共用天线电视系统各部件功能与特性

4.1.3　共用天线电视系统各部件功能与特性

1）高增益天线

高增益天线用来接收广播电视发射台的信号。在远离发射台的地区，电视信号场强很弱，要想稳定地收看电视节目，必须把接收到的微弱电视信号放大到足够大小，为此，必须提高电视机的灵敏度，即电视机对微弱电视信号的放大能力。在电视机中放大微弱电视信号虽可采用提高高频头增益和中频放大器增益的办法来解决，然而，放大器增益提高太多，不仅放大器不能稳定地工作，而且会降低系统的信噪比，影响系统的接收质量。因此，要想提高对微弱信号的接收能力，最好的办法是采取高增益接收天线。天线的增益越高，输出的信号电平就越高，系统的信噪比也就越高，系统的接收质量就越好。

高增益天线常选用引向天线（又称八木天线），它是一种多振子的电视接收天线，增益可达14dB左右。采用高增益天线不仅可提高信号增益，而且由于改善了方向特性还可以提高抗干扰能力。

共用天线电视系统中对天线的要求是：

（1）有较高的增益，以提高系统的接收效果。

（2）有较好的方向特性，以提高系统的抗干扰能力。

（3）有良好的匹配特性，天线的阻抗与传输线阻抗基本相等，以减少反射波对系统的干扰。

（4）体积要小，机械强度要高，并采取必要的避雷和接地措施，以提高系统的安全性和可靠性。

高增益电视天线有VHF频段天线和UHF频段天线之分，其结构如图4.5所示。

图4.5　高增益电视天线

通常VHF频段在强场区，中小型共用天线电视系统可以使用单频道接收天线；UHF频段一般采用频段天线；而在弱场区要采用复合天线。在选用天线时，要对接收点的信号场强用电视信号场强仪进行测试，如果测试电平在60dB以下，则需加装天线放大器。共用天线电视系统的天线及天线放大器安装示意图，如图4.6所示。为了避免因天线电缆过长而使信号衰减，要把天线放大器安装在天线竖杆上，并且尽量靠近天线下端。放大器的电源通过前端信号处理器部分加以馈送。

图4.6　天线及天线放大器安装示意图

在共用天线电视系统中，原则上不要使用宽带天线。因为要兼顾较宽的频带，故性能指标不会太好，而且几个发射台很少都在一个方向上，很难使每个频道都获得满意的效果；同时共用一副天线带来的多频道信号在放大器中的相互干扰，在技术上也不好解决。最好的办法是一个频道设置一副天线，并且把其他频道的信号一概加以滤除，使进入本频道放大器输入端的信号，只有本频道一种信号。如果认为它太弱，可以提高放大器增益；如果觉得它太强，可以降低放大器增益。通过调整使各个频道的信号强度保持同一水平。

2）前端信号处理器

前端信号处理器是共用天线电视系统的重要部分，其信号处理的好坏，直接影响着整个系统的技术质量。处理方式有直接放大式，“解调—调制”式、频率变换式等多种方式。

（1）前端信号处理器的目的

共用系统往往要接收好几套广播电视节目，虽然一套节目设置了一副天线，然而接收下来的信号强度却是不一致的，图4.7给出了前端信号强度的示意图。前端信号处理器的任务是把各套节目的信号放大到一个强度水平上。然后再把它们混合，送到用户传输网络上去。由图中可见，1、4、12、…、32频道的信号强度示于曲线（1），其中1、12频道信号较强，32频道信号较弱。经过前端信号处理器，都要把它们分别放大处理到同一强度水平，然后混合输出，其输出要求示于曲线（2）。通常要求前端信号处理器各频道输出电平达到100dB，隔频传输不得相差3dB，邻频传输不得超过1dB，如果相差太大，将使用户电视机产生交叉调制。

图4.7　前端信号强度示意图

（2）直接放大处理方式

所接收频道与传送给用户的信号频道，无需变化的放大传输方式，称为直接放大处理方式。

该处理方式只要在此频道信号处理的通道上，加装衰减器、滤波器、频道放大器即可。在前面给出的系统组成结构图中1、4、12频道就是采取直接放大处理的方式。

①天线滤波器。天线滤波器的用途在于选择出需要接收的频道信号，滤除邻频的干扰信号，以保证一副天线只接收一个频道的信号并将它送给频道放大器。人们常把天线滤波器比作选频的“门岗”，只允许本频道的信号获得有效地传输。按照邻频信号的强度不同，天线滤波器可采用低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等，通常都采用带通滤波器。如果本地电视台的干扰信号很强，邻近频道的远距离信号往往被它淹没，可在天线输入端加接吸收回路来衰减本地电台的信号，抑制它对远距离微弱信号的干扰。

②天线放大器。如果天线收到的本频道信号低于60dB，甚至只有40dB，就要考虑加装天线放大器。由于天线放大器处于整个系统的最前端，其噪声将给图像带来影响，因此要选用噪声系数小的天线放大器。天线放大器有宽带天线放大器和单频道天线放大器两种。在共用系统中，多选用单频道天线放大器，该放大器具有调谐回路，能提高选择性，对抑制邻频干扰有明显效果。

