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调频广播天线与调频广播的高保真接收
2007-08-25 08:56:25  作者:罗铁军  来源:广播爱好者  浏览次数:854  文字大小:【】【】【

一、调频广播为什么受大众欢迎:随着电子技术的飞速发展,为我们提供了越来越多的音响产品,如密纹模拟唱片、磁带、CDMDMP3 调频广播 等,调频广播自七十年代末在我国开播,九十年代中期得到了飞速的发展,它之所以受大众欢迎,主要有以下特点:

 

1、音质好:质量好的调频广播音频频率响应的上限可达15000-16000Hz ,已迈入了高保真音源的行列,其音质不亚于卡座,甚至可以和CD媲美,特别是FM立体声广播的出现,更受大众青睐。

 

2、内容丰富:特别在经济发达的地区开办了大量的专业台,如文艺台、经济台、金融台、交通台、音乐台、娱乐台…等,以浙江嘉兴为例,大部分地区可以收到上海、杭州、苏州、宁波…等城市的近四十个频道,其中杭州的五个频道均为24小时播音,使得收听广播不受时间的制约

 

3、组建、使用调频广播接收系统成本低:通常只需在原音响组合中加一台FM调谐器,少则仅几十元,一千元的FM调谐器已是高档机了。使用调频广播接收系统只是一次性投资,因为所有收听的节目都是免费的,所以众多的音响爱好者把调频广播作为一种新兴的音源。

 

二、架设室外天线的意义:很多调频广播收听爱好者在使用道奇、山灵、 德生之类较优秀的调谐器时,感觉使用效果不尽人意,其实多半原因在于接收环境与接收天线,而并非都是调谐器灵敏度的问题。

 

1、由于墙壁的阻挡,所以室外的场强通常要比室内的场强大15分贝以上。

 

2、室外天线与室内天线的高度差通常在5米以上,有的可达10米以上。

从公式EDet =

 

可以看出,用户天线架设高度的 ( h 2 ) 增高可以使接收点的电场强度增大。从以上两点可以看出,使用室外天线较室内天线在环境上有“先天优势”。

 

3、室外可以架设体积较大的高增益多单元天线。

由此可见,在组建FM-Hi Fi系统时,架设室外天线对高保真收听调频广播起着举足轻重的作用,换句话说,想要改善调频广播的音质,最有效的办法就是架设室外天线。

 

三、天线架的作用天线架的实质就是一个能量转换器,调频广播接收天线架是将空中的调频广播电磁波转换成电能后通过馈线以供收音机使用。由于天线架是整个接收系统的最前端,所以对接收效果起着决定性作用。对于天线架有三大要求:

 

1、良好的增益:增益是用来衡量天线接收信号的能力,最有效的办法是增加引向器,但要注意增加引向器的同时会使天线架的带宽变窄。

 

2、合适的带宽:带宽表示天线接收信号的频率特征,通频带越宽,表明它同时接收多个频道的能力越强。我国调频广播的频率在87.5-108MHz之间,由于整个工作频宽20MHz,因而在不影响带宽的情况下仍可以做成多单元八木天线,考虑到抗风性能及机械强度,一般做成5单元以内比较适宜。

 

3、较好的方向图:方向图表示天线对不同方向传来的信号所具有的接收能力,为了获得最高的信杂比 ,应使接收天线接收能力最强的正方向与电视台发射的信号方向垂直,另外由于发射信号为水平极化方式 ,所以接收天线应水平放置。

 

