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無線話筒系統的操作和設計概念

天線
來源:鼎潤通 更新日期:2008-06-06 作者:佚名
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  無線話筒系統的操作和設計概念——天線

    載波信號的頻率決定著無線信號的波長。無線信號和光以同樣的速度傳播。如果你取無線信號在一秒鐘內傳播的距離,并將其按載波頻點加以劃分,你就會得到載波頻率一個周期的實際長度。絕大多數無線話筒發射機和接收機使用“四分之一波長”作為天線長度。

    發射機通常握在手中或戴在身上,因此在天線上總有受人身體的影響。不同生產廠商對于發射機的天線設計變化很大。

    接收機經常安裝在其他設備或鄰近的大型金屬表面上,任何形式的安裝將會影響到天線的功率。通常為四分之一波長的鞭狀天線,直接安裝在接收機的底部,它使用接收機的外殼為天線提供一個接地面。在關鍵場合或為取得最大操作范圍的應用中,不同類型的遙控天線被普遍使用。

    我們不想深入研究天線理論和設計的復雜問題,以下的信息只是簡單地強調大家主要關心的問題和被廣泛應用的設計的操作優勢。

    腰包式發射機的天線

    VHF腰包式發射機通常使用話筒電線的護罩作為其天線,盡管某些老式的設計仍舊沿用“垂吊式天線”。UHF腰包式設計普遍使用一個分開的1/4波長的鞭狀天線來將有效的射頻功率輸出最大化。值得注意的是,當天線放置在使用者身上時,到達接收機的輻射信號變少,天線的輻射輸出也同時降低。一般來說,把帶有天線的發射機垂直地放置以進行環狀輻射是最佳的想法。在垂直定位中,使用者可以隨意移動,但仍能輻射足夠強的信號給匹配的接收機。

腰包式發射機的天線

腰包式發射機的天線

 

    手持式發射機用天線

    絕大多數手持式發射機使用一根可以通過塑料外殼來輻射射頻信號的內部天線。許多手持式發射機的設計使用一個金屬外殼,該外殼就變成了天線電路的一部分。由于在UHF頻段時只有幾英寸長,通常也使用從話筒底部伸出的、有彈性的鞭狀天線來達到此目的。手持式發射機的益處是,當使用時,只有人手和話筒有直接接觸,這使得天線可以有效地輻射。在使用突出鞭狀天線的設計中,使用者的手變成了準地面的一部分。

    對手持式發射機來說,雙曲線的“啞鈴”形狀可以很好地工作。它有一個安全的握柄且拿在手中很舒適。當用一支手拿時,無論手是位于發射機之上還是之下,天線通常不受影響并可以有效地輻射信號。當兩只手拿時,由于一之手在上而另一支在下,天線輸出將受到影響。

手持式發射機用天線

手持式發射機用天線

 

    外接插式發射機用天線

    帶有集成天線的外接插式發射機是使用電池艙周圍的外殼作為發射天線的一極,話筒和人手組成偶極子配置的另一半。輸入連接件之下的絕緣體將天線組件分離。該配置的輻射射頻功率比標準手持發射機配置的要高。

外接插式發射機用天線

外接插式發射機用天線

   接收機用天線

    對于發射機來說,用戶沒有太多的設置和技巧可以顯著改變發射機天線的效率和設計。不過,就接收機而論,有許多選擇可以應用到接收機的天線上。不同的原料可應用于各種不同型號的天線上,也包括專業制造天線的生產廠商。該文的主旨只是強調在操作無線話筒系統中一些通常使用的天線種類。我們不會討論天線的復雜理論知識,而代之以簡化的某些基本類型的描述,這包括哪些類型的天線適用于何應用的一些建議。

    在某些應用中,天線的性能表現在與安裝的物理限制比較起來可能顯得不那么重要。例如,在會議室,盡可能保持聲音系統組件的隱形是重要的。將高性能的天線放置在會議室的一側墻上是不允許的。由于從發射機到接收機天線的距離通常很短,天線的有效作用不是主要問題。因此,融合在室內裝飾中的天線,或不可見的天線對于該應用是有意義的,但不能使用理想接收類型的天線。

    在其他應用中,比如劇院和舞臺,雖然天線的物理外觀顯得不太重要,天線的性能表現卻是主要關心的問題。在該例中,天線可能必須放置在遠離舞臺幾百英尺的地方。另外,在天線位置可能存在大量的射頻噪音和干擾信號。因此,在這項應用中有意義的做法就是使用高頻指向天線,而忽略其外觀。由于觀眾看不見天線,所以它究竟看起來怎么樣沒有太大區別。

    1/4波長

    這是通常應用在無線話筒接收機上的天線。鞭狀天線長度可以是固定的,或伸縮式設計的。長度大約是系統操作頻率的1/4波長。鞭狀天線作為輻射單元,接收機外殼作為接地面。對于絕大多數的應用來講,接收機上直接安裝的1/4波長的鞭狀天線可以提供足夠的操作范圍。垂直放置時,它提供具有水平方向上環形的平等接收靈敏度,上下方除外。

