螺旋微帶貼片天線

3 移動接收地面數字電視的天線
3.1當淘汰了機頂盒，把一體化電視機視為一種計算機以后，只要把全方位螺旋微帶貼片天線直接插入數字電視機就能收看電視節(jié)目，在移動中接收數字電視，因為信號隨地理位置而變化，信道特性作動態(tài)變化，這就要求天線對不同信道的動態(tài)特性變化的穩(wěn)定可靠性做出實時反映，在移動中天線需在全方位范圍內保持一定的帶寬和增益。為此我們設計出一種全方位圓柱體螺旋微帶貼片天線，它把1/4波長的微帶諧振器呈螺旋狀地繞在具有一定厚度（h）的空心圓柱體上，其微帶貼片與地板構成同軸圓柱體，體積比較小，可以和任何載體共形（例如汽車），同時也能設計成任何規(guī)格（例如： 50Ω，75Ω）的帶線與同軸聯結器聯結，不需要匹配網絡，且空芯內部可以安裝有源電子器件。圖1就是1/4波長全方位微帶螺旋貼片天線的示意圖，（a）是1/4波長微帶諧振器，（b）是1/4波長全方位微帶螺旋貼片天線的示意圖。
選擇具有一定厚度h的介質，是為了增加輻射電導，使輻射對應的Qr值和總的Qt值下降，從而增加帶寬。當介質基片根據頻率選定后介電常數εr和損耗角正切tanδ這一對數據就同時給出，當εr減小時介質對場的“束縛”就減小，此時天線就易于輻射，但相對于天線的貯能就減小， Qr值下降，頻帶加寬，此時隨εr的減小會使介質基片的尺寸加大，選擇大的損耗角正切能使 Qr下降，頻帶加寬，但天線效率卻降低很多，所以要統(tǒng)籌考慮。
因為εr和tanδ是頻率的函數，所以選擇好介質基片后還要進行實測，以免設計饋電點的位置出現偏差影響阻抗匹配。我們選用的介質材料是聚四氟乙烯（PTFE），按設計尺寸一次沖壓成型，然后用蒸發(fā)，離子鍍銅工藝鍍好帶線與地板。
3.2 對微帶線寬度W的確定
因為帶線的長度λg/4，與εe（等效介電常數，λg=λo/√εe）有關，當εr和n為已知時，W就取決于εe，W的取值可按下列公式計算

其中fr為工作頻率
C為光速
εr為相對介電常數
fr選擇的是該城市電視臺工作頻道的鄰頻道（例如上海電視臺為CH38，我們選擇CH39），其目的是共用一個發(fā)射塔的天饋系統(tǒng)，只需增加一個鄰頻數字雙工器就可接入。
數字電視一般工作在470～860MHz范圍內，帶寬為6～8MHz,接收天線的增益在4dB左右。
當選用小于上式計算的寬度時，其天線效率將會降低，大于上式時，雖然可提高天線效率，但易產生高次模，影響圖像的清晰度。為了確保全向方向圖，微帶線的寬度應大于圓柱體的直徑（D）為佳。

為避免工程上的復雜計算，在設計微帶線時對不同的介質，不同的尺寸帶線特性阻抗，可查微帶天線工程手冊中給出的不同W/n，√εe, Zo值。
3.3 對全向螺旋微帶貼片天線的修正
我 們設計好的螺旋微帶線終端是開路的，從理論上講終端開路是具有無限大的開路負載阻抗的，但實際上它不是真正的開路，由于開路端存在著電場的邊緣效應，相當 于在終端附加了一個終端電容，為抵消這個終端電容的影響，開路端總要比理想設計的計算值縮短一個Δl長度。
因為λg/4微帶線是呈螺旋狀纏繞在圓柱體上的，在末端產生突變（變尖），這種突變會引入附加的電抗，所以要針對這種突變對微帶線進行修正來抵消這種電抗的影響。
當終端負載阻抗為無限大的λ/4傳輸線時，其輸入組抗為零，如果終端負載接有一個附加電容仍要保持輸入阻抗為零，此時的微帶線就要縮短一個Δl長度。
為了修正而去掉的Δl值與W、h、εr值有關，用微帶線修正理論分析與計算要引入許多復變函數極為復雜，同時又給出許多假設條件，不易得出準確的結果，實際工作中要經過反復實驗與經驗的積累來修正，Δl一般取微帶線長的0.2倍。
我們所設計的λg/4螺旋微帶貼片天線是用切掉微帶線一個角（例如圖2中的T1）來抵消終端電容，附加電抗的影響的，同時它還能微調諧振頻率，當切掉T1時會使諧振頻率增加，對阻抗匹配影響甚微，當切掉T2能頻率降低，但對阻抗影響很大，需重新調整阻抗匹配，所以設計時應將諧振頻率略往低一點考慮比較有利。為使螺旋微帶貼片天線容易輻射與接收，在邊緣地帶留有一定距離的輻射縫隙（圖2中B），經驗證明兩帶之間的空間隔（圖2中S），至少為微帶線寬度（W）的一半時，天線工作效率最好，由此可簡單地確定螺旋圈數。饋電方式直接影響到微帶線的輻射特性，我們選用50ΩBNC型接插件，背饋輸出、接插頭的中心線與微帶線饋電點聯結，接地端與圓柱體內壁地板相連。為使螺旋微帶貼片天線不受外界環(huán)境影響，在天線外部設計安裝了一個玻璃鋼外罩加以保護，預防雨雪侵害。天線底部加一塊磁鐵供吸在汽車頂部用。

4 結束語

螺旋微帶貼片天線具有全方位特性，所以它廣泛地應用在移動接收地面數字電視廣播和手持設備中，它可以直接插入車載一體化的數字電視接收機中收看電視節(jié)目，無需無線自動跟蹤系統(tǒng)的昂貴設備，目前在國外發(fā)展很快。我國的地面數字電視起步較晚，市場特別大，但缺乏自己的專有產權技術標準，盡管清華正在研制數字多媒體廣播地面（DMB-B）標準，交大在開發(fā)高級數字電視廣播地面（ADTB-T）標準，但都還在不斷完善之中，中國需要有自己的自主知識產權的標準，目前國內廠商已有能力提供業(yè)內人士認可的DVB 核心設備，也開播了不少數字電視頻道的試播節(jié)目，所以希望有關部門盡快公布我國自己的地面數字電視視頻廣播標準，創(chuàng)造更好的數字電視環(huán)境，讓人們享受高科技帶來的高清晰度數字電視節(jié)目。