③信号衰减器。如果天线接收的本频道信号太强，达到80dBμV以上，则直接输入频道放大器会使放大器过载而产生信号失真，此时要考虑加装信号衰减器。信号衰减器有固定衰减器和可变衰减器两种，通常选用可变衰减器。

④频道放大器。频道放大器用于前端，只放大一个频道的电视信号，因此抗干扰性好。该放大器的输出经混合器再与用户分配系统相接，要求其有较高的输出电平，增益应该是可调的。其动态范围大，要避免大信号的非线性失真。按照国家规定，一个频道的电视信号所需的频带宽度为8MHz，频道内增益变化在±1dB以内。好的频道放大器应设有自动增益控制功能，这样才能保证在输入电平变化的情况下，频道放大器也能输出符合要求的图像和伴音信号。

频道放大器通常分UHF和VHF两大类。如国产UHF频道放大器JZ61A的工作频道为Ch₁₃～Ch₅₆，增益30dB，最大输出电平90dBμV，噪声系数5dB，输入、输出阻抗75Ω。VHF频道放大器JZ27VS的工作频道为Ch₁～Ch₁₂，增益30dB，最大输出电平＞90dBμV，噪声系数5dB，频响＋3dB、-1dB，输入、输出阻抗75Ω。

（3）“解调—调制”的处理方式

当接收到的某一频道的电视信号需要变换成另一频道传送给用户分配网络时，常采用“解调—调制”的处理方式。图4.8给出了频道信号变换方案的框图，图中是把Ch₃₂的电视信号变换成Ch₉信号输出采用的“解调—调制”方案。

图4.8　频道信号变换方案框图

解调器用以把Ch₃₂的射频信号解调出视频和音频，再用此视频、音频信号对调制器里的Ch₉载频进行调制，然后传输给混合器即可。

调制器不仅用于频道变换，还用于自办节目的播出及有卫星接收机和微波中继的场合。调制器输入的视频信号和音频信号可来自解调器、卫星接收机，还可来自摄像机、录像机、VCD等设备。

（4）频率变换方式

频率变换方式通常选用频率变换器来变换电视频道的频率，常用于中、小型共用系统。由于频率变换器的增益不高，在前端信号处理器中，还必须在其后面串上频道放大器，才能得到系统要求的输出电平。在弱场强地区，前面还必须加天线放大器。从结构上考虑，它可以和频道放大器装在一起，也可以分开。若分开，可以把它做成防水结构以便安装在天线竖杆上。天线放大器、频率变换器、频道放大器的连接，如图4.9所示。

图4.9　频率变换方式的连接

频率变换器根据变换的频段不同分为四种：U/V频率变换器，V/V频率变换器，V/U频率变换器和U/U频率变换器。

（5）混合器

把多个输入端的电视信号馈送给一个输出端口的装置称为混合器。有时参与混合的还有经过调制送到某一频道的自办节目和调频广播（FM）。

常用的混合器有有源混合器和无源混合器两类。有源混合器由带通滤波器和宽带放大器组成；无源混合器由高通、低通或带通滤波器组成。混合器没有严格的频率限制，它把不同频率的输入信号混合在一起，但要求在各输入端之间有一定的隔离度，要满足各端口的匹配要求。

衡量混合器性能的主要技术指标是工作频率、插入损耗、隔离度、带外衰减和带内平坦度以及反射损耗等。根据工作频率的不同，有V频道混合器，U、V频道混合器，U、V、FM频道混合器等。由高通、低通滤波器组成的混合器插入损耗一般为1dB左右；由窄带带通滤波器组成的混合器插入损耗一般为2.5～3dB。所谓插入损耗，是指输入端电平与输出端电平分贝值之差，插入损耗越小越好。

（6）前端功率放大器

前端功率放大器又称主放大器，是前端的重要设备，其性能好坏直接影响着全频段的电视信号质量。前端信号处理器通过主放大器与用户传输网络相连接，要求有较高的输出电平，一般为110dBμV左右或更高，这种信号输出要求其动态范围大，以减小信号输出时的非线性失真。该放大器具有良好的自动增益控制特性，为了适应系统调整的需要，设有增益调整装置。它还具有良好的宽频放大特性、抑制交扰调制特性和良好的匹配性能。

3）用户传输网络

用户传输网络的任务有二：一是把天线和前端接收、处理好的各频道电视节目以及自办节目，无失真地传送给大厦或小区的所有用户；二是传输给各用户终端盒的电平，不能过高，也不能过低，必须满足用户电视接收机的要求，一般为60～80dBμV。电视机输入电平过高，会使电视机过载；输入电平过低会使电视机画面质量降低。

用户传输网络主要通过对传输电缆、分配分支器件的搭配和计算以及前端输出电平的调试来满足各用户的电平要求。用户传输网络又叫用户分配网络，常用的线路器件有分配器、分支器等。有关用户传输网络的结构原理及工程设计，将在有线电视一节中加以详细分析。