电视第4章电视接收天线

1、第四章第四章 电视接收天线电视接收天线第一节第一节 天线的基本原理天线的基本原理第二节第二节 天线的主要参数天线的主要参数第三节第三节 半波振子天线半波振子天线第四节第四节 常用的天线常用的天线天线在通信系统中的作用 通信是当今信息社会进行信息传输，信息交换，通信是当今信息社会进行信息传输，信息交换，信息资源共享的不可缺少的重要手段。信息资源共享的不可缺少的重要手段。 根据信息传递根据信息传递媒质的不同，可大致讲通信系统分为两大类：一类是媒质的不同，可大致讲通信系统分为两大类：一类是在相互联系的网络中用各种传输线来传递信息的无线在相互联系的网络中用各种传输线来传递信息的无线通信，如电话，计算机

2、局域网等有线通信系统；另一通信，如电话，计算机局域网等有线通信系统；另一类是利用无线电波来传递信息的无线通信，如电视，类是利用无线电波来传递信息的无线通信，如电视，广播，雷达，导航，移动通信，卫星，等无线通信系广播，雷达，导航，移动通信，卫星，等无线通信系统。统。 在无线通信系统中，信息都是依靠无线电波来传在无线通信系统中，信息都是依靠无线电波来传输的，输的，因此需要有无线电波的辐射和接收设备。因此需要有无线电波的辐射和接收设备。用来用来辐射和接收无线电波的装置称为天线辐射和接收无线电波的装置称为天线。最基本的无线。最基本的无线电通信系统的框图如下页图所示。电通信系统的框图如下页图所示。第一节

3、第一节 天线的基本原理天线的基本原理 一一.天线的工作原理天线的工作原理 天线是一种向空间辐射电磁波或者从空间接收天线是一种向空间辐射电磁波或者从空间接收电磁波能量的装置。电视接收天线作为有线电视系电磁波能量的装置。电视接收天线作为有线电视系统接收开路信号的设备，其作用是将空间接收到的统接收开路信号的设备，其作用是将空间接收到的电磁波转换成在传输线中传输的射频电压或电流，电磁波转换成在传输线中传输的射频电压或电流，接收天线输出的信号质量好坏，将直接影响到电视接收天线输出的信号质量好坏，将直接影响到电视信号在系统内传输的质量。若天线输出的信号中含信号在系统内传输的质量。若天线输出的信号中含有空间

4、反射波干扰（右重影），或其它噪声干扰有空间反射波干扰（右重影），或其它噪声干扰（如工业干扰），则在后续的电路中很难将这些干（如工业干扰），则在后续的电路中很难将这些干扰消除掉。扰消除掉。二、二、接收接收天线的作用和分类天线的作用和分类 天线本身就是一个天线本身就是一个振荡振荡回路，但它与普通回路，但它与普通振荡振荡回路不同，它是普通振荡回路的变形。如回路不同，它是普通振荡回路的变形。如图图42所示。所示。 从图中电路的演变过程可见从图中电路的演变过程可见“图图42（a）、）、（b）、（）、（c）”，发射天线是利用了空间作为电容，发射天线是利用了空间作为电容器两极板间的电感线圈的磁场，使得高频电

5、磁波信器两极板间的电感线圈的磁场，使得高频电磁波信号能够形成开路发射号能够形成开路发射“图图42（d）”，在发射过，在发射过程中，已调制的高频信号电流由传输线从发射机输程中，已调制的高频信号电流由传输线从发射机输送到天线上，该天线便把高频信号电流转变成相应送到天线上，该天线便把高频信号电流转变成相应的电磁波能量，并向空间辐射。的电磁波能量，并向空间辐射。 电磁波的能量从发射天线辐射出去以后，将沿地电磁波的能量从发射天线辐射出去以后，将沿地表面所有方向向前传播。若在离发射天线一定距离处表面所有方向向前传播。若在离发射天线一定距离处设置接收天线，由于磁力线切割了接收天线（由金属设置接收天线，由于磁

6、力线切割了接收天线（由金属导体组成），就会在接收天线中激励感应电动势，其导体组成），就会在接收天线中激励感应电动势，其频率与发射的振荡频率相同，因此，接收天线就会输频率与发射的振荡频率相同，因此，接收天线就会输出电信号。出电信号。 由于天线具有由于天线具有“可逆性可逆性”，即：一副天线，既可，即：一副天线，既可作为发射天线使用，也可作为接收天线使用，它们所作为发射天线使用，也可作为接收天线使用，它们所有的性能、参数均保持不变，称为有的性能、参数均保持不变，称为天线的互易原理天线的互易原理。所以接收天线的工作原理和发射天线的工作原理类同。所以接收天线的工作原理和发射天线的工作原理类同。（一）接收

7、天线的作用（一）接收天线的作用1、辐射和接收电磁波。、辐射和接收电磁波。由发射天线产生的电磁波向空由发射天线产生的电磁波向空中辐射，当接收天线受到空中电磁波磁力线的切割时，中辐射，当接收天线受到空中电磁波磁力线的切割时，就在天线两端激起一定的交变电压就在天线两端激起一定的交变电压电动势，并转电动势，并转化成高频电流，通过同轴射频电缆传送给有线电视的化成高频电流，通过同轴射频电缆传送给有线电视的前端处理设备。前端处理设备。 当然当然能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来能辐射或接收电磁波的东西不一定都能用来作为天线作为天线。例如任何高频电路，只要不是完全屏蔽起。例如任何高频电路，只要不是完全屏蔽

8、起来的，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或来的，都可以向周围空间或多或少地辐射电磁波，或者从周围空间或多或少地接收到电磁波。但是，任意者从周围空间或多或少地接收到电磁波。但是，任意一个高频电路并不一定能作天线，因为它辐射和接收一个高频电路并不一定能作天线，因为它辐射和接收电磁波的效率很低。电磁波的效率很低。只有能够有效地辐射和接收电磁只有能够有效地辐射和接收电磁波的设备才有可能作为天线使用波的设备才有可能作为天线使用。 2、第二个作用是、第二个作用是”能量转换能量转换”。天线应能将导波能。天线应能将导波能量尽可能多地转变为电磁波能量。量尽可能多地转变为电磁波能量。 这首先要求天线这首先要

