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1、有线电视基础知识与应用总结 作者： 日期：19 二、广播电视接收天线及馈线1.天线的功能广播电视、无线电通信、雷达以及导航等工程系统都是利用无线电波来传递信息以完成整个系统的工作。天线是这些系统中用以辐射或接收无线电波的部件。天线的基本功能是将由发射机（或传输线）送来的高频电流(或导波)能量转变为无线电波并传送到空间；在接收端，则将空间传来的无线电波能量转变为向接收机传送的高频电流能量。因此，天线是导波和辐射波的变换装置，是一个能量转换器。2.天线的划分天线品种繁多，而且每个天线都有自己的特点、形状和用途，一般将它们分成几个类型：按工作性质划分，可分为接收天线和发射天线;按天线用途划分，可分为
2、基台天线和移动台天线；按极化方向划分，可分为水平极化天线及垂直极化天线。通常使用的移动通信系统一般使用垂直极化天线，而电视广播系统一般使用水平极化天线。(1)按发送和接收方式划分按天线的发送或接收方向划分可分为全向天线和定向天线。 全向天线是在水平方向上表现为360都能均匀辐射或接收电磁波的天线，也称为无方向性天线。全向天线的优点是覆盖范围大，在现代通信中被广泛应用。常用的棒子天线、苗子天线、鞭状天线都是全向天线。全向天线电磁场的辐射能量在每个方位都一致，目前最普遍的全向天线是偶极天线，绝大部分的基地台都是内建偶极天线，其水平辐射范围是360的波束，由于水平每个方向的能量都均等，由天线上方往下
3、看形成圈状波束，若压缩其垂直辐射范围，传输距离将随着波束的集中而延伸，波束形状则会趋近薄饼。偶极天线的增益越大，表示波束垂直的半功率波束宽度(HPBW )越小，能传输的距离也越大。全向天线可以涵盖所有水平方向，因此通常安装于开阔、开放环境的中央位置；若是应用于户外，全向天线必须安装在大楼顶端或高处，并且位于信号涵盖区的中央位置，以便与其他定向天线装置通信构成单点对多点的星状拓扑。定向天线是在水平方向上表现为一定角度范围辐射或接收电磁波的天线，也称为指向性线天线。定向天线的特点是天线辐射方向效率最高，抗干扰能力强，频率利用率高。常用的八木天线、倒v形天线、水平天线都是定向天线。定向天线具有较强的
4、固定方位，相比全向天线，定向天线传输距离较远，经常用于无线区域网络中短距离桥接（Bridge）。空间宽广的厂房、仓库以及跨马路的两栋大楼等都是理想的应用环境。专门用于长距离通信的高定向天线，具有极窄的波束宽度与很高的增益值，也称为高增益指向性天线。例如:碟形（Dish）天线和格状(Glid)天线，通常用于点对点的通信连接，传输距离可达40 km。因为波束非常窄，天线彼此之间必须很精确的瞄准，而且天线之间的直视（Light of Sight）必须没有任何阻碍物。(2)按形状划分天线按形状划分常见的有:1)八木天线。又叫引向天线。由一个阵子与多个引向组成，八木大线的优点是结构简单、轻便坚固、馈电方
5、便、方向效率很高；缺点是频带窄、抗干扰性差。这种天线在后文中详述。2）对称天线。由两部分长度相等而中心断开并接以馈电的导线构成，可用作发射和接收天线，这样构成的天线叫作对称天线。因为天线有时也称为振子，所以对称天线又叫对称振子，或偶极大线。总长度为半个波长的对称振子，叫作半波振子，也叫作半波偶极天线。它是最基本的天线单元，用得也最广泛，很多复杂天线是由它组成的。半波振子结构简单，馈电方便，在近距离通信中应用较多。3)折合天线。将天线弯折成相互平行的对称天线称为折合天线。折合天线是一种调谐天线，特点是工作频率较窄。它在短波和超短波波段有广泛应用。4垂直天线。垂直天线是指与地面垂直放置的天线。它有
