电视天线馈线的工作原理和选用

要想使电视机的收看效果更好，则应加室外天线。显然，室外天线和电视机中间要有电线连接，这段电线叫作电视天线的馈线，“馈”的意思是将天线接收到的信号送给电视机。怎样选用天线馈线？馈线的长短对收看效果有没有影响？为了弄清这些问题，我们先简单介绍一点长线理论知识。

我们先讨论下面一个问题：由发电厂把电送到家中的60公里架空电力线和由室外天线把电视信号送到电视机的60米馈线，哪一条线长呢？这个问题乍看有些离奇，因为按几何尺寸来说，60公里是60米的1000倍，长短很分明。但是，由于这两条线传输的都是交流电，交流电的电压与电流都是周期性变化的，如果用每条线所传送的交流电的波长为单位去丈量各自的传输线，其结果就不同了。架空电力线传送的交流电频率为50赫，因此其波长λ1可由下式算出：

式中c为电波的传播速度，是300000公里／秒。

60公里的电力线以λ\(_{1}\)为单位丈量结果：

电视信号第二频道中心频率近似为60兆赫，因此其波长λ\(_{2}\)为

60米电视馈线以λ\(_{2}\)为单位丈量结果为：

将上述两个结果进行比较可知，60公里电力线只有其传输交流电波长的百分之一，而60米电视馈线中却容纳了其传输交流电的12个波长，见图1a、b。在无线电工程中，为了研究传输线的特性，经常把几何长度等于或大于其传送交流电波长的传输线叫长传输线，简称长线；而把几何长度远小于其传送交流电波长的传输线叫短传输线，简称短线。显然，交流电的频率越高波长越短，因此看来并不长的传输线却可能是长线。例如，我国广播电视第68频道中心波长约为0.3米，所以几十厘米的一段线就应当看作是长线。

由图1可见，短线只占波长很小的一段，因此短线上所有各点电压与电流的大小、方向几乎都是一样的，而且在任意时刻都如此。长线的情况就不同了。因为长线可以容纳一个以上的波长。所以在同一时刻，长线上有的点电压与电流处于零值，而另一些点处于正的最大值，还有的点则处于负值……。总之，在任何时刻长线上各点电压与电流的大小和方向都不相同，这正是长线传输交流电的特点。

在传输线上任何一点若有电压u，则其周围空间必然有电场存在；同样，任一点如果有电流i，则其周围空间也必有磁场存在。因为长线上各点的电压与电流值都不相同，因而相应各点附近空间的电磁场能量也不相同，并随着交流电信号的变化，线上对应着电压与电流最大值的那些点由首端依次移向末端，这就将电磁场能量从首端传递到末端。由此可以看到，所谓传输线传送电信号，实质上是传送代表信号的电磁能。这些电磁能总是以交变电磁场的形式在空间中传播，而传输线只是起引导电磁波前进的作用。通常把沿传输线前进的电磁波叫行波。行波由传输线首端向末端前进，那些磁场能量最大的地点，电流值最大；而电场能量最大的地点，电压值最大。传输线各点的电压与电流随行波的持续存在而不断变化，这就是长线传送信号的本质。

传输线上电压与电流的关系，仍然可以用电阻、电容、电感等参数来表示。前面谈到，短线中各点的电压与电流在任一时刻大小和方向均相同，所以整个传输线的电气参数可以用电阻、电容、电感等几个集中参数来代表，见图2a。但是，由于长线中各点电压与电流在任一时刻大小和方向都不相同，所以对于长线来说，就不能用几个集中参数来代表它的特性了，而要用单位长度的电阻（R\(_{0}\)）、电感（L0）、电导（G\(_{0}\)）、电容（C0）作为它的电气参数。一般情况下这些参数都是沿线均匀分布的，所以长线又叫分布参数线或均匀线。它可以用无数个集中参数来表示，见图2b。

当信号的频率f足够高时，2πfL\(_{0}\)》R0，2πfC\(_{0}\) 》G0，这时可以略去R\(_{0}\)与G0不计。这样的传输线将不损耗电磁能，称为无损耗传输线。电磁能以行波形式被传输线引导由始端传递到终端，这种行波叫直波或入射波。当直波到达终点后还可能有一部分电磁能被反射回来，由终端向始端传递，这叫作回波或反射波。当传输线终端接上某一特定的阻抗时，它可以将入射波的能量全部吸收，而无反射波。这个特定的阻抗就叫传输线的特性阻抗，用ZC来表示。对于无损传输线来说，它的特性阻抗为Z\(_{C}\)=\(\sqrt{L}\)0／C\(_{0}\)。这是一个纯电阻，单位为欧。

特性阻抗是长线的一个最重要的电气参数，尽管同一时刻长线上各点电压与电流不等，但是任何一点电压与电流的比值均等于其特性阻抗，也就是电压波与电流波各对应点的比值均等于特性阻抗，因而长线的特性阻抗又叫波阻抗。

