1、第四章第四章 電視接收天線電視接收天線第一節第一節 天線的基本原理天線的基本原理第二節第二節 天線的主要參數天線的主要參數第三節第三節 半波振子天線半波振子天線第四節第四節 常用的天線常用的天線天線在通信系統中的作用 通信是當今信息社會進行信息傳輸，信息交換，通信是當今信息社會進行信息傳輸，信息交換，信息資源共享的不可缺少的重要手段。信息資源共享的不可缺少的重要手段。 根據信息傳遞根據信息傳遞媒質的不同，可大致講通信系統分為兩大類：一類是媒質的不同，可大致講通信系統分為兩大類：一類是在相互聯系的網絡中用各種傳輸線來傳遞信息的無線在相互聯系的網絡中用各種傳輸線來傳遞信息的無線通信，如電話，計算機

2、局域網等有線通信系統；另一通信，如電話，計算機局域網等有線通信系統；另一類是利用無線電波來傳遞信息的無線通信，如電視，類是利用無線電波來傳遞信息的無線通信，如電視，廣播，雷達，導航，移動通信，衛星，等無線通信系廣播，雷達，導航，移動通信，衛星，等無線通信系統。統。 在無線通信系統中，信息都是依靠無線電波來傳在無線通信系統中，信息都是依靠無線電波來傳輸的，輸的，因此需要有無線電波的輻射和接收設備。因此需要有無線電波的輻射和接收設備。用來用來輻射和接收無線電波的裝置稱為天線輻射和接收無線電波的裝置稱為天線。最基本的無線。最基本的無線電通信系統的框圖如下頁圖所示。電通信系統的框圖如下頁圖所示。第一節

3、第一節 天線的基本原理天線的基本原理 一一.天線的工作原理天線的工作原理 天線是一種向空間輻射電磁波或者從空間接收天線是一種向空間輻射電磁波或者從空間接收電磁波能量的裝置。電視接收天線作為有線電視系電磁波能量的裝置。電視接收天線作為有線電視系統接收開路信號的設備，其作用是將空間接收到的統接收開路信號的設備，其作用是將空間接收到的電磁波轉換成在傳輸線中傳輸的射頻電壓或電流，電磁波轉換成在傳輸線中傳輸的射頻電壓或電流，接收天線輸出的信號質量好壞，將直接影響到電視接收天線輸出的信號質量好壞，將直接影響到電視信號在系統內傳輸的質量。若天線輸出的信號中含信號在系統內傳輸的質量。若天線輸出的信號中含有空間

4、反射波干擾（右重影），或其它噪聲干擾有空間反射波干擾（右重影），或其它噪聲干擾（如工業干擾），則在后續的電路中很難將這些干（如工業干擾），則在后續的電路中很難將這些干擾消除掉。擾消除掉。二、二、接收接收天線的作用和分類天線的作用和分類 天線本身就是一個天線本身就是一個振蕩振蕩回路，但它與普通回路，但它與普通振蕩振蕩回路不同，它是普通振蕩回路的變形。如回路不同，它是普通振蕩回路的變形。如圖圖42所示。所示。 從圖中電路的演變過程可見從圖中電路的演變過程可見“圖圖42（a）、）、（b）、（）、（c）”，發射天線是利用了空間作為電容，發射天線是利用了空間作為電容器兩極板間的電感線圈的磁場，使得高頻電

5、磁波信器兩極板間的電感線圈的磁場，使得高頻電磁波信號能夠形成開路發射號能夠形成開路發射“圖圖42（d）”，在發射過，在發射過程中，已調制的高頻信號電流由傳輸線從發射機輸程中，已調制的高頻信號電流由傳輸線從發射機輸送到天線上，該天線便把高頻信號電流轉變成相應送到天線上，該天線便把高頻信號電流轉變成相應的電磁波能量，并向空間輻射。的電磁波能量，并向空間輻射。 電磁波的能量從發射天線輻射出去以后，將沿地電磁波的能量從發射天線輻射出去以后，將沿地表面所有方向向前傳播。若在離發射天線一定距離處表面所有方向向前傳播。若在離發射天線一定距離處設置接收天線，由于磁力線切割了接收天線（由金屬設置接收天線，由于磁

6、力線切割了接收天線（由金屬導體組成），就會在接收天線中激勵感應電動勢，其導體組成），就會在接收天線中激勵感應電動勢，其頻率與發射的振蕩頻率相同，因此，接收天線就會輸頻率與發射的振蕩頻率相同，因此，接收天線就會輸出電信號。出電信號。 由于天線具有由于天線具有“可逆性可逆性”，即：一副天線，既可，即：一副天線，既可作為發射天線使用，也可作為接收天線使用，它們所作為發射天線使用，也可作為接收天線使用，它們所有的性能、參數均保持不變，稱為有的性能、參數均保持不變，稱為天線的互易原理天線的互易原理。所以接收天線的工作原理和發射天線的工作原理類同。所以接收天線的工作原理和發射天線的工作原理類同。（一）接收

7、天線的作用（一）接收天線的作用1、輻射和接收電磁波。、輻射和接收電磁波。由發射天線產生的電磁波向空由發射天線產生的電磁波向空中輻射，當接收天線受到空中電磁波磁力線的切割時，中輻射，當接收天線受到空中電磁波磁力線的切割時，就在天線兩端激起一定的交變電壓就在天線兩端激起一定的交變電壓電動勢，并轉電動勢，并轉化成高頻電流，通過同軸射頻電纜傳送給有線電視的化成高頻電流，通過同軸射頻電纜傳送給有線電視的前端處理設備。前端處理設備。 當然當然能輻射或接收電磁波的東西不一定都能用來能輻射或接收電磁波的東西不一定都能用來作為天線作為天線。例如任何高頻電路，只要不是完全屏蔽起。例如任何高頻電路，只要不是完全屏蔽

