一、饋線的基本概念
饋線（feeder）在我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14733.10《電信術(shù)語(yǔ) 天線》中定義有兩層含意。其一是指：連接天線與發(fā)射機(jī)或收信機(jī)的射頻傳輸線。其二是指：對(duì)于包括不止一個(gè)受激單元的天線，設(shè)施連接天線輸入端與一受激單元的射頻傳輸線。顯然，這里要分析的饋線，主要是指第一層含意，即用于傳輸收/發(fā)信設(shè)備與天線之間射頻信號(hào)的傳輸線。
特別是，饋線屬于射頻傳輸線。根據(jù)GB/T 14733.2《電信術(shù)語(yǔ) 傳輸線與波導(dǎo)》對(duì)于傳輸線的定義是：在兩點(diǎn)之間以最小輻射傳送電磁能量的一種（傳輸）手段。注意，傳輸線是用來(lái)傳送電磁能量，而且是輻射的形式傳送，其特性是適用于電磁場(chǎng)理論來(lái)分析（與低頻電路的電壓、電流及電阻來(lái)衡量是不同的）。因此，傳輸線可以用雙導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)（如平行線、同軸電纜等），也可以用單導(dǎo)體來(lái)實(shí)現(xiàn)（如波導(dǎo)等）。在無(wú)線通信系統(tǒng)中，具體傳輸線形式的采用是與所傳輸射頻信號(hào)的頻率頻段范圍相關(guān)的。
在實(shí)際工程中，天線設(shè)備與收發(fā)信設(shè)備往往是有一段距離的，因此，不同的無(wú)線通信系統(tǒng)，其采用的饋線形式、長(zhǎng)度是不同的，如地面微波接力通信系統(tǒng)，其饋線長(zhǎng)度較長(zhǎng)（可達(dá)幾十米），在射頻頻率頻段較低時(shí)（如2GHz以下）可采用同軸電纜饋線系統(tǒng)，在射頻頻率頻段較高時(shí)應(yīng)采用波導(dǎo)饋線系統(tǒng)。
二、饋線的常用形式
在地面無(wú)線通信系統(tǒng)中，所用饋線的形式種類通常有：雙導(dǎo)體平行線（也稱架空明饋線）、同軸電纜饋線和橢圓波導(dǎo)饋線。它們各自的特征匯總于下表2-0中。
表 2-0：平行線饋線、同軸電纜饋線與波導(dǎo)饋線的特征
1、平行線饋線
平行線饋線多用于短波通信系統(tǒng)的饋線，由于常采用在電桿上架一對(duì)或多對(duì)明導(dǎo)線，一對(duì)導(dǎo)線構(gòu)成一個(gè)電信道，所以也稱為架空明線饋線。常用的架空明饋線有平行雙線、邊聯(lián)四線、交叉四線等。架空明饋線的優(yōu)點(diǎn)是傳輸損耗小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、架設(shè)方便、成本低，缺點(diǎn)是存在輻射損耗、占地面積大，主要用于短波和超短波通信。
平行雙導(dǎo)線（Parallel Two Wire）是由兩根平行導(dǎo)線構(gòu)成（可采用銅/鋁/鋼等材料），其截面結(jié)構(gòu)示意圖如下圖2-1（a）所示，其圖2-1（b）為其界面上的電力線和磁力線的分布圖。由圖和電磁場(chǎng)理論可知，平行雙導(dǎo)線傳輸?shù)碾姶挪ㄊ菣M電磁波（TEM，Transvers Electromagnetic Wave）。
圖 2-1：平行雙導(dǎo)線的橫截面示意圖與其電磁場(chǎng)分布
由于平行雙導(dǎo)線饋線傳輸?shù)氖菣M電磁波（TEM），在傳輸?shù)纳漕l頻率增高時(shí)，其橫截面尺寸（D和d）與波長(zhǎng)的相關(guān)性越來(lái)越高，其傳輸損耗越來(lái)遠(yuǎn)大。這是因?yàn)椋瑢?dǎo)線內(nèi)外磁場(chǎng)的方向和大小都是交變的，這將在導(dǎo)線內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在這兩個(gè)內(nèi)外感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的作用下，在導(dǎo)線中將產(chǎn)生的電流和原導(dǎo)體中流過(guò)的電流相反，頻率愈高感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)愈大。因?yàn)閷?dǎo)線內(nèi)層比外層部分有更多的電力線包圍，所以導(dǎo)線中心感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)比外層要大。