9、求天线是一个良好的电磁开放系统是一个良好的电磁开放系统, 其次要求天线与发射其次要求天线与发射机或接收机匹配。大家知道，发信机通过馈线送入机或接收机匹配。大家知道，发信机通过馈线送入天线的并不是无线电波，收信天线也不能直接把无天线的并不是无线电波，收信天线也不能直接把无线电波送入收信机，这里有一个能量的转换过程，线电波送入收信机，这里有一个能量的转换过程，即把发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线即把发信机所产生的高频振荡电流经馈线送入天线输入端，天线要把高频电流转换为空间高频电磁波，输入端，天线要把高频电流转换为空间高频电磁波，以波的形式向周围空间辐射。反之在接收时，也是以波的形式向周围空

10、间辐射。反之在接收时，也是通过收信天线把截获的高频电磁波的能量转换成高通过收信天线把截获的高频电磁波的能量转换成高频电流的能量后，再送给收信机。显然这里有一个频电流的能量后，再送给收信机。显然这里有一个转换效率问题。转换效率问题。天线增益越高，则转换效率就越高天线增益越高，则转换效率就越高。 3、增加接收电视信号的距离。、增加接收电视信号的距离。 根据前述视距计算公根据前述视距计算公式式H4.12（ ）（）（km），电磁波的传播距离），电磁波的传播距离与发射天线的高度和接收天线的高度有关。当电视与发射天线的高度和接收天线的高度有关。当电视发射天线高度已定的情况下，适当增加接收天线的发射天线高度

11、已定的情况下，适当增加接收天线的架设高度就可以增加开路电视信号的接收距离。架设高度就可以增加开路电视信号的接收距离。4、提高接收电视信号的质量。、提高接收电视信号的质量。 由于空间存在着各种由于空间存在着各种频率成份的无线电波，这些无线电波的方向来自于频率成份的无线电波，这些无线电波的方向来自于四面八方，对于需要接收的电视频道而言，其它无四面八方，对于需要接收的电视频道而言，其它无线电波均是干扰源，通过选择方向性强，具有一定线电波均是干扰源，通过选择方向性强，具有一定工作频带宽度的接收天线，可以提高接收电视信号工作频带宽度的接收天线，可以提高接收电视信号的质量的质量。rthh 对天线有几个要求

12、对天线有几个要求：1.天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上天线应使电磁波尽可能集中于确定的方向上， 或对确或对确定方向的来波最大限度的接受定方向的来波最大限度的接受， 即即天线具有方向性天线具有方向性。2.天线应能发射或接收规定极化的电磁波天线应能发射或接收规定极化的电磁波， 即即天线有适天线有适当的极化当的极化。3.天线应有足够的工作频带天线应有足够的工作频带。 以上是天线最基本的功能和要求以上是天线最基本的功能和要求。通信的飞速发。通信的飞速发展对天线提出新要求展对天线提出新要求，除完成高频能量的转换外除完成高频能量的转换外，还还要对传递的信息进行一定的加工和处理要对传递的信息进行一定的

13、加工和处理，如信号处理如信号处理天线、单脉冲天线、自适应天线和智能天线等。特别天线、单脉冲天线、自适应天线和智能天线等。特别是自是自1997年以来年以来, 第三代移动通信技术第三代移动通信技术逐渐成为国内逐渐成为国内外移动通信领域的研究热点外移动通信领域的研究热点， 而而智能天线智能天线正是实现正是实现第三代移动通信系统的关键技术之一。第三代移动通信系统的关键技术之一。 研究天线问题研究天线问题, 实质上是研究天线在空间所产实质上是研究天线在空间所产生的电磁场分布。空间任一点的电磁场都满足麦克生的电磁场分布。空间任一点的电磁场都满足麦克斯韦方程和边界条件斯韦方程和边界条件, 因此因此, 求解天

14、线问题实质上是求解天线问题实质上是求解电磁场方程并满足边界条件求解电磁场方程并满足边界条件, 但这往往十分繁但这往往十分繁杂杂, 有时甚至是十分困难的。有时甚至是十分困难的。 在实际问题中在实际问题中, 往往往往将条件理想化将条件理想化, 进行一些近进行一些近似处理似处理, 从而得到近似结果从而得到近似结果, 这是这是天线工程中最常用天线工程中最常用的方法的方法； 在某些情况下在某些情况下, 如果需要较精确的解如果需要较精确的解, 可借可借助电磁场理论的数值计算方法来进行。助电磁场理论的数值计算方法来进行。 （二）接收天线的分类（二）接收天线的分类按按用途用途可分为：可分为： 通信天线、通信天

15、线、 广播电视天线、雷达天线等广播电视天线、雷达天线等; 2. 按工作按工作波长波长分为：分为： 长波天线、长波天线、 中波天线、中波天线、 短波天线、短波天线、 超短波天线和微超短波天线和微波天线等；波天线等； 按按辐射元的类型辐射元的类型分为分为: 线天线和面天线。线天线和面天线。4. 按结构分为：。按结构分为：。 半波振子天线、折合振子天线、扇形半波振子天线、折合振子天线、扇形振子天线振子天线、V形形天线、八木天线、环形天线、背射天线和对数周期天线、八木天线、环形天线、背射天线和对数周期天线等。天线等。 （二）接收天线的分类（二）接收天线的分类按安装方式分为：按安装方式分为： 分立式、山