8、起來的，都可以向周圍空間或多或少地輻射電磁波，或來的，都可以向周圍空間或多或少地輻射電磁波，或者從周圍空間或多或少地接收到電磁波。但是，任意者從周圍空間或多或少地接收到電磁波。但是，任意一個高頻電路并不一定能作天線，因為它輻射和接收一個高頻電路并不一定能作天線，因為它輻射和接收電磁波的效率很低。電磁波的效率很低。只有能夠有效地輻射和接收電磁只有能夠有效地輻射和接收電磁波的設備才有可能作為天線使用波的設備才有可能作為天線使用。 2、第二個作用是、第二個作用是”能量轉換能量轉換”。天線應能將導波能。天線應能將導波能量盡可能多地轉變為電磁波能量。量盡可能多地轉變為電磁波能量。 這首先要求天線這首先要

9、求天線是一個良好的電磁開放系統是一個良好的電磁開放系統, 其次要求天線與發射其次要求天線與發射機或接收機匹配。大家知道，發信機通過饋線送入機或接收機匹配。大家知道，發信機通過饋線送入天線的并不是無線電波，收信天線也不能直接把無天線的并不是無線電波，收信天線也不能直接把無線電波送入收信機，這里有一個能量的轉換過程，線電波送入收信機，這里有一個能量的轉換過程，即把發信機所產生的高頻振蕩電流經饋線送入天線即把發信機所產生的高頻振蕩電流經饋線送入天線輸入端，天線要把高頻電流轉換為空間高頻電磁波，輸入端，天線要把高頻電流轉換為空間高頻電磁波，以波的形式向周圍空間輻射。反之在接收時，也是以波的形式向周圍空

10、間輻射。反之在接收時，也是通過收信天線把截獲的高頻電磁波的能量轉換成高通過收信天線把截獲的高頻電磁波的能量轉換成高頻電流的能量后，再送給收信機。顯然這里有一個頻電流的能量后，再送給收信機。顯然這里有一個轉換效率問題。轉換效率問題。天線增益越高，則轉換效率就越高天線增益越高，則轉換效率就越高。 3、增加接收電視信號的距離。、增加接收電視信號的距離。 根據前述視距計算公根據前述視距計算公式式H4.12（ ）（）（km），電磁波的傳播距離），電磁波的傳播距離與發射天線的高度和接收天線的高度有關。當電視與發射天線的高度和接收天線的高度有關。當電視發射天線高度已定的情況下，適當增加接收天線的發射天線高度

11、已定的情況下，適當增加接收天線的架設高度就可以增加開路電視信號的接收距離。架設高度就可以增加開路電視信號的接收距離。4、提高接收電視信號的質量。、提高接收電視信號的質量。 由于空間存在著各種由于空間存在著各種頻率成份的無線電波，這些無線電波的方向來自于頻率成份的無線電波，這些無線電波的方向來自于四面八方，對于需要接收的電視頻道而言，其它無四面八方，對于需要接收的電視頻道而言，其它無線電波均是干擾源，通過選擇方向性強，具有一定線電波均是干擾源，通過選擇方向性強，具有一定工作頻帶寬度的接收天線，可以提高接收電視信號工作頻帶寬度的接收天線，可以提高接收電視信號的質量的質量。對天線有幾個要求對天線有幾

12、個要求：1.天線應使電磁波盡可能集中于確定的方向上天線應使電磁波盡可能集中于確定的方向上， 或對確或對確定方向的來波最大限度的接受定方向的來波最大限度的接受， 即即天線具有方向性天線具有方向性。2.天線應能發射或接收規定極化的電磁波天線應能發射或接收規定極化的電磁波， 即即天線有適天線有適當的極化當的極化。3.天線應有足夠的工作頻帶天線應有足夠的工作頻帶。 以上是天線最基本的功能和要求以上是天線最基本的功能和要求。通信的飛速發。通信的飛速發展對天線提出新要求展對天線提出新要求，除完成高頻能量的轉換外除完成高頻能量的轉換外，還還要對傳遞的信息進行一定的加工和處理要對傳遞的信息進行一定的加工和處理

13、，如信號處理如信號處理天線、單脈沖天線、自適應天線和智能天線等。特別天線、單脈沖天線、自適應天線和智能天線等。特別是自是自1997年以來年以來, 第三代移動通信技術第三代移動通信技術逐漸成為國內逐漸成為國內外移動通信領域的研究熱點外移動通信領域的研究熱點， 而而智能天線智能天線正是實現正是實現第三代移動通信系統的關鍵技術之一。第三代移動通信系統的關鍵技術之一。 研究天線問題研究天線問題, 實質上是研究天線在空間所產實質上是研究天線在空間所產生的電磁場分布。空間任一點的電磁場都滿足麥克生的電磁場分布。空間任一點的電磁場都滿足麥克斯韋方程和邊界條件斯韋方程和邊界條件, 因此因此, 求解天線問題實質

14、上是求解天線問題實質上是求解電磁場方程并滿足邊界條件求解電磁場方程并滿足邊界條件, 但這往往十分繁但這往往十分繁雜雜, 有時甚至是十分困難的。有時甚至是十分困難的。 在實際問題中在實際問題中, 往往往往將條件理想化將條件理想化, 進行一些近進行一些近似處理似處理, 從而得到近似結果從而得到近似結果, 這是這是天線工程中最常用天線工程中最常用的方法的方法； 在某些情況下在某些情況下, 如果需要較精確的解如果需要較精確的解, 可借可借助電磁場理論的數值計算方法來進行。助電磁場理論的數值計算方法來進行。 （二）接收天線的分類（二）接收天線的分類按按用途用途可分為：可分為： 通信天線、通信天線、 廣播

15、電視天線、雷達天線等廣播電視天線、雷達天線等; 2. 按工作按工作波長波長分為：分為： 長波天線、長波天線、 中波天線、中波天線、 短波天線、短波天線、 超短波天線和微超短波天線和微波天線等；波天線等； 按按輻射元的類型輻射元的類型分為分為: 線天線和面天線。線天線和面天線。4. 按結構分為：。按結構分為：。 半波振子天線、折合振子天線、扇形半波振子天線、折合振子天線、扇形振子天線振子天線、V形形天線、八木天線、環形天線、背射天線和對數周期天線、八木天線、環形天線、背射天線和對數周期天線等。天線等。 （二）接收天線的分類（二）接收天線的分類按安裝方式分為：按安裝方式分為： 分立式、山字形、出字