換句話講，在導(dǎo)線中心的電流比導(dǎo)線其他點(diǎn)上要小，隨著頻率曾高，此現(xiàn)象愈顯著，這種現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)，它將增大導(dǎo)線的等效電阻。這就是為什么平行線饋線常用于短波通信系統(tǒng)的饋線，短波通信的工作頻段是指3~30MHz范圍，處于低頻段的射頻頻段范圍。需要指出的是，短波通信的饋線系統(tǒng)除可采用平行雙導(dǎo)線饋線外，也可采用同軸電纜饋線（如SYWY-50-7（或9）柔軟同軸電纜）。
2、同軸電纜饋線
經(jīng)上分析，平行雙導(dǎo)線饋線由于其集膚效應(yīng)現(xiàn)象，使得隨著射頻頻率的增高其傳輸損耗而增大，導(dǎo)致饋線的傳輸性能的急劇下降。鑒于此，我們可以利用電纜的集膚效應(yīng)現(xiàn)象，采用同軸導(dǎo)線作為射頻饋線，即同軸電纜可以在一定的射頻頻段范圍內(nèi)來(lái)提高饋線的傳輸性能。
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同軸電纜（Coaxial Cable）如下圖2-2-1所示，是由共軸線的實(shí)心圓柱導(dǎo)體（內(nèi)導(dǎo)體）和空心圓柱導(dǎo)體（外導(dǎo)體）構(gòu)成的雙導(dǎo)線傳輸線。電磁場(chǎng)在內(nèi)外導(dǎo)體之間傳輸，外導(dǎo)體對(duì)電磁波能量具有保護(hù)作用，其集膚效應(yīng)現(xiàn)象也集中在內(nèi)外導(dǎo)體之間，故可以避免一定的輻射損耗。事實(shí)上，同軸電纜是同軸線的一種形式，即軟同軸線。因此，由電磁場(chǎng)理論可知，同軸電纜既可以傳輸無(wú)色散的TEM模式，也可以傳輸TE模式（橫電場(chǎng)模式）和TM模式（橫磁場(chǎng)模式），但TEM模式是同軸電纜的主傳輸模式，下圖2-2-2是同軸電纜橫截面結(jié)構(gòu)和其內(nèi)部TEM模場(chǎng)分布圖。
圖 2-2-1：同軸電纜的結(jié)構(gòu)圖
圖 2-2-2：同軸電纜的橫截面結(jié)構(gòu)和其內(nèi)部TEM模場(chǎng)分布圖
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由于同軸電纜主模工作于TEM模，具有寬頻帶特性，可以從直流一直工作到毫米波段，因此，同軸電纜作為饋線可以用于短波通信（它的高頻段），也可以用于微波接力通信（它的低頻段）。短波通信同軸電纜饋線多選用50Ω的SYV型或SYWY型柔軟射頻同軸電纜；微波接力通信同軸電纜饋線常選用50Ω的泡沫聚烯烴絕緣射頻同軸電纜。
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3、波導(dǎo)饋線
上述介紹的同軸電纜饋線，在工作的射頻頻段繼續(xù)提高時(shí)，其集膚效應(yīng)現(xiàn)象帶來(lái)的影響將加劇，使其傳輸?shù)碾姶艌?chǎng)能量集中于外導(dǎo)體之上，內(nèi)導(dǎo)體已將失去了傳導(dǎo)作用。于是，此時(shí)干脆抽去內(nèi)導(dǎo)體，使之成為一個(gè)單導(dǎo)體的傳輸線，這就是波導(dǎo)。GB/T 14733.2對(duì)波導(dǎo)（waveguide）的定義是：由引導(dǎo)電磁波沿一定方向傳輸?shù)南到y(tǒng)性物質(zhì)邊界或結(jié)構(gòu)組成的一種傳輸線。波導(dǎo)有硬波導(dǎo)和軟波導(dǎo)之分，硬波導(dǎo)是由銅及銅合金材料制成，根據(jù)其橫截面形狀有矩形波導(dǎo)、扁矩形波導(dǎo)、方形波導(dǎo)和圓形波導(dǎo)之分；軟波導(dǎo)常用的是由銅及銅合金材料制成橫截面形狀為橢圓銅管外加一層護(hù)套（聚烯烴等材料），適用于工程中長(zhǎng)距離布線。
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下圖2-3-1是一個(gè)矩形波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)示意圖，由電磁場(chǎng)理論可知，波導(dǎo)內(nèi)是不能傳輸TEM模式，只能傳輸色散的TE模式和TM模式，下圖2-3-2是矩形波導(dǎo)傳導(dǎo)主模TE10模的電磁場(chǎng)分布圖。
