[信息與通信]CATV技術(shù)第二章

1、第第2章廣播電視接收章廣播電視接收第二章第二章 廣播電視接收廣播電視接收1.1廣播電視接收系統(tǒng)的基本組成廣播電視接收系統(tǒng)的基本組成1.2廣播電視接收天線及饋線廣播電視接收天線及饋線 1.3廣播電視接收的其他的設(shè)備廣播電視接收的其他的設(shè)備 第第2章廣播電視接收章廣播電視接收第一節(jié)第一節(jié) 廣播電視接收系統(tǒng)的基本組成廣播電視接收系統(tǒng)的基本組成 廣播電視是指當(dāng)?shù)仉娨暟l(fā)射臺(tái)或電視差轉(zhuǎn)臺(tái)發(fā)射的電視節(jié)目，是有線電視系統(tǒng)的節(jié)目源之一，也稱為開路電視。開路電視是通過空間電磁波傳送到接收點(diǎn)的，因此，它們的工作頻道都是標(biāo)準(zhǔn)電視頻道，即vhf和uhf電視信號(hào)。 開路電視接收的基本組成框圖如圖2-1所示。第第2章廣播電

2、視接收章廣播電視接收 為了接收開路電視信號(hào)，接收端必須架設(shè)電視接收天線，當(dāng)接收天線受到空間電磁磁力的切割時(shí)，就會(huì)在天線兩端感應(yīng)出信號(hào)電壓，并轉(zhuǎn)化為高頻流，通過饋線送至系統(tǒng)的前端或直接送給電視接收機(jī)。在此應(yīng)注意一點(diǎn)，由于電視信號(hào)的發(fā)送通常采用水平極化波，因此，接收天線應(yīng)水平安裝。如果垂直放置接收天線，則收到的信號(hào)很弱。 如果接收環(huán)境中空間干擾波很多，則可以在天線后面接入頻道濾波器或陷波器。頻道濾波器用于分離出所需頻道的電視信號(hào)以及濾除帶外雜波和干擾，若周圍空間中有某一頻率的干擾波特別強(qiáng)，則可以使用陷波器來把它吸收掉。 如果接收天線感應(yīng)出的信號(hào)較弱，避可以加入低噪聲天線放大器，把信號(hào)放大后再送入前

3、端。第第2章廣播電視接收章廣播電視接收第二節(jié)第二節(jié) 廣播電視接收天線及饋線廣播電視接收天線及饋線 接收天線性能的好壞直接關(guān)系到整個(gè)有線電視系統(tǒng)的收視效果。所以，在設(shè)計(jì)和安裝有線電視系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)重視接收天線的選用、安裝和調(diào)試等問題。 由于廣播電視接收常采用由半波折合振子等組成的引向天線，所以，這里以引向天線為主講述天線的基本理論。一、一、 接收天線的技術(shù)參數(shù)接收天線的技術(shù)參數(shù) 1.輸入阻抗輸入阻抗 天線與饋線相連的兩個(gè)端點(diǎn)稱為天線的輸入端，通常是在天線的中心處。所謂天線輸入阻抗，是指加在天線輸入端的高頻電壓與輸入端電流之比。天線輸入阻抗具有電阻及電抗兩部分，即 za=ra+jxa 式中 ra輸入電

4、阻； xa輸入電抗第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 2.方向性和方向性圖方向性和方向性圖 天線的方向性是天線最重要的參數(shù)。對(duì)于接收天線來說，是指天線接收不同方向傳來的信號(hào)電波所具有的能力。當(dāng)需要天線定向輻射或定向接收時(shí)，要求天線具有較強(qiáng)的方向性。方向性圖是表示天線輻射或接收能量強(qiáng)弱在空間分布狀況的圖形，由于天線的輻射或接收作用分布于整個(gè)空間，因而天線的方向性圖是一個(gè)三維空間的分布圖形。為了便于描繪，通常只需畫出兩個(gè)相互垂直的主平面內(nèi)的平面方向圖即可。主平面是最大輻射或接收方向所在的平面，所取的兩個(gè)主平面，一個(gè)是包含振子的平面，另一個(gè)是與振子垂直的平面。前者與電場矢量相平行，稱為e平面；后者與