16、形等類型分立式、山字形、出字形等類型; 6. 按接收頻段可分為：按接收頻段可分為：甚高頻（甚高頻（VHF）：）：單頻道、分頻段、全頻段三種；單頻道、分頻段、全頻段三種；單頻道單頻道接收天線又稱專用頻道天線（接收天線又稱專用頻道天線（1-12任一頻道），任一頻道），適合于中、近程距離接收，優點是增益高、方向性適合于中、近程距離接收，優點是增益高、方向性強、駐波比好可以靈活設置，故被普遍使用；強、駐波比好可以靈活設置，故被普遍使用；分頻段分頻段天線一般分為含有天線一般分為含有15個頻道的低頻段和個頻道的低頻段和612頻頻道的高頻段；它頻帶較寬，可兼顧接收幾個頻道的道的高頻段；它頻帶較寬，可兼顧接收

17、幾個頻道的信號、電氣性能參數，一般不如單頻道好，它實際信號、電氣性能參數，一般不如單頻道好，它實際上是一種寬頻帶無線。上是一種寬頻帶無線。全頻段全頻段接收天線能接收接收天線能接收112頻道的電視信號，也是一種頻道的電視信號，也是一種寬頻帶天線。寬頻帶天線。 （二）接收天線的分類（二）接收天線的分類6. 按接收頻段可分為：按接收頻段可分為：特高頻（特高頻（UHF）：）：頻率很高，一般常做成寬頻帶天線，頻率很高，一般常做成寬頻帶天線，如分成兩個頻段（如分成兩個頻段（1324頻道和頻道和2568頻道的）天線，頻道的）天線，目前多采用目前多采用20單元或單元或50單元的八木天線。單元的八木天線。超高頻

18、（超高頻（SHF）：）：頻率很高，目前應用很少。頻率很高，目前應用很少。7.按天線的特性分類：按天線的特性分類：按方向特性分：按方向特性分：有定向天線、全向天線、強方向性天有定向天線、全向天線、強方向性天線和弱方向性天線；線和弱方向性天線；按極化特性分：按極化特性分：有線極化（垂直極化和水平極化）天有線極化（垂直極化和水平極化）天線和圓極化天線；線和圓極化天線；按頻帶特性分：按頻帶特性分：有窄帶天線、寬頻帶天線和超寬頻帶有窄帶天線、寬頻帶天線和超寬頻帶天線。天線。 （二）接收天線的分類（二）接收天線的分類8. 按饋電方式分：按饋電方式分：由對稱天線和非對稱天線。由對稱天線和非對稱天線。 9.

19、按天線上的電流分：按天線上的電流分：有行波天線和駐波天線。有行波天線和駐波天線。 10.按天線的外形分：按天線的外形分：有有V型天線、菱形天線、環形天型天線、菱形天線、環形天線、螺旋天線、喇叭天線和反射面天線等。線、螺旋天線、喇叭天線和反射面天線等。 此外，新型天線還有單脈沖天線、相控天線、微此外，新型天線還有單脈沖天線、相控天線、微帶天線、自適應天線、智能天線和有源天線等。帶天線、自適應天線、智能天線和有源天線等。 把天線和發射機或接收機連接起來的系統稱為把天線和發射機或接收機連接起來的系統稱為饋饋線系統線系統。 饋線的形式隨頻率的不同而分為雙導線傳輸饋線的形式隨頻率的不同而分為雙導線傳輸線

20、、同軸線傳輸線、線、同軸線傳輸線、 波導或微帶線等。由于饋線系統波導或微帶線等。由于饋線系統和天線的聯系十分緊密和天線的聯系十分緊密，有時把天線和饋線系統看成有時把天線和饋線系統看成是一個部件是一個部件， 統稱為天線饋線系統統稱為天線饋線系統，簡稱天饋系統。簡稱天饋系統。第二節第二節 天線的主要參數天線的主要參數 0.20.10.30.40.51.00.90.80.70.6100260806024012022040202001800160140 由于電抗分量在存貯一部分能量，使天線提供給由于電抗分量在存貯一部分能量，使天線提供給電視機的有用信號功率減少了，而且由于電抗分量的電視機的有用信號功率

21、減少了，而且由于電抗分量的存在使天線與饋線連接時產生失配，從而導致被信號存在使天線與饋線連接時產生失配，從而導致被信號的損耗。所以在制作天線時都設法使其盡可能工作在的損耗。所以在制作天線時都設法使其盡可能工作在諧振狀態，以保證其輸入阻抗為純阻性質。諧振狀態，以保證其輸入阻抗為純阻性質。 基本半波振子天線是接收天線中最簡單的一種，基本半波振子天線是接收天線中最簡單的一種，天線長度接近（略短于）天線長度接近（略短于）)接收信號的半個波長接收信號的半個波長（/2），），此時，天線處于諧振狀態，輸入阻抗呈現純電阻，電此時，天線處于諧振狀態，輸入阻抗呈現純電阻，電視接收天線中的基本半波振子天線采用中心饋

22、電法，視接收天線中的基本半波振子天線采用中心饋電法，此時的輸入阻抗最小，約為此時的輸入阻抗最小，約為73.1，近似取值為，近似取值為75。 對于不對稱天線，當天線長度約等于接收信號頻對于不對稱天線，當天線長度約等于接收信號頻率的率的/4或波長的整數倍時，天線也為諧振工作狀態。或波長的整數倍時，天線也為諧振工作狀態。可見，天線的輸入阻抗與天線尺寸及工作波長有關。可見，天線的輸入阻抗與天線尺寸及工作波長有關。 二、電壓駐波比二、電壓駐波比 當天線的輸入阻抗與饋線的特性阻抗不一致時（通當天線的輸入阻抗與饋線的特性阻抗不一致時（通常把這種現象稱為不匹配或失配），就會反射。在這種常把這種現象稱為不匹配或

23、失配），就會反射。在這種情況下，接收到的信號功率不能全部送入前端系統，當情況下，接收到的信號功率不能全部送入前端系統，當饋線較長且嚴重失配時，就會產生重影。饋線較長且嚴重失配時，就會產生重影。 天線接收到的射頻信號，從天線饋給饋線，再由饋天線接收到的射頻信號，從天線饋給饋線，再由饋線傳送至前端設備，若相互之間的阻抗不匹配，則會在線傳送至前端設備，若相互之間的阻抗不匹配，則會在饋線中形成入射波與反射波的迭加，形成駐波。通常采饋線中形成入射波與反射波的迭加，形成駐波。通常采用電壓駐波比（用電壓駐波比（VSWR）定量衡量，其定義為：）定量衡量，其定義為： VSWR （4-3） 式中式中 ：Vmax產

