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无线电电子与电气工程百科全书 室外电视天线。 无线电电子电气工程百科全书
由于电视广播频道数量的快速增长，保证所有电视节目的高质量接收非常困难。 首先，这取决于所使用的天线。 因此，作者在各种条件下测试了它们的主要设计，如下所示。 但首先，让我们回顾一下有关电视频率、范围和频道的基本信息。 电视频率覆盖 48,5 ... 790 MHz 区间。 它们分为米（通道 1-12，频率 48,5 ... 230 MHz）和分米（通道 21-60，频率 470 ... 790 MHz）范围。 一个电视频道占用8MHz的频带。 为了计算天线的工作波长，建议选择图像的载波频率，因为图像信号是调幅的，比调频的音频信号更容易受到干扰并且需要更多的放大。 第一和第二电视频道的图像载波频率分别是1和2 MHz。 对于第 49,75-59,25 个通道，它（以兆赫为单位）计算如下： fn.iz \u3d 5 + (N-77,25)x3，其中 N 是通道号； 对于第 8-6 个：fn.out=12+(N-175,25)x6，对于第 8-21 个：fn.out=60+(N-471,25)x21 镜像载波值加上2,75即可得到通道频带中心频率。 音频载波频率比图像载波频率高6,5 MHz。 空气中的工作波长 L（以米为单位）取决于工作频率 f（以兆赫为单位），由公式 l=300/f 确定。 在其他电介质中，波长较短（例如，在聚乙烯中为 1,52 倍）。 在用同轴聚乙烯电缆制造匹配装置的谐振元件时必须考虑到这一事实。 现在介绍一下天线的设计。 制造它们的材料最好使用由具有良好导电性的金属和合金（铜、铝、黄铜）制成的管、棒、带、角、线。 天线的宽带取决于有源元件的表面积：面积越大（管的直径或条的宽度越大），天线越宽（但也越重）。 不建议选择天线元件（管、棒）的横向尺寸小于其工作波长的1/200，因为这会显着降低电气参数和机械强度。 条带的宽度选择为管材或棒材推荐直径的 1,5 ... 2 倍，厚度为 2 ... 3 mm。 元件表面必须平整光滑。 对于 UHF 范围，如果使用由表面抛光的材料制成的元件，可以获得最佳结果，因为射频电流仅在其表面层中感应。 如果需要弯曲天线元件，请小心地在虎钳钳口下放置一块纺织纤维或木头，以免损坏表面。 在此之前，必须将管子填满沙子并用木塞塞紧。 当将天线安装在避雷针作用之外时，它们可以提供可靠的防雷保护[1]。 此外，还必须仔细密封电气连接以及电缆编织层从外绝缘层伸出的位置，并用防水、耐热的介电清漆或树脂填充它们。 为了将天线精确定向到所需方向，应使用衰减器将电视输入端的信号衰减多次。 与此同时，电视的AGC系统停止运行，接收信号的最大值变得更加明显。 最后，关于天线本身。 让我们从窄带开始。 它们设计用于接收一个或多个电视频道，前提是它们的频率相差不超过 5 ... 10%。 在这种情况下，天线是针对几何平均频率计算的，计算为每个信道的频率乘积的平方根，或者针对较弱信道的信号频率。 天线也分为简单天线和复杂天线[2]。 除了一个有源元件之外，后者还可以包含反射器、导向器、甚至附加的有源元件。 最简单的天线同样接收直接信号和来自电视中心相反方向的信号。 它们具有最低的增益（和方向性）。 因此，它们的使用通常仅限于在没有反射信号的情况下距发射天线的小距离（在视觉上，它们在电视屏幕上显示为多轮廓或图像模糊）。 最简单的天线包括“线性半波分裂振动器”[1, 2]，如图 1 所示。 75. 谐振频率下的输入阻抗约为0欧姆。 通常有条件地取20 dB 是其增益。 振动器由管、棒或带制成。 中压管的直径 d 选择为 30 ... 6 毫米，超高频管的直径 d 选择为 12 ... 0,001 毫米。 管端之间的距离 l 应等于天线工作波长的一半乘以速度因子，速度因子取决于管直径与工作波长的比率。 对于比率 0,003 和 0,96，系数值分别为 0,95 和 0,005。 如果上升到0,94以上，则系数降低到50。 对于 MV，距离 L 在 80 ... 20 mm 范围内选择；对于 UHF，距离 L 在 30 ... XNUMX mm 范围内选择。 为了获得最大信号电平，振动器水平放置在垂直于接收方向的平面上（发射波水平极化）。
