UHF频段的电视接收天线

中央电视台及一些地方电视台，陆续在UHF频段开播了电视节目。我国使用的UHF频段包含13～56频道，在这个频段内要收好电视节目的关键是选择和安装一副合适的接收天线。本文就UHF频段使用的电视接收天线的形式、尺寸的选择与制作等问题作些介绍。

1．UHF频段的频率范围是474～858MHz，其波长为63.3～35.0cm。由此可见UHF频段的电视信号特点是频率高，波长短。信号在空间传播过程中，遇到树木、电线杆以及房屋等障碍物时，其绕射能力差而使信号的传播损耗增大。因此有些地区接收VHF频段信号时，电视图象稳定而清晰，但收看UHF频段的信号时，图象模糊，噪声粒子大，甚至图象无法稳定。因此必须选择适合在UHF频段接收的天线，并设法提高这种天线的增益或适当提高天线的架设高度，来提高天线的接收效率。

2. UHF频段电视信号波长短，因此在接收点电视信号随着天线高度的变化而有明显大小的变化，而不是天线架的越高，接收的电视信号就越强。这是因为在每一个接收点，信号场强在与地面垂直的上空是近似于正弦分布的，即E≈sin（2πh\(_{1}\)h2/λd）。式中E是接收点某一高度上信号场强，h\(_{1}\)为发射天线高度，h2是接收天线高度，d是接收地点与电视发射天线之间的距离，λ是要接收的电视频道中心波长。由公式可以看出，当h\(_{1}\)、λ和d保持不变，而接收天线高度h2变化时，接收点上空电视信号场强的大小是不相等的，即随着h\(_{2}\)的变化而信号场强呈正弦变化。这就是说地面上（h2＝0）信号场强E=0，当h\(_{2}\)不断增高到某一点，场强E将出现第一个最大值，h2继续升高而E又逐渐减小，会出现第一个最小值，再增高h\(_{2}\)又将出现第二个最大值，就这样依此规律而周期地变化。以22频道为例进一步说明这个问题，从上述近似公式看出，当正弦函数sin（2πh1h\(_{2}\)／λd）=1时，接收点场强最大。根据数学知识可知，当2πh1h\(_{2}\)／λd等于π／2的奇数倍时，即：2πh1h\(_{2}\)／λd＝（2n＋1）π／2（n＝0,1,2……），sin（2πh1h\(_{2}\)／λd）其值等于1，由此式可求得h2＝（2n＋1）λd／4h\(_{1}\)。这里假设发射天线高度h1=200米，接收地点距发射台10公里，由表查得22频道中心波长λ=0.55米。则当n=0时, h\(_{2}\)=λd／4h1=0.55×10\(^{4}\)／4×200≈6.8米，这是信号第一个最大值位置高度。当n=1时,h\(_{2}\)=（2×1＋1）×(λd/4h1）=3×0.55×10 4／4×200≈20.4米，这是信号第二个最大值高度。这样依此类推，n＝2时即可求得第三个信号最大值的位置高度等等，这样就可绘出图1所示的变化曲线。

由此可见，根据h\(_{2}\)＝（2n＋1）·λd/4h1可以求得不同频道（即不同λ值）或不同接收点（即不同的d值），或不同的发射天线高度h\(_{2}\)的情况下，接收地点上空信号场强的第一个最大值（n=0）、第二个最大值（n=1）以及第三个最大值的位置高度可计算出来，由此来确定你的天线架设高度。

当正弦函数sin（2πh\(_{1}\)h2/λd）=0时，信号的场强等于零。同样根据数学知识可知，当2πh\(_{1}\)h2/λd等于π的整数倍时，sin（2πh\(_{1}\)h2/λd）其值为零。即2πh\(_{1}\)h2／λd=nπ(n=0，1，2……）由此得出h\(_{2}\)=nλd/2h1。同样可根据这个式子求得不同频道或不同接收点，或不同发射天线高度的情况下，接收点上空信号场强的各个最小值位置高度，在架设天线选择高度时，一定要避开这些位置。

显然，在UHF频段收看电视节目时，并不是天线越高而信号越强，如天线距地面15米处所接收的信号场强比距地面7米处还小。有些地方在接收UHF频段的电视节目时，发现4～5层楼的信号却没有2～3层楼的信号强，就是上述原因造成的。