24、生駐波時的最大電壓值（波腹）；產生駐波時的最大電壓值（波腹）； Vmin產生駐波時的最小電壓值（波節）。產生駐波時的最小電壓值（波節）。 VSWR1時，即阻抗匹配。一般情況下，時，即阻抗匹配。一般情況下， VSWR1，VSWR越大，說明天線與饋線的匹配越差。越大，說明天線與饋線的匹配越差。 三、頻帶寬度三、頻帶寬度 任何電視接收天線都是工作在一定的頻率范圍任何電視接收天線都是工作在一定的頻率范圍內。規定天線輸送到饋線的功率下降到最大輸出功內。規定天線輸送到饋線的功率下降到最大輸出功率的一半時，所對應的頻率范圍稱為天線的頻帶寬率的一半時，所對應的頻率范圍稱為天線的頻帶寬度（也稱通頻帶）。在此頻帶

25、寬度內，天線的各種度（也稱通頻帶）。在此頻帶寬度內，天線的各種電氣性能（增益、方向性、電壓駐波比等）基本保電氣性能（增益、方向性、電壓駐波比等）基本保持不變。持不變。 單頻道天線一般應能滿足單頻道天線一般應能滿足8MHz帶寬，寬頻帶帶寬，寬頻帶天線的帶寬，則根據需要而定。天線的帶寬，則根據需要而定。 四、方向性四、方向性 天線的方向性表示天線接收不同方向傳來的電天線的方向性表示天線接收不同方向傳來的電磁波的能力。天線的方向性通常采用方向性圖表示。磁波的能力。天線的方向性通常采用方向性圖表示。不同的電視接收天線，其方向性圖有差異。不同的電視接收天線，其方向性圖有差異。 為了方便對各種天線的方向圖

26、特性進行比較為了方便對各種天線的方向圖特性進行比較， 就需要規定一些特性參數。就需要規定一些特性參數。 這些參數有這些參數有: 主瓣寬度、主瓣寬度、旁瓣電平、前后比及方向系數旁瓣電平、前后比及方向系數等。等。 1）主瓣寬度）主瓣寬度 主瓣寬度是說明天線方向性的一個指標。某天主瓣寬度是說明天線方向性的一個指標。某天線方向性圖如圖線方向性圖如圖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，它集中了天線接收功率（或場強）的主要的瓣，它集中了天線接收功率（或場強）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，副瓣代表天線在不需要的方向上接收的功率

27、（即干擾信表天線在不需要的方向上接收的功率（即干擾信號的功率），副瓣電平越高，越容易接收干擾波，號的功率），副瓣電平越高，越容易接收干擾波，希望它越小越好。與主瓣方向完全相反的為后瓣，希望它越小越好。與主瓣方向完全相反的為后瓣，表示天線接收后方向干擾信號的能力，希望后瓣表示天線接收后方向干擾信號的能力，希望后瓣也是越小越好。也是越小越好。 不同接收天線，主瓣寬度不一樣，主瓣寬度越尖不同接收天線，主瓣寬度不一樣，主瓣寬度越尖銳，天線定向接收能力越好，即抗干擾能力越強。天銳，天線定向接收能力越好，即抗干擾能力越強。天線主瓣寬度采用半功率角線主瓣寬度采用半功率角20.5表示，它是指接收天線表示，它是

28、指接收天線的功率密度從最大接收方向上功率密度下降一半所對的功率密度從最大接收方向上功率密度下降一半所對應的角度。也可用場強從最大值下降到應的角度。也可用場強從最大值下降到0.707倍最大倍最大值所對應的角度表示。一般情況下，值所對應的角度表示。一般情況下，UHF頻段天線頻段天線20.5角度為角度為30度，度，VHF頻段天線頻段天線20.5角度為角度為60度。度。 圖圖4-5 極坐標場強方向性圖極坐標場強方向性圖 Z0.70720.5X副瓣主瓣后瓣電視臺方向 3）旁瓣電平）旁瓣電平 旁瓣電平是指離主瓣最近且電平最高的旁瓣電平是指離主瓣最近且電平最高的第一旁瓣第一旁瓣電平電平, 一般以分貝表示。方

29、向圖的旁瓣區是不需要一般以分貝表示。方向圖的旁瓣區是不需要輻射的區域輻射的區域, 所以其電平應盡可能的低所以其電平應盡可能的低, 且天線方向且天線方向圖一般都有這樣一條規律圖一般都有這樣一條規律: 離主瓣愈遠的旁瓣的電離主瓣愈遠的旁瓣的電平愈低。第一旁瓣電平的高低平愈低。第一旁瓣電平的高低, 在某種意義上反映在某種意義上反映了天線方向性的好壞。另外了天線方向性的好壞。另外, 在天線的實際應用中在天線的實際應用中, 旁瓣的位置也很重要。旁瓣的位置也很重要。 五、增益五、增益 天線增益表示天線在特定方向接收信號的能力。天線增益表示天線在特定方向接收信號的能力。在有線電視系統中，天線增益采用相對增益

30、表示，在有線電視系統中，天線增益采用相對增益表示，即相對于基本半波振子的功率增益。當天線最佳取即相對于基本半波振子的功率增益。當天線最佳取向時，天線輸出端的匹配負載中所吸取的功率向時，天線輸出端的匹配負載中所吸取的功率（P1），與在相同條件下基本半波振子天線輸出端），與在相同條件下基本半波振子天線輸出端匹配負載中所吸取的功率（匹配負載中所吸取的功率（P0）的比值，稱為該天）的比值，稱為該天線的相對增益（線的相對增益（G） G10lg(P1/P0) dB 對于平面電磁波，對于平面電磁波，P與與E2成正比：成正比： G20lg(E1/E0) dB 若某天線的增益為若某天線的增益為6dB，則表示該天

