有线电视基础知识与应用汇总.docx

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有线电视基础知识与应用汇总

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40km。

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（LightofSight）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V形的天线，把v倒过来就叫倒V形天线。

BDIVFO、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，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λ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.I3+j42.25）Ω，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73Ω。

2）从图2-16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λ的一半，两管之间的间距取（0.02～0.03）λ，一般为30～100mm。

开口长度VHF波段取30～50mm,UHF波段取20mm左右。

半波折合振子天线不仅是天线的一种基本形式，也是构成多单元天线（引向天线）的核心，如图2--5所示。

波折合振子的特性主要有以下几点：

1）输人阻抗为纯电阻，约等于300Ω。

2）半波折合振子天线的前方和后方具有相同的接收能力。

其方向图与半波振子天线相似。

3）频带比相同直径的半波振子天线稍宽。

4）半波折合振子天线中未断开的管子的中点是零点位，因此，在架设时可以直接把该点固定在任何支杆上（包括金属杆），而不需要使用绝缘材料。

天线两端的弯曲半径是任意的，甚至可以是直角。

（3）引向天线

半波振子和半波折合振子的方向性都不够理想，天线的前方和后方具有同的接收能力，反射波影响较大，同时天线的波瓣太宽，增益很小。

因此，使用中更多采用的是具有单向接收能力、抗于扰性能好、增益高的引向大线，也称为定向天线或者八木天线。

引向天线属于多单元天线，通常是在一个半波折合振子的前前面加上若干个引向器，后面加上一个反射器。

其中，半波折合振子与馈电系统直接连接，称为有源振子；引向器和反射器均不与馈电系统和有源振子发生直接的连接，称为无源振子。

所有振子都平行放置，由天线横杆固定在同一个平面内，如图2-6所示。

引向天线中各组成单元的作用如下:

1）半波折合振子是引向天线的核心，它是有源振子，直接与馈线连接，把接收到的空间电磁波转换成高频电流并通过馈线送至系统前端。

2）反射器是无源振子，它的长度比有源振子长5%%～15%，间距为λ/4。

反射器可以反射从天线后方传来的电磁波，抑制天线后方的接收能力，增加天线的前后比，提高了方向性。

3）引向器也是无源振子，它的长度比有源振子短5%～10%，引向器与有源振子间的距离或引向器之间的距离都为λ/4。

引向器可以引导从天线前方传来的电磁波，加强天线前方的接收能力，使天线的方同性更强，主瓣更尖锐，提高天线的增益。

总之，采用多单元的引向天线，可使天线后方的电磁波减弱而前方的电磁波加强，保证天线接收的单向性，提高了前后比，方向性更强，增益更高。

实践证明，多加几个反射器，对提高天线增益收效甚微，因此通常只有一个反反射器。

但是，多加几个引向器，天线增益却可以显著提高，但引向器数目也不能过量增多，否则不仅对天线增益的增加并无太大作用，反而会使天线的通频带变窄，输人阻抗减小，架设困难，一般VHF波段引向器数口不要超过10个，UHF波段不要超过20个。

引向天线的有源振子除了采用半波折合振子以外，还有复合振子、扇形振子等其他形式，如图2-7、图2-8所示。

为了增加反射器的反射面积，提高天线的前后比，反射器还可采用由多根金属棒组成的王字形和角形反射器，如图2一9所示。

角形反射器由于尺寸的限制，通常只用在UHF波段。

（4）组合天线

在弱场强区接收开路电视信号，即使采用引向天线，可能得到的增益和方向性仍不足，这时可以将若干副引向天线按一定的规律排列起来，构成一个天线阵列系统，该系统称为组合天线或天线阵。

组合天线的构成方式主要有以下三种:

1）水平排列方式。

即将几副结构相同的引向天线按相等的间隔排列在同一水平面内，如图2-10所示。

水平排列的组合天线只能加强水平面内的方向性。

2）垂直排列方式。

即将几副结构相同的引向天线按相等的间隔排列在同一垂线上，如图2-11所示。

垂直排列的组合天线只能加强垂直面内的方向性。

3）双层双列排列方式。

即将四副结构相同的引向天线排列成双层双列形式，妇如图2-12所示。

这种方式可以同时加强水平面和垂直面内的方向性。

垂直组合天线的最大组合增益较水平组合天线高，且占用空间小，架设方便。

一般都优先选用垂直组合天线。

5.馈线

接收天线将空间电磁波转换为高频电流，然后通过相连接的馈线将高频电流送到前端设备的输人端。

工程中通常使用同轴电缆作为馈线。

为了减小损耗，馈线越短越好。

同轴电缆和接收天线连接时要注意以下几个方面:

（1）阻抗匹配。

阻抗匹配是指天线输出阻抗和馈线的特性阻抗相等，并且馈线的特性阻抗和前端设备的输入阻抗相等，这时由天线送来的信号能量能够完全到达前端。

同轴电缆的特性阻抗是75Ω，引向天线中有源振子通常是半波折合振子，输出阻抗是300Ω。

因此，同轴电缆和天线连接时，要加阻抗变换器，实现75Ω和300Ω之间的变换。

（2）平衡—不平衡变换。

馈线还具有平衡或不平衡特性，如果馈线的两根金属导体对地来说是对称的，就称为平衡式馈线；若对地来说是不对称的，则称为不平衡式馈线。

同轴电缆属于不平衡式馈线，而大部分电视接收天线对地来说是对称的，属于平衡式馈线。

因此，同轴电缆和天线连接时必须加上平衡一不平衡变换器，若直接相连，会破坏天线的平衡性，使天线的方向图发生改变，抗干扰性也会降低。

常用的变换器种类很多，如套筒式变换器、开槽式变换器和U形弯管变换器等。

U形弯管变换器既有平衡一不平衡变换作用，又有从75Ω变换到300Ω的阻抗变换作用。

6.开路电视接收天线的分类

实用中通常按照频带宽度把开路电视接收天线分为单频道天线和宽频带天线两类。

单频道天线只能接收1个频道，工作带宽为8MHz，如2频道天线、9频道天线等；宽频带天线能同时接收多个频道，工作带宽包含几个频道甚至几十个频道，如1～5频道的VI波段天线、6～12频道的VIII波段天线、13～24频道的U波段天线等。

选用单频道天线接收效果较好，容易把技术指标做得很高，也容易调整，但接收几套节自就需要几套天线，造价较高，适用于大、中型系统；选用宽频带天线可减少天线的数量，降低费用，但接收效果较差，适用于小型系统。

3、广播电视接收的其他设备

广播电视接收的其他设备主要包括天线放大器、频道滤波器或陷波器等。

1.天线放大器

天线放大器也叫前置放大器（MastheaderAmplifier），是用于天线与馈线间的超高频、宽带、低噪声放大器。

用于增强远接收距离的较弱信号，补偿天线与电视机间因传输距离远而产生的损耗以及在共用天线系统中保证分配器获得必需的输人功率，以提高接收质量。

当接收远距离的电视节目或者接收地面高清电视节目时，电视信号一般都比较微弱，这时需要使用方向性强、增益高的多单元电视天线，还需将天线架设在尽可能高而且空旷的地方。

如接收情况仍不够理想，则需在天线与电视机之间加装天线放大器，以提高接收灵敏度，使电视机的图像稳定，伴音良好。

天线放大器实际上是一种超大高频带放大器，各种型号的天线放大器的接收频道、频率范围以及整机增益都有所不同。

使用天线放大器后，好比给电视机加上了“望远镜”，能够对天线接收到的微弱电视信号进行放大。

在接收过程中，不仅放大了电视信号，而且放大了各种噪声和干扰。

通常天线放大器能把电视信号放大到十几倍甚至更大。

在远离电视发射台及开路电视信号较弱的边远地区，需要在天线的输出端加上一个低噪声放大器，放大接收到的微弱电视信号，以提高信号电平，改善信噪比。

按照工作频带区分，天线放大器可分为宽带天线放大器和单频道天线放大器两类。

一般要求与天线类型配合使用，单频道天线使用单频道天线放大器、款频道天线使用宽带天线放大器。

宽带天线放大器的抗干扰性能较差，所有的空间信号甚至干扰信号都可以进人天线放大器，因此在邻频传输系统中是不能采用的。

因此，在有线电视系统中运用较广泛的是单频道天线放大器。

天线放大器的技术要求主要包括以下几点:

（1）天线放大器是系统接收开路电视信号的第l级放大器,它的噪声性能对整个系统的信噪比影响最大。

因此，噪声系数应很低，应为3dB左右。

（2）天线放大器应有足够的增益，以保证信噪比。

（3）天线放大器的幅频特性要足够好。

（4）天线放大器通常安装在室外，因此要求其能够经受风吹、日晒和雨淋等自然气候，应具有防水功能。

（5）天线放大器具有单独的供电器。

通常由室内电源供电，通过同轴电缆送至放大器，同时也通过同轴电缆传送接收到的电视信号，因此在这段同轴电缆两头要有隔直电路。

单频道天线放大器的组成框图如图2-13所示。

天线放大器在实际应用中要注意以下几个问题:

（1）注意安装位置。

天线放大器通常由放大部分和电源供给两部分组成。

在天线馈线较短（一般指使用室内天线）的情况下，天线放大器可放在电视机旁；当天线架设得较高、馈线较长时，则两部分应分开安置，放大部分经防水盒密封后，最好能安装在离天线振子1～1.5m的支撑杆端部，电源供给部分可放在电视机附近，这样可以缩短接收天线到天线放大器之间的馈线长度以减少损耗，提高电视信号的

信噪比。

（2）频道必须相符。

天线放大器一般分甚高频和特高频两大类型。

甚高频型能放大1～12频道的电视信号，特高频型能放大13～68频道的电视信号。

使用时。

天线放大器应该与所要接收的电视频道相符合。

（3）注意阻抗匹配。

无线放大器与天线输出端的输出阻抗以及电视机的输入阻抗都应该相匹配。

馈线不要太长，也就是说，天线不能架得太高、太远。

否则，虽然给电视机加了天线放大器，但放大后的信号还会在被输送给电视机的过程中严重衰减，致使接收效果提高甚微。

另外，天线放大器的输人与输出馈线不能重叠，也不能靠得太近，以免产生反馈或干扰。

（4）必须选择增益。

各种型号的天线放大器的增益有所不同，一般有高低之分。

高增益天线放大器通常增益为30～60dB，与多频道八木天线配合，能接收几百公里外的电视节目。

低增益天线放大器有20～40dB的增益，能接收几十公里外的节目、选用时要作适当选择，但并非增益越高越好。

（5）检查安装效果。

若用室内天线接收到的图像效果较差，而安装室外天线时可获得良好的效果。

则用放大器后仍可使用室内天线。

如果安装天线放大器后，电视机的收看效果没有明显变化，或者收看效果比以前差，则是安装错误所引起的，应仔细检查后再按正确的安装方法纠正。

（6）有良好的天线和避雷设备，如使用室外天线的电视机用户需安装天线放大器，必须有良好的多单元天与之配合，并要安装好避雷设备，以防雷击。

判断天线放大器优劣的标准是：

一信噪比要小；二灵敏度要高；三防水性要好；四体积要小；五金属外壳较好；六要省电；七要接线方便。

2.频道滤波器

当接收环境中邻频干扰与杂波干扰较严重时，注往在天线输出端加装一个对应接收频道（或频段）的滤波器，这样可以最大限度地滤除该频道（或频段）以外的干扰信号，同时能让该频道的电视信号最大限度地通过。

在系统中应用最多的是只能通过一个频道的带通滤波器，带宽为8MHz,称为频道滤波器。

频道滤波器的种类很多，有线电视系统中普遍使用的是LC滤波器和螺旋滤波器。

LC滤波器由电感、电容组成，电路简单、成本低、性能稳定，但插人损耗大，调整难以控制，仅适用于100MHz以下的频率，包括1～5频道和调频广播。

LC滤波器的电路结构和频率特性如图2-14所示。

螺旋滤波器的插人损耗小，滤波电路常采用螺旋谐振器的形式，可获得较高的选择性，性能优于LC滤波器，适用于100～800MHz之间如图2-15所示，螺旋滤波器的节数越多性能越好，螺钉用于频率和耦合度的微调，调整好以后，应加上锁紧装置，以防止螺钉松动。

3.陷波器

陷波器是一种谐振电路，在天线工程上，根据信的频率自动延长或缩短天线的长度。

陷波器是无线电接收机中专门用于消除某些无用信号，以减小对有用信号的干扰的滤波装置。

当接收环境中有某一频率的干扰信号特别强，或者有某一个不需要的频道特别强，这时可在天线输出端连接一个陷波器，来吸收掉这一频率处的干扰信号或这一个不需要的频道电视信号。

陷波器也称为带阻滤波器，要求其陷波程度很深，陷波器的电路结构和频率特性如图2-16所示。

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