ZL,当Z\(_{L}\)=Zo=150Ω时,电磁能量便能由输入端迅速、全部地传递到输出端。只有这个数值的阻抗,才能使传输线具备这种特性。因此,把这个常数值Z\(_{o}\)称之为传输线的特性阻抗。由此可见,双孔磁心的每一个孔内两根导线之间就有150Ω的阻抗。那么,如果把图2a的两对传输线串联的话,就可以得到300Ω的阻抗值;若把两对传输线并联的话,就可以得到75Ω的阻抗值,如图3a所示。其中一端是串联得到300Ω的阻抗值,另一端是并联得到75Ω的阻抗值。这种情况若用双孔磁心阻抗变换器的等效图表示的话,则如图3b所示。

图3
图3 🔍原图 (865×201)

阻抗变换器的应用

1.对称的300Ω交换为不对称的75Ω

图3b所示的连接方法通常应用在两种情况:①室外电视天线采用特性阻抗为300Ω的扁平馈线时,阻抗变换器300Ω一侧与扁平馈线相连,阻抗变换器75Ω一侧与电视机内的同轴电缆相连。②室外电视天线采用75Ω同轴电缆作馈线时,阻抗变换器300Ω一侧直接与天线的折合振子相连。75Ω一侧与同轴电缆馈线相连。然后,馈线再接入电视机上75Ω的电缆插口。如图4所示。

图4
图4 🔍原图 (431×364)

2.对称的75Ω变换为不对称的75Ω

此时,阻抗变换器的两侧都是采用并联连接的方法。这种情况适用于室外天线采用简单半波天线,而其馈线选用75Ω的同轴电缆;或采用室内羊角天线的情况。羊角天线可以看成是变形的半波天线,因此,羊角天线的输入阻抗与半波天线相同都是近似为75Ω,这两种情况下应用阻抗变换器,其连接方法如图5所示。图中馈线选用75Ω的同轴电缆。此时,阻抗变换器的一侧与半波天线(或羊角天线)输入端的两个端点相连。另一侧与75Ω的同轴电缆相连。通过电缆按入电视机的电缆插口。其中一组导线与电缆芯线相连,另一组导线与电缆的外导体(金属丝编织层)相连,这样便实现了对称(天线)——不对称(同轴电缆)的转换。使用羊角天线时,其馈线可以选用“特软同轴电缆”又称泡沫聚乙烯电缆,型号为SS75-5-4。

图5
图5 🔍原图 (401×364)

3.对称的75Ω交换为对称的300Ω

这种情况与上述第二种情况相类似。不同的仅是馈线选择改为300Ω的扁平馈线。如图6。如果使用的天线是室内羊角天线,可选用聚氯乙烯作填充料的“特软扁平馈线”。馈线插入电视机上300Ω的插孔。

图6
图6 🔍原图 (408×378)

4.电视机合用天线

实现合用电视天线的关键就是若干台电视机接于一副天线之后,仍然要保持天线—馈线—电视机之间的阻抗匹配不受到破坏。利用阻抗变换器可以方便地实现两台或两台以上的电视机合用一副天线。

当电视天线的馈线选用特性阻抗为300Ω的扁平线时,两台电视机合用一副天线的连接方法如图7。电视机的馈线与阻抗变换器的连接处,并接一只300Ω的电阻,其目的是使它与馈线的300Ω特性阻抗并联,最终得到等效的150Ω阻抗值。而双孔磁心的每个孔内两根导线并绕,其线间阻抗恰好等于150Ω,所以这样便实现了两台电视机合用一副天线。此外,也可以将两台电视机并接于一个孔内的输出端,另一个孔内两根导线的输出端并接一只150Ω的电阻。此电阻用以使不接电视机的孔内两根导线仍然处于匹配状态。若不接150Ω的电阻进行匹配,就会因该孔的一对导线处于不匹配而影响另外两台电视机的收看。

图7
图7 🔍原图 (471×421)

若是三台或四台电视机合用一副天线,其连接方法分别如图8、图9所示。

图8
图8 🔍原图 (484×421)
图9
图9 🔍原图 (481×401)

最后提一下,若采用阻抗变换器匹配合用的简单的半波天线时,阻抗变换器与天线之间应采取“75Ω”的连接方法。如图10所示。(王国强 卢航界)

图10
图10 🔍原图 (468×424)