3．UHF频段电视信号在馈线中传输时损耗大，这是因为在这个频段内信号频率高而介质损耗明显地增加造成的。如果采用特性阻抗为300Ω的扁馈线，不但介质损耗大而且辐射损耗也较大，因此它的传输损耗更大。所以在UHF频段接收电视节目时，传输馈线应采用同轴电缆。当馈线用得比较长时，最好选用电视专用电缆，其型号有SS75—5—5和SS75—7—4等型，这类馈线的损耗比较小。

此外，在接收UHF频段电视信号时，必须注意到同一台电视机，UHF频段的灵敏度比VHF频段低。因此用同一副天线接收电视信号，在UHF频段感应的电动势就小。这样在UHF频段接收电视信号时，就得用高增益天线以便提高电视机在UHF频段的输入信号电平。

常用UHF频段的室内电视接收天线有如下几种形式：

1．圆形天线：圆形天线的外形如图2所示。这种天线的优点是结构简单、制作方便、频带宽，即一副圆形天线接收的电视频道较多。其次，圆形天线增益比羊角天线高，羊角天线最大增益约2dB，而圆形天线增益为3dB。制作圆形天线的材料可以选用直径为3～5毫米的铝合金管、铜管或金属条（条宽为3～5毫米），或者选用直径3毫米左右的铁丝、铜丝均可。圆环天线的周长取决于所接收的电视频道中心波长，由公式C≈1.05λ\(_{0}\)＋（2～3）厘米来确定，这里计算的周长不包含天线接口宽度（2厘米）。例如制作15频道的圆形天线，从电视频率表中查得15频道的中心波长为61.2厘米，代入上式求得15频道圆形天线周长C15≈64.3+（2～3）厘米，其中2～3厘米是圆形天线插入天线座的长度（见图2），圆形天线下端接馈线的接口宽度取2厘米左右即可。圆形天线是宽频带天线，如果用它接收多个电视频道，如13～48频道。那么圆形天线周长C≈1.05λ＇\(_{0}\)，式中λ＇0为13～48频道的几何中心波长，即λ＇\(_{0}\)=\(\sqrt{λ}\)013·λ\(_{0}\)48厘米，其中λ013和λ\(_{0}\)48分别为13频道和48频道的中心波长。从电视频率表中查得λ013=63.3厘米、λ\(_{0}\)48=37.8厘米代入上式得C=1.05λ＇0=1.0563.3×37.8=51.4厘米。圆形天线的输入阻抗为110Ω。

2．框形天线：框形天线形状如图3所示。它与圆形天线一样，在UHF频段上使用也是一种宽频带天线，同样是一副天线可以适用于多个电视频道的接收。其增益与圆形天线相仿，但框形天线在制作时比圆形天线更简单方便。图3（a）和（b）所示的两种框形天线，其输入阻抗分别为110Ω和125Ω，边长l＝1／4·λ\(_{0}\)，λ0为所接收电视频道的中心波长。如果要接收多个电视频道，设计时式中波长按几何中心波长计算，计算方法与圆形天线相同。制作天线的材料与圆形天线也相同，不再重复。

由于电视信号传播是水平极化波，在室内经墙壁、家具等的反射，电波的极化方向会发生变化。因此室内有水平极化波，有垂直极化波或与水平面成一定角度的倾斜极化波。为了获得最大的信号感应电动势，室内天线必须能够改变倾斜角度。因此上边介绍的圆形和框形天线要制作成向前和向后的俯、仰角可调形式，下边介绍两种简单方法。（1）如图4所示，将天线用支架、螺杆、螺母和弹簧垫圈固定在底座上，螺母不要完全拧紧，因有弹簧垫圈的阻力作用，天线在前后调节时不会松动，达到改变倾斜角度的目的。（2）可以把圆形或框形天线固定在电视机原来的拉杆天线上，转动拉杆天线即可实现这两种天线倾斜角度的改变。这种方法在国产一些全频道电视机上采用。

3．定向天线：由于UHF频段的信号波长短而使天线的尺寸小，所以室内天线也可以做成定向型天线，其形式如图5所示。定向天线是由引向振子、馈电振子和反射振子用一根支杆固定在一起组成，图中两种天线只是馈电振子不同。因此，设计方法除馈电振子外完全相同，室内定向天线是根据允许的天线总长度L（图5）来确定天线尺寸的，天线总长度L是根据室内条件由制作者确定。下边以图5（b）所示的天线为例说明设计方法。假设要求天线总长度L≤40厘米，设计一副工作在13～30频道的室内定向天线。

