一種小型地面數(shù)字電視接收天線的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

尤麗娜

【摘要】 本文提出了一種適應(yīng)于無(wú)線地面數(shù)字電視接收使用的全頻帶小型薄膜天線，通過(guò)軟件分析和實(shí)際測(cè)試表明，該天線滿足全電視波段完整覆蓋、雙極化穩(wěn)定接收，能夠支持室內(nèi)外的固定接收和移動(dòng)、便攜式接收，具有較強(qiáng)的抗噪聲、避免同頻和鄰頻干擾等能力，非常適用于地面數(shù)字電視使用。

【關(guān)鍵詞】 小型化 薄膜 地面數(shù)字電視

一、引言

隨著我國(guó)電視事業(yè)從模擬向數(shù)字化平移進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我國(guó)將逐漸停止模擬電視信號(hào)的播送。在這場(chǎng)技術(shù)革命中，研究開(kāi)發(fā)高性能的地面電視接收天線是促進(jìn)地面數(shù)字電視事業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的必然。

傳統(tǒng)的室內(nèi)電視接收天線均采用電偶極子及磁偶極子的線性極化天線，通常為拉桿、圓形及其變形結(jié)構(gòu)。這些天線體積大、笨重、加工和調(diào)試復(fù)雜、成本高，其接收信號(hào)范圍呈對(duì)稱(chēng)雙波束，因而天線增益為零以致負(fù)值，抗干擾能力低，匹配性能差，駐波比一般大于3，使得電視重形現(xiàn)象嚴(yán)重。此外，傳統(tǒng)的電視天線采用金屬型材制作，材料耗費(fèi)量大，加工工藝復(fù)雜，成本高。

本文提出的地面數(shù)字電視接收天線，從結(jié)構(gòu)和性能上都做了相應(yīng)的改進(jìn)，能夠克服市場(chǎng)上現(xiàn)有的產(chǎn)品的不足，能夠有效避免出現(xiàn)信號(hào)微弱和畫(huà)面重影等現(xiàn)象，具有較強(qiáng)的抗噪聲、避免同頻和鄰頻干擾等能力，達(dá)到有效提高數(shù)字電視信號(hào)接收效果質(zhì)量的目標(biāo)。

二、基本原理

本文提出的小型地面數(shù)字電視接收天線的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，該小型數(shù)字電視接收天線由金屬銅箔導(dǎo)體、饋電器、底座、介質(zhì)基板組成，其中金屬銅箔導(dǎo)體由改進(jìn)的對(duì)數(shù)平面螺旋曲線箔帶附著在介質(zhì)基板上構(gòu)成圓極化平板天線，該天線采用微帶板中心饋電，通過(guò)仿真軟件確定微帶板的合適尺寸。

根據(jù)圖1建立模型，以螺旋線始端半徑取10cm，螺旋率0.2為例進(jìn)行仿真和實(shí)驗(yàn)。本文使用的仿真軟件是HFSS，能夠直接給出天線的S參數(shù)、駐波比、方向圖等結(jié)果。天線實(shí)物測(cè)試使用AV3656A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。

三、仿真計(jì)算及實(shí)測(cè)結(jié)果3.1仿真結(jié)果電特性分析

傳統(tǒng)的螺旋天線隨著工作頻率的升高，或者螺旋線臂長(zhǎng)的增加，輻射場(chǎng)由線極化逐步過(guò)渡到橢圓極化，并最終達(dá)到圓極化。當(dāng)螺旋臂長(zhǎng)至少為一個(gè)波長(zhǎng)時(shí)，天線半徑至少等于四分之一波長(zhǎng)時(shí)，天線的阻抗和輻射方向圖開(kāi)始趨于不變，呈現(xiàn)出非頻變天線特性。本文采用改

進(jìn)的螺旋天線形式，末端削尖截?cái)啵ㄟ^(guò)立柱繞線的方式增加尾部長(zhǎng)度，保證小型化的同時(shí)最大程度上改善低頻性能。用HFSS軟件仿真結(jié)果如圖2——圖4所示。

由圖2可以看出，該天線在全電視波段內(nèi)駐波比均在2以下，說(shuō)明天線具有較高的接收靈敏度及抗干擾性能；該天線增益如圖3所示，在整個(gè)電視波段內(nèi)，增益可達(dá)到6dB—8dB；由圖4可以看出，該天線方向圖具有全向性，可以同時(shí)接收水平方向和垂直方向過(guò)來(lái)的信號(hào)，天線擺放方向不會(huì)影響接收效果。

3.2尺寸參數(shù)對(duì)天線性能的影響

①該天線平面結(jié)構(gòu)采用改進(jìn)的對(duì)數(shù)等角螺旋形式，螺旋增長(zhǎng)率選為0.2。螺旋增長(zhǎng)率減小時(shí)，天線尺寸隨之變小，螺旋臂曲度增大，電流沿螺旋臂衰減變快。通過(guò)軟件仿真與實(shí)物測(cè)試，選取合適的螺旋增長(zhǎng)率。

②螺旋線始端與中心點(diǎn)距離。由于該天線采用中心饋電的形式，天線的整體性能尤其是高頻端性能取決于螺旋線始端間距和饋電情況。

3.3天線實(shí)物及實(shí)測(cè)數(shù)值

根據(jù)上述對(duì)地面數(shù)字電視接收天線的理論分析與仿真，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用制作了一種小型地面數(shù)字電視接收天線。各參數(shù)使用AV3656A矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)量給出。圖5是天線的駐波比實(shí)測(cè)曲線，可以看出，在470MHZ—870MHZ內(nèi)，VSWR的值均小于2，說(shuō)明該天線在整個(gè)電視波段具有良好的阻抗特性。實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真結(jié)果符合得很好。

四、結(jié)論

綜上所述，該天線具有較寬的阻抗帶寬，抗干擾性能好，可實(shí)現(xiàn)全電視頻道接收，是一種新型的具有低成本、小型化的平板天線，可以直接印制在紙板、塑料制品等上面，適用于室內(nèi)、外及便攜式移動(dòng)環(huán)境使用，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李卉，張輝，余志勇.一種新型末端加載的寬帶平面螺旋天線設(shè)計(jì)[J].無(wú)線電通信技術(shù).2015.41（1）：49-51.55