31、線的增益比基，則表示該天線的增益比基本半波振子天線高本半波振子天線高6dB。六、極化特性六、極化特性 極化特性是指天線在最大輻射方向上電場矢量的極化特性是指天線在最大輻射方向上電場矢量的方向隨時間變化的規律。具體地說方向隨時間變化的規律。具體地說，就是在空間某一就是在空間某一固定位置上固定位置上，電場矢量的末端隨時間變化所描繪的圖電場矢量的末端隨時間變化所描繪的圖形。該圖形如果是直線形。該圖形如果是直線，就稱為線極化就稱為線極化； 如果是圓，如果是圓， 就稱為圓極化；如果是橢圓，就稱為圓極化；如果是橢圓， 就稱為橢圓極化。如此就稱為橢圓極化。如此按天線所輻射的電場的極化形式按天線所輻射的電場的

32、極化形式，可將天線分為線極可將天線分為線極化天線、圓極化天線和橢圓極化天線。化天線、圓極化天線和橢圓極化天線。 線極化又可分線極化又可分為水平極化和垂直極化為水平極化和垂直極化；圓極化和橢圓極化都可分為圓極化和橢圓極化都可分為左旋和右旋。當圓極化波入射到一個對稱目標上時左旋和右旋。當圓極化波入射到一個對稱目標上時，反射波是反旋向的。反射波是反旋向的。 在傳播電視信號時在傳播電視信號時，利用這一特利用這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、頻帶寬度對天線的電參數的影響七、頻帶寬度對天線的電參數的影響 天線的電參數都與頻率有關天線的電參數都與頻率有關，也就是說也就是

33、說，上述電上述電參數都是針對某一工作頻率設計的。當工作頻率偏離參數都是針對某一工作頻率設計的。當工作頻率偏離設計頻率時設計頻率時，往往要引起天線參數的變化往往要引起天線參數的變化，例如主瓣例如主瓣寬度增大、旁瓣電平增高、增益系數降低、寬度增大、旁瓣電平增高、增益系數降低、 輸入阻抗輸入阻抗和極化特性變壞等。實際上和極化特性變壞等。實際上，天線也并非工作在點頻天線也并非工作在點頻，而是有一定的頻率范圍。當工作頻率變化時而是有一定的頻率范圍。當工作頻率變化時，天線的天線的有關電參數不應超出規定的范圍，這一頻率范圍稱為有關電參數不應超出規定的范圍，這一頻率范圍稱為頻帶寬度頻帶寬度, 簡稱為天線的帶寬

34、。簡稱為天線的帶寬。八、有效長度八、有效長度 有效長度是衡量天線輻射能力的又一個重要有效長度是衡量天線輻射能力的又一個重要指標。天線的有效長度定義如下：在保持實際天指標。天線的有效長度定義如下：在保持實際天線最大輻射方向上的場強值不變的條件下線最大輻射方向上的場強值不變的條件下, 假設天假設天線上電流分布為均勻分布時天線的等效長度。它線上電流分布為均勻分布時天線的等效長度。它是把天線在最大輻射方向上的場強和電流聯系起是把天線在最大輻射方向上的場強和電流聯系起來的一個參數來的一個參數, 通常將歸于輸入電流通常將歸于輸入電流I0的有效長度的有效長度記為記為hein, 把歸于波腹電流把歸于波腹電流I

35、m的有效長度記為的有效長度記為hem。顯然顯然, 有效長度愈長有效長度愈長，表明天線的輻射能力愈強。表明天線的輻射能力愈強。第三節 半波振子天線一、基本半波振子天線一、基本半波振子天線 半波振子天線又稱半波偶天線，它是最基本、最半波振子天線又稱半波偶天線，它是最基本、最簡單的電視接收天線，常用的室外接收天線中絕大簡單的電視接收天線，常用的室外接收天線中絕大多數都是在這種天線的基礎上發展起來的。因此也多數都是在這種天線的基礎上發展起來的。因此也稱它為基本半波振子天線。半波振子天線是由兩根稱它為基本半波振子天線。半波振子天線是由兩根長度相等、粗細一樣的直金屬管組成，其總長約等長度相等、粗細一樣的直

36、金屬管組成，其總長約等于半個工作波長，對稱放置，兩臂中心處有間隙作于半個工作波長，對稱放置，兩臂中心處有間隙作為饋電點，與饋線連接。為饋電點，與饋線連接。（一）對稱振子上的電流分布 根據對稱振子的對稱性特點，可以氫它視為由根據對稱振子的對稱性特點，可以氫它視為由一對終端開路的傳輸線的兩臂向外展開而成。因為一對終端開路的傳輸線的兩臂向外展開而成。因為無損耗開路傳輸線上的電流是按正弦規律分布，當無損耗開路傳輸線上的電流是按正弦規律分布，當振子的導線直徑遠小于工作波長時，對稱振子上的振子的導線直徑遠小于工作波長時，對稱振子上的電流表也近似正弦規律呈駐波分布如圖。振子饋電電流表也近似正弦規律呈駐波分布

37、如圖。振子饋電點的電流最大，為波腹電流，而其終端電流為零，點的電流最大，為波腹電流，而其終端電流為零，為波節電流。為波節電流。m 饋電點（二）基本半波振子天線的特性1. 輸入阻抗：輸入阻抗： 其阻值為其阻值為73.1，設計和制作時盡量讓，設計和制作時盡量讓Rin=75。2. 增益增益 增益用來衡量天線輻射（或接收）電視信號的能力。增益用來衡量天線輻射（或接收）電視信號的能力。電視天線的增益均以半波振子天線的增益為基準。電視天線的增益均以半波振子天線的增益為基準。半波振子天線的增益為半波振子天線的增益為G=1.64。用分貝表示則為：。用分貝表示則為： G（dB）=10lg1.64=2.15（dB

