《電磁波與天線仿真與實踐》課件-電波與天線知識點22 天線在廣播電視信號發(fā)射中的應用

天線在廣播電視信號發(fā)射中的應用電視發(fā)射天線電視發(fā)射天線的特點和要求

1．電視發(fā)射天線的特點（1）頻率范圍寬。我國電視廣播所用的頻率范圍：1～12頻道（VHF頻段）為48.5～223MHz；13～68頻道（UHF頻段）為470～956MHz。（2）覆蓋面積大。

2．對發(fā)射天線的方向性要求要求發(fā)射天線在水平面內(nèi)無方向性，而在垂直面內(nèi)有較強的方向性，以有效地利用電波能量，使能量集中于用戶所在的水平方向，而不向上空發(fā)射。

3．要解決零點填充問題在以零輻射方向為中心的一定的立體角所對的區(qū)域內(nèi)，電視信號變得十分微弱，因此零輻射方向的出現(xiàn)對電視廣播來說是不好的，所以要解決零點填充問題。

4．對極化方式的要求由于工業(yè)干擾大多是垂直極化波，因此我國的電視發(fā)射信號采用水平極化，即天線及其輻射電場平行于地面。電視信號比語音廣播信號包含更多的信息，所以說電視廣播發(fā)射的功率通常很大，提高天線饋電效率非常重要。因此，要求電視發(fā)射天線能在很寬的頻帶內(nèi)滿足對駐波比的要求，使天線與饋電系統(tǒng)處于良好的匹配狀態(tài)。旋轉(zhuǎn)場天線圖5-16正交電基本振子及其坐標圖5-16為正交電基本振子及其坐標，兩電基本振子分別沿x方向與y方向放置，且兩電基本振子的電流大小相等，相位相差π/2，即I1=I2，相位差ψ＝π/2，則在電流元組成的xOy平面內(nèi)的任一點上，它們產(chǎn)生的場強分別為（5-2-1）令式（5-2-1）中 ,I1=I2＝I,略去因子e-jβr且時間因子ejωt用cosωt表示，又因為I1與I2時間相位相差90°，故E2中的時間函數(shù)為sinωt，則式（5-2-1）又可以寫成下面的形式：（5-2-2）在水平面內(nèi)任意點上兩個場強的方向相同，所以總場強就是兩者的代數(shù)和，即E=E1+E2=A(sinφcosωt+cosφsinωt)=Asin(ωt+φ)式中,A是與距離r、電流I和電流元長度l有關(guān)而與方向性無關(guān)的一個因子。（5-2-3）歸一化方向性函數(shù)，則有其方向圖見圖5-17。式（5-2-4）表明，在xOy平面內(nèi)，場強的大小與φ無關(guān)，均可達到最大值1，穩(wěn)態(tài)方向圖為圓。任何瞬時方向圖同電基本振子的方向圖相同，呈8字形，但這個8字形的方向圖隨著時間的增加，圍繞z軸以角頻率ω旋轉(zhuǎn)，其輪廓是一個圓，屬于圓極化波。由圖5-17可見，旋轉(zhuǎn)場天線方向圖是一個“8”字形，以角頻率ω在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，其效果是在水平面內(nèi)沒有方向性，穩(wěn)態(tài)方向圖是個圓。這就是稱這種天線為旋轉(zhuǎn)天線的由來。（5-2-4）圖5-17旋轉(zhuǎn)場天線方向圖(a)單個電流元的方向圖；(b)旋轉(zhuǎn)場由于電流元的輻射比較弱，因此實際應用的旋轉(zhuǎn)場天線是用半波振子或折合振子代替電基本振子組成的，此時水平面的方向圖近似于圓（見圖5-18）。合成場的方向性函數(shù)為（5-2-5）也近似于旋轉(zhuǎn)場狀態(tài)。電場仍近似為圓極化波,它的方向圖偏離全方向圖不大于1.5dB。圖5-18電流幅度相等,相位差為90°的正交半波振子的水平面方向圖圖5-19正交半波振子陣圖5-20旋轉(zhuǎn)場天線的饋線連接電視發(fā)射天線

1．蝙蝠翼天線的結(jié)構(gòu)及原理分析蝙蝠翼天線基本單元的原形也是粗偶極天線，它的演變過程如圖5-21所示。當考慮天線應具有寬頻帶阻抗特性時，即當工作頻率變化時，要求天線的特性阻抗Zc變化要??；為此，要求振子的特性阻抗要小，要采用粗振子天線，如圖5-21（a）所示，其振子的特性阻抗Z0可用下式計算：式中，d是振子直徑，當要求特性阻抗Z0低時，振子的直徑d就要加粗。圖5-21蝙蝠翼天線的演變圖5-22蝙蝠翼圖5-24電視發(fā)射天線表5-4蝙蝠翼天線的層數(shù)與增益的對應值（以半波振子為參考）4．對方向圖零輻射點的填充

(1)天線上、下兩半部不同相或不等幅饋電。例如對各層振子進行不等幅饋電，對上面的N/2層與下面的N/2層的饋電幅度為7∶3，N為總層數(shù)。適當?shù)乜刂聘鲗娱g的距離和電流相位，也可以使波瓣略向下傾斜，消除垂直平面零輻射方向的出現(xiàn)。圖5-25零輻射點圖5-26零輻射點填充(a)下傾角為θ;(b)下傾角為θ1

(2)機械上不共面排列。調(diào)整多層天線最上面的一或二層單元，使其下傾一個角度θ′，如圖