6、对称与不对称两种形式，不对称形式应用较广。对称垂直天线常常是中心馈电的。不对称垂直天线则在天线底端与地面之间馈电。在高度小于1/2波长的情况下，其最大辐射方向集中在地面方向，故适用于广播。不对称垂直天线又称垂直接地天线。5)倒L形天线。在单根水平导线的一端连接一根垂直引下线而构成的天线。因其形状像英文字母L倒过来，故称倒L形天线。倒L形天线一般用于长波通信。它的优点是结构简单、架设方便；缺点是占地面积大、耐久性差。6) T形天线。在水平导线的中央，接上一根垂直引下线，形状像英文字母T，故称T形天线。它是最常见的一种垂直接地的天线。它的水平部分辐射可忽略，产生辐射的是垂直部分。一般用于长波和中波
7、通信。7）伞形天线。在单根垂直导线的顶部，向各个方向引下几根倾斜的导体，这样构成的天线形状像张开的雨伞，故称伞形天线。伞形天线特点和用途与倒L形、T形天线相同。8)鞭状天线。鞭状天线是一种可弯曲的垂直杆状天线，其长度一般为为1/4或1/2波长。大多数鞭状天线都不用地线而用地网。小型鞭状天线常利用小型电台的金属外壳作地网。鞭状天线可用于小型通信机、步谈机、汽车收音机、军用电台等。9)角形天线。属于对称天线的一类，但它的两臂未排列在一条直线上，而成90或120角，故称角形天线。这种天线一般是水平设置的，它的方向性不显著。10）V形及倒V形天线。由彼此成一角度的两条导线或两个振子组成，形状像英文字母
8、V形的天线，把v倒过来就叫倒V形天线。BDI VFO、BDIVIU架设的都是这种天线。11)微带天线。微带天线是由导体薄片粘贴在背面有导体接地板的介质基片上而形成的天线。这种天线通常利用微带传输线或同轴探针来馈电，使导体贴片与接地板之间激励高频电磁场，并通过贴片四周与接地板之间的缝隙向外辐射。金属贴片通常是形状规则的薄片，形状有矩形、圆形或椭圆形等，也可以是窄长条形的薄片振子或由这些单元构成的阵列结构。这三种形式分别称为微带贴片天线、微带振子天线和微带阵列天线。12）螺旋天线。螺旋天线是一种具有螺旋形状的天线。它由导电性能良好的金属螺旋线组成，通常用同轴线馈电，同轴线的心线和螺旋线的一端相连接
9、，同轴线的外导体则和接地的金属网(或板)相连接。螺旋天线的辐射方向与螺旋线圆周长有关。当螺旋线的圆周长比一个波长小很多时，辐射最强的方向垂直于螺旋轴；当螺旋线圆周长为一个波长的数量级时，最强辐射出现在螺旋旋轴方向上。此外还有扇形天线、双锥形天线、抛物面天线、J形天线、喇叭天线、介质天线、开槽天线等。（3）按工作频段划分工作频段由低到高可分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波，分别对应有超长波天线、长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线和微波天线。1） 微波天线。工作于米波、分米波、厘米波、毫米波等波段的发射或接收天线，统称为微波天线。微波主要靠空间波直线传播，通信距离比较近，为增加通信距
10、离，天线架设较高，并采用定向垂直极化天线。2） 宽频带天线。方向性、阻抗和极化特性在一个很宽的波段内几乎保持不变的天线，称为宽频带天线。在微波通信、计算机终端通信中使用比较多。3)调谐天线。仅在一个很窄的频带内才具有预定方向性的天线，称为调谐天线或调谐的定向天线。通常，调谐天线仅在其调谐频率附近5%的波段内，方向性才保持不变，而在其他频率上，方向性变化非常大，常用的400MJ形天线（将振子弯折成相互平行的对称天线称为折合天线），就属于调谐天线。调谐天线不适于频率多变的短波通信。由于广播电视接收常采用半波折合振子组成的引向天线，所以以下介绍接收天线的技术参数时以引向天线为主。3.广播电视接收天线
