一种小型地面数字电视接收天线的设计和应用

2017-05-27尤丽娜

中国新通信 2017年9期

尤丽娜

【摘要】本文提出了一种适应于无线地面数字电视接收使用的全频带小型薄膜天线，通过软件分析和实际测试表明，该天线满足全电视波段完整覆盖、双极化稳定接收，能够支持室内外的固定接收和移动、便携式接收，具有较强的抗噪声、避免同频和邻频干扰等能力，非常适用于地面数字电视使用。

【关键词】小型化薄膜地面数字电视

一、引言

随着我国电视事业从模拟向数字化平移进程的不断推进，我国将逐渐停止模拟电视信号的播送。在这场技术革命中，研究开发高性能的地面电视接收天线是促进地面数字电视事业进一步发展的必然。

传统的室内电视接收天线均采用电偶极子及磁偶极子的线性极化天线，通常为拉杆、圆形及其变形结构。这些天线体積大、笨重、加工和调试复杂、成本高，其接收信号范围呈对称双波束，因而天线增益为零以致负值，抗干扰能力低，匹配性能差，驻波比一般大于3，使得电视重形现象严重。此外，传统的电视天线采用金属型材制作，材料耗费量大，加工工艺复杂，成本高。

本文提出的地面数字电视接收天线，从结构和性能上都做了相应的改进，能够克服市场上现有的产品的不足，能够有效避免出现信号微弱和画面重影等现象，具有较强的抗噪声、避免同频和邻频干扰等能力，达到有效提高数字电视信号接收效果质量的目标。

二、基本原理

本文提出的小型地面数字电视接收天线的基本结构如图1所示，该小型数字电视接收天线由金属铜箔导体、馈电器、底座、介质基板组成，其中金属铜箔导体由改进的对数平面螺旋曲线箔带附着在介质基板上构成圆极化平板天线，该天线采用微带板中心馈电，通过仿真软件确定微带板的合适尺寸。

根据图1建立模型，以螺旋线始端半径取10cm，螺旋率0.2为例进行仿真和实验。本文使用的仿真软件是HFSS，能够直接给出天线的S参数、驻波比、方向图等结果。天线实物测试使用AV3656A矢量网络分析仪。

三、仿真计算及实测结果3.1仿真结果电特性分析

传统的螺旋天线随着工作频率的升高，或者螺旋线臂长的增加，辐射场由线极化逐步过渡到椭圆极化，并最终达到圆极化。当螺旋臂长至少为一个波长时，天线半径至少等于四分之一波长时，天线的阻抗和辐射方向图开始趋于不变，呈现出非频变天线特性。本文采用改

进的螺旋天线形式，末端削尖截断，通过立柱绕线的方式增加尾部长度，保证小型化的同时最大程度上改善低频性能。用HFSS软件仿真结果如图2——图4所示。

由图2可以看出，该天线在全电视波段内驻波比均在2以下，说明天线具有较高的接收灵敏度及抗干扰性能；该天线增益如图3所示，在整个电视波段内，增益可达到6dB—8dB；由图4可以看出，该天线方向图具有全向性，可以同时接收水平方向和垂直方向过来的信号，天线摆放方向不会影响接收效果。

3.2尺寸参数对天线性能的影响

①该天线平面结构采用改进的对数等角螺旋形式，螺旋增长率选为0.2。螺旋增长率减小时，天线尺寸随之变小，螺旋臂曲度增大，电流沿螺旋臂衰减变快。通过软件仿真与实物测试，选取合适的螺旋增长率。

②螺旋线始端与中心点距离。由于该天线采用中心馈电的形式，天线的整体性能尤其是高频端性能取决于螺旋线始端间距和馈电情况。

3.3天线实物及实测数值

根据上述对地面数字电视接收天线的理论分析与仿真，结合实际应用制作了一种小型地面数字电视接收天线。各参数使用AV3656A矢量网络分析仪测量给出。图5是天线的驻波比实测曲线，可以看出，在470MHZ—870MHZ内，VSWR的值均小于2，说明该天线在整个电视波段具有良好的阻抗特性。实测结果与仿真结果符合得很好。

四、结论

综上所述，该天线具有较宽的阻抗带宽，抗干扰性能好，可实现全电视频道接收，是一种新型的具有低成本、小型化的平板天线，可以直接印制在纸板、塑料制品等上面，适用于室内、外及便携式移动环境使用，具有广阔的应用前景。