圖 2-3-1：矩形波導(dǎo)結(jié)構(gòu)示意圖
圖 2-3-2：矩形波導(dǎo)傳導(dǎo)主模TE10模的電磁場(chǎng)分布圖
由于波導(dǎo)可以傳輸截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)的低次模的主模，被廣泛的應(yīng)用于工作在射頻的高頻段（微波頻段）的無(wú)線通信系統(tǒng)的饋線，如微波接力通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。橢圓形軟波段饋線是應(yīng)用最多的一種，通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YD/T 831《微波接力通信系統(tǒng)橢圓軟波導(dǎo)技術(shù)條件》對(duì)其技術(shù)要求做出了規(guī)定。
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另外，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9404《微波接力通信饋線系統(tǒng)技術(shù)條件》將微波接力通信饋線系統(tǒng)分為同軸電纜饋線系統(tǒng)（射頻工作頻率在2GHz以下的系統(tǒng)中使用）和橢圓軟波導(dǎo)饋線系統(tǒng)，并分別規(guī)定了其技術(shù)要求。
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三、饋線的技術(shù)特性
1、饋線的工作狀態(tài)
綜合上述分析，饋線用以以最小輻射的傳送電磁能量。那么根據(jù)饋線入射波是否被反射及反射的程度，饋線有行波、駐波和復(fù)合波三種工作狀態(tài)。其含義詳見(jiàn)下表3-1，可見(jiàn)它們于負(fù)載阻抗與饋線的特性阻抗匹配程度相關(guān)，為了提高饋線傳輸電磁波的效率，應(yīng)特別注意饋線與負(fù)載的匹配。
表 3-1：饋線的工作狀態(tài)的概念
2、饋線基本特性
饋線的基本特性通常用它的一次分布參數(shù)和二次分布參數(shù)表示。一次分布參數(shù)系指饋線單位長(zhǎng)度的分布電阻R、電感L、漏電導(dǎo)G和電容C，根據(jù)一次分布參數(shù)的關(guān)系可劃分為低頻傳輸線和高頻傳輸線，詳見(jiàn)下表3-1-1。二次參數(shù)系指饋線的特性阻抗Z、衰減常數(shù)β、相移常數(shù)α和傳輸常數(shù)γ等。另外饋線的反射系數(shù)P、行波系數(shù)K和駐波比S均是饋線特性阻抗與負(fù)載阻抗匹配程度的表征量，其涵義詳見(jiàn)下表3-2-2。
表 3-2-1：關(guān)于低頻傳輸線和高頻傳輸線的含意
表 3-2-2：饋線反射系數(shù)、行波系數(shù)、駐波比的涵義
饋線的特性阻抗Z是饋線的一個(gè)重要參數(shù)，單位為歐姆（Ω），為其傳輸高頻信號(hào)電壓和電流的比值（不是直流電壓與電流的比值），特性阻抗與饋線的分布電阻R、電感L、漏電導(dǎo)G和電容C組合后的綜合值有關(guān)，是由饋線諸如導(dǎo)體尺寸、導(dǎo)體間的距離以及電纜絕緣材料特性等物理參數(shù)決定的。同時(shí)與工作的射頻頻率相關(guān)，在高頻段頻率不斷提高時(shí)，特性阻抗會(huì)漸近于固定值，如射頻同軸電纜是50Ω。所以，一般要求饋線其特性阻抗Z要與設(shè)備、天線相匹配。下表3-2-3給出了短波常用明饋線（平行線）的特性阻抗情況。
表 3-2-3：短波常用明饋線特性阻抗
常用的饋線都有一定的傳輸損耗，不同饋線的損耗不同，在GB/T 9404標(biāo)準(zhǔn)中給出了同軸電纜饋線和橢圓波導(dǎo)饋線的每百米的衰減值；下表3-2-4給出了工作于行波狀態(tài)的常用短波明饋線每百米的衰減值。和射頻同軸電纜比較，損耗相對(duì)小，特別適合遠(yuǎn)距離饋電。缺點(diǎn)是不但存在天線效應(yīng)，而且占地面積大、架設(shè)困難。因此短波新型天線和電臺(tái)的射頻接口，多采用50Ω同軸射頻電纜。
表 3-2-4：常用短波明饋線的衰耗
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