16、字形、出字形等类型分立式、山字形、出字形等类型; 6. 按接收频段可分为：按接收频段可分为：甚高频（甚高频（VHF）：）：单频道、分频段、全频段三种；单频道、分频段、全频段三种；单频道单频道接收天线又称专用频道天线（接收天线又称专用频道天线（1-12任一频道），任一频道），适合于中、近程距离接收，优点是增益高、方向性适合于中、近程距离接收，优点是增益高、方向性强、驻波比好可以灵活设置，故被普遍使用；强、驻波比好可以灵活设置，故被普遍使用；分频段分频段天线一般分为含有天线一般分为含有15个频道的低频段和个频道的低频段和612频频道的高频段；它频带较宽，可兼顾接收几个频道的道的高频段；它频带较宽，

17、可兼顾接收几个频道的信号、电气性能参数，一般不如单频道好，它实际信号、电气性能参数，一般不如单频道好，它实际上是一种宽频带无线。上是一种宽频带无线。全频段全频段接收天线能接收接收天线能接收112频道的电视信号，也是一种频道的电视信号，也是一种宽频带天线。宽频带天线。 （二）接收天线的分类（二）接收天线的分类6. 按接收频段可分为：按接收频段可分为：特高频（特高频（UHF）：）：频率很高，一般常做成宽频带天线，频率很高，一般常做成宽频带天线，如分成两个频段（如分成两个频段（1324频道和频道和2568频道的）天线，频道的）天线，目前多采用目前多采用20单元或单元或50单元的八木天线。单元的八木天

18、线。超高频（超高频（SHF）：）：频率很高，目前应用很少。频率很高，目前应用很少。7.按天线的特性分类：按天线的特性分类：按方向特性分：按方向特性分：有定向天线、全向天线、强方向性天有定向天线、全向天线、强方向性天线和弱方向性天线；线和弱方向性天线；按极化特性分：按极化特性分：有线极化（垂直极化和水平极化）天有线极化（垂直极化和水平极化）天线和圆极化天线；线和圆极化天线；按频带特性分：按频带特性分：有窄带天线、宽频带天线和超宽频带有窄带天线、宽频带天线和超宽频带天线。天线。 （二）接收天线的分类（二）接收天线的分类8. 按馈电方式分：按馈电方式分：由对称天线和非对称天线。由对称天线和非对称天线

19、。 9. 按天线上的电流分：按天线上的电流分：有行波天线和驻波天线。有行波天线和驻波天线。 10.按天线的外形分：按天线的外形分：有有V型天线、菱形天线、环形天型天线、菱形天线、环形天线、螺旋天线、喇叭天线和反射面天线等。线、螺旋天线、喇叭天线和反射面天线等。 此外，新型天线还有单脉冲天线、相控天线、微此外，新型天线还有单脉冲天线、相控天线、微带天线、自适应天线、智能天线和有源天线等。带天线、自适应天线、智能天线和有源天线等。 把天线和发射机或接收机连接起来的系统称为把天线和发射机或接收机连接起来的系统称为馈馈线系统线系统。 馈线的形式随频率的不同而分为双导线传输馈线的形式随频率的不同而分为双

20、导线传输线、同轴线传输线、线、同轴线传输线、 波导或微带线等。由于馈线系统波导或微带线等。由于馈线系统和天线的联系十分紧密和天线的联系十分紧密，有时把天线和馈线系统看成有时把天线和馈线系统看成是一个部件是一个部件， 统称为天线馈线系统统称为天线馈线系统，简称天馈系统。简称天馈系统。第二节第二节 天线的主要参数天线的主要参数 0.20.10.30.40.51.00.90.80.70.6100260806024012022040202001800160140 由于电抗分量在存贮一部分能量，使天线提供给由于电抗分量在存贮一部分能量，使天线提供给电视机的有用信号功率减少了，而且由于电抗分量的电视机的有

21、用信号功率减少了，而且由于电抗分量的存在使天线与馈线连接时产生失配，从而导致被信号存在使天线与馈线连接时产生失配，从而导致被信号的损耗。所以在制作天线时都设法使其尽可能工作在的损耗。所以在制作天线时都设法使其尽可能工作在谐振状态，以保证其输入阻抗为纯阻性质。谐振状态，以保证其输入阻抗为纯阻性质。 基本半波振子天线是接收天线中最简单的一种，基本半波振子天线是接收天线中最简单的一种，天线长度接近（略短于）天线长度接近（略短于）)接收信号的半个波长接收信号的半个波长（/2），），此时，天线处于谐振状态，输入阻抗呈现纯电阻，电此时，天线处于谐振状态，输入阻抗呈现纯电阻，电视接收天线中的基本半波振子天线

22、采用中心馈电法，视接收天线中的基本半波振子天线采用中心馈电法，此时的输入阻抗最小，约为此时的输入阻抗最小，约为73.1，近似取值为，近似取值为75。 对于不对称天线，当天线长度约等于接收信号频对于不对称天线，当天线长度约等于接收信号频率的率的/4或波长的整数倍时，天线也为谐振工作状态。或波长的整数倍时，天线也为谐振工作状态。可见，天线的输入阻抗与天线尺寸及工作波长有关。可见，天线的输入阻抗与天线尺寸及工作波长有关。 二、电压驻波比二、电压驻波比 当天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不一致时（通当天线的输入阻抗与馈线的特性阻抗不一致时（通常把这种现象称为不匹配或失配），就会反射。在这种常把这种现象称

23、为不匹配或失配），就会反射。在这种情况下，接收到的信号功率不能全部送入前端系统，当情况下，接收到的信号功率不能全部送入前端系统，当馈线较长且严重失配时，就会产生重影。馈线较长且严重失配时，就会产生重影。 天线接收到的射频信号，从天线馈给馈线，再由馈天线接收到的射频信号，从天线馈给馈线，再由馈线传送至前端设备，若相互之间的阻抗不匹配，则会在线传送至前端设备，若相互之间的阻抗不匹配，则会在馈线中形成入射波与反射波的迭加，形成驻波。通常采馈线中形成入射波与反射波的迭加，形成驻波。通常采用电压驻波比（用电压驻波比（VSWR）定量衡量，其定义为：）定量衡量，其定义为： VSWR （4-3） 式中式中 ：