5、磁場矢量相平行，稱為h平面。如圖2-2所示。因此，要表示一副天線的方向性，只需有e面和h面兩個(gè)平面方向圖即可。第第2章廣播電視接收章廣播電視接收?qǐng)D2-2 基本電振子的方向性圖a)三維立體方向圖 b）e面（垂直面） c）h面（水平面）第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 3.主瓣寬度和前后比主瓣寬度和前后比 由于電磁波在空間的分布呈現(xiàn)立體花瓣?duì)?，天線方向性圖又叫天線波瓣圖。同樣，主平面辦的方向圖也呈波瓣?duì)?，最大輻射或接收方向的波瓣稱為主瓣，與最大輻射或接收方向相反的波瓣稱為后瓣，其余方向的波瓣稱為副瓣或者旁瓣，如圖2-3所示。圖2-3天線波瓣圖第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 主瓣集中了天線輻射

6、或接收功率的主要部分。主瓣的寬度對(duì)天線方向性的強(qiáng)弱具有最直接的影響，主瓣寬度越窄，主瓣越尖銳，表明天線的方向性強(qiáng)；旁瓣電平和后瓣電平越小越好，越小說明天線排除干擾能力越強(qiáng)。主瓣的尖銳程度可用主瓣寬度來表示，在圖2-3所示的方向圖上，通過主瓣半功率角（即場強(qiáng)下降到最大值的0.707處）的兩條向徑之間的夾角叫做主瓣寬度。主瓣電平與后瓣電平之比叫做前后比，以分貝表示。前后比越大，說明天線排除從后面方向來的干擾能力越強(qiáng)。第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 4.天線的頻帶寬度天線的頻帶寬度 天線的頻帶寬度是一個(gè)頻率范圍，在這個(gè)范圍內(nèi)，天線的某個(gè)或某些特性指標(biāo)要滿足一定的要求標(biāo)準(zhǔn)。頻帶寬度與天線的結(jié)構(gòu)尺寸

7、及接收頻段有關(guān)，通常振子的直徑越大，通頻帶越寬，但若太大則笨重，因此需要綜合考慮。對(duì)于單頻道天線，一般要滿足8mhz帶寬。第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 5.天線系統(tǒng)的電壓駐波比天線系統(tǒng)的電壓駐波比 天線系統(tǒng)包括天線本身、饋線、阻抗變換器、功率分配器和各種接插件等，它們之間阻抗匹配的好壞決定了電能的傳輸效率；只有達(dá)到目的阻抗匹配，才能減少反射，使信號(hào)能夠有效地傳輸。通常用電壓駐波比來表示天線系統(tǒng)的匹配程度。 電壓駐波比是指天線中產(chǎn)生駐波時(shí)的最大電壓與最小電壓之比。當(dāng)阻抗匹配時(shí)電壓駐波比vswr=1，審干信號(hào)能夠100%傳輸；當(dāng)阻抗不匹配時(shí)電壓駐波比vswr1信號(hào)不能完全傳輸，且此數(shù)值越大，

8、傳輸效率越低。 第第2章廣播電視接收章廣播電視接收二、常用天線的基本形式二、常用天線的基本形式 實(shí)用的開路電視接收天線是由半波折合振子等到組成的引向天線。半波折合振子又是由半波振子演變而來的。 1.半波振子 半波振子通常用金屬導(dǎo)體（銅管、鋁管或鐵管）做成，兩臂分別用絕緣材料固定在橫桿上，其總長度等于接收頻道中心波長的一半，高頻電視信號(hào)從中心處饋入，如圖2-4所示。圖2-4 半波振子天線的結(jié)構(gòu)及方向圖a）半波振子天線 b)e面（垂直面） c)h面（水平面） 第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 半波振子天線的特性主要有以下幾點(diǎn)： 1)半波振子的輸入阻抗為復(fù)阻抗，等于（73.13+j42.25），如