接收機用天線

接收機用天線

 

    在同一場地架設多通道無線系統時,由于接收機彼此間很靠近,鞭狀天線之間也很靠近,這時候將會產生問題。不過,在絕大多數的應用中,當在同一個房間中架設3個通道左右的無線系統時,鞭狀天線普遍上講就已足夠了。對于同一位置同時使用超過3個通道的多通道無線系統來說,最好使用射頻天線分配器和外部遙控天線。

    螺旋式天線(橡皮鴨式)

    與常規的鞭狀天線相似,該類型提供了較短的物理長度,但與1/4波長的鞭狀天線比較起來,它的帶寬更有限。這種類型的天線不是將元器件直線延長到1/4波長,而是將天線螺旋纏繞成一個線圈。單元中的金屬線與直線鞭狀天線有同樣的電子長度,但整體物理長度變短,并且在盤繞后顯得更加靈活。螺旋式天線的接收效率通常不如直線1/4波長的鞭狀天線,但是在某些應用場合中更加關注天線的耐用性而不是有效性。

    螺旋式天線的最普通的應用是在上攝像機的接收機上使用,以進行現場拍攝或電影制作,因為較長的天線很容易被折斷,或影響其他設備的正常工作。

螺旋式天線(橡皮鴨式)

螺旋式天線(橡皮鴨式)

 

    接地平面類型的天線

    這種類型的天線比1/4波長的鞭狀天線而言可以提供更大的接收信號增益。它是由單一的,1/4波長的垂直單元構成,周圍由放射狀單元包圍。當放射半徑與垂直方向向下偏離45度角時,提供最佳的阻抗匹配。調整天線位置以使放射半徑最靠近最近的邊界(地板或天花板),可以產生最好的效果。在戶外使用時,通常將其垂直安裝(單一單元指向上方)。如果安裝在室內的天花板上,通常將其掉轉以達到最佳的工作模式,單一單元指向下方以使放射半徑最靠近于天花板。

    接地平面天線展示了環狀覆蓋模式,其與垂直面正交。這對于諸如在音樂中央位置或遠離重要射頻干擾源的大型房間的應用里是一個不錯的選擇。

接地平面類型的天線

接地平面類型的天線

  同軸式天線

    這是一種特殊類型的天線,可利用普通同軸電纜進行制造。它的工作原理更像偶極子天線,中心導體切成1/4波長,從同軸電纜罩中伸出。為了給接收機提供更好的阻抗匹配,該電纜罩也被切成1/4波長。

    可以垂直或水平放置同軸天線。雖然這種類型的天線不是特別有效,但可以將其安裝在其他類型天線不方便安裝的地方,例如吊頂之上或隱藏在墻內。當垂直放置時,它提供位于正交天線軸心的發射機的環形接收覆蓋模式。并折疊在同軸電纜之上。

同軸式天線

同軸式天線

 

    偶極子式天線

    這是一種呈現環狀覆蓋模式的雙重單元天線。每個單元通常被切成1/4波長。將發射機放置在與單元垂直的位置上以取得最大接收靈敏度。由于偶極子天線容易制作,從音樂廳到戶外制作場景得到許多應用。

    此處顯示的是一種帶有可調單元組的多功能偶極子設計。從500到800MHz的頻率刻度標記在天線體上。單元組沿天線體折疊以調節頻率,這使得該設備易于存放。

偶極子式天線

偶極子式天線

 

    (鯊魚鰭)天線

    該縮寫代表“LogPeriodicDipoleArray”。這是一種多組件,強指向型天線,寬頻點范圍(例如500到800MHz),高于偶極子天線4分貝增益的天線。拾音方向圖與心形話筒相似,并與放射單元垂直。

    在各種頻點的多通道無線系統,LPDA天線普遍用作提供射頻信號的唯一外置天線類型。安裝LPDA天線不要將其放置在靠近反射面附近。在UHF頻段,通常放置位置沒有關系,但在VHF頻段,室內使用時將受到某些限制。

(鯊魚鰭)天線

(鯊魚鰭)天線

   Yagi天線

    這是一種多元,強指向天線,操作于有限的頻率范圍之上。Yagi天線實際上是一種偶極子單元組成的“無源天線矩陣”。它包括一個基本的偶極子天線、以及由其它偶極子單元改進的寄生偶極單元,該寄生偶極單元被放置在偶極子天線單元的前方或后方的特定位置。偶極子天線背后的單元稱為“反射器”,而偶極子前方的單元稱為“導向器”。當更多的“導向器”單元加在偶極子天線前面時,模式變得更加具有定向性。典型的三元Yagi天線將比偶極子天線產生約3或4分貝的增益。一個五元Yagi天線設計可以進一步產生10分貝或更高的增益。增益越高,放置的位置就越關鍵。

Yagi天線

Yagi天線

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