24、Vmax产生驻波时的最大电压值（波腹）；产生驻波时的最大电压值（波腹）； Vmin产生驻波时的最小电压值（波节）。产生驻波时的最小电压值（波节）。 VSWR1时，即阻抗匹配。一般情况下，时，即阻抗匹配。一般情况下， VSWR1，VSWR越大，说明天线与馈线的匹配越差。越大，说明天线与馈线的匹配越差。 三、频带宽度三、频带宽度 任何电视接收天线都是工作在一定的频率范围任何电视接收天线都是工作在一定的频率范围内。规定天线输送到馈线的功率下降到最大输出功内。规定天线输送到馈线的功率下降到最大输出功率的一半时，所对应的频率范围称为天线的频带宽率的一半时，所对应的频率范围称为天线的频带宽度（也称通频带）

25、。在此频带宽度内，天线的各种度（也称通频带）。在此频带宽度内，天线的各种电气性能（增益、方向性、电压驻波比等）基本保电气性能（增益、方向性、电压驻波比等）基本保持不变。持不变。 单频道天线一般应能满足单频道天线一般应能满足8MHz带宽，宽频带带宽，宽频带天线的带宽，则根据需要而定。天线的带宽，则根据需要而定。 四、方向性四、方向性 天线的方向性表示天线接收不同方向传来的电天线的方向性表示天线接收不同方向传来的电磁波的能力。天线的方向性通常采用方向性图表示。磁波的能力。天线的方向性通常采用方向性图表示。不同的电视接收天线，其方向性图有差异。不同的电视接收天线，其方向性图有差异。 为了方便对各种天

26、线的方向图特性进行比较为了方便对各种天线的方向图特性进行比较， 就需要规定一些特性参数。就需要规定一些特性参数。 这些参数有这些参数有: 主瓣宽度、主瓣宽度、旁瓣电平、前后比及方向系数旁瓣电平、前后比及方向系数等。等。 1）主瓣宽度）主瓣宽度 主瓣宽度是说明天线方向性的一个指标。某天主瓣宽度是说明天线方向性的一个指标。某天线方向性图如图线方向性图如图4-5所示，其中主瓣是波瓣中最大所示，其中主瓣是波瓣中最大的瓣，它集中了天线接收功率（或场强）的主要的瓣，它集中了天线接收功率（或场强）的主要部分。除了主瓣外，其余的瓣都是副瓣，副瓣代部分。除了主瓣外，其余的瓣都是副瓣，副瓣代表天线在不需要的方向上

27、接收的功率（即干扰信表天线在不需要的方向上接收的功率（即干扰信号的功率），副瓣电平越高，越容易接收干扰波，号的功率），副瓣电平越高，越容易接收干扰波，希望它越小越好。与主瓣方向完全相反的为后瓣，希望它越小越好。与主瓣方向完全相反的为后瓣，表示天线接收后方向干扰信号的能力，希望后瓣表示天线接收后方向干扰信号的能力，希望后瓣也是越小越好。也是越小越好。 不同接收天线，主瓣宽度不一样，主瓣宽度越尖不同接收天线，主瓣宽度不一样，主瓣宽度越尖锐，天线定向接收能力越好，即抗干扰能力越强。天锐，天线定向接收能力越好，即抗干扰能力越强。天线主瓣宽度采用半功率角线主瓣宽度采用半功率角20.5表示，它是指接收天线

28、表示，它是指接收天线的功率密度从最大接收方向上功率密度下降一半所对的功率密度从最大接收方向上功率密度下降一半所对应的角度。也可用场强从最大值下降到应的角度。也可用场强从最大值下降到0.707倍最大倍最大值所对应的角度表示。一般情况下，值所对应的角度表示。一般情况下，UHF频段天线频段天线20.5角度为角度为30度，度，VHF频段天线频段天线20.5角度为角度为60度。度。 图图4-5 极坐标场强方向性图极坐标场强方向性图 Z0.70720.5X副瓣主瓣后瓣电视台方向 3）旁瓣电平）旁瓣电平 旁瓣电平是指离主瓣最近且电平最高的旁瓣电平是指离主瓣最近且电平最高的第一旁瓣第一旁瓣电平电平, 一般以分

29、贝表示。方向图的旁瓣区是不需要一般以分贝表示。方向图的旁瓣区是不需要辐射的区域辐射的区域, 所以其电平应尽可能的低所以其电平应尽可能的低, 且天线方向且天线方向图一般都有这样一条规律图一般都有这样一条规律: 离主瓣愈远的旁瓣的电离主瓣愈远的旁瓣的电平愈低。第一旁瓣电平的高低平愈低。第一旁瓣电平的高低, 在某种意义上反映在某种意义上反映了天线方向性的好坏。另外了天线方向性的好坏。另外, 在天线的实际应用中在天线的实际应用中, 旁瓣的位置也很重要。旁瓣的位置也很重要。 五、增益五、增益 天线增益表示天线在特定方向接收信号的能力。天线增益表示天线在特定方向接收信号的能力。在有线电视系统中，天线增益采

30、用相对增益表示，在有线电视系统中，天线增益采用相对增益表示，即相对于基本半波振子的功率增益。当天线最佳取即相对于基本半波振子的功率增益。当天线最佳取向时，天线输出端的匹配负载中所吸取的功率向时，天线输出端的匹配负载中所吸取的功率（P1），与在相同条件下基本半波振子天线输出端），与在相同条件下基本半波振子天线输出端匹配负载中所吸取的功率（匹配负载中所吸取的功率（P0）的比值，称为该天）的比值，称为该天线的相对增益（线的相对增益（G） G10lg(P1/P0) dB 对于平面电磁波，对于平面电磁波，P与与E2成正比：成正比： G20lg(E1/E0) dB 若某天线的增益为若某天线的增益为6dB，