9、振子長度縮短3%5%，可消除電抗部分而成為純電阻，近似等于73。 2)從圖2-4的方向圖可知，水平面是全向接收，垂直面則 呈現(xiàn)字形，即半波振子天線的前方和后方都右以接收，具 有雙向接收能力。 3)半波振子的頻率特性取決于金屬導(dǎo)體直徑，通常直徑 越大，頻帶越寬。第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 2.半波折合振子 半波折合振子是由一根兩端彎過來的金屬管子構(gòu)成， 其總長度仍為接收頻道中心波長的一半，兩管之間的間 距?。?.020.03），一般約為30100mm開口長度vhf波段取3050mm，uhf波段取20mm左右。半疲折合振子天線不僅是天線的一種基本形式，也是構(gòu)成多單元天線（引向天線）的核心，

10、如圖2-5所示。圖2-5半波折合振子結(jié)構(gòu)第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 半波折合振子的特性主要有以下幾點(diǎn)： 1)輸入阻抗為純電阻，約等于300。 2)半波折合振子天線的前方和后方具有相同的接收能力。其方向圖與半波振子天線相似。 3)頻帶比相同直徑的半波振子天線稍寬。 4)半波折合振子天線中那根沒斷開的管子的中點(diǎn)是零點(diǎn)位，因此，在架設(shè)時(shí)可以直接把這點(diǎn)固定在任何支桿上（包括金屬桿），而不需要使用絕緣材料。天線兩端的彎曲半徑是任意的，甚至可以及直角形。第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 3.引向天線引向天線 半波振子和半波折合振子的方向性都不夠理想，天線的前 方和后方具有相同的接收能力，反射波影

11、響較大，同時(shí)天線的波瓣太寬，增益很小。因此，實(shí)用中更多采用的是具有單向接收能力、抗干擾性能好、高增益的引向天線，也稱為定向天線或者八木天線。 引向天線屬于多單元天線，通常是在一個(gè)半波折合振子的前面加上若干個(gè)引向器，后面加上一個(gè)反射器。其中，半波折合振子與饋電系統(tǒng)直接連接，稱為有源振子；引向器和反向器均不與饋電系統(tǒng)和有源振子發(fā)生直接的連接，稱為無源振子。所有振子（也稱單元）都平行放置，由天線橫桿固定在同一個(gè)平面內(nèi)，如圖2-6所示。第第2章廣播電視接收章廣播電視接收?qǐng)D2-6 引向天線結(jié)構(gòu)圖第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 引向天線中各組成單元的作用如下： 1）半波折合振子是引向天線的核心，它是有

12、源振子，直接與饋線連接，把接收到的空間電磁波轉(zhuǎn)換成高頻電流并通過饋線送至系統(tǒng)前端。 2）反射器是無源振子，它的長度比有源振子稍長5%15%，間距為/4。反射器可以反射從天線后方傳來的電磁波，抑制天線后方的接收能力，增加天線的前后比，提高了方向性。 3）引向器也是無源振子，它的長度比有源振子短5%10%，引向器與有源振子間的距離之間的間距都為/4。引向器可以引導(dǎo)從天線前方傳來的電磁波，加強(qiáng)天線前方的接收能力，使天線的方向性更強(qiáng)，主瓣更尖銳，提高天線的增益。第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 總之，彩多單元的引向天線，可使天線后方的電磁波減弱而從前方傳來的電磁波加強(qiáng)，保證天線接收的單向性，提高了前