传输线的任务是将信号源输出的电磁能全部传递给负载，而在两端都不出现反射波。达到这个要求即称为“匹配”。显然，长线与负载匹配的条件是要求负载的输入阻抗等于传输线的特性阻抗。如上所述，这时只有入射波而无反射波，电磁能单方向在传输线引导下由信号源传向负载，最后全部为负载所吸收。

当负载的输入阻抗不等于传输线的特性阻抗时，便不能实现匹配。这时就要使用各种类型的阻抗变换器，将负载的输入阻抗转变为等于传输线的特性阻抗。这种阻抗变换器又叫“匹配器”。

电视接收天线是电视机的信号源，同样要求它与传输线匹配。电视偶极天线可以看作是开路传输线，当与其连接的传输线的特性阻抗等于天线的输入阻抗时，可以实现完全匹配。所以天线的输入阻抗是天线的一个重要电气参数。

广播电视信号1～68频道的波长范围是6～0.3米，所以一般情况下传输这些信号的电视天线的馈线都是长线，自然天线馈线的选用也应以长线理论为依据。下面分条叙述。

（一）在电视天线输入插座与天线选择开关上都标明了输入阻抗值：300欧或75欧。为了使电视馈线与电视机的输入电路达到阻抗匹配，接入此插座的电视馈线的特性阻抗应分别为300欧和75欧。

标准电视馈线的特性阻抗主要为300欧和75欧两种。我国常用扁平对称电视馈线型号为“SBVD型”（结构见图3a），其特性阻抗则为300±20欧，而常用同轴电缆电视馈线的型号为“SYV—75—7”（结构见图3b），其特性阻抗为75±3欧。

需要指出，电视馈线的特性阻抗Z\(_{C}\)是长线的一个电气参数，其数值是由长线单位长度上的电感量与电容量决定的。由于这样的电感量与电容量直接取决于馈线结构的几何尺寸，因此馈线的特性阻抗实际上是由馈线结构的几何尺寸决定的，它不是一个普通的电阻器，也不可能用万用表测量出来。

其它类型的电线原则上也可以用作电视馈线，但是由于它们的特性阻抗不一定等于300欧或75欧（例如塑料双股电源线的特性阻抗大约为120～180欧），达不到匹配的要求，所以效果不好。

无论是标准电视馈线，还是其它类型的传输线，传输电视信号时都会使电视信号衰减，而且馈线越长，衰减越大。因此应尽量把馈线的长度缩短，特别应当把多余的长度剪去、以使信号衰减最小。使用标准同轴电缆馈线，其长度应在100米以内，使用扁平电视馈线，其长度最好不要大于50米。而使用非标准馈线，其长度最好限制在10米以内。

（二）电视天线与电视馈线间的连接属于信号源与长线间的连接，同样也存在匹配问题。电视天线的品种与规格虽然很多，但其接收电视信号的振子主要有两种型式：半波振子和折合振子。半波振子天线（见图4a）的输入特性阻抗近似为75欧，折合振子天线（见图4b)的输入阻抗为300欧。为了保持天线与馈线间的匹配，半波振子天线一般只应直接与特性阻抗为75欧的馈线连接，而折合振子天线则一般只应直接与特性阻抗为300欧的馈线连接。不过，当馈线很短时（短于1.5米），也可以不考虑匹配问题。例如，室内羊角天线使用300欧扁平馈线，就属于不匹配连接。

这里也顺便指出，电视天线的输入阻抗也是一个长线参数，不是一个普通电阻器，因此也无法用万用表测量。例如，从半波振子输出端用万用表测量电阻，结果为无穷大；从折合振子输出端用万用表量电阻，测量结果接近于零，而无论如何也量不出75欧或300欧。

（三）当电视馈线的特性阻抗不等于电视机或天线的输入阻抗时，则不符合匹配的条件。这时应当在馈线与电视机和天线连接处加装阻抗变换器(即匹配器）。常用的电视匹配器为300欧／75欧和75欧／300欧两种。它们分别用于使300欧的馈线与75欧输入阻抗的电视机或天线连接，以及使75欧馈线与300欧输入阻抗的电视机或天线连接。

（四）虽然造成电视机图象重影的主要原因是由于电视信号通过多个途径到达电视机而造成的，但是，当电视馈线与电视机和天线连接处都不匹配时，也会造成图象重影。不匹配造成重影的原因是由于产生反射波的结果。首先,由于馈线与电视机不匹配, 在电视机输入端电视信号除了一部分进入电视机外，还产生反射波又反向传到天线；当反射波到达天线输入端后同样也产生反射波，又传向电视机。被两次反射的电视信号多走了两倍馈线长度的路程，因此比直接进入电视机的同一信号晚到达电视机内一个时间间隔，于是在屏幕上出现重影（见图5）。由于馈线不匹配造成的重影，一般距主图象1～3毫米，而由于附近建筑物反射而造成的重影，距主图象一般大于3毫米。

以上就是电视信号在馈线中传输的特点，也是长线理论在电视信号传输与匹配问题中的应用。(普知)