31、则表示该天线的增益比基，则表示该天线的增益比基本半波振子天线高本半波振子天线高6dB。六、极化特性六、极化特性 极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的极化特性是指天线在最大辐射方向上电场矢量的方向随时间变化的规律。具体地说方向随时间变化的规律。具体地说，就是在空间某一就是在空间某一固定位置上固定位置上，电场矢量的末端随时间变化所描绘的图电场矢量的末端随时间变化所描绘的图形。该图形如果是直线形。该图形如果是直线，就称为线极化就称为线极化； 如果是圆，如果是圆， 就称为圆极化；如果是椭圆，就称为圆极化；如果是椭圆， 就称为椭圆极化。如此就称为椭圆极化。如此按天线所辐射的电场的极化形式按天线所辐

32、射的电场的极化形式，可将天线分为线极可将天线分为线极化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。化天线、圆极化天线和椭圆极化天线。 线极化又可分线极化又可分为水平极化和垂直极化为水平极化和垂直极化；圆极化和椭圆极化都可分为圆极化和椭圆极化都可分为左旋和右旋。当圆极化波入射到一个对称目标上时左旋和右旋。当圆极化波入射到一个对称目标上时，反射波是反旋向的。反射波是反旋向的。 在传播电视信号时在传播电视信号时，利用这一特利用这一特性可以克服由反射所引起的重影。性可以克服由反射所引起的重影。 七、频带宽度对天线的电参数的影响七、频带宽度对天线的电参数的影响 天线的电参数都与频率有关天线的电参数都与频率有关，也就

33、是说也就是说，上述电上述电参数都是针对某一工作频率设计的。当工作频率偏离参数都是针对某一工作频率设计的。当工作频率偏离设计频率时设计频率时，往往要引起天线参数的变化往往要引起天线参数的变化，例如主瓣例如主瓣宽度增大、旁瓣电平增高、增益系数降低、宽度增大、旁瓣电平增高、增益系数降低、 输入阻抗输入阻抗和极化特性变坏等。实际上和极化特性变坏等。实际上，天线也并非工作在点频天线也并非工作在点频，而是有一定的频率范围。当工作频率变化时而是有一定的频率范围。当工作频率变化时，天线的天线的有关电参数不应超出规定的范围，这一频率范围称为有关电参数不应超出规定的范围，这一频率范围称为频带宽度频带宽度, 简称为

34、天线的带宽。简称为天线的带宽。八、有效长度八、有效长度 有效长度是衡量天线辐射能力的又一个重要有效长度是衡量天线辐射能力的又一个重要指标。天线的有效长度定义如下：在保持实际天指标。天线的有效长度定义如下：在保持实际天线最大辐射方向上的场强值不变的条件下线最大辐射方向上的场强值不变的条件下, 假设天假设天线上电流分布为均匀分布时天线的等效长度。它线上电流分布为均匀分布时天线的等效长度。它是把天线在最大辐射方向上的场强和电流联系起是把天线在最大辐射方向上的场强和电流联系起来的一个参数来的一个参数, 通常将归于输入电流通常将归于输入电流I0的有效长度的有效长度记为记为hein, 把归于波腹电流把归于

35、波腹电流Im的有效长度记为的有效长度记为hem。显然显然, 有效长度愈长有效长度愈长，表明天线的辐射能力愈强。表明天线的辐射能力愈强。第三节 半波振子天线一、基本半波振子天线一、基本半波振子天线 半波振子天线又称半波偶天线，它是最基本、最半波振子天线又称半波偶天线，它是最基本、最简单的电视接收天线，常用的室外接收天线中绝大简单的电视接收天线，常用的室外接收天线中绝大多数都是在这种天线的基础上发展起来的。因此也多数都是在这种天线的基础上发展起来的。因此也称它为基本半波振子天线。半波振子天线是由两根称它为基本半波振子天线。半波振子天线是由两根长度相等、粗细一样的直金属管组成，其总长约等长度相等、粗

36、细一样的直金属管组成，其总长约等于半个工作波长，对称放置，两臂中心处有间隙作于半个工作波长，对称放置，两臂中心处有间隙作为馈电点，与馈线连接。为馈电点，与馈线连接。（一）对称振子上的电流分布 根据对称振子的对称性特点，可以氢它视为由根据对称振子的对称性特点，可以氢它视为由一对终端开路的传输线的两臂向外展开而成。因为一对终端开路的传输线的两臂向外展开而成。因为无损耗开路传输线上的电流是按正弦规律分布，当无损耗开路传输线上的电流是按正弦规律分布，当振子的导线直径远小于工作波长时，对称振子上的振子的导线直径远小于工作波长时，对称振子上的电流表也近似正弦规律呈驻波分布如图。振子馈电电流表也近似正弦规律

37、呈驻波分布如图。振子馈电点的电流最大，为波腹电流，而其终端电流为零，点的电流最大，为波腹电流，而其终端电流为零，为波节电流。为波节电流。m 馈电点（二）基本半波振子天线的特性1. 输入阻抗：输入阻抗： 其阻值为其阻值为73.1，设计和制作时尽量让，设计和制作时尽量让Rin=75。2. 增益增益 增益用来衡量天线辐射（或接收）电视信号的能力。增益用来衡量天线辐射（或接收）电视信号的能力。电视天线的增益均以半波振子天线的增益为基准。电视天线的增益均以半波振子天线的增益为基准。半波振子天线的增益为半波振子天线的增益为G=1.64。用分贝表示则为：。用分贝表示则为： G（dB）=10lg1.64=2.