当将天线连接到馈线时，根据图2所示的方案使用“四分之一波环路”匹配装置。 如图50所示，它由长度lsh等于天线调谐波长的四分之一的短路电缆制成（考虑到缩短系数）。 MV 范围的距离 D 选择为 80 ... 20，UHF 范围的距离 D 选择为 30 ... XNUMX mm。
另一种简单的天线是“半波 Pistohlkors 振动器”[1, 2]，如图 3 所示。 图295的谐振频率处的输入阻抗为XNUMX欧姆。 就像分体式振动器一样，天线由管、棒或条制成。 弯曲半径并不重要，可以进行直角弯曲。 Pistohlkors 振动器相对于分体式振动器的主要优点是，在对称点它的电势为零，此时它可以在没有绝缘体的情况下连接到桅杆上。 振动器也水平放置在垂直于接收方向的平面中。
该天线比分体式振子具有更宽的带宽，并且具有更好的抗噪声能力。 尺寸 l、L、d 的选择方式与分体式振动器相同。 然而，当计算Pistohlkors振动器的缩短系数时，取的值不是管的直径，而是等于管的直径d与振动器中的尺寸S的乘积的平方根的两倍。 后者对于 MV 为 80 ... 100 mm，对于 UHF 为 40 ... 50 mm。 要将天线连接到馈线，请使用图 4 所示的天线。 75 匹配装置“U型弯头”，由一根特性阻抗为1,52欧姆的同轴电缆制成。 长度 lsh 等于天线工作波长的一半除以聚乙烯电缆的缩短系数 (XNUMX)。 该设备在 A 点和 B 点连接到振动器。
通过使最简单的天线复杂化，可以减少反射信号的影响并稍微增加其增益，例如，通过在有源振动器后面（从电视中心的方向）放置反射器，如图 5 所示。 图5中的“波通道”天线，这将在下面讨论。 反射器元件的长度应比振动器l的长度大15...0,15%，并且振动器到反射器的距离应在工作波长的0,2...XNUMX范围内选择。
环形天线[1]，如图6所示。 7和73具有良好的参数且装置相对简单。 它们在谐振频率下的输入阻抗为3,5欧姆，增益为XNUMXdB。 它们的定位方式与 Pistolkors 振动器相同，以获得最大信号电平。
对于不完整的锯齿形天线（图 6），距离 a 选择等于工作波长的四分之一。 在环形天线中（图 7），周长 l 等于其工作波长。 对于这两种天线，MV 的距离 L 为 10 ... 15，UHF 的距离 L 为 7 mm。 环形天线通过“四分之一波短路环”连接到馈线（见图2）。 如果强烈的反射信号干扰与电视中心方向相反的一侧的接收，则可以通过在天线后面放置反射屏来显着减少其影响，如图8所示。 3. 这也使天线增益增加了约 XNUMX dB。
在结构上，屏幕由与天线网本身相同的元件制成，但也可以使用更薄的导体。 屏幕的宽度a和高度b比天线相应的整体尺寸大5...10%。 屏幕元件之间的距离D不大于工作波长的0,1，天线片和屏幕之间的C为0,21…0,27波长。 屏幕元件仅在中心连接到桅杆上。 完整的锯齿形天线如图9所示。 1的制造也不难[6]。 它由两个不完整的部分组成（见图2）。 它由 3 ... 5 mm 厚的管、棒、带或两根或三根铜线制成，并以 10 ... 20 的距离（UHF）和 50 ... 73 mm（中压）的距离平行放置。 天线在谐振频率处的输入阻抗为6欧姆。 增益 - XNUMX 分贝。
天线直接在A点和B点连接到引入电缆，无需匹配设备。馈线敷设在天线的一侧。 如果需要增加增益并减少反射信号的影响，可以像环形天线一样安装反射屏。 使用多元件系统、具有开放极端元件且角度大于 90° 的天线可提高锯齿形天线的增益 [3]。 “三方”天线[4]指的是复杂的设计，是环形天线和“波通道”的混合体。 如图所示。 10. 输入阻抗70欧姆，增益8dB。 该天线由三个方形元件组成：反射器 (P)、有源振动器 (B) 和导向器 (D)。 这些元件由棒、线、管或带制成，DMV 的横向尺寸至少为 3 毫米，MV 的横向尺寸至少为 10 毫米。 正方形P、B和D的边长分别等于工作波长的0,32、0,25、0,22。 反射器与振动器之间的距离a为工作波长的0,16，振动器与指向矢之间的距离b为工作波长的0,11。
