双频道电视接收天线

在距离电视发射中心较远的地区，多频道电视机仅用室内天线往往不能得到满意的接收效果，须采用具有一定方向增益的室外天线。目前安装在室外的电视接收天线，通常采用三单元或五单元定向天线。这种天线具有方向增益较高、制作简易等优点，但是，都只能接收一个频道的电视节目。当前各地区电视台大都同时播送两套电视节目（即用两个频道同时播送黑白和彩色电视节目）。因此，一台12频道的电视机要接收两个频道的电视节目，就必须安装两付不同频道的天线，这样安装和使用都不方便。使用双频道电视接收天线，就能任意选收黑白或彩色两个频道的电视节目。现介绍一种双频道接收天线的工作原理及其制作方法，供业余制作者参考。

本文介绍的双频道天线，实际上，是将接收高、低频道的两付三单元定向天线，按照一定的方式组合而成。因此，我们首先从三单元定向天线谈起。

三单元定向天线（简称三单元天线)，如图1所示。它由折合振子天线、引向器、反射器三部分构成。此种天线具有工作频带宽、输入阻抗高、易于和馈线匹配等优点。

折合振子天线，可看成是两个半波振子天线并联组成，其电流分布如图2所示。可见波腹电流为半波振子天线的二倍。因此，折合振子天线的增益比半波振子天线的增益要高。折合振子天线的主要物理参数有:

①折合元数N：单层折合振子天线的折合元数N= 2；双层折合振子天线的折合元数N=3。它与半波振子天线相比，折合振子天线增益为半波振子天线增益的\(\sqrt{N}\)倍。

②折合宽度W：通常W为0.01～0.02λ。W选得越大，天线的有效长度就越要缩短，这样削弱了天线的增益，而且折合部分的能量大小相等，方向相反，相互抵消，起不到应有效果。W选的太小，将降低天线的输入阻抗，同时制作也比较困难。

③输入阻抗Z\(_{入}\)：经计算半波天线的输入阻抗为73.1欧。由于折合振子天线的工作电流I为半波天线的工作电流I0的两倍，即I=2I\(_{0}\)，由此推导出折合振子的输入阻抗Z入为半波振子天线输入阻抗Z\(_{半入}\)的4倍，即Z入=4Z\(_{半入}\)=4×73.1欧=292.4欧。这样高的输入阻抗就很容易与特性阻抗为300欧的对称扁馈线匹配，可提高传输效率。

④频带宽度B\(_{f}\)：大家知道，一个无源网络的品质因数Q=ωL/Z，由于折合振子天线的输入阻抗较高，降低了Q值，从而使频带宽度Bf增大。根据实验，折合振子天线的B\(_{f}\)为±5MHz，完全适用于宽频带电视信号的接收。

在折合振子天线的前方D处，安置一根长度约λ/2的导体D，叫做引向器。导体D成为引向器的主要条件是；①其物理长度应比二分之一波长短，对折合振子来说，呈电容性。根据实验，引向器的物理长度应比折合振子的物理长度缩短5％。如果采用多元引向器，其物理长度应逐次缩短2％。②引向器与折合振子的最佳距离为0.25λ，其最小可用距离为0.1λ。

在折合振子的后方R处，安置一根约λ/2长的导体R，叫做反射器。导体R成为反射器的主要条件是：①其物理长度稍大于二分之一波长，对折合振子来说，呈电感性。根据实验，导体B的物理长度应比折合振子的物理长度增长5％。②反射器与折合振子的最佳距离应为0.25λ，其最小可用距离为0.1λ。

根据电磁感应的原理，只要适当选择引向器和反射器的长度以及它们与折合振子之间的距离，使之获得所需相位的感应电流，就能分别起到引导或反射电波的作用。

如将引向器的数目增加到3或5，就可构成五单元或七单元定向天线。引向器增加后，在匹配良好的状态下，可提高方向增益和前后比,但输入阻抗Z\(_{入}\)随着引向器数目的增多而降低，不利于与馈线匹配，反而增加了传输损耗。