38、15（dB）3. 频带宽度频带宽度 半波振子的频带宽度与振子导体的直径有关，导体半波振子的频带宽度与振子导体的直径有关，导体的直径越粗，频带越宽。在的直径越粗，频带越宽。在VHF频段，振子直径一频段，振子直径一般选为般选为10-20mm，在，在UHF频段，振子直径选为频段，振子直径选为2-3mm。材料常用钢管或铝管。材料常用钢管或铝管。（二）基本半波振子天线的特性4. 方向性：方向性： 基本基本半波振子天线的半波振子天线的E面（振子所在平面）方向图面（振子所在平面）方向图为为“8”字形，其字形，其H面（与振子所在平面垂直的面）方面（与振子所在平面垂直的面）方向图为一圆形。向图为一圆形。 （三）

39、基本半波振子天线与馈线的连接 半波振子天线的半波振子天线的输入阻抗为输入阻抗为73.1 ，而在电缆电，而在电缆电视系统中使用的馈线一般是视系统中使用的馈线一般是75的同轴电缆，两者的的同轴电缆，两者的阻抗基本上是匹配的。但半波振子天线是对称的，而阻抗基本上是匹配的。但半波振子天线是对称的，而同轴电缆馈线则是不对称的，必须在天线馈电点和馈同轴电缆馈线则是不对称的，必须在天线馈电点和馈线间加装平衡器，使之实现平衡线间加装平衡器，使之实现平衡不平衡的变换。不平衡的变换。 二、折合半波振子天线二、折合半波振子天线 将基本半波振子天线的两个尾端用导体连接起将基本半波振子天线的两个尾端用导体连接起来，便构

40、成折合半波振子天线。折合半波振子天线来，便构成折合半波振子天线。折合半波振子天线可视为由两个半波振子天线并联构成。折合半波振可视为由两个半波振子天线并联构成。折合半波振子天线在结构上与半波振子天线大不相同，但它们子天线在结构上与半波振子天线大不相同，但它们的基本电气性能则大体相同，例如方向性图、增益的基本电气性能则大体相同，例如方向性图、增益等，但折合半波振子天线的输入阻抗基本半波振子等，但折合半波振子天线的输入阻抗基本半波振子天线的高，其频带宽度大于半波振子天线。天线的高，其频带宽度大于半波振子天线。（一）输入阻抗（一）输入阻抗 在折合半波振子天线上下两臂导体直径相同、在折合半波振子天线上下

41、两臂导体直径相同、馈入相同功率时，其输入阻抗是基本半波振子天线馈入相同功率时，其输入阻抗是基本半波振子天线的输入阻抗的的输入阻抗的4倍，约为倍，约为300 。由于输入阻抗高当。由于输入阻抗高当天线工作频率变化或接收的电视频道改变时，天线天线工作频率变化或接收的电视频道改变时，天线输入阻抗的相对变化少，易与馈线匹配。但在实际输入阻抗的相对变化少，易与馈线匹配。但在实际电缆电视系统工程中，天线的输入阻抗还受到天线电缆电视系统工程中，天线的输入阻抗还受到天线周围其他物体存在的影响而改变。因此，为保证天周围其他物体存在的影响而改变。因此，为保证天线与馈线的良好匹配，在架设天线时，还必须通过线与馈线的良

42、好匹配，在架设天线时，还必须通过测量调整天线的结构或加装匹配装置。测量调整天线的结构或加装匹配装置。（二）频带宽度（二）频带宽度 振子天线的直径越粗，通频带就越宽。当折合半振子天线的直径越粗，通频带就越宽。当折合半波振子上臂导体直径为波振子上臂导体直径为d1下臂导体直径为下臂导体直径为d2上下两臂上下两臂振子间距为振子间距为b时，折合半波振子的等效直径时，折合半波振子的等效直径d0为：为： 折合半波振子的等效直径较基本半波振子的大，折合半波振子的等效直径较基本半波振子的大，故其工作频带较宽，提高了接收图像的清晰度，在电故其工作频带较宽，提高了接收图像的清晰度，在电缆电视系统中广泛采用的引向天线

43、的有源振子通常都缆电视系统中广泛采用的引向天线的有源振子通常都用折合半波振子。用折合半波振子。 （三）（三）折合振子天线与馈线的连接折合振子天线与馈线的连接 折合半波振子的输入阻抗近似为折合半波振子的输入阻抗近似为300 ，当采用，当采用75的同轴电缆馈线时，两者的特性阻抗不等，天线的同轴电缆馈线时，两者的特性阻抗不等，天线是对称的，同轴电缆馈线则是不对称的，因而必须在是对称的，同轴电缆馈线则是不对称的，因而必须在两间加装平衡器，使之实现平衡两间加装平衡器，使之实现平衡不平衡的变换。不平衡的变换。 （四）（四）折合振子中点电位折合振子中点电位 折合振子的中点牌高频零电位，因此，可以不加折合振子

44、的中点牌高频零电位，因此，可以不加绝缘而直接与金属天线立杆相连接，而对天线的性能绝缘而直接与金属天线立杆相连接，而对天线的性能没有影响。当天线立杆接地时，整个天线系统就自然没有影响。当天线立杆接地时，整个天线系统就自然有了防雷作用，这是折合振子天线的一大优点。有了防雷作用，这是折合振子天线的一大优点。 第四节第四节 常用的天线常用的天线天线种类有很多天线种类有很多：对称振子天线对称振子天线阵列天线阵列天线直立振子天线与水平振子天线直立振子天线与水平振子天线引向天线与电视天线引向天线与电视天线移动通信基站天线移动通信基站天线螺旋天线螺旋天线行波天线行波天线宽频带天线宽频带天线缝隙天线缝隙天线微带

45、天线微带天线智能天线智能天线 一、引向天线、引向天线 （一）一） 引向天线的结构引向天线的结构 引向天线又称八引向天线又称八木天线。它广泛应用木天线。它广泛应用于米波、分米波波段于米波、分米波波段的通信、雷达、电视的通信、雷达、电视及其它无线电设备中。及其它无线电设备中。 引向天线既可以单频道使用，也可以多频道共用；既可引向天线既可以单频道使用，也可以多频道共用；既可作作VHF接收，也可作接收，也可作UHV接收其工作频率范围是接收其工作频率范围是30 3000MHz。引向天线具有结构简单，馈电方便，易于。引向天线具有结构简单，馈电方便，易于制作，成本低，风载小等特点，是一种强定向天线。在制作，