38、）3. 頻帶寬度頻帶寬度 半波振子的頻帶寬度與振子導體的直徑有關，導體半波振子的頻帶寬度與振子導體的直徑有關，導體的直徑越粗，頻帶越寬。在的直徑越粗，頻帶越寬。在VHF頻段，振子直徑一頻段，振子直徑一般選為般選為10-20mm，在，在UHF頻段，振子直徑選為頻段，振子直徑選為2-3mm。材料常用鋼管或鋁管。材料常用鋼管或鋁管。（二）基本半波振子天線的特性4. 方向性：方向性： 基本基本半波振子天線的半波振子天線的E面（振子所在平面）方向圖面（振子所在平面）方向圖為為“8”字形，其字形，其H面（與振子所在平面垂直的面）方面（與振子所在平面垂直的面）方向圖為一圓形。向圖為一圓形。 （三）基本半波振

39、子天線與饋線的連接 半波振子天線的半波振子天線的輸入阻抗為輸入阻抗為73.1 ，而在電纜電，而在電纜電視系統中使用的饋線一般是視系統中使用的饋線一般是75的同軸電纜，兩者的的同軸電纜，兩者的阻抗基本上是匹配的。但半波振子天線是對稱的，而阻抗基本上是匹配的。但半波振子天線是對稱的，而同軸電纜饋線則是不對稱的，必須在天線饋電點和饋同軸電纜饋線則是不對稱的，必須在天線饋電點和饋線間加裝平衡器，使之實現平衡線間加裝平衡器，使之實現平衡不平衡的變換。不平衡的變換。 二、折合半波振子天線二、折合半波振子天線 將基本半波振子天線的兩個尾端用導體連接起將基本半波振子天線的兩個尾端用導體連接起來，便構成折合半波

40、振子天線。折合半波振子天線來，便構成折合半波振子天線。折合半波振子天線可視為由兩個半波振子天線并聯構成。折合半波振可視為由兩個半波振子天線并聯構成。折合半波振子天線在結構上與半波振子天線大不相同，但它們子天線在結構上與半波振子天線大不相同，但它們的基本電氣性能則大體相同，例如方向性圖、增益的基本電氣性能則大體相同，例如方向性圖、增益等，但折合半波振子天線的輸入阻抗基本半波振子等，但折合半波振子天線的輸入阻抗基本半波振子天線的高，其頻帶寬度大于半波振子天線。天線的高，其頻帶寬度大于半波振子天線。（一）輸入阻抗（一）輸入阻抗 在折合半波振子天線上下兩臂導體直徑相同、在折合半波振子天線上下兩臂導體直

41、徑相同、饋入相同功率時，其輸入阻抗是基本半波振子天線饋入相同功率時，其輸入阻抗是基本半波振子天線的輸入阻抗的的輸入阻抗的4倍，約為倍，約為300 。由于輸入阻抗高當。由于輸入阻抗高當天線工作頻率變化或接收的電視頻道改變時，天線天線工作頻率變化或接收的電視頻道改變時，天線輸入阻抗的相對變化少，易與饋線匹配。但在實際輸入阻抗的相對變化少，易與饋線匹配。但在實際電纜電視系統工程中，天線的輸入阻抗還受到天線電纜電視系統工程中，天線的輸入阻抗還受到天線周圍其他物體存在的影響而改變。因此，為保證天周圍其他物體存在的影響而改變。因此，為保證天線與饋線的良好匹配，在架設天線時，還必須通過線與饋線的良好匹配，在

42、架設天線時，還必須通過測量調整天線的結構或加裝匹配裝置。測量調整天線的結構或加裝匹配裝置。（二）頻帶寬度（二）頻帶寬度 振子天線的直徑越粗，通頻帶就越寬。當折合半振子天線的直徑越粗，通頻帶就越寬。當折合半波振子上臂導體直徑為波振子上臂導體直徑為d1下臂導體直徑為下臂導體直徑為d2上下兩臂上下兩臂振子間距為振子間距為b時，折合半波振子的等效直徑時，折合半波振子的等效直徑d0為：為： 折合半波振子的等效直徑較基本半波振子的大，折合半波振子的等效直徑較基本半波振子的大，故其工作頻帶較寬，提高了接收圖像的清晰度，在電故其工作頻帶較寬，提高了接收圖像的清晰度，在電纜電視系統中廣泛采用的引向天線的有源振子

43、通常都纜電視系統中廣泛采用的引向天線的有源振子通常都用折合半波振子。用折合半波振子。 （三）（三）折合振子天線與饋線的連接折合振子天線與饋線的連接 折合半波振子的輸入阻抗近似為折合半波振子的輸入阻抗近似為300 ，當采用，當采用75的同軸電纜饋線時，兩者的特性阻抗不等，天線的同軸電纜饋線時，兩者的特性阻抗不等，天線是對稱的，同軸電纜饋線則是不對稱的，因而必須在是對稱的，同軸電纜饋線則是不對稱的，因而必須在兩間加裝平衡器，使之實現平衡兩間加裝平衡器，使之實現平衡不平衡的變換。不平衡的變換。 （四）（四）折合振子中點電位折合振子中點電位 折合振子的中點牌高頻零電位，因此，可以不加折合振子的中點牌高

44、頻零電位，因此，可以不加絕緣而直接與金屬天線立桿相連接，而對天線的性能絕緣而直接與金屬天線立桿相連接，而對天線的性能沒有影響。當天線立桿接地時，整個天線系統就自然沒有影響。當天線立桿接地時，整個天線系統就自然有了防雷作用，這是折合振子天線的一大優點。有了防雷作用，這是折合振子天線的一大優點。 第四節第四節 常用的天線常用的天線天線種類有很多天線種類有很多：對稱振子天線對稱振子天線陣列天線陣列天線直立振子天線與水平振子天線直立振子天線與水平振子天線引向天線與電視天線引向天線與電視天線移動通信基站天線移動通信基站天線螺旋天線螺旋天線行波天線行波天線寬頻帶天線寬頻帶天線縫隙天線縫隙天線微帶天線微帶天

45、線智能天線智能天線 一、引向天線、引向天線 （一）一） 引向天線的結構引向天線的結構 引向天線又稱八引向天線又稱八木天線。它廣泛應用木天線。它廣泛應用于米波、分米波波段于米波、分米波波段的通信、雷達、電視的通信、雷達、電視及其它無線電設備中。及其它無線電設備中。 引向天線既可以單頻道使用，也可以多頻道共用；既可引向天線既可以單頻道使用，也可以多頻道共用；既可作作VHF接收，也可作接收，也可作UHV接收其工作頻率范圍是接收其工作頻率范圍是30 3000MHz。引向天線具有結構簡單，饋電方便，易于。引向天線具有結構簡單，饋電方便，易于制作，成本低，風載小等特點，是一種強定向天線。在制作，成本低，風