11、的技术参数（1）输人阻抗天线与馈线相连的两个端点称为天线的输人端，通常是在天线的中心处。所谓天线的输人阻抗，是指加在天线输入端的高频电压与输入端电流之比。天线输人阻抗具有电阻及电抗两部分，即 式中输人电阻; 输人电抗。（2）方向性和方向性图天线的方向性是天线最重要的参数。对于接收天线来说，是指天线接收不同方向传来的信号电波的能力。当需要天线定向辐射或定向接收时，要求天线具有较强的方向性。方向性图是表示天线辐射或接收能量强弱在空间分布状况的图形，由于天线的辐射或接收作用分布于整个空间，因而天线的方向性图是一个三维空间的分布图形。为了便于描绘，通常只需画出两个相互垂直的主平面内的平面方向图即可。主
12、平面是最大辐射或接收方向所在的平面，所取的两个主平面，一个是包含振子的平面，另一个是与振子垂直的平面。前者与电场矢量相平行，称为E平面；后者与磁场矢量相平行，称为H平面，如图2-2所示。因此，要表示一副天线的方向性，只需有E平和H平面两个平面方向图即可。（3）主瓣宽度和前后比由于电磁波在空间的分布呈立体花瓣状，天线方向性图又叫天线波瓣图。同样，主平面内的方向图也呈波瓣状，最大辐射或接收方向的波瓣称为主瓣, 与最大辐射或接收方向相反的波瓣称为后瓣，其余方向的波瓣称为副瓣或者旁瓣，如图2-3所示。主瓣集中了天线辐射或接收功率的主要部分。主瓣的宽度对天线方向性的强弱具有最直接的影响，主瓣宽度越窄，主
13、瓣越尖锐，表明天线的方向性越强；旁瓣电平和后瓣电平越小，说明天线排除干扰能力越强。主瓣的尖锐程度可用主瓣宽度来表示，如图2-15所示的方向图上，通过主瓣半功率角(即场强下降到最大值的0.707倍处）的两条向径之间的夹角叫作主瓣宽度。主瓣电平与后瓣电平之比叫作前后比，以分贝表示。前后比越大，说明天线排除从后面方向来的干扰能力越强。(4)天线的频带宽度天线的频带宽度是一个频率范围，在这个范围内，天线的某个或某些特性指标要满足一定的要求标准。频带宽度与天线的结构尺寸及接收频段有关，通常振子的直径越大，通频带越宽，但若太大则笨重，因此需要综合考虑。对于单频道天线，一般要满足8MHz带宽。(5)天线系统
14、的电压驻波比天线系统包括天线本身、馈线、阻抗变换器、功率分配器和各种接插件等，它们之间阻抗匹配的好坏决定了电能的传输效率，只有达到阻抗匹配，才能减少反射，使信号能够有效地传输。通常用电压驻波比来表示天线系统的匹配程度。电压驻波比是指天线中产生驻波时的最大电压与最小电压之比。当阻抗匹配时电压驻波比VSWR=1，这时信号能够100%传输；当阻抗不匹配时电压驻波比VSWR 1，信号不能完全传输，且此数值越大，传输效率越低。4.常用广播电视接收天线的基本形式 常用的广播电视接收天线是由半波折合振子等组成的引向天线。半波折合振子又是由半波振子演变而来的。（1）半波振子半波振子通常用金属导体（铜管、铝管或
15、铁管）做成，两臂分别用绝缘材料固定在横杆上，其总长度等于接收频道中心波长的一半，高频电视信号从中心处馈人，如图2-4所示。半波振子天线的特性主要有以下几点:1）半波振子的输人阻抗为复阻抗，等于(73. I 3 + j42. 25 ) ，如振子长度缩短3 %5%，可消除电抗部分而成为纯电阻，近似等于73 。2）从图2-1 6的方向图可知，水平面是全向接收，垂直面则呈现字形，即半波振子天线的前方和后方都可以接收，具有双向接收能力。3）半波振子的频率特性取决于金属导体直径，通常直径越大，频带越宽。（2）半波折合振子半波折合振子是由一根两端弯过来的金属管子构成，其总长度仍为接收频道中心波长的一半，两管之间的间距取(0. 020.03)，一般为30100mm。开口长度V HF波段取30 50 mm, UHF波段取