46、成本低，风载小等特点，是一种强定向天线。在有线电视系统中，广泛采用引向天线接收空间开路电视有线电视系统中，广泛采用引向天线接收空间开路电视信号。信号。 典型的八木天线应该有三对振子，整个结构呈典型的八木天线应该有三对振子，整个结构呈“王王”字形。与馈线相连的称字形。与馈线相连的称有源振子，或主振子有源振子，或主振子，居三对振，居三对振子之中，子之中，“王王”字的中间一横。比有源振子稍长一点的字的中间一横。比有源振子稍长一点的称反射器，它在有源振子的一侧，起着称反射器，它在有源振子的一侧，起着削弱削弱从这个方向从这个方向传来的电波或从本天线发射去的电波的作用；比有源振传来的电波或从本天线发射去的

47、电波的作用；比有源振子略短的称引向器，它位于有源振子的另一侧，它能子略短的称引向器，它位于有源振子的另一侧，它能增增强强从这一侧方向传来的或向这个方向发射出去的电波。从这一侧方向传来的或向这个方向发射出去的电波。引向器可以有许多个，每根长度都要比其相邻的并靠近引向器可以有许多个，每根长度都要比其相邻的并靠近有源振子的那根略短一点。引向器越多，方向越尖锐、有源振子的那根略短一点。引向器越多，方向越尖锐、增益越高，但实际上超过四、五个引向器之后，这种增益越高，但实际上超过四、五个引向器之后，这种“好处好处”增加就不太明显了，而体积大、自重增加、对增加就不太明显了，而体积大、自重增加、对材料强度要求

48、提高、成本加大等问题却渐突出。通常情材料强度要求提高、成本加大等问题却渐突出。通常情况下有一副五单元八木（即有三个引向器，一个反射器况下有一副五单元八木（即有三个引向器，一个反射器和一个有源振子）就够用了。和一个有源振子）就够用了。 （二）二） 工作原理工作原理 在引向天线中，各无源振子虽不直接馈电，但在在引向天线中，各无源振子虽不直接馈电，但在有源振子的作用下，会产生感应电动势和感应电流，有源振子的作用下，会产生感应电动势和感应电流，其幅度、相位和无源振子到有源振子的距离有关，因其幅度、相位和无源振子到有源振子的距离有关，因为当振子间的距离不同时，电波走过的途径也不同；为当振子间的距离不同时

49、，电波走过的途径也不同；还和无源振子的长度有关，当振子略短于半个波长时还和无源振子的长度有关，当振子略短于半个波长时呈容性，振子略长于半个波长时呈感性。选择引向器呈容性，振子略长于半个波长时呈感性。选择引向器的长度略小于的长度略小于/2，引向器之间的距离和到有源振子的，引向器之间的距离和到有源振子的距离略小于距离略小于/4，可以使引向器和有源振子在主方向上，可以使引向器和有源振子在主方向上产生的电磁场相加。选择反射器的长度略大于产生的电磁场相加。选择反射器的长度略大于/2，反，反射器到有源振子的距离略大于射器到有源振子的距离略大于/4，也可以使反射器和，也可以使反射器和有源振子产生的电磁场在主

50、方向上相加。由电视发射有源振子产生的电磁场在主方向上相加。由电视发射塔辐射的电波，经引向器的引导和反射器的反射后，塔辐射的电波，经引向器的引导和反射器的反射后，将使有源振子沿着接收方向形成单方向的接收。将使有源振子沿着接收方向形成单方向的接收。 （三）三） 引向天线的设计引向天线的设计均匀引向天线：均匀引向天线：引向振子的长度相等，间距相等；引向振子的长度相等，间距相等； 均匀引向天线的主瓣窄，方向系数大，整个频带均匀引向天线的主瓣窄，方向系数大，整个频带内增益均匀。内增益均匀。非均匀引向天线：非均匀引向天线：引向振子的长度不等，间距不等。引向振子的长度不等，间距不等。 非均匀引向天线的主瓣较

51、宽，方向系数较小，整非均匀引向天线的主瓣较宽，方向系数较小，整个频带内增益不均匀，但工作频带宽。个频带内增益不均匀，但工作频带宽。下面介绍均匀引向天线尺寸的计算步骤：下面介绍均匀引向天线尺寸的计算步骤： 2. 确定天线的单元数目确定天线的单元数目N 在在8MHz的频带范围内，振子的数目主要是根据的频带范围内，振子的数目主要是根据给定的增益来确定的。给定的增益来确定的。天线振子数天线振子数N与增益与增益G的关系图的关系图天线振子数天线振子数N与增益与增益L/的关系图的关系图2. 确定天线的单元数目确定天线的单元数目N 表表1、2给出了增益给出了增益G（相对于半波振子的分贝数）、（相对于半波振子的

52、分贝数）、元数元数N和天线长度和天线长度L/的关系。该表是从大量试验中综的关系。该表是从大量试验中综合得出的结果（小数位的最后一位可能有偏差）。合得出的结果（小数位的最后一位可能有偏差）。 00004. 确定引向器的长度及间距引向器长度：引向器长度：2L1=（0.40.45）2引向器的数目越多，所取长度越短。工程中是通过实引向器的数目越多，所取长度越短。工程中是通过实际调试确定的。当引向器很多时，它们的长度有不同际调试确定的。当引向器很多时，它们的长度有不同的组合方案，可以是全部等长但间距不同，也可以是的组合方案，可以是全部等长但间距不同，也可以是随着与有源振子的距离的加大，长度逐渐减小。随着

53、与有源振子的距离的加大，长度逐渐减小。4. 确定引向器的长度及间距 一般情况下，第一根引向器距有源振子的距离一般情况下，第一根引向器距有源振子的距离d1就取得小一些。就取得小一些。 d1=(0.10.28)2这样有利于加宽频带。这样有利于加宽频带。一般在一般在VHF频段，取频段，取d0.32，d1=0.212，；，；在在UHF频段，取频段，取d=（0.20.25）2，d1=0.152。5. 确定反射器的长度及间距反射器的长度反射器的长度: 2Lr=(0.50.55)1与有源振子的距离：与有源振子的距离：dr=（0.150.23）1 dr 取得较大时，有有源振子的输入阻抗较高，取得较大时，有有源