46、載小等特點，是一種強定向天線。在有線電視系統中，廣泛采用引向天線接收空間開路電視有線電視系統中，廣泛采用引向天線接收空間開路電視信號。信號。 典型的八木天線應該有三對振子，整個結構呈典型的八木天線應該有三對振子，整個結構呈“王王”字形。與饋線相連的稱字形。與饋線相連的稱有源振子，或主振子有源振子，或主振子，居三對振，居三對振子之中，子之中，“王王”字的中間一橫。比有源振子稍長一點的字的中間一橫。比有源振子稍長一點的稱反射器，它在有源振子的一側，起著稱反射器，它在有源振子的一側，起著削弱削弱從這個方向從這個方向傳來的電波或從本天線發射去的電波的作用；比有源振傳來的電波或從本天線發射去的電波的作用

47、；比有源振子略短的稱引向器，它位于有源振子的另一側，它能子略短的稱引向器，它位于有源振子的另一側，它能增增強強從這一側方向傳來的或向這個方向發射出去的電波。從這一側方向傳來的或向這個方向發射出去的電波。引向器可以有許多個，每根長度都要比其相鄰的并靠近引向器可以有許多個，每根長度都要比其相鄰的并靠近有源振子的那根略短一點。引向器越多，方向越尖銳、有源振子的那根略短一點。引向器越多，方向越尖銳、增益越高，但實際上超過四、五個引向器之后，這種增益越高，但實際上超過四、五個引向器之后，這種“好處好處”增加就不太明顯了，而體積大、自重增加、對增加就不太明顯了，而體積大、自重增加、對材料強度要求提高、成本

48、加大等問題卻漸突出。通常情材料強度要求提高、成本加大等問題卻漸突出。通常情況下有一副五單元八木（即有三個引向器，一個反射器況下有一副五單元八木（即有三個引向器，一個反射器和一個有源振子）就夠用了。和一個有源振子）就夠用了。 （二）二） 工作原理工作原理 在引向天線中，各無源振子雖不直接饋電，但在在引向天線中，各無源振子雖不直接饋電，但在有源振子的作用下，會產生感應電動勢和感應電流，有源振子的作用下，會產生感應電動勢和感應電流，其幅度、相位和無源振子到有源振子的距離有關，因其幅度、相位和無源振子到有源振子的距離有關，因為當振子間的距離不同時，電波走過的途徑也不同；為當振子間的距離不同時，電波走過

49、的途徑也不同；還和無源振子的長度有關，當振子略短于半個波長時還和無源振子的長度有關，當振子略短于半個波長時呈容性，振子略長于半個波長時呈感性。選擇引向器呈容性，振子略長于半個波長時呈感性。選擇引向器的長度略小于的長度略小于/2，引向器之間的距離和到有源振子的，引向器之間的距離和到有源振子的距離略小于距離略小于/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產生的電磁場相加。選擇反射器的長度略大于產生的電磁場相加。選擇反射器的長度略大于/2，反，反射器到有源振子的距離略大于射器到有源振子的距離略大于/4，也可以使反射器和，也可以使反射器和有源振子產生的電磁場在主方向上相加

50、。由電視發射有源振子產生的電磁場在主方向上相加。由電視發射塔輻射的電波，經引向器的引導和反射器的反射后，塔輻射的電波，經引向器的引導和反射器的反射后，將使有源振子沿著接收方向形成單方向的接收。將使有源振子沿著接收方向形成單方向的接收。 （三）三） 引向天線的設計引向天線的設計均勻引向天線：均勻引向天線：引向振子的長度相等，間距相等；引向振子的長度相等，間距相等； 均勻引向天線的主瓣窄，方向系數大，整個頻帶均勻引向天線的主瓣窄，方向系數大，整個頻帶內增益均勻。內增益均勻。非均勻引向天線：非均勻引向天線：引向振子的長度不等，間距不等。引向振子的長度不等，間距不等。 非均勻引向天線的主瓣較寬，方向系

51、數較小，整非均勻引向天線的主瓣較寬，方向系數較小，整個頻帶內增益不均勻，但工作頻帶寬。個頻帶內增益不均勻，但工作頻帶寬。下面介紹均勻引向天線尺寸的計算步驟：下面介紹均勻引向天線尺寸的計算步驟： 2. 確定天線的單元數目確定天線的單元數目N 在在8MHz的頻帶范圍內，振子的數目主要是根據的頻帶范圍內，振子的數目主要是根據給定的增益來確定的。給定的增益來確定的。天線振子數天線振子數N與增益與增益G的關系圖的關系圖天線振子數天線振子數N與增益與增益L/的關系圖的關系圖2. 確定天線的單元數目確定天線的單元數目N 表表1、2給出了增益給出了增益G（相對于半波振子的分貝數）、（相對于半波振子的分貝數）、

52、元數元數N和天線長度和天線長度L/的關系。該表是從大量試驗中綜的關系。該表是從大量試驗中綜合得出的結果（小數位的最后一位可能有偏差）。合得出的結果（小數位的最后一位可能有偏差）。 00004. 確定引向器的長度及間距引向器長度：引向器長度：2L1=（0.40.45）2引向器的數目越多，所取長度越短。工程中是通過實引向器的數目越多，所取長度越短。工程中是通過實際調試確定的。當引向器很多時，它們的長度有不同際調試確定的。當引向器很多時，它們的長度有不同的組合方案，可以是全部等長但間距不同，也可以是的組合方案，可以是全部等長但間距不同，也可以是隨著與有源振子的距離的加大，長度逐漸減小。隨著與有源振子

53、的距離的加大，長度逐漸減小。4. 確定引向器的長度及間距 一般情況下，第一根引向器距有源振子的距離一般情況下，第一根引向器距有源振子的距離d1就取得小一些。就取得小一些。 d1=(0.10.28)2這樣有利于加寬頻帶。這樣有利于加寬頻帶。一般在一般在VHF頻段，取頻段，取d0.32，d1=0.212，；，；在在UHF頻段，取頻段，取d=（0.20.25）2，d1=0.152。5. 確定反射器的長度及間距反射器的長度反射器的長度: 2Lr=(0.50.55)1與有源振子的距離：與有源振子的距離：dr=（0.150.23）1 dr 取得較大時，有有源振子的輸入阻抗較高，取得較大時，有有源振子的輸入

