《电磁波与天线仿真与实践》课件-电波与天线知识点22 天线在广播电视信号发射中的应用

天线在广播电视信号发射中的应用电视发射天线电视发射天线的特点和要求

1．电视发射天线的特点（1）频率范围宽。我国电视广播所用的频率范围：1～12频道（VHF频段）为48.5～223MHz；13～68频道（UHF频段）为470～956MHz。（2）覆盖面积大。

2．对发射天线的方向性要求要求发射天线在水平面内无方向性，而在垂直面内有较强的方向性，以有效地利用电波能量，使能量集中于用户所在的水平方向，而不向上空发射。

3．要解决零点填充问题在以零辐射方向为中心的一定的立体角所对的区域内，电视信号变得十分微弱，因此零辐射方向的出现对电视广播来说是不好的，所以要解决零点填充问题。

4．对极化方式的要求由于工业干扰大多是垂直极化波，因此我国的电视发射信号采用水平极化，即天线及其辐射电场平行于地面。电视信号比语音广播信号包含更多的信息，所以说电视广播发射的功率通常很大，提高天线馈电效率非常重要。因此，要求电视发射天线能在很宽的频带内满足对驻波比的要求，使天线与馈电系统处于良好的匹配状态。旋转场天线图5-16正交电基本振子及其坐标图5-16为正交电基本振子及其坐标，两电基本振子分别沿x方向与y方向放置，且两电基本振子的电流大小相等，相位相差π/2，即I1=I2，相位差ψ＝π/2，则在电流元组成的xOy平面内的任一点上，它们产生的场强分别为（5-2-1）令式（5-2-1）中 ,I1=I2＝I,略去因子e-jβr且时间因子ejωt用cosωt表示，又因为I1与I2时间相位相差90°，故E2中的时间函数为sinωt，则式（5-2-1）又可以写成下面的形式：（5-2-2）在水平面内任意点上两个场强的方向相同，所以总场强就是两者的代数和，即E=E1+E2=A(sinφcosωt+cosφsinωt)=Asin(ωt+φ)式中,A是与距离r、电流I和电流元长度l有关而与方向性无关的一个因子。（5-2-3）归一化方向性函数，则有其方向图见图5-17。式（5-2-4）表明，在xOy平面内，场强的大小与φ无关，均可达到最大值1，稳态方向图为圆。任何瞬时方向图同电基本振子的方向图相同，呈8字形，但这个8字形的方向图随着时间的增加，围绕z轴以角频率ω旋转，其轮廓是一个圆，属于圆极化波。由图5-17可见，旋转场天线方向图是一个“8”字形，以角频率ω在水平面内旋转，其效果是在水平面内没有方向性，稳态方向图是个圆。这就是称这种天线为旋转天线的由来。（5-2-4）图5-17旋转场天线方向图(a)单个电流元的方向图；(b)旋转场由于电流元的辐射比较弱，因此实际应用的旋转场天线是用半波振子或折合振子代替电基本振子组成的，此时水平面的方向图近似于圆（见图5-18）。合成场的方向性函数为（5-2-5）也近似于旋转场状态。电场仍近似为圆极化波,它的方向图偏离全方向图不大于1.5dB。图5-18电流幅度相等,相位差为90°的正交半波振子的水平面方向图图5-19正交半波振子阵图5-20旋转场天线的馈线连接电视发射天线

1．蝙蝠翼天线的结构及原理分析蝙蝠翼天线基本单元的原形也是粗偶极天线，它的演变过程如图5-21所示。当考虑天线应具有宽频带阻抗特性时，即当工作频率变化时，要求天线的特性阻抗Zc变化要小；为此，要求振子的特性阻抗要小，要采用粗振子天线，如图5-21（a）所示，其振子的特性阻抗Z0可用下式计算：式中，d是振子直径，当要求特性阻抗Z0低时，振子的直径d就要加粗。图5-21蝙蝠翼天线的演变图5-22蝙蝠翼图5-24电视发射天线表5-4蝙蝠翼天线的层数与增益的对应值（以半波振子为参考）4．对方向图零辐射点的填充

(1)天线上、下两半部不同相或不等幅馈电。例如对各层振子进行不等幅馈电，对上面的N/2层与下面的N/2层的馈电幅度为7∶3，N为总层数。适当地控制各层间的距离和电流相位，也可以使波瓣略向下倾斜，消除垂直平面零辐射方向的出现。图5-25零辐射点图5-26零辐射点填充(a)下倾角为θ;(b)下倾角为θ1

(2)机械上不共面排列。调整多层天线最上面的一或二层单元，使其下倾一个角度θ′，如图