[信息与通信]CATV技术第二章.ppt

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1、第二章 广播电视接收,1.1广播电视接收系统的基本组成1.2广播电视接收天线及馈线 1.3广播电视接收的其他的设备,第一节 广播电视接收系统的基本组成,广播电视是指当地电视发射台或电视差转台发射的电视节目，是有线电视系统的节目源之一，也称为开路电视。开路电视是通过空间电磁波传送到接收点的，因此，它们的工作频道都是标准电视频道，即VHF和UHF电视信号。开路电视接收的基本组成框图如图2-1所示。,为了接收开路电视信号，接收端必须架设电视接收天线，当接收天线受到空间电磁磁力的切割时，就会在天线两端感应出信号电压，并转化为高频流，通过馈线送至系统的前端或直接送给电视接收机。在此应注意一点，由于电视信

2、号的发送通常采用水平极化波，因此，接收天线应水平安装。如果垂直放置接收天线，则收到的信号很弱。如果接收环境中空间干扰波很多，则可以在天线后面接入频道滤波器或陷波器。频道滤波器用于分离出所需频道的电视信号以及滤除带外杂波和干扰，若周围空间中有某一频率的干扰波特别强，则可以使用陷波器来把它吸收掉。如果接收天线感应出的信号较弱，避可以加入低噪声天线放大器，把信号放大后再送入前端。,第二节 广播电视接收天线及馈线,接收天线性能的好坏直接关系到整个有线电视系统的收视效果。所以，在设计和安装有线电视系统时，应重视接收天线的选用、安装和调试等问题。由于广播电视接收常采用由半波折合振子等组成的引向天线，所以，

3、这里以引向天线为主讲述天线的基本理论。,一、接收天线的技术参数 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，通常是在天线的中心处。所谓天线输入阻抗，是指加在天线输入端的高频电压与输入端电流之比。天线输入阻抗具有电阻及电抗两部分，即 ZA=RA+jxA 式中 RA输入电阻；xA输入电抗,2.方向性和方向性图 天线的方向性是天线最重要的参数。对于接收天线来说，是指天线接收不同方向传来的信号电波所具有的能力。当需要天线定向辐射或定向接收时，要求天线具有较强的方向性。方向性图是表示天线辐射或接收能量强弱在空间分布状况的图形，由于天线的辐射或接收作用分布于整个空间，因而天线的方向性图是一个三

4、维空间的分布图形。为了便于描绘，通常只需画出两个相互垂直的主平面内的平面方向图即可。主平面是最大辐射或接收方向所在的平面，所取的两个主平面，一个是包含振子的平面，另一个是与振子垂直的平面。前者与电场矢量相平行，称为E平面；后者与磁场矢量相平行，称为H平面。如图2-2所示。因此，要表示一副天线的方向性，只需有E面和H面两个平面方向图即可。,图2-2 基本电振子的方向性图a)三维立体方向图 b）E面（垂直面）c）H面（水平面）,3.主瓣宽度和前后比 由于电磁波在空间的分布呈现立体花瓣状，天线方向性图又叫天线波瓣图。同样，主平面办的方向图也呈波瓣状，最大辐射或接收方向的波瓣称为主瓣，与最大辐射或接收

5、方向相反的波瓣称为后瓣，其余方向的波瓣称为副瓣或者旁瓣，如图2-3所示。,图2-3天线波瓣图,主瓣集中了天线辐射或接收功率的主要部分。主瓣的宽度对天线方向性的强弱具有最直接的影响，主瓣宽度越窄，主瓣越尖锐，表明天线的方向性强；旁瓣电平和后瓣电平越小越好，越小说明天线排除干扰能力越强。主瓣的尖锐程度可用主瓣宽度来表示，在图2-3所示的方向图上，通过主瓣半功率角（即场强下降到最大值的0.707处）的两条向径之间的夹角叫做主瓣宽度。主瓣电平与后瓣电平之比叫做前后比，以分贝表示。前后比越大，说明天线排除从后面方向来的干扰能力越强。,4.天线的频带宽度 天线的频带宽度是一个频率范围，在这个范围内，天线的

