天线阵的玩法二,弱信号与多径干扰的抑制

天线阵的玩法二,弱信号与多径干扰
的抑制
前面写过有关天线阵的简单应用,简单分析了多信号源的同时接收,参见
内网审计这里再对天线阵有关弱信号和抗多径干扰(同频干扰)的一些应用做进一步的补充分析,
为了接收远地复杂信号或者弱信号,需要天线具有较高的增益和抗干扰能力。这时可用两副或者多副天线组合成一个天线阵来接收信号。通过对当今制作精良的电视天线进行适当的叠装组阵,可以有效地改善指向性、选择性,也同时提升增益。
考虑到现在多振子的鱼骨天线(八木天线)都有很好的增益和指向性,所以笔者认为,对于接收香港DMB-TH数字电视信号来说,天线阵对于改善信号选择性和抗干扰(多径干扰和同频干扰)的帮助大于提高增益的帮助。
天线阵有垂直组合和水平组合两种方式,垂直组合时,可以使垂直方向的方向性增强,水平方向的方向性影响很小;水平组合时正好相反。另外,天线阵水平组合时,在水平方向有一个角度会出现接收能力特别差的位置,利用这种特性可以抑制一部分多径干扰或同频干扰。
垂直组合的天线阵工作情况分析如下,
叠装两条天线在同一条垂直天线竿,可以显著缩窄垂直波束宽度角。也就是垂直叠装天线比起一条天线可以更有效地抑制来自天线水平面上方或下方到达的干扰信号。就好像通过水平百叶窗一条缝看出去,由于两条天线旁边没有其它东西,水平视角不受影响。与此同时,比单条天线提升了大约2.5dB的增益。
垂直叠装同时提升了增益和垂直指向性,有利于降低飞机(反射)颤动干扰引起图像滚动,及某些地面噪声和地面反射干扰。
叠装天线的基本原理是根据双天线组合截取的电波存在到达时间差异,也
就会出现相位差异。
如果一对相同的八木天线上下叠装在同一条天线竿,间隔距离为一个波长,同时指向信号来源。所有水平传送的不同方向的电视信号将被两条天线同时截取。沿天线指向的主轴到达的信号(图2.B)将被增强。
由于两条天线完全一样,产生的信号电压到达两天线共用输出端口的相位
将是相同的,就产生信号直接相加。理论上来说,应该是比单天线提升了
3dB(加倍)。由于耦合器及电缆损失,会稍微低于3dB。
重要的一点应该注意,即使天线不是直接指向信号来源,到达的信号也是
同步的。然而,如果信号的来源方向是在天线水平面的上方或者下方,这种同
步到达就不存在。如图1.A,当波前锋来自天线水平面下方,信号将先到达下
面的天线,上面天线的信号电压就会比下面天线滞后,那么两天线传输到输出
端口的信号将不是同相,这部分信号将出现抵消。对于波前锋来自天线水平面
上方的情况也是如此(图1.C)。炫轮
由于信号到达的角度,在两天线上存在到达时间不同,即信号相位不同,
导致合成信号电压减弱。您现在应该清楚,两条相同的,垂直叠装的天线在水
平面上下的"视角"为什么比一条天线窄得多。
实际接收深港DMB-TH信号的时候,垂直方向的干扰信号或反射信号相对比较少,所以这种垂直选择性的帮助可能用到的不多。更多是用到增益的增加。
水平组合的天线阵工作情况分析如下,
两条相同的天线并排叠装在同一水平面(图3)明显缩窄了水平波束宽度(图4)。这样的天线组合,有点像马匹戴上眼罩,"看"到左右到达的干扰就变少,
同时垂直面上下的视野不受影响。与此同时,比单天线的增益提升了1.2dB。
如果两条相同天线并排安装在同一水平面,信号的波前锋直接从正前方到
达(图5.B),每条天线将同时"看"到电波或磁场。如果电磁波从上方或者下方到达,同样也是同时到达,除非有一条天线工作不正常。
如果波前锋从一边或另一边到达(图5.C和图5.C),靠近信号来向的天线会"觉得"信号来得快,感应在两条天线的电压就会出现相位差,当它们合成之
后就会消除这部分的信号。
与单天线相比,垂直上下"视角"相当,侧面"视角"就会窄得多。实际接收
深港DMB-TH信号的时候,水平方向的干扰信号或反射信号相对比较多,所以这种水平天线阵的选择性帮助在复杂信号情况下会起到比较好的帮助;另一方面,增益的增加只有1.2dB(实际意义可能不算大)。
天线阵安装与连接的一些实战问题:建造天线阵,应该注意以下的一些注
意事项。
1)只能使用相同的天线(根据国内实情,最好选优质天线,否则即使同型号也可能保证不了一致性)
2)两条天线间距保持最少一个波长(以最低频道为准);
3)如果是建造水平天线阵,两个天线的距离还会决定某个特殊角度的信号
特别弱(这个特性可以用来抑制来自特定方向的同频干扰或多径干扰)。
4)调相线或连接电缆的长度必须相同,"丫"形连接器的长度和极性要求严
5)水平支架必须是非金属材料。
6)避免连接电缆水平布线
垂直叠装比水平叠装简单,就因为垂直叠装是安装在同一条垂直天线竿上,间距容易调整。
然而,现在的八木天线都有相当高的增益及指向性,垂直叠装很少有必要。如果真的需要附加的增益,两条相同天线垂直安装距离超过1/2波长可以提高