13、后比，方向性更強(qiáng)，增益更高。 實(shí)踐證明，多加幾個(gè)反射器，對(duì)提高天線增益收效甚微，因此通常只有一個(gè)反射器。但是，多加幾引向器，天線增益卻可能顯著提高，但引向器數(shù)目也不能過量增多，否則不僅對(duì)天線增益的增加并無太大作用，反而會(huì)使天線的通頻帶變窄，輸入阻抗減小，架設(shè)困難，一般vhf波段引向數(shù)目不要超過10個(gè)，uhf波段不要超過20個(gè)。第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 引向天線的有源振子除了彩半波折合振子以外，還有復(fù)合振子、扇形振子等其他形式，如圖2-7、圖2-8所示。 圖2-7 vhf波段有源振子的形式 a）s形復(fù)合振子 b）雙折合振子 c）w形復(fù)合振子 d）角形振子第第2章廣播電視接收章廣播電視接

14、收 為了增加反射器的反射面積，提高天線的前后比，反射器還可采用由多根金屬棒組成的“王”字形和角形反射器，如圖2-9所示。角形反射器由于尺寸的限制，通常只用在uhf波段。 圖2-8 uhf波段有源振子的形式a）羊角形半波振子 b）扇形振子第第2章廣播電視接收章廣播電視接收?qǐng)D2-9 反射器的其他形式 a）王字形反射擊器引向天線 b）角形支射擊器引向天線第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 4.組合天線組合天線9ioo 在弱場強(qiáng)區(qū)接收開路電視信號(hào)，即使采用引向天線，可能得到的增益和方向性仍不足，這時(shí)可能將若干副引向天線按一定的規(guī)律排列起來，構(gòu)成一個(gè)天線陣列系統(tǒng)，該系統(tǒng)稱為組合天線或天線陣。 組合天線的

15、構(gòu)成方式主要有三種： （1）水平排列方式 即將幾副結(jié)構(gòu)相同的引向天線按相等的間隔排列在同一水平面內(nèi)，如圖2-10所示。水平排列的組合天線只能加強(qiáng)水平面內(nèi)的方向性。 （2）垂直排列方式 即將幾副結(jié)構(gòu)相同的引向天線按相等的間隔排列在同一垂直線上，如圖2-11所示。垂直排列的組合天線只能加強(qiáng)垂直面內(nèi)的方向性。第第2章廣播電視接收章廣播電視接收?qǐng)D2-10 水平組合天線（雙列） 圖2-11 垂直組合天線（雙層）第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 （3）雙層雙列排列方式 即將四副結(jié)構(gòu)相同的引向天線排列成雙層雙列形式，如圖2-12所示。這種方式可以同時(shí)加強(qiáng)水平面和垂直面內(nèi)的方向性。 垂直組合天線的最大組合增

16、益較水平組合天線高，且占用空間小，架設(shè)方便。因此，一般都優(yōu)先選用垂直組合天線。圖2-12 雙層雙列組合天線第第2章廣播電視接收章廣播電視接收三、饋線三、饋線 接收天線將空間電磁波轉(zhuǎn)換為高頻電流，然后通過相連接的饋線將高頻電流送到前端設(shè)備的輸入端，通常使用同軸電纜作為饋線。為了減小損耗，饋線越短越好。 同軸電纜和接收天線連接時(shí)要注意以下幾個(gè)方面： （1）阻抗匹配 阻抗匹配是指天線輸出阻抗和饋線的特性阻抗相等，并且饋線的特性阻抗和前端設(shè)備的輸入阻抗相等，這時(shí)由天線送來的信號(hào)能量能夠完全到達(dá)前端。同軸電纜的特性阻抗是75，引向天線中有源振了通常是半波折全振子，輸出阻抗是300。因此，同軸電纜和天線連

17、接時(shí)，要加阻抗變換器，實(shí)現(xiàn)75和300之間的變換。第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 （2）平衡-不平衡變換 饋線還肯有平衡或不平衡特性，如果饋線的兩根金屬導(dǎo)體對(duì)地來說是對(duì)稱的，就稱為平衡式饋線；若對(duì)地來說是不對(duì)稱的，則稱為不平衡式饋線。同軸電纜屬于不平衡式饋線，而大部分電視接收天線對(duì)地來說是對(duì)稱的，屬于平衡式。因此，同軸電纜和天線連接電必須加上平衡-不平衡變換器，否則若直接相連，會(huì)破壞天線的平衡性，使天線的方向圖發(fā)生改變，抗干擾性也會(huì)降低。常用的變換器種類很多，如套筒式變換器、開槽式變換器和u開彎管變換器等。u開彎管變換器既有平衡-不平衡變換作用，又有75變換到300的阻抗變換作用。第第2章