四、转向电机的作用:在接收调频广播时,为了获得最高的信杂比 ,应使接收天线接收能力最强的正方向与电台发射的信号方向垂直。垂直接收时,一方面可以获得最高的电平,使噪声了降到最低点,以达高保真收听,同时增加了有用信号与无用信号的比值,以抑制邻频干扰。因为调频广播的频带较宽,一般单声道频带宽度约为200-250KHz,立体声频带宽度为400KHz,是调幅广播的几十倍,平时所说的电台频率是它的载波频率,上下还有带宽为200KHz的边带信号,所以在接收调频广播时,一般两个频道相隔频率300- 400KHz时就不大会产生干扰,强信号的两个频道中间相隔800MHz才能保证不会产生干扰。使用普通拉杆天线时,接收范围受到局限,也就避免了远地的载波频率相近的调频广播的干扰,使用高增益的室外天线后,明显增大了接收范围,加上各地调频广播频率分布不均匀,电台多的地区邻频干扰发生率较高,去年夏天,笔者使用道奇汽车收音头和国内首套FMA9901A型调频广播天线,以浙江嘉兴为中心,在半径120-240公里内曾收到82个电台,通过转向可以稳定的、固定的接收约有40个电台,经常变动的电台大约10个,如果只停留于某个方向时,只能收听约20个电台,且一部分电台不是很清楚。例如在接收 106.4MHz浙江慈溪人民广播电台,106.5MHz浙江德清人民广播电台时,如不转向,那么只能收听其中一个电台,或者因两个电台相互干扰一个都听不好。通过转向,二个台全部能正常的收听,同时还能收好106.7MHz上海市青浦人民广播电台。所以在进行全频段多方向接收时,需经常调动天线的接收方向,作为FMA9901A的用户只需按动电源盒上的按钮即可在室内轻松的控制天线架的接收方向。

 

四、天线放大器的作用天线放大器是调频广播天线的重要组成部分之一,它的作用是将天线架输出的电平幅度放大,以改善收听效果。另外,天线为了获得良好的信杂比,通常把天线架得很高,这样高频信号在传输过程中损耗很大,所以天线放大器的另一个作用是用来弥补各部分因传输带来的损耗。只有放大器在稳定状态下工作并和天线架进行合理组合时,才能使整个天线发挥最大的接收能力,对于放大器有三个要求:

 

1、合适的工作频带:调频广播的工作频率范围为88-108MHz,为了提高天线放大器的增益和抗干扰能力,工作频宽也应该在这个范围内。

 

2、噪声系数:是衡量放大器内部杂波的一个指标,它是限制灵敏度的主要因素,为了减小噪声系数,就应采用噪声系数小的放大管。

 

3、稳定的增益:一般调频广播天线放大器采用FM单频段放大器,增益在15-25分贝之间,采用一只低噪声的微波晶体管即可满足需要。不少人认为天线放大器的增益越高越好,常以放大器增益的高低来衡量天线放大器的优劣,似乎把放大器当作“万能器”,其实天线放大器的增益过高往往弊大于利(其实任何频率的放大器的增益都不宜过高),因为放大器对输入信号要求有一定的强度 ,对于极其微弱的信号并不能进行有效的放大,或者说是毫无意义的。所以想要增加天线的接收能力,盲目加大放大器增益的途径是徒劳的,在多级天线放大器中,前级放大管的噪声系数几乎决定了整个放大器的噪声系数(即天线放大器灵敏度)。同理,要增加天线的接收能力,应该从天线放大器的前端 天线架入手,利用多单元天线架或组合天线架的低噪声、高增益的特点,配以相应的放大器是最有效的接收天线。

 

五、使用室外调频广播接收天线后可以收多远的电台 这是广大发烧友提的最多的问题之一,其实这个问题是无法直接用数字回答的,有些商家在广告中以包收一定数量的频道或一定的距离来证明其天线的性能 ,这种承诺是违背客观事实的,因为无线电接收天线或其它无线电接收设备只有灵敏度这项技术参数,没有反映接收距离这项技术参数。通常我们用公式EDet =

计算接收点的信号场强,在公式中h1表示发射天线的高度,h2表示用户天线的高度,P表示发射天线的功率,λ表示发射频率的波长,D表示天线方向系数,D t 表示发射天线与用户天线的距离,显然,众多的客观条件已经决定了用户所在地的频率资源,天线能接收多远的电台得首先取决于所需接收的电台信号是否传到接收天线上,其次才是天线对微弱信号的接收能力(也就是接收天线的灵敏度),此外传播路径对传播距离有很大的影响。

 

1、由于传播路径(也就是发射天线与用户天线之间的环境)是复杂多样的,因此在两个不同地方使用同样的接收设备接收同一电台,远的地方接收的效果未必比近的地方差,笔者所处的地方在嘉兴市南部,在一楼室内使用普通收音机即可收到上海东方广播电台101.7MHz(不保证高保真接收),但在离发射台更近的市中心一楼内却很难收到该台。