6、某个或某些特性指标要满足一定的要求标准。频带宽度与天线的结构尺寸及接收频段有关，通常振子的直径越大，通频带越宽，但若太大则笨重，因此需要综合考虑。对于单频道天线，一般要满足8MHZ带宽。,5.天线系统的电压驻波比 天线系统包括天线本身、馈线、阻抗变换器、功率分配器和各种接插件等，它们之间阻抗匹配的好坏决定了电能的传输效率；只有达到目的阻抗匹配，才能减少反射，使信号能够有效地传输。通常用电压驻波比来表示天线系统的匹配程度。电压驻波比是指天线中产生驻波时的最大电压与最小电压之比。当阻抗匹配时电压驻波比VSWR=1，审干信号能够100%传输；当阻抗不匹配时电压驻波比VSWR1信号不能完全传输，且此数

7、值越大，传输效率越低。,二、常用天线的基本形式 实用的开路电视接收天线是由半波折合振子等到组成的引向天线。半波折合振子又是由半波振子演变而来的。1.半波振子 半波振子通常用金属导体（铜管、铝管或铁管）做成，两臂分别用绝缘材料固定在横杆上，其总长度等于接收频道中心波长的一半，高频电视信号从中心处馈入，如图2-4所示。,图2-4 半波振子天线的结构及方向图a）半波振子天线 b)E面（垂直面）c)H面（水平面）,半波振子天线的特性主要有以下几点：1)半波振子的输入阻抗为复阻抗，等于（73.13+j42.25），如振子长度缩短3%5%，可消除电抗部分而成为纯电阻，近似等于73。2)从图2-4的方向图可

8、知，水平面是全向接收，垂直面则 呈现字形，即半波振子天线的前方和后方都右以接收，具 有双向接收能力。3)半波振子的频率特性取决于金属导体直径，通常直径 越大，频带越宽。,2.半波折合振子 半波折合振子是由一根两端弯过来的金属管子构成，其总长度仍为接收频道中心波长的一半，两管之间的间 距取（0.020.03），一般约为30100mm开口长度VHF波段取3050mm，UHF波段取20mm左右。半疲折合振子天线不仅是天线的一种基本形式，也是构成多单元天线（引向天线）的核心，如图2-5所示。,图2-5半波折合振子结构,半波折合振子的特性主要有以下几点：1)输入阻抗为纯电阻，约等于300。2)半波折合振

9、子天线的前方和后方具有相同的接收能力。其方向图与半波振子天线相似。3)频带比相同直径的半波振子天线稍宽。4)半波折合振子天线中那根没断开的管子的中点是零点位，因此，在架设时可以直接把这点固定在任何支杆上（包括金属杆），而不需要使用绝缘材料。天线两端的弯曲半径是任意的，甚至可以及直角形。,3.引向天线 半波振子和半波折合振子的方向性都不够理想，天线的前 方和后方具有相同的接收能力，反射波影响较大，同时天线的波瓣太宽，增益很小。因此，实用中更多采用的是具有单向接收能力、抗干扰性能好、高增益的引向天线，也称为定向天线或者八木天线。引向天线属于多单元天线，通常是在一个半波折合振子的前面加上若干个引向器

10、，后面加上一个反射器。其中，半波折合振子与馈电系统直接连接，称为有源振子；引向器和反向器均不与馈电系统和有源振子发生直接的连接，称为无源振子。所有振子（也称单元）都平行放置，由天线横杆固定在同一个平面内，如图2-6所示。,图2-6 引向天线结构图,引向天线中各组成单元的作用如下：1）半波折合振子是引向天线的核心，它是有源振子，直接与馈线连接，把接收到的空间电磁波转换成高频电流并通过馈线送至系统前端。2）反射器是无源振子，它的长度比有源振子稍长5%15%，间距为/4。反射器可以反射从天线后方传来的电磁波，抑制天线后方的接收能力，增加天线的前后比，提高了方向性。3）引向器也是无源振子，它的长度比有

