组合天线的匹配方法

对远离电视台的电视机用户来说，要获得满意的电视图象质量，有两个措施可供选择。其一，在天线上安装“天线放大器”。把微弱的电视信号预先进行放大，然后，通过馈线把信号送入电视机，其二，采用组合天线（组合天线又可称之“天线阵”）。但是，采用组合天线在使用、维护方面，比采用天线放大器来得简单，而且，在一定的增益情况下，在信噪比方面，采用组合天线也比较优越。因此，本文对天线组合应用的匹配方法作一简单介绍。

组合天线是对多单元天线而言。也就是说，把多单元天线按一定方式排列（组合）应用。天线的组合应用可以提高天线总的增益系数，以及加强天线的方向性。由于方向性尖锐，对于来自非主方向的干扰接收能力减弱，从而也就提高了天线的抗干扰能力。

构成组合天线的基本单元，在VHF频段（1－12频道）与UHF频段（13-68频道）选择各有不同。VHF频段，由于天线尺寸大，而且多振子天线中，当振子（单元）超过五元时，增益随振子数增加而提高的趋势就不明显了。 VHF和UHF天线振子数与增益系数的关系见表1。

为此，通常选择五单元天线作为组合天线的基本单元。在UHF频段，由于天线尺寸小，通常制作室外天线时都是多于五单元，因此，可以选择十单元天线作为组合天线的基本单元。

组合天线的形式，可以水平组合。即把两副天线在水平面内间隔排列（图1a）；也可以垂直组合。即把两副天线按一定间隔垂直排列（图1b）；还可以复合组合。即既有水平排列又有垂直排列（图1c）。根据天线理论的方向性图乘积定理的分析，天线水平组合应用时，天线在水平面内的方向性将得到加强；而天线垂直组合，则天线在垂直平面内的方向性将得到加强。1、2两副天线形成的单元及组合的方向性图分别如图2所示。若在偏离主方向±20°的方向上，每副天线都具有相对主方向0.7的电平，而在组合天线方向图上，偏离主方向±20°的方向上将成为0.49，所以组合后的方向性图将由此而变得尖锐了。由于天线的垂直组合应用，在架设时比较方便，所以，一般首先选用垂直组合。垂直组合有双层或四层。如果希望在水平面内的方向性获得改善，可以选用水平组合。复合组合，既可以改善垂直平面方向性，也可以改善水平面方向性。

组合天线可以提高增益。一般而言，无论是水平组合，还是垂直组合，每两副相同形式的天线组合时都可以提高3dB左右的增益。但是，由于组合天线的实际增益受到两副天线之间的距离影响，因此，不同间距，增益略有不同。图3是不同组合的相对间距d／λ\(_{0}\)与提高的增益系数之间的关系。

图3中横坐标d／λ\(_{0}\)中的d是两副天线中心间距的几何长度。如图1中所示。λ0是所接收的电视频道的中心波长。因此d／λ\(_{0}\)就是相对波长而言的相对间距。纵坐标刻度表示两副天线组合后所能提高的增益数值。其中纵坐标右侧的刻度表示两副天线组合后所能提高的增益分贝（dB）数值。左侧刻度表示两副天线组合后所能提高的增益倍数。二者都简称为天线组合增益。增益倍数G与增益分贝数G（dB）之间的关系为：

图3中曲线1表示两副天线垂直组合所能获得的组合增益随相对间距d／λ\(_{0}\)的变化关系。曲线2表示两副天线水平组合所能获得的组合增益随相对间距d/λ0的变化关系。以两副五单元天线垂直组合为例，当间距d=0.5λ\(_{0}\)时，由曲线1可见，此时获得的组合增益是2倍，折算为分贝数就是3dB。即G（dB）=10lg2= 3（dB）。天线组合后的总增益就是每一副五单元天线增益（9～11dB）加上组合增益3dB，即总增益为（12～14）dB。若把垂直组合天线的间距d增大，使d=0.6λ0，则此时能获得的组合增益约是2.5倍，折算为分贝数就是4dB。组合天线的总增益G\(_{总}\)等于（13～15）dB。

顺便指出一下，实际使用中，不宜取获得最高增益的间距。因为那会使方向图出现容易引进干扰的副叶。所以一般取略小于获得最高增益的间距。垂直组合间距取0.6λ\(_{0}\)左右，水平组合间距取1λ0。

采用组合天线的关键，就是正确地进行阻抗匹配。如果组合天线与总馈线之间不能获得良好的匹配，则其增益将受到损失，而且会导致馈线上出现反射波，使图象质量降低。假如，组合天线分支馈线的合成阻抗为Z\(_{1}\)，总馈线的阻抗为Z2，当Z\(_{1}\)≠Z2时，在组合天线分支馈线汇结处与总馈线之间，必须插入一个阻抗匹配网络。匹配网络可以选用一段或几段并联的馈线（称之匹配馈线），使其具有特定的特性阻抗Z\(_{0}\)，那么当阻抗匹配时必须使Z0\(^{2}\)=Z\(_{1}\)·Z2。一旦匹配馈线特性阻抗数值能满足上述要求，就剪取一段这样的馈线，其长度l=\(\frac{1}{4}\)λ\(_{g}\)而λg=δλ\(_{0}\)，λg—电视信号在馈线中的波长；λ\(_{0}\)—希望接收的电视频道中心波长；δ—电视信号在馈线中传播时，波长的缩短系数。如果，该组合天线应用于接收几个电视频道，那么，λ0应该是高端频道波长λ\(_{2}\)与低端频道波长λ1的几何中心波长，λ\(_{0}\)=\(\sqrt{λ}\)1·λ\(_{2}\)。但是，要注意，这种匹配方式是窄频带的。它只能适用于匹配相互邻近的几个频道。比如接收6、7、8三个电视频道或10—12电视频道。不能覆盖1—12频道。

最后，组合天线连接中还必须注意接线的极性必须一致，以便使组合天线的各单元天线处于同相工作状态。（待续）(王国强)