（1）计算中心波长：从电视频率表中查得13、30频道的中心波长分别为：λ\(_{0}\)13=63.3厘米、λ030=46.2厘米，则接收频道的几何中心波长λ\(_{0}\)=λ013·λ\(_{0}\)30=\(\sqrt{63}\).3×46.2=54厘米。

（2）确定振子根数和间距：振子之间的距离按下边关系式进行计算：引向振子的间距de=0.23λ\(_{0}\)30；引向振子与馈电振子的间距d＇e=0.6de；反射振子与馈电振子的间距dr＝0.19λ013。将中心波长λ\(_{0}\)30代入计算得de=11厘米，d＇e=6.6厘米，dr=12厘米。然后根据天线总长度L和各振子间距选择振子根数，本例中L= de＋de＋d＇e＋dr=11＋11＋6.6＋12≈40厘米，即用5根振子。

（3）确定振子的长度：振子长度按下边关系式计算：引向振子长度le＝0.42λ\(_{0}\)30；反射振子长度lr＝0.5λ013；馈电振子长度2l=0.95×λ\(_{0}\)／2, 馈电振子宽度B=0.03λ0与馈线接口W一般取2厘米左右。将各中心波长代入计算得le=19厘米，引向振子通常采用长度相等的方案，故三根引向振子长度一样。lr=32厘米，2l=26厘米，B≈2厘米， W≈2厘米，这副天线的全部尺寸如图6所示。制作时馈电振子的所用管材总长度为2l＋B＋2l≈54厘米，实际取材还要稍长些，因振子两端为圆弧形。

制作室内定向天线的材料可用直径5～6毫米的金属管或金属棒，用金属片条也可以，其宽度为3～5毫米。

距电视台较远的地方接收UHF频段的电视节目，需要外接天线才能正常接收，现将两种常用的室外定向接收天线介绍给大家。

1．双环形定向天线：双环形定向接收天线的外形如图7所示。这种天线的特点是方向性好、频带宽，但架设时支撑较复杂些。天线的最大接收方向垂直于双环平面，如图中箭头所示的方向。制作双环定向天线可按如下步骤进行。

（1）双环的制作：取直径5～6毫米的金属管或棒，分别作两个圆环，每个圆环的周长C=λ\(_{0}\)，其中λ0为所收电视频道的中心波长，如果是收多个频道就计算几何中心波长，计算方法与上边所述的方法相同。圆环宽度W≈2～3厘米。取两根与制作圆环相同材料的金属管或棒，也可用直径为1毫米的铜丝，其长度l≈λ\(_{0}\)，将两个圆环连起来（最好用锡焊起来）构成双环。

（2）框架的制作：用木质比较坚硬的木条或其它绝缘材料作成一个矩形框，宽度B=（0.5～0.6）λ\(_{0}\)1；高度H=（1.8～2）λ01，其中λ\(_{0}\)1为要接收的多个频道中最低频道的中心波长。在框架的长边之间固定一些金属片构成栅条反射网。然后用木条或其它绝缘材料分设几个支撑点将双环固定在反射网上，在网和环之间垫的木条绝缘物，其厚度为1／4λ01。

（3）天线与馈线的连接：双环天线与馈线的连接方式如图8所示。A、B两点为双环之间所连金属棒的中点，取一段适当长的特性阻抗为75Ω的同轴电缆作天线的下引馈线，将馈线的中心内导线与图中的B点相连，馈线另一端接到电视机。另取一段同样的电缆，其长度为1／4λ\(_{0}\)，称附加平衡馈线，它的外导体与图中的A点相连，另一端的外导体与下引馈线的外导体相连，连接处距B点也为1／4λ0，平衡馈线的内导体空着不用。

2．振子形定向天线：常用的UHF频段室外形振子定向天线以带三根反射振子的形式较多，如图9所示。这种天线的设计是根据对天线增益的要求来确定天线的各种尺寸，它的设计与计算比较繁杂，以后另文介绍，在图中给出天线的各种尺寸，供读者在制作时参考。图中给出的天线增益大于8dB，适于接收13～30频道电视节目。

上边介绍的两种UHF频段室外接收天线，仅适用距电视台发射天线40～50公里以内的接收点。（王国强）