 

2、天气的变化会对传播路径产生变化,在一般情况下,调频广播是按视距传播的,如发射天线相对地面高度或海拔高度差距不是很大的情况下,通常不能传播很远,在某些特殊情况下,电台发射的信号通过绕射、折射、散射或反射,会将数百公里、甚至千里外的信号传过来,笔者在99年的6-8月份就曾经收到因电离层反射的信号,如:韩国90.5MHzKBS台、辽宁经济广播电台99.2MHz、香港电台第一台93.4MHz、台湾省汉生广播电台106.5MHz 等节目,最近,笔者又收到了这类方式传播的电台,主要韩国、广西、广东、陕西等地的电台 。这类方式传播的电台有以下几个特点:

 

1、发生的时间多数在夏季。

2、如在白天收到,则连续收听时间不长,通常只有几分钟至几小时,而且经常会插入噪声干扰,在本地电台较多的地区,更加难以收听。如在晚上或午夜收到,信号往往很稳定,收听效果毫不逊色于本地台,并且能收听到早上5点钟。

六、使用室外调频广播接收天线后可以收多少个电台 这个问题有点类似上一个问题,笔者认为使用不同的天线会有不同的效果,同一套天线在不同的环境下使用会产生不同的效果 ,正确使用室外调频广播天线后能使用户的调频广播接收系统达到最理想的状态。从FMA9901A调频广播天线用户反馈的“用户登记表”上看,个别用户增收的电台最多达20几个,但这并不代表所有用户的使用效果。也有个别用户在使用天线后,仍一个电台也收不到,因为用户处在调频广播信号的盲区。笔者观点:天线能接收多少个电台首先取决于调频广播信号传到接收天线的强度和个数,其次才是天线的灵敏度。如果在调频广播信号的盲区,架设任何调频广播天线也无济于事。

七、室外调频广播天线的使用:想要实现调频广播的高保真接收,在硬件部分要有一台高灵敏的FM调谐器和一套高增益的室外接收天线,在“软件”部分就是要正确架设、使用接收天线,这样才能充分发挥天线的作用。

     

  1.  
  2. 从公式EDet =

可以看出,电台发射天线的高度、功率、频率、方向系数、传播路径已经决定了用户所在地的空中场强分布,用户天线的架设高度与接收点场强成一定正比,所以为了增加天线接收点场强,应尽可能提高接收天线的架设高度,以获得最佳效果,这是使用室外天线一个重要的环节。一般平房用户架设高度要求离地 6 米以上( 8 - 12 米最佳),楼房用户应把天线架在楼顶上。但天线的架设高度并非越高越好,因为离地面越高,接收的杂散信号就越多或会使个别频道的电平过强,而导致天线放大器进入非线性状态。因此 ,在提高接收天线的架设高度后,如发现收听效果反而变差时,就应及时调整高度。

2、由于传播路径(也就是发射天线与用户天线之间的环境)是复杂多样的,各种建筑物的反射、阻挡、屏蔽作用,可能会导至在一个小地区内信号强度也有很大不同,因此在环境较复杂的地方应多试几个架设点,以起到对传播路径作微调作用。

3、架在楼顶的天线离屋顶平面距离应大于所接收最低频道的一个波长以上(我国调频广播最低端的波长约为3.43米),低于这个高度可能会使天线接收方向图发生畸变,影响接收效果。

4、由于电视广播都是采用水平极化波,所以室外接收天线应水平放置,同时尽可能避开高大建筑物、电力线,与邻居天线应保持所接最低频道的一个波长以上,以免引起天线增益下降及其它可能出现的干扰。

5、天线输出信号与调频广播接收机的连接:一般情况下,只须将馈线的中芯线与收音机的信号输入中芯线或拉杆天线相连即可,在接收弱信号时最好接上地线,但有时不接地线(实质是作一种变相的信号衰减)可减小噪声,总之,连接后能使音质最佳的方法即可,连接正误均不会损坏调频广播接收机。

 

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