11、源振子短5%10%，引向器与有源振子间的距离之间的间距都为/4。引向器可以引导从天线前方传来的电磁波，加强天线前方的接收能力，使天线的方向性更强，主瓣更尖锐，提高天线的增益。,总之，彩多单元的引向天线，可使天线后方的电磁波减弱而从前方传来的电磁波加强，保证天线接收的单向性，提高了前后比，方向性更强，增益更高。实践证明，多加几个反射器，对提高天线增益收效甚微，因此通常只有一个反射器。但是，多加几引向器，天线增益却可能显著提高，但引向器数目也不能过量增多，否则不仅对天线增益的增加并无太大作用，反而会使天线的通频带变窄，输入阻抗减小，架设困难，一般VHF波段引向数目不要超过10个，UHF波段不要超过

12、20个。,引向天线的有源振子除了彩半波折合振子以外，还有复合振子、扇形振子等其他形式，如图2-7、图2-8所示。,图2-7 VHF波段有源振子的形式 a）S形复合振子 b）双折合振子 c）W形复合振子 d）角形振子,为了增加反射器的反射面积，提高天线的前后比，反射器还可采用由多根金属棒组成的“王”字形和角形反射器，如图2-9所示。角形反射器由于尺寸的限制，通常只用在UHF波段。,图2-8 UHF波段有源振子的形式a）羊角形半波振子 b）扇形振子,图2-9 反射器的其他形式 a）王字形反射击器引向天线 b）角形支射击器引向天线,4.组合天线9ioo 在弱场强区接收开路电视信号，即使采用引向天线，

13、可能得到的增益和方向性仍不足，这时可能将若干副引向天线按一定的规律排列起来，构成一个天线阵列系统，该系统称为组合天线或天线阵。组合天线的构成方式主要有三种：（1）水平排列方式 即将几副结构相同的引向天线按相等的间隔排列在同一水平面内，如图2-10所示。水平排列的组合天线只能加强水平面内的方向性。（2）垂直排列方式 即将几副结构相同的引向天线按相等的间隔排列在同一垂直线上，如图2-11所示。垂直排列的组合天线只能加强垂直面内的方向性。,图2-10 水平组合天线（双列）图2-11 垂直组合天线（双层）,（3）双层双列排列方式 即将四副结构相同的引向天线排列成双层双列形式，如图2-12所示。这种方式

14、可以同时加强水平面和垂直面内的方向性。垂直组合天线的最大组合增益较水平组合天线高，且占用空间小，架设方便。因此，一般都优先选用垂直组合天线。,图2-12 双层双列组合天线,三、馈线 接收天线将空间电磁波转换为高频电流，然后通过相连接的馈线将高频电流送到前端设备的输入端，通常使用同轴电缆作为馈线。为了减小损耗，馈线越短越好。同轴电缆和接收天线连接时要注意以下几个方面：（1）阻抗匹配 阻抗匹配是指天线输出阻抗和馈线的特性阻抗相等，并且馈线的特性阻抗和前端设备的输入阻抗相等，这时由天线送来的信号能量能够完全到达前端。同轴电缆的特性阻抗是75，引向天线中有源振了通常是半波折全振子，输出阻抗是300。因

15、此，同轴电缆和天线连接时，要加阻抗变换器，实现75和300之间的变换。,（2）平衡-不平衡变换 馈线还肯有平衡或不平衡特性，如果馈线的两根金属导体对地来说是对称的，就称为平衡式馈线；若对地来说是不对称的，则称为不平衡式馈线。同轴电缆属于不平衡式馈线，而大部分电视接收天线对地来说是对称的，属于平衡式。因此，同轴电缆和天线连接电必须加上平衡-不平衡变换器，否则若直接相连，会破坏天线的平衡性，使天线的方向图发生改变，抗干扰性也会降低。常用的变换器种类很多，如套筒式变换器、开槽式变换器和U开弯管变换器等。U开弯管变换器既有平衡-不平衡变换作用，又有75变换到300的阻抗变换作用。,四、天线的分类 实用

16、中通常按照频带宽度把开路电视接收天线分为单频道天线和宽频带天线两类。单频道天线只能接收1个频道，工作带宽为8MHz，如2频道天线、9频道天线等；宽频带天线能同时接收多个频道，工作带宽包含几个频道甚至几十个频道，如15频道的V1波段天线、612频道的V波段天线、1324频道的U波段天线等。选用单频道天线接收效果较好，容易把技术指标做得很高，也容易调整，但接收几套节目就需要几套天线，造价较高，适用于大、中型系统；选用宽频带天线可减少天线的数量，降低费用，但接收效果较差，适用于小型系统。,第三节 广播电视接收的其他的设备,广播电视接收的其它设备主要包括天线放大器、频道滤波器或陷波器等。一、天线放大器

17、 在远离电视发射台及开路电视信号较弱的边远地区，需要在天线的输入端加上一个低声放大器，放大接收到的微弱电视信号，以提高信号电平，改善信噪比。按照工作频带区分，天线放大器可分为宽带天线放大器和单频道天线放大器两类。一般要求与天线类型配合使用。单频道天线放大器使用单频道天线放大器，宽频带天线使用宽带天线放大器。宽带天线放大器的抗干扰性较差，所有的空间信号甚至强干扰信号都可以进入天线放大器，这在邻频传输系统中是不能采用的。因此，在有线电视系统中运用广泛的是单频道天线放大器。,天线放大器具有不同于系统中其他放大器的技术要求，主要包括：1）天线放大器是系统接收开路电视信号的第1级放大器，它的噪声性能对整

18、个系统的信噪比影响最大。因此，噪声系应很低，大约3dB左右。2）天线放大器应有足够的增益，以保证信噪比。3）天线放大器的幅频特性要足够好。4）天线放大器通常安装在室外，要求其能够经受风吹、日晒和雨淋等到自然气候，应具有防水功能。5）天线放大器具有单独的供电器。通常由室内电源供电，通过同轴电缆送至放大器，同时也通过同轴电缆传送接收到的电视信号，因此在这段同轴电缆两头要有隔直电路。单频道天线放大器的组成如图2-13所示。,天线放大器通常安装在室外天线杆上，天线振子下面1m左右的位置，这样可以缩短接收天线到天线放大器这间的馈线长度以减少损耗，提高载噪比。,图2-13 单频道天线放大器的组成框图,二、

19、频道滤波器 当接收环境中邻频干扰与杂波干扰较严重时，往往在天线输出端加装一个对应接收频道（或频段）的滤波器，这样可以最大限度的滤出该频道（或频段）以外的干扰信号，同时能让该频道的电视信号最大限度的通过。在系统中应用最多的是只能通过一个频道的带通滤波器，带宽为8MHz，称为频道滤器。频道滤波器的种类很多，有线电视系统中普遍使用的是LC带通滤波器和螺旋滤波器。LC滤波器由电感、电容组成、电路简单，成本低，性能稳定，但插入损耗大，调整难以控制，仅适用于100MHz以下的频率，包括15频道和调频广播。LC滤波器的电路结构和频率特性如图2-14所示。,图2-14 LC滤波器的电路结构,螺旋滤波器的插入损

20、耗小，绿波电路常采用螺旋谐振器的形式，可获得较高的选择性，性能优于LC滤波器，适用于100800MHz之间。如图2-15所示，螺旋滤波器的节数越多性能越好，螺钉用于频率和耦合度的微调，调整好以后，应加上锁紧装置，以防止螺钉松动。,图2-15 螺旋滤波器a)外形图 b)内部结构图,三、陷波器 当接收环境中有某一频率的干扰信号特别强，或者有某一个我们不需要的频道特别强，这时可在天线输出端接一个陷波器，来吸收掉某一频率处的干扰信号或某一个不需要的频道电视信号。陷波器也称为带阻滤波器，要求其陷波程度很深，陷波器的电路结构和频率特性如图2-16所示。,图2-16 陷波器的电路结构和频率特性a)陷波器电路结构 b)陷波器频率特性,