無線話筒系統(tǒng)的操作和設(shè)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(tǒng)的操作和設(shè)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(nèi)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(shù)無線話筒發(fā)射機(jī)和接收機(jī)使用“四分之一波長”作為天線長度。

    發(fā)射機(jī)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(chǎn)廠商對于發(fā)射機(jī)的天線設(shè)計變化很大。

    接收機(jī)經(jīng)常安裝在其他設(shè)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(jī)的底部,它使用接收機(jī)的外殼為天線提供一個接地面。在關(guān)鍵場合或為取得最大操作范圍的應(yīng)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(shè)計的復(fù)雜問題,以下的信息只是簡單地強(qiáng)調(diào)大家主要關(guān)心的問題和被廣泛應(yīng)用的設(shè)計的操作優(yōu)勢。

    腰包式發(fā)射機(jī)的天線

    VHF腰包式發(fā)射機(jī)通常使用話筒電線的護(hù)罩作為其天線,盡管某些老式的設(shè)計仍舊沿用“垂吊式天線”。UHF腰包式設(shè)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(dāng)天線放置在使用者身上時,到達(dá)接收機(jī)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(fā)射機(jī)垂直地放置以進(jìn)行環(huán)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(qiáng)的信號給匹配的接收機(jī)。

腰包式發(fā)射機(jī)的天線

腰包式發(fā)射機(jī)的天線

 

    手持式發(fā)射機(jī)用天線

    絕大多數(shù)手持式發(fā)射機(jī)使用一根可以通過塑料外殼來輻射射頻信號的內(nèi)部天線。許多手持式發(fā)射機(jī)的設(shè)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(dá)到此目的。手持式發(fā)射機(jī)的益處是,當(dāng)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(shè)計中,使用者的手變成了準(zhǔn)地面的一部分。

    對手持式發(fā)射機(jī)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(dāng)用一支手拿時,無論手是位于發(fā)射機(jī)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(dāng)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(fā)射機(jī)用天線

手持式發(fā)射機(jī)用天線

 

    外接插式發(fā)射機(jī)用天線

    帶有集成天線的外接插式發(fā)射機(jī)是使用電池艙周圍的外殼作為發(fā)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(biāo)準(zhǔn)手持發(fā)射機(jī)配置的要高。

外接插式發(fā)射機(jī)用天線

外接插式發(fā)射機(jī)用天線

   接收機(jī)用天線

    對于發(fā)射機(jī)來說,用戶沒有太多的設(shè)置和技巧可以顯著改變發(fā)射機(jī)天線的效率和設(shè)計。不過,就接收機(jī)而論,有許多選擇可以應(yīng)用到接收機(jī)的天線上。不同的原料可應(yīng)用于各種不同型號的天線上,也包括專業(yè)制造天線的生產(chǎn)廠商。該文的主旨只是強(qiáng)調(diào)在操作無線話筒系統