在天线的制造中，正方形的平面必须是平行的，并且它们的中心必须在同一轴上。 除了上部金属横杆之外，您还可以通过在方块之间安装电介质垫片来增加天线的刚性。 MV 的距离 L 为 40，UHF 的距离 L 为 15 mm。 天线通过“四分之一波短路”匹配装置与馈线连接（见图2）。 简化天线时最差的结果可以通过放弃导向器（天线“双方形”），但同时将反射器 P 的侧面和距离 a 分别更改为 0,31 和 0,18 波长来获得。 这种天线的输入阻抗约为100欧姆，增益比“三方”差3…4dB。 更复杂的窄带设计包括“Spindler波通道”天线[5]，如图5所示。 280. 谐振频率下的输入阻抗为XNUMX欧姆。 增益取决于元件的数量（见表）。
这种多元件天线，除了通常以皮斯托尔克振动器的形式制成的有源振动器之外，还由几个无源定向振动器组成，其长度逐渐减小，位于有源振动器前面（在电视的方向上）中心），反射屏幕放置在后面，与电视中心相反的方向。 它的工作原理是“行波”，被认为是最有效的窄带天线。 但计算困难，制造精度要求高。 导向器的目的是放大来自主方向的有用信号，反射器的目的是衰减反射信号和其他干扰信号。 在结构上，天线元件安装在具有必要机械强度的金属或电介质横梁上。 当使用金属横梁时，元件的长度增加横梁横向尺寸的一半。 为了计算天线的尺寸，需要使用复杂的公式或现成的计算机程序。 其中一个程序是由作者开发的，位于广播杂志的网站上。 在天线的制造中，应特别注意遵守元件的精确尺寸、元件之间的距离以及天线的对称性。 引入电缆通过“U 型弯头”匹配装置（见图 4）连接到 Pistohlkors 振动器的 A 点和 B 点。 宽带天线设计用于接收频率差异很大的电视信号。 它们无需调谐即可正常工作，有时完全覆盖 MV 或 UHF 频段，甚至覆盖所有 MV 和 UHF 电视频道。 这些宽带天线中最简单的是游丝天线和锯齿形天线。 网络天线的设计如图11所示。 2. [1,5] 中描述了类似的天线。 其增益为73 dB，输入阻抗为XNUMX欧姆。 这种天线具有较宽的工作频率范围。 然而，由于其增益较低，其使用仅限于MW范围。 以与任何简单天线相同的方式定向天线。
天线元件由厚度至少为3毫米的铜线或黄铜棒制成。 在电线的连接处，确保了可靠的电接触。 天线尺寸是根据范围的最低频率来选择的，就像半波分裂振动器一样。 打开角度a在90°至120°之间选择。 天线不需要使用匹配装置——馈线直接连接到A点和B点。 如果用在UHF上，锯齿形天线的尺寸会变得很小。 然而，正如[6]中描述的研究表明，如果在设计中使用图9所示的附加元件，也可以将其工作频带扩展到较低的频率区域。 XNUMX虚线。 在这种情况下，宽带锯齿形天线是针对接收信号的最高频率而设计的。 很多时候（特别是在远离发射站的地区）一根天线的增益不足以实现可靠的接收。 在这种情况下，使用天线放大器或天线阵列[4]。 此外，使用后者更为可取，因为任何放大器都会将其自身的噪声和失真引入到有用信号中，并且需要使用相当复杂的测量设备进行仔细调谐。 最简单的二层阵列由两个相同类型的天线组成，其有源元件位于同一垂直平面内。 天线必须彼此间隔开（通常是垂直的），距离 H 等于工作波长。 这种阵列的增益比单个天线的增益高约3dB。 使用四天线阵列可获得最佳效果，称为双层双排阵列，如图 12 所示。 6. 在这种情况下，与单个天线相比，增益增加到 XNUMX dB。 距离H也选择等于工作波长。 阵列通常由“波通道”天线组成，较少使用环形天线。
为了汇总阵列中各个天线的信号，来自它们的电缆通过匹配系统连接，该匹配系统由具有不同波阻抗的同轴电缆段组成，长度T等于工作波长的一半（考虑到缩短因子）。 两个天线的阵列通过一根特性阻抗为 50 欧姆的电缆连接到引入电缆，如图 13 所示。 XNUMX.
如果使用波阻抗为75欧姆的电缆，则按照图14连接两个天线。 XNUMX.
如果是四个天线阵列，则按照图 75 所示使用 PK-15 电缆进行连接。 XNUMX.
文学
作者：V.Portunov，布良斯克
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