电视接收天线的参数及测量方法

人们在收看电视节目中发现，电视接收天线的性能好坏是影响电视图象质量的一个重要因素。为了帮助广大电视机用户正确认识和选用电视天线，本文就接收天线的电参数（评价天线质量的技术指标）及其测量方法作一简要介绍。

电视接收天线的常用电参数有：输入阻抗、工作频带、方向性图、半功率角、前后比和增益等，现分别介绍如下：

1．输入阻抗：天线与馈线相连的两个端点称为天线的输入端。天线输入端上的信号感应电压与电流之比为天线的输入阻抗。当电压与电流同相时（电压与电流同时达到最大值或同时达到最小值），输入阻抗呈现纯电阻性。但是，一般情况下天线的输入阻抗既有电阻分量，又有电抗分量。输入阻抗存在电抗成分之后，就会有一部分能量储藏在电抗内，这样就会减少天线供给电视机的能量。另外，还会使天线与馈线不能很好匹配，这将使天线从空中所获能量中的一部分在天线与馈线的连接处反射损失掉。图1示出半波天线（输入阻抗约等于75Ω）和折合半波天线（输入阻抗约300Ω）。

2．工作频带：电视接收技术中，常用驻波系数S的大小来衡量天线工作频带的宽度。驻波系数S既可以测量，也可以通过计算求出。计算公式是S＝Z\(_{A}\)／ZO（适用Z\(_{A}\)＞ZO）或S＝Z\(_{O}\)／ZA（适用Z\(_{O}\)＞ZA），其中Z\(_{A}\)是天线的输入阻抗。随着接收的信号频率不同，输入阻抗ZA将不同。Z\(_{O}\)是馈线的特性阻抗（在无限长的馈线上，任何一点的电压与电流之比值称为馈线的特性阻抗），ZO与信号频率的改变无关。一般认为当信号频率改变时，能保持驻波系数S≤3的频率范围就是天线的工作频带。当驻波系数S＝3时，不匹配损耗是1dB；S＞3时，不匹配损耗大于1dB。为了限制不匹配损耗不超过1dB，所以通常规定在它的工作频带内驻波系数S≤3。一般普通半波天线的工作频带约10～15MHz，因此可适用于接收两个相邻的电视频道节目。折合振子天线的工作频带约40～60M－Hz，可适用接收5～8个电视频道节目。X型天线工作频带约100～120MHz，可适用接收10～12个电视频道节目。顺便指出，选用天线时必须注意第5频道与第6频道的频率间隔约83MHz，因此普通半波天线和振合振子天线都不能兼顾在第5与第6频道上接收。

为了扩展天线的工作频带，制作天线时可以选用直径较大的金属管料。这是因为制作天线的金属管料直径增大，天线的输入阻抗的电抗成分减小。因此当信号频率变化时，天线输入阻抗的变化就小，保持驻波系数S≤3的工作频率范围变大，即天线的工作频带增宽。

3．方向性：天线对来自不同方向的电视信号具有不同的接收能力，称天线的方向性。通常采用极坐标图形来形象地描绘天线的方向性，这种图形称为方向图。也有用方向角和前后比描述天线的方向性。

方向角：图2（a）示出多单元定向天线的平面图，其方向图如图2（b）所示，图中OA方向是天线的最大接收方向。将OA方向所接收电波的电平值取作1时，那么主瓣上对应于半功率电平（图2b中E点）的两个方向的夹角（图中OD与OC之间的夹角）称为半功率夹角，简称方向角。方向角常记作2θ\(_{0}\).5，一般要求方向角越小越好。通常V频段1～12频道的定向天线的方向角为50°～70°，U频段由于天线尺寸小，天线单元数很多，可以使方向角小于40°。

前后比：在图2（b）上，OA方向是天线的最大接收方向，OB方向是天线的后向，其接收能力很微弱。通常采用前后比（简称FBR）这个指标来衡量多单元天线的定向接收性能。FBR＝OA／OB通常用分贝表示，即FBR\(_{（dB）}\)＝10lg（OA／OB）（dB）。通常要求前后比越大越好，因前后比大既说明天线的定向好，也说明天线排除后向干扰的能力大。

4．增益：电视天线的增益是表示该天线接收远地电视台节目的一种能力。天线增益越高，接收远地电视台的能力越大。因此也可以说天线的增益，就是天线接收微弱信号的灵敏度。显然，收看远地电视台节目，必须采用高增益接收天线。

天线增益是一种相对值。它表示某一副有方向性天线，在最大接收方向接收电视信号波时，它向电视机输送功率P\(_{1}\)（或接收的信号电压E1）与无方向性天线接收电视信号波时向电视机输送的功率P\(_{2}\)（或接收的信号电压E2）之比（这里假设天线与馈线完全匹配，并认为馈线无损耗），即：G＝E\(^{2}\)\(_{1}\)／E22＝P\(_{1}\)／P2（指同一电视信号波）。这里所说的无方向性天线，是一种假想的天线。当这种天线的位置任意取向时，它对各个方向传来的电视信号具有同等的接收能力，并认为其增益等于1。天线增益也常用分贝来表示，即G\(_{（dB）}\)＝20lg（E1／E\(_{2}\)）＝10lg（P1／P\(_{2}\)）（dB）。拉杆天线的增益约1dB，半波天线（包括羊角天线）的增益约2dB。多单元天线，单元数越多则增益越高，一般5单元天线的增益为5～10dB。