以上简要介绍了三单元天线的结构和原理，在此基础上，进一步谈谈双频道电视接收天线的原理。

根据长线理论，一对终端短路的传输线的输入阻抗Z\(_{入}\)=Z0tg\(\frac{2π}{λ}\)l,式中Z\(_{0}\)为传输线的特性阻抗，l为传输线的长度，λ为工作频率的波长。当l=λ／4时，Z入=Z\(_{0}\)tg2π;λ·\(\frac{λ}{4}\)=Z0tgπ;2=∝。所以，一对终端短路，长度为λ／4的传输线，其输入阻抗为无穷大。如果在λ／4传输线的终端处连接一付折合振子天线，由上述可知，相当于接上一个约292欧的电阻，仍可近似看成短路。根据这个原理，我们用五频道和八频道的两付折合天线，分别配上λ\(_{8}\)／4和λ5／4两对传输线，就构成五、八双频道折合振子天线，如图3所示。即在AB端连接一付八频道的折合振子天线，在CD端连接一付五频道的折合振子天线。AE和BF的长度为四分之一的五频道中心波长，CE和DF的长度为四分之一的八频道中心波长。当电视机接收五频道电视信号时，电视信号由五频道折合振子天线引入，经CE、DF进入电视机。此时，EA、FB方向相当于并接一个无穷大的阻抗。所以对五频道的电视信号不致引起旁路损耗。由于八频道折合振子天线位于五频道折合天线的前方，两者距离λ\(_{8}\)／4，这样八频道折合振子就成为五频道折合振子天线的引向器，可提高五频道折合天线的方向增益。同样道理，当电视机接收八频道电视信号时，电视信号由八频道折合振子天线引入，经AE、BF进入电视接收机。此时，EC、FD方向相当于并接一个无穷大的阻抗。由于五频道折合振子天线位于八频道折合振子天线的后方，两者距离为λ8／4≈0.12λ\(_{5}\)，这样五频道折合振子就成为八频道折合天线的反射器，也可提高八频道折合振子天线的方向增益。如果由于安装或其他原因，需要AE、BF或CE、DF的长度大于λ／4时，可在各自的设计长度上增长一个λ，其特性要求保持不变。

在上述双频道折合振子天线的基础上，如果将两付工作频道不同的三单元天线按照图4结构组合在一起，就成为一付双频道电视接天线。D和E\(_{1}\)是高频道三单元天线的引向器和折合振子。E2和R是低频道三单元天线的折合振子和反射器。当接收高频道电视信号时，E\(_{2}\)和R均作为E1的反射器；当接收低频道电视信号时，D和E\(_{1}\)都是E2的引向器，其方向增益、输入阻抗、频带宽度都和三单元定向天线相仿。

在制作双频道电视接收天线时，首先，要根据当地电视台同时播送两套电视节目的频道，计算出双频道天线各单元的实际长度以及相互之间距离的实际尺寸。现以同时用五、八频道播送黑白和彩色电视节目为例，介绍计算和制作方法。

大家知道，五频道的频率范围为84～92MHz，中心频率的波长λ\(_{5}\)为3.41米；八频道的频率范围为183～191MHz，中心频率的波长λ8为1.6米。当图4中D、E\(_{1}\)、E2、R各单元均采用直径为1厘米的铝管或铜管制作时，各单元的物理长度及互相之间的距离如下：

由于折合振子的物理长度应比λ／2电长度缩短5％，所以折合振子E\(_{1}\)的总长度=λ8×（1-5％）= 160厘米×0.95＝152厘米。同理，折合振子E\(_{2}\)的总长度=λ5×（1－5％）=341厘米×0.95≈324厘米。

由前所述，引向器的物理长度还应比折合振子的物理长度缩短5％，所以引向器的物理长度就应比λ/2电长度缩短10％，即引向器D=λ\(_{8}\)／2（1-10％）＝160／2×0.9厘米=72厘米。又因为反射器的物理长度比折合振子的物理长度应增长5％，所以，反射器R=λ5／2=341厘米／2≈170厘米。

上述5％和10％都是1厘米管径时的缩短系数。如选用较粗的管径时，其缩短长度可按下式计算，即Δl＝0.259λ／（Inλ／2D）。式中λ为中心频率的波长，D为天线导体的直径，单位均为米。

由于引向器和反射器与折合振子的最佳距离为0.25λ,最小可用距离为0.1λ。这样引向器D与折合振子E\(_{1}\)的距离l1=0.25λ\(_{8}\)=0.25×160厘米=40厘米。E2与E\(_{1}\)的距离l2=0.25λ\(_{8}\)=40厘米。因为R是E2的反射器，取l\(_{3}\)=0.15λ5=0.15×341厘米≈51厘米。

由双频道接收天线的原理可知，馈线S\(_{1}\)=λ5/4≈85厘米，馈线S\(_{2}\)=λ8／4=40厘米，馈线S\(_{3}\)可根据实际情况任意选取。S1、S\(_{2}\)、S3均采用300欧的对称扁馈线。

为了使折合振子与300欧的对称扁馈线匹配，折合振子的开口距离K\(_{1}\)和K2都应为2.5厘米。

由原理部分可知，折合宽度W通常为0.01～0.02λ，现选W=0.02λ。所以，八频道折合振子的折合宽度W\(_{8}\)=0.02λ8=0.02×160厘米=3.2厘米，五频道折合振子的折合宽度W\(_{5}\)=0.02λ5＝0.02×341厘米≈6.8厘米。

