远程电视接收天线

随着我国电子工业的迅速发展，广大农村也愈来愈多地设置了电视机。但离电视台较远的农村，例如距电视台几十公里远的农村，由于电波信号微弱，因而要求对接收天线特别加以注意，否则就难于收到电视信号，甚至完全收不到。

怎样使远郊的农村也能收到电视广播呢？回答这个问题之前，先谈谈电波是怎样传播的。

电视发射频率是超短波，不像中波那样能依靠绕射进行远距离传播，也不像短波那样能依靠电离层的反射进行远距离传播。超短波主要依靠直接辐射来进行传播，而地球的表面是弯曲的，这样，传播距离就受到了限制。

如果把地球表面看成是理想球体，电视发送天线高度是h\(_{1}\)（图1），那么受电波直接照射的地区（简称直射区）的半径是：

其中R是地球半径，约6.37×106米。如果h\(_{1}\)单位用（米），d1单位用（公里），则上式变为：

例如，电视发射天线有100米高，则直射区半径d\(_{1}\)=35.7公里。

如果考虑到接收天线高度h\(_{2}\)，那么直射区半径d可以扩大到（图2）：

实际上，由于大气不均匀性因而造成电波折射。这样直射区半径还能扩大15％左右。一般按d4.12（\(\sqrt{h}\)\(_{1}\)+h2）公里来计算。

以上计算对平原区大致适用,如果地形复杂，则由此而带来的误差较大，此外，还由于超短波沿地面有一定的绕射能力，故在直射区以外一定距离上用好的天线也能收到电视广播。

为了扩大接收范围，首先要求尽量提高接收天线的高度。

地处山区的农村，要尽量选择有利地形。挑选电视机安放地点时，要尽量躲开山头等障碍物。如有高坡地上的房子则更好。也可把天线架在就近山头或山坡上，但从天线到接收机的距离愈长，则对传输电缆要求愈严。

其次就是采用多层天线，以获得较大的天线增益。当然对多元振子天线而言，增加振子数也能提高天线增益。例如：半波振子的天线增益约等于1，三元振子天线约1.8－1.9，五元振子天线约为2.7。但振子数增加到十几个或更多时，不但增益有限，更重要的是通频带变窄。而多层天线则能同时兼顾通频带和增益。

多层天线的增益G\(_{n}\)是：

其中G为每个多元振子天线的增益，n为层数。

利用几个多元振子组成多层天线时，相互之间怎样连接和匹配是一个关键问题。

从天线到电视机之间，不能像收音机那样随便用根电线来连接，须用特制的高频电缆连接。否则，天线收到的射频信号又大部分被反射回去，只有少部分进入电视机。而且由于射频信号在电视机与天线之间的多次反射还会造成重影。

高频电缆一般有对称扁馈线和同轴电缆两种。对称扁馈线较便宜，又适于自制，在电视机中用得较普遍（图3）。

每种高频电缆都有它固有的特性阻抗。例如，常见的对称扁馈线的特性阻抗是300欧，而同轴电缆多数采用50欧和75欧两种。高频电缆的特性阻抗Z与其长度无关，而只决定于导线的结构。就对称扁馈线而言，其特性阻抗Z只决定于导线间距离D与导线直径d的比值（图3b）。此比值一定，特性阻抗也一定。例如用两条直径d为1毫米的导线使它们平行地保持D为6.1毫米的距离，则它们具有的特性阻抗是300欧。如果d增加到2毫米，D增加到12.2毫米，特性阻抗也是300欧。

自制对称扁馈线时，为保持两根导线间的一定的间隔，在导线上每隔10厘米左右夹一个木片或竹片或浸油硬纸片等（图3c）。导线可用铜线、铝线或它们的塑包线。但塑包线的d应是中心导线的直径，而不是外皮的直径。

所谓匹配，就是要使天线阻抗、传输电缆的特性阻抗及电视机输入阻抗都相等，这样才不会产生前面提到的那种反射。为此，必须了解用一段高频电缆接上负载Z\(_{L}\)后，阻抗关系发生何种变化。其中两个特例很重要。

1.当一段高频电缆长度等于1/4波长（λ)或它的奇数倍时（图4a)，接上电缆后从输入端看过去的阻抗Z\(_{1}\)将是：

其中Z\(_{0}\)为高频电缆的特性阻抗。例如，将特性阻抗为300欧的\(\frac{λ}{4}\)长的对称扁馈线接上一个ZL=150欧的负载后，阻抗变为Z\(_{1}\)=300\(^{2}\);150=600（欧）。

2．当高频电缆长度为1/2波长或它的整数倍（图4b）。则接上电缆后从输入端看过去的阻抗Z\(_{2}\)仍旧等于ZL，即：

利用这两个规律可以解决很多有关天线与电缆之间及电缆与电视机之间的匹配问题。

但要注意的是：电波在各种介质中的传播速度要比它在真空中的传播速度小，因而在高频电缆中的波长λ也就缩短了，它与真空中的波长λ\(_{0}\)的关系是：

其中K是缩短系数。对一般同轴电缆（绝缘介质是聚乙烯）的缩短系数约为\(\frac{1}{1.5}\)，而普通对称电缆的缩短系数约为1;1.2，上面介绍的自制对称扁馈线的缩短系数近似等于1。

五元振子天线结构在很多书籍中已有了介绍，这里只列出其结果数据（见图5及表1）。

关于各段振子材料，有条件的可用直径为10～20毫米的铜管或镀铜管或铝管。也可以用木棍、竹棍来代替，但要在木棍或竹棍上缠绕一层金属纸。如用旧电容器的金属纸，注意先要用汽油将油污洗净。此外，包装用的铝箔、锡纸也可以。缠绕完后，在外层再压绕一层金属丝，以保证长期接触牢靠。

最后在馈线连接处用铁皮（废罐头盒）做个夹子夹牢（图6），以便于焊接线。铁皮内外都镀上一层焊锡以防生锈。

以四个五元振子天线组成的双层天线为例，说明传输电缆的匹配方法。这里所用环形振子天线的阻抗是300欧，电缆全部采用300欧对称扁馈线。

对每个环形振子先接上一段1/2波长的对称扁馈线（图7），则根据前面第二个规律，连接后每段阻抗仍为300欧。再在A点把两段并联起来，并联后的阻抗降为150欧。然后再从A点连接一段3/4波长的对称扁馈线（图8），根据第一个规律，这时从B点看过去的阻抗Z\(_{B}\)是：

对另一列两个天线也按同样方法连接，得到的阻抗也是600欧。最后在B点把两段阻抗为600欧的扁馈线并联起来，正好又得到300欧的阻抗（图9）。

从B点到接收机的长度，本来可以任意长，但最好选择半波长的整数倍，这是考虑到还有驻波的影响。具体长度可根据实际距离决定。

最后做成的天线如图10所示。水平两列天线间的距离取一个波长左右，上下两层间取0.7个波长左右。（姚珍榕）