电视接收天线还有其它一些参数，如辐射电阻R\(_{∑}\)、有效长度Le、有效接收面积A等。这些参数应用较少，不再介绍了。

某些科研单位、学校及天线制造厂，平常要对天线的参数进行测量和分析，以便提高天线的技术性能。这里介绍对几个主要参数进行测量的常用方法，供读者参考。

1．输入阻抗和工作频带的测量：根据上面的介绍，不难看出测量天线的输入阻抗和工作频带，可以通过测量驻波系数S而求得。

驻波系数的测量方法；准备BT－7型（或BT－3型）扫频仪一台，特性阻抗为75Ω的同轴电缆一根，其长度约等于10倍电视频道的中心波长。在6～12频道上测试时，电缆长度可取20米，在1～5频道上测试时，电缆长度可取30米。该电缆称为测试电缆。

测量开始时，首先将被测电缆终端开路，同时把扫频仪的频率调到被测天线的应用频道范围，如被测天线用在8频道，那么扫频仪的工作频率应调到183～191MHz。再将扫频仪的输入和输出探头同时接入测试电缆的输入端，如图3（a）所示。此时在扫频仪屏幕上观察到一条直线和一条有起伏的曲线，如图3（b）所示。这时记录该曲线的峰值与谷值之差，即图3（b）中之A。然后将被测天线（通过阻抗变换器）接于测试电缆的终端，如图4（a）所示，此时天线就是测试电缆的负载。这时测试电缆处于有载工作状态，扫频仪屏幕上将出现一条新的曲线，如图4（b）所示，曲线中间一段的起伏幅度比两端的起伏幅度小。曲线的起伏幅度越小，表示天线与电缆匹配的越好。而且起伏幅度小的范围越宽，表示天线的工作频带越宽。在图4（b）的曲线二边选取峰谷值较小的二点频率f\(_{1}\)和f2，并记下f\(_{1}\)和f2对应点的峰谷值B\(_{1}\)2。根据测的A值和两次分别测得B值，把B\(_{1}\)2之值代入公式S=（A+B）/（A-B）进行计算，分别计算出：S\(_{1}\)＝（A＋B1）／（A－B\(_{1}\)）与S2＝（A＋B\(_{2}\)）／（A－B2），若S\(_{1}\)与S2都小于3，则对应的f\(_{1}\)～f2之间频率范围为被测天线的工作带宽。如果计算出二个S值都大于3，或者其中一个S大于3，则要紧挨着前一个频率另选一个被测频率，并测出对应峰谷之差值B，重新计算，一定要保证S≤3的规定。

测得驻波系数S以后，即可根据S＝Z\(_{A}\)／ZO（适用于Z\(_{A}\)＞ZO）或S＝Z\(_{O}\)／ZA（适用于Z\(_{O}\)＞ZA），求出天线的输入阻抗。

2．半功率角、前后比的测量：准备一台高频信号发生器（如XFC－1型高频信号发生器）作信号源，或者利用电视台播放测试卡的电视信号作信号源；一副发射半波天线；一只检波器；一只用作接收指示的光电检流计（如SC－2型光电检流计）和一块用作天线旋转角度指示的360°刻度圆盘。

测试场地要求宽畅平坦，周围无高大建筑物，场地大小要能够使收发天线的间距满足10～20米的要求。在1～5频道，收发天线的间距必须大于20米，另外收发天线架设高度要相等，而且架设高度必须大于3米，其测试电路如图5所示。测试时，使收发天线都处于工作状态。此时转动接收天线，使接收指示仪表读数获得最大值，记为α\(_{max}\)OA，再调整度盘，把这个方向记作O°。然后把接收天线先后向左和向右旋转，使接收指示为\(\frac{1}{2}\)αmaxOA，记录刻度盘上相应的度数，这两个度数相加之和为半功率角2θ\(_{0}\).5之值。

然后把接收天线的后向对准发射天线，使接收天线的后向在±60°范围内旋转，与此同时，找出后向接收的最大值α\(_{max}\)OB，由此可求得接收天线的前后比。即前后比FBR＝maxOA／α\(_{max}\)OB或FBR（dB）＝10lpα\(_{max}\)OA／αmaxOB。

3．增益的测量：测量增益的线路、设备与测量天线方向性的情况基本相同，再准备一副单频道标准半波天线或标准折合半波天线。测试时，首先将发射端的信号频率调整在被测天线应用的电视频道中心频率上，接着以被测天线的最大接收方向对准发射天线，此时记录接收指示仪表读数α\(_{max}\)。然后取下被测天线，接上标准半波天线，以它的最大接收方向对准发射天线，此时再记录接收指示读数α'max，即可求得被测天线的增益G\(_{（dB）}\)＝10lg（αmax／α'\(_{max}\)）（dB）。当测量天线增益选用场强仪作为指示仪表时，由于场强仪的读数是分贝值，被测天线的增益可以直接从场强仪上读出。比如接收端接上被测天线时，场强仪上读数为10dB。当换接标准半波天线时读数为2dB，则被测天线的增益G＝10－2＝8（dB）。上述测得天线增益是相对半波天线而言的。若要得到被测天线相对无方向性天线的增益（简称绝对增益），应在上述基数上再加2.15dB，其中2.15dB是半波天线的增益。（王国强）