如果改用其他两个颇道，双频道接收天线各单元的尺寸可按上述计算式，将新频道中心频率的波长代入即可。

经过上述计算，便可着手制作天线了。首先介绍折合振子的制作方法。通常有以下两种方法。第一种方法是:按尺寸截好铝管或铜管后，将管内塞满黄沙。取一段直径大约等于折合宽度的铁棒，将其固定好。然后设法将管料的一端固定，另一端用手握紧逐渐向里弯曲，同时在弯曲处用火烘烤（如喷灯等），防止出现裂缝。如图5（a）所示。这样就可制成所需要的折合振子。第二种方法是：预先做好两个有凹槽的铁圆盘，如图5（b）所示。凹槽的大小视管料的直径而定。按长度截好铝管或者铜管，将管料从两个圆盘中间槽内插入，用力推动杠杆。由于大圆盘固定，小圆盘随杠杆而转动，这样铝管或铜管就被弯成半圆形，制成所需要的拆合振子。

引向器和反射器只要按长度截好管料即可。架设天线各单元的T形支架应选用机械强度较好，不易变形的材料。因T形支架仅为支撑和架设天线各单元所用，所以，可用铁棒、铝棒等金属材料，也可用木棒、竹棒等绝缘材料，这些材料都不会影响电磁波的传播。支架和折合振子之间须用绝缘材料（如瓷块或塑料块）垫隔，或者用塑料布包扎。引向器和反射器按照计算的距离设法固定在支撑杆上，用铜螺钉固定或用钳钉扣牢都可以。

在折合振子开口处可用300欧的对称扁馈线焊牢，使其接触良好。

双频道接收天线的安装高度h\(_{r}\)与其他天线的安装高度一样，也与电视台发射天线的高度ht和接收点至电视台距离D有关，通常可按下列公式计算：D=4.12(在\(\sqrt{h}\)\(_{t}\)＋hr），式中D的单位为公里，h\(_{t}\)、hr的单位为米。由上式可推导出h\(_{r}\)=（D/4.12－\(\sqrt{h}\)t）\(^{2}\)，知道了D和h\(_{t}\)，便可算出hr。如果h\(_{t}\)为200米，D为100公里，hr就需安装100米左右。h\(_{t}\)和hr均为有效高度。如果接收天线安装较低时，接收质量将不稳定。

应该注意安装双频道接收天线时，切勿和避雷针装在一起，以免引雷入室。避雷针应高于天线一定距离（约2米左右），并在水平面内离开天线一定距离（约2米左右）。天线应对准电视发射台的方向。

实践证明，这种天线接收效果良好，电视接收机转换频道时，不需要顾虑天线的匹配问题，一付天线发挥了两付天线的作用。

电视发射台与电视接收机之间的距离，在约50公里半径的范围内，采用双频道接收天线，可以获得满意的接收效果；但超过50公里时，就必须采用方向系数更好，增益更高的远郊区双频道接收天线（如图6所示），才能保证正常接收。

这种天线也是按照长线理论，将甲、乙两付独立的八、五频道多元定向天线组合成一付天线，并合用一付馈线。天线甲为七单元定向天线，D\(_{1}\)～D5为引向器，E为折合振子，R为反射器。各单元的长度和相互距离都如前述。其中D\(_{2}\)～D5各单元的长度依次比前一个振子递减2％，相互距离均保持0.15λ\(_{8}\)=24厘米。甲、乙两付天线之间的距离MN=λ5／4＋λ\(_{8}\)／4≈85厘米+40厘米=125厘米，即OM=λ5/4≈85厘米，ON=λ\(_{8}\)/4＝40厘米。从O处接上300欧对称扁馈线，引至电视机天线输入端。天线甲工作于八频道，由于ON=λ8／4，连同天线乙在内，相当于在O处并接一个高阻抗。八频道电视信号由天线甲接收后，经MO和对称扁馈线引入电视机。同理，天线乙工作于五频道，由于OM=λ\(_{5}\)／4，连同天线甲在内也相当于在O处并接一个高阻抗。五频道电视信号经天线乙、NO和对称扁馈线引入电视机。

S和T为固定天线各单元的支持杆，长度相近。由于天线甲工作波长较短，可以安装比天线乙较多的引向器。通常天线甲采用五个引向器，天线乙采用三个引向器。与半波天线相比，天线甲可达9dB的方向增益，天线乙可达10dB的方向增益。引向器的数目也不能过多，否则将会使天线的输入阻抗降低，难于和馈线取得良好的匹配。

在同样传输条件和同样收看效果下，按照每公里提高天线增益大于3dB来计算，远郊区双频道接收天线将比前述双频道天线的接收距离扩大40％以上。(王开明)