54、振子的输入阻抗较高，天线与馈线匹配的频带较宽，但缺点是方向性图的前天线与馈线匹配的频带较宽，但缺点是方向性图的前后比较小。在电缆电视系统中，一般取后比较小。在电缆电视系统中，一般取dr=0.21。6. 计算天线总长度 L=dr+d1+di7. 复核增益 G=（1012）L / 0用分贝表示为：用分贝表示为：G=10 Lg (1012)L / 0)8. 确定振子的直径和材料 振子的直径通常总是尽量取粗些。因为振子越粗，振子的直径通常总是尽量取粗些。因为振子越粗，特性阻抗就越低，天线的工作频带就越宽。一般在特性阻抗就越低，天线的工作频带就越宽。一般在VHF频段取直径频段取直径820mm；在；在UH

55、F显存估，显存估， 取取36mm。材材料一般为铜管或铝管，在铜管外镀一层银效果更好。料一般为铜管或铝管，在铜管外镀一层银效果更好。9. 根据确定的天线各部分尺寸，画出引向天线的结构图，并标注上数据。二、组合天线组合天线 为了进一步为了进一步提高天线的方向性和增益提高天线的方向性和增益，可以利，可以利用几副多单元天线组成组合天线，或称为天线阵。用几副多单元天线组成组合天线，或称为天线阵。 1等幅同相天线阵等幅同相天线阵 天线阵排列方法有多种形式。一种为水平排列，天线阵排列方法有多种形式。一种为水平排列，即将几副结构相同的引向天线，按相等间距在水平即将几副结构相同的引向天线，按相等间距在水平线上排

56、列，称为线上排列，称为“列列”，也称为水平天线阵，如下，也称为水平天线阵，如下页图（页图（a）所示。另一种为垂直排列，即将几副结）所示。另一种为垂直排列，即将几副结构相同的天线按相等的距离在垂直方向上排列，称构相同的天线按相等的距离在垂直方向上排列，称为为“层层”，也称垂直天线阵，如下页图（，也称垂直天线阵，如下页图（b）所示。）所示。水平天线阵能提高天线的增益，天线数目越多，增水平天线阵能提高天线的增益，天线数目越多，增益也越大。水平天线阵也能改变天线的水平方向性，益也越大。水平天线阵也能改变天线的水平方向性，使水平波瓣变窄，天线数目越多，水平方向性越尖使水平波瓣变窄，天线数目越多，水平方向

57、性越尖锐，抗水平方向的干扰能力越强。锐，抗水平方向的干扰能力越强。 垂直天线阵同样能提高天线的增益，天线数越垂直天线阵同样能提高天线的增益，天线数越多，天线阵的增益也越高。垂直天线阵也能改变天多，天线阵的增益也越高。垂直天线阵也能改变天线的垂直方向性，而且天线数目越多，垂直方向性线的垂直方向性，而且天线数目越多，垂直方向性越好。越好。/2(a)(b)OO 2、可变方向性天线阵、可变方向性天线阵 电视信号由于受到高大物体影响形成多经反射电视信号由于受到高大物体影响形成多经反射波，它们比直射波滞后一段时间到达天线，因此，波，它们比直射波滞后一段时间到达天线，因此，在电视主图像在电视主图像右侧右侧出

58、现重影。若反射波来自斜向，出现重影。若反射波来自斜向，可通过改变天线阵的方向性来抑制反射波造成的重可通过改变天线阵的方向性来抑制反射波造成的重影。可变方向性天线清除重影的原理是调整双层或影。可变方向性天线清除重影的原理是调整双层或双列二元天线阵的双列二元天线阵的间距间距或它们之间的或它们之间的相移相移，使天线，使天线方向性图的零辐射角对准反射波的来向，从而达到方向性图的零辐射角对准反射波的来向，从而达到消除重影的目的。消除重影的目的。 分集接收天线分集接收天线 图中分别是可改变方向性的双列单层和单列双图中分别是可改变方向性的双列单层和单列双层的二元天线阵，它们能较好地消除同源干扰。层的二元天线

59、阵，它们能较好地消除同源干扰。分集接收天线分集接收天线 如图所示的如图所示的A、B两副同结构的天线组成二元天两副同结构的天线组成二元天线阵，干扰波和主信号波之间的夹角为线阵，干扰波和主信号波之间的夹角为，两天线的，两天线的间距为间距为d，并和主信号波到来的来向成直角，两天线，并和主信号波到来的来向成直角，两天线的输出用相同长度的同轴电缆线引出（的输出用相同长度的同轴电缆线引出（同相馈电同相馈电），），当当为己知时，可根据下式求出两天线的间距为己知时，可根据下式求出两天线的间距d=（2n+1）/ 2sin（n为正整数）为正整数）,当当n= 0，d/ 2sin时，天线方向图的第一个零辐射角正好对准

60、了干扰波时，天线方向图的第一个零辐射角正好对准了干扰波的方向。的方向。移相天线移相天线 移相天线是在不改变天线架移相天线是在不改变天线架设位置（即设位置（即d不变）的情况下，不变）的情况下，通过两副天线相移使二元天线阵通过两副天线相移使二元天线阵的零辐射角正好对准径向波的方的零辐射角正好对准径向波的方向，从而达到消除重影的目的。向，从而达到消除重影的目的。 右图示出了移相天线的组成原理右图示出了移相天线的组成原理方法是利用信号在电缆中传输产方法是利用信号在电缆中传输产生的缩短效应的特点，通过调整生的缩短效应的特点，通过调整移相天线中某个引向天线的馈线移相天线中某个引向天线的馈线长度来实现相移，