54、阻抗較高，天線與饋線匹配的頻帶較寬，但缺點是方向性圖的前天線與饋線匹配的頻帶較寬，但缺點是方向性圖的前后比較小。在電纜電視系統中，一般取后比較小。在電纜電視系統中，一般取dr=0.21。6. 計算天線總長度 L=dr+d1+di7. 復核增益 G=（1012）L / 0用分貝表示為：用分貝表示為：G=10 Lg (1012)L / 0)8. 確定振子的直徑和材料 振子的直徑通常總是盡量取粗些。因為振子越粗，振子的直徑通常總是盡量取粗些。因為振子越粗，特性阻抗就越低，天線的工作頻帶就越寬。一般在特性阻抗就越低，天線的工作頻帶就越寬。一般在VHF頻段取直徑頻段取直徑820mm；在；在UHF顯存估，

55、顯存估， 取取36mm。材材料一般為銅管或鋁管，在銅管外鍍一層銀效果更好。料一般為銅管或鋁管，在銅管外鍍一層銀效果更好。9. 根據確定的天線各部分尺寸，畫出引向天線的結構圖，并標注上數據。二、組合天線組合天線 為了進一步為了進一步提高天線的方向性和增益提高天線的方向性和增益，可以利，可以利用幾副多單元天線組成組合天線，或稱為天線陣。用幾副多單元天線組成組合天線，或稱為天線陣。 1等幅同相天線陣等幅同相天線陣 天線陣排列方法有多種形式。一種為水平排列，天線陣排列方法有多種形式。一種為水平排列，即將幾副結構相同的引向天線，按相等間距在水平即將幾副結構相同的引向天線，按相等間距在水平線上排列，稱為線

56、上排列，稱為“列列”，也稱為水平天線陣，如下，也稱為水平天線陣，如下頁圖（頁圖（a）所示。另一種為垂直排列，即將幾副結）所示。另一種為垂直排列，即將幾副結構相同的天線按相等的距離在垂直方向上排列，稱構相同的天線按相等的距離在垂直方向上排列，稱為為“層層”，也稱垂直天線陣，如下頁圖（，也稱垂直天線陣，如下頁圖（b）所示。）所示。水平天線陣能提高天線的增益，天線數目越多，增水平天線陣能提高天線的增益，天線數目越多，增益也越大。水平天線陣也能改變天線的水平方向性，益也越大。水平天線陣也能改變天線的水平方向性，使水平波瓣變窄，天線數目越多，水平方向性越尖使水平波瓣變窄，天線數目越多，水平方向性越尖銳，

57、抗水平方向的干擾能力越強。銳，抗水平方向的干擾能力越強。 垂直天線陣同樣能提高天線的增益，天線數越垂直天線陣同樣能提高天線的增益，天線數越多，天線陣的增益也越高。垂直天線陣也能改變天多，天線陣的增益也越高。垂直天線陣也能改變天線的垂直方向性，而且天線數目越多，垂直方向性線的垂直方向性，而且天線數目越多，垂直方向性越好。越好。/2(a)(b)OO 2、可變方向性天線陣、可變方向性天線陣 電視信號由于受到高大物體影響形成多經反射電視信號由于受到高大物體影響形成多經反射波，它們比直射波滯后一段時間到達天線，因此，波，它們比直射波滯后一段時間到達天線，因此，在電視主圖像在電視主圖像右側右側出現重影。若

58、反射波來自斜向，出現重影。若反射波來自斜向，可通過改變天線陣的方向性來抑制反射波造成的重可通過改變天線陣的方向性來抑制反射波造成的重影。可變方向性天線清除重影的原理是調整雙層或影。可變方向性天線清除重影的原理是調整雙層或雙列二元天線陣的雙列二元天線陣的間距間距或它們之間的或它們之間的相移相移，使天線，使天線方向性圖的零輻射角對準反射波的來向，從而達到方向性圖的零輻射角對準反射波的來向，從而達到消除重影的目的。消除重影的目的。 分集接收天線分集接收天線 圖中分別是可改變方向性的雙列單層和單列雙圖中分別是可改變方向性的雙列單層和單列雙層的二元天線陣，它們能較好地消除同源干擾。層的二元天線陣，它們能

59、較好地消除同源干擾。分集接收天線分集接收天線 如圖所示的如圖所示的A、B兩副同結構的天線組成二元天兩副同結構的天線組成二元天線陣，干擾波和主信號波之間的夾角為線陣，干擾波和主信號波之間的夾角為，兩天線的，兩天線的間距為間距為d，并和主信號波到來的來向成直角，兩天線，并和主信號波到來的來向成直角，兩天線的輸出用相同長度的同軸電纜線引出（的輸出用相同長度的同軸電纜線引出（同相饋電同相饋電），），當當為己知時，可根據下式求出兩天線的間距為己知時，可根據下式求出兩天線的間距d=（2n+1）/ 2sin（n為正整數）為正整數）,當當n= 0，d/ 2sin時，天線方向圖的第一個零輻射角正好對準了干擾波時

60、，天線方向圖的第一個零輻射角正好對準了干擾波的方向。的方向。移相天線移相天線 移相天線是在不改變天線架移相天線是在不改變天線架設位置（即設位置（即d不變）的情況下，不變）的情況下，通過兩副天線相移使二元天線陣通過兩副天線相移使二元天線陣的零輻射角正好對準徑向波的方的零輻射角正好對準徑向波的方向，從而達到消除重影的目的。向，從而達到消除重影的目的。 右圖示出了移相天線的組成原理右圖示出了移相天線的組成原理方法是利用信號在電纜中傳輸產方法是利用信號在電纜中傳輸產生的縮短效應的特點，通過調整生的縮短效應的特點，通過調整移相天線中某個引向天線的饋線移相天線中某個引向天線的饋線長度來實現相移，從而改變天