在远离电视发射台的地区或接收地区有较强干扰的情况下,人们多愿采用增益较高的户外天线,因而在居民楼顶甚至各户阳台上伸出了愈来愈多的自制或市售天线。这些天线不外乎两三种形式,即简单的对称振子天线、折合振子天线、带有若干引向器和反射器的波道天线以及X形宽带天线等等,依次分别见图1a~d所示。

上述天线的共同点是,它们的振子都是线状的(振子由金属管、条或棒制成)。由于电磁波沿线状振子的传播速度近于光速,所以其振子的长度与被接收信号的波长λ相比拟,因此用于低频道的天线的尺寸就很可观了。例如五单元天线,用于第一频道时,其天线几何尺寸长度L达2.76米,而反射器长度l\(_{r}\)达3.13米!虽然这种天线有近9dB的增益,但是因为它的频带窄,加上其结构庞大,一般电视用户难于采用。有些天线,如X形天线,虽然有宽源带特性,但也只能较好地工作在相邻的几个频道上,如北京地区的第六、八频道,而较难兼顾更多的频道,这是因为在频带宽的情况下,它的增益较低,其增益最高点也大约只有5~6dB。因此,许多电视机用户产生了一个想法:能否设计制造一个小型天线,在其几何尺寸大大缩小的同时,又具有高的增益和宽频带的特性,甚至能达到接收全部电视频道的要求,即能接收48.5~100MHz的Ⅰ频段及167~223MHz的Ⅲ频段的电视广播节目呢?
对这个课题,国内外的广大无线电爱好者都在寻找方案,做了大量工作。这里向大家推荐一个性能指标较好的设计方案,即小型螺旋——介质振子天线。
螺旋——介质振子
这种小型天线的振子是用导线在介质棒上绕制成螺旋线圈的形式,它的方向图(即接收信号的方向性)主要取决于螺旋线圈的直径a与被接收的信号波长λ之比并随着a/λ的不断增大,方向图也不同如图2所示。当a《λ时,具有图2(a)所示的方向图,这时,可以把螺旋线振子看成是一系列直径为a的环状线和长度为b的单元耦极子的串联组合,如图3(a)所示。其环状线与单元耦极子之方向图分别如图3(b)(c)所示,可见螺旋振子的最大辐射方向与其轴线垂直。为了使螺旋天线具有单方向性,在螺旋线振子的后方加装用粗导线做成的网状反射器即可。完整的螺旋——介质振子天线如图4所示。


天线的结构
引向器(无源振子):引向器采用直径20mm的有机玻璃或其它绝缘材料做成的管(或棒)作骨架,分为左右两臂,在每个臂上用直径1mm的漆包线绕8圈。螺距b、螺旋线圈的长度L\(_{1}\)及振子绕线总长L见表所列,两臂螺旋绕向相同。为了使线圈参数长期稳定,绝缘棒上须刻有线槽,或用其它方法固定,如用绝缘绸扎紧等。

实验表明,螺旋振子的端部,接以金属锥体效果较好,各振子的锥体尺寸均相同。线圈绕法,参见图5,将线圈一头首先焊在左侧振子之端部金属锥体上,绕8圈,螺距为8.7mm。在振子中部线槽内密绕10圈,然后按同样的方法绕制右侧振子的线圈,绕完毕后,将导线的端头焊牢在右侧振子端部锥体上。其它各无源振子的绕制方法相同,只是线圈螺距b及振子绕线长度不同。各振子的介质绝缘棒尺寸如图4所示。


有源振子:因为将空间电磁波馈向电视机的是有源振子,所以有源振子的结构与引向器(无源振子)有所不同。有源振子馈送信号的方式是通过不对称的同轴电缆实现的,将同轴电缆的金属网屏蔽层和电缆芯线通过对称——不对称变换节分别与对称的有源振子左右臂的两螺旋线圈相连,如图6(a)所示。变换节是一个左右分别为直径8mm和12mm、各有2匝的螺旋线圈,其螺距为2mm。左右臂骨架结合部分结构如图6(b)。

反射器:反射器为一金属平面网如图4,宽为700mm高500mm。可以采用直径5mm的铝导线或铝管材等轻金属制做,网眼约为30×30mm\(^{2}\)。网中心设有套筒,借以将反射器牢靠地装在横杆上。
各振子制做完毕,可将它们按图4装配在一个具有凹槽的横杆上。为了增强整个天线结构的强度,可以用尼龙绳将反射器和各个振子同横杆之间扎紧。
天线的基本特性
这种小型全频道电视天线在不同频率下的方向图如图7所示。其增益与频率之间的关系如图8所示。由图曲线可知,这种天线不仅具较宽的频带,而且具有与典型五单元波道型天线相当的增益(9.5~11dB),它的效率较高。


几点说明
1.在业余制作的条件下,如果难于找到合适的有机玻璃棒(管),可以用胶木棒或陶瓷管等代替。但最好选用高频损耗小的介质材料,以保证天线有足够的效率。
2.振子的直径允许少量变动,但一定要保证a《λ,否则会严重影响天线的增益,在直径a有少量误差时,最好保证振子的螺旋线圈的绕线长度不变,可适当变动螺距b。
3.振子端部之金属锥体,可以省略或用铜箔焊制。(崔树燕 编译)