3dB的信号强度,连接电缆和耦合器会导致部分损耗,实际提高增益将小于
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2.5dB。
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水平叠装也需要它们的主杆距离等于或大于最低频道的1/2波长。间隔必
须保证最长的反射单元不能互相接触。同时水平支架不能使用金属材料。天线
间距有关问题:
为了优化性能,叠装天线必须适当控制安装间距。如果叠装天线没有分开
距离超过1/2波长的话,就会变成互为负载。负载是由于一条天线的单元将会
把接收到的部分能量在辐射到另一条天线的单元上,出现电磁场的增强或抵消。
最佳和最小间距是0.94波长和0.60波长(最低频道)。间距超过一个波长
将会降低叠装的性能。水平叠装的单元是"尖对尖",最长的单元有时会超过
0.6波长,所以实际最小的间距会超过0.6波长。为了避免两条天线最长的单
元互相接触,推荐两条主杆之间的距离是0.94最低频道波长。
由于某些空间限制(通常是高度),分开天线一个全波长的间距不可能时,
只能缩短间距但不能低于0.6波长。间距低于一个波长没有明显损失,但是距
煤气燃烧器离越近性能将越差。如果低于0.6波长,多天线叠装的优势将丧失殆尽。
所有天线支撑结构应该使用木材或塑料。水平金属支撑件会产生天线单元
的效果,会以无法预计的方式吸收并辐射接收到的能量,引起天线阵不正常的
电压/频率效应。
叠装用的天线应该是同样型号的,可以是全波段、单波段或单频道的,但
是一定要同型号。如果不是,两条天线输出电压的相位在合成之后,将无法产
生最佳的信号电平。
连接的实际问题:
正确连接天线和安装天线的间距与指向一样重要。把每条天线各自产生的
电压合成到一个点要求两点:1)合成两路信号不能出现相位差,2)不能加入多
余的信号和噪声。必须对安装选址、双天线相对定位及耦合关系、调相"丫"形
连接器和/或连接电缆都作仔细研究。双天线可以由平衡式传输线构成的"丫"形连接器(图6,图7)或天线合成耦合器(图8,图9,图10)。
天线合成耦合器安装较简单,比调相"丫"形连接器要求不那么严格而且寿
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线,不能扭曲缠绕。对于水平叠装,必须与水平45度夹角进行安装并保持。"丫"形连接器在天线端与合成点的极性必须正确,否则双天线性能有可能比单天线还差。
使用"丫"形连接器来连接两条300欧叠装天线可以起到隔离和避免信号损
失的作用,但是只可以对一个频道优化。"丫"形连接器还容易引入噪声而且安
装费时。调相"丫"型连接器采用平衡传输线制作,要求尺寸精确,极性正确,
仔细布线以求最佳性能。
垂直叠装的两条300欧单频道天线由两条平行的1/4波长或450欧转输线
连接。相位极性必须注意,如果天线没有标明极性,对应天线的左右端口的同
一侧作为相同极性。
300欧及450欧平衡传输线(扁平平行线)如下,
两条300欧单频道水平叠装的天线,要求使用两条等长度450欧平衡传输
线连接,长度为1/4波长的奇数倍,与水平夹角45度布线,相位极性必须注意。四方叠装可以想象成两组分开的垂直叠装,先进行垂直连接,在进行水平连接。
任何传输线都存在信号电压的最大点和最小点。必须截取电压最大点,或
者1/4波长的奇数倍长度进行连接。如果传输线长度不同,连接信号相位相同
点(长度相差为一个整波长的倍数)以获得电压相加。
由于波长是随着频率变化,由扁平平行电缆构成的"丫"形连接只适合单频
道天线。多波段或宽波段天线应该使用天线合成耦合器。
天线耦合器可以使天线叠装的连接简单化,只使用75欧同轴电缆。由于电缆存在损耗,要求尽量短并且等长度。电缆可以绑在金属主杆或天线竿上,由
于电缆属于金属导体,所以不能与天线单元成水平平行;否则电缆的屏蔽层就
会起到天线单元的功效,并辐射能量到天线造成信号的抵消和鬼影。
大多MATV(共用天线电视)制造商会出品多种耦合器用来叠装天线的合成。
连接叠装天线时极性必须正确,否则耦合器件输出无信号(无图像)。如果出现
无信号,将耦合器上其中一个300欧电缆的连接端口对调。
CC系列82频道多机耦合器(图9,图10)比SD系列更适用于合成同型号的叠装天线。当CC系列用在连接双天线时,两条天线分别连接在"TV-set"(输出端),输出则连接在"接天线"(输入端)。这个器件只是简单地分配或合成信号,它不会知道从它的输出端输入信号,它只关心连接到端口的设备阻抗。它不知道也不去管通过它的信号是什么方向流动。

本文发布于:2024-09-21 18:51:22,感谢您对本站的认可!

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