18、廣播電視接收章廣播電視接收四、天線的分類四、天線的分類 實(shí)用中通常按照頻帶寬度把開路電視接收天線分為單頻道天線和寬頻帶天線兩類。單頻道天線只能接收1個(gè)頻道，工作帶寬為8mhz，如2頻道天線、9頻道天線等；寬頻帶天線能同時(shí)接收多個(gè)頻道，工作帶寬包含幾個(gè)頻道甚至幾十個(gè)頻道，如15頻道的v1波段天線、612頻道的v波段天線、1324頻道的u波段天線等。 選用單頻道天線接收效果較好，容易把技術(shù)指標(biāo)做得很高，也容易調(diào)整，但接收幾套節(jié)目就需要幾套天線，造價(jià)較高，適用于大、中型系統(tǒng)；選用寬頻帶天線可減少天線的數(shù)量，降低費(fèi)用，但接收效果較差，適用于小型系統(tǒng)。第第2章廣播電視接收章廣播電視接收第三節(jié)第三節(jié) 廣播

19、電視接收的其他的設(shè)備廣播電視接收的其他的設(shè)備 廣播電視接收的其它設(shè)備主要包括天線放大器、頻道濾波器或陷波器等。一、天線放大器一、天線放大器 在遠(yuǎn)離電視發(fā)射臺(tái)及開路電視信號(hào)較弱的邊遠(yuǎn)地區(qū)，需要在天線的輸入端加上一個(gè)低聲放大器，放大接收到的微弱電視信號(hào)，以提高信號(hào)電平，改善信噪比。 按照工作頻帶區(qū)分，天線放大器可分為寬帶天線放大器和單頻道天線放大器兩類。一般要求與天線類型配合使用。單頻道天線放大器使用單頻道天線放大器，寬頻帶天線使用寬帶天線放大器。寬帶天線放大器的抗干擾性較差，所有的空間信號(hào)甚至強(qiáng)干擾信號(hào)都可以進(jìn)入天線放大器，這在鄰頻傳輸系統(tǒng)中是不能采用的。因此，在有線電視系統(tǒng)中運(yùn)用廣泛的是單頻道

20、天線放大器。第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 天線放大器具有不同于系統(tǒng)中其他放大器的技術(shù)要求，主要包括： 1）天線放大器是系統(tǒng)接收開路電視信號(hào)的第1級(jí)放大器，它的噪聲性能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的信噪比影響最大。因此，噪聲系應(yīng)很低，大約3db左右。 2）天線放大器應(yīng)有足夠的增益，以保證信噪比。 3）天線放大器的幅頻特性要足夠好。 4）天線放大器通常安裝在室外，要求其能夠經(jīng)受風(fēng)吹、日曬和雨淋等到自然氣候，應(yīng)具有防水功能。 5）天線放大器具有單獨(dú)的供電器。通常由室內(nèi)電源供電，通過同軸電纜送至放大器，同時(shí)也通過同軸電纜傳送接收到的電視信號(hào)，因此在這段同軸電纜兩頭要有隔直電路。單頻道天線放大器的組成如圖2-13所示。 第第2章廣播電視接收章廣播電視接收 天線放大器通常安裝在室外天線桿上，天線振子下面1m左右的位置，這樣可以縮短接收天線到天線放大器這間的饋線長度以減少損耗，提高載噪比。圖2-13 單頻道天線放大器的組成框圖第第2章廣播電視接收章廣播電視接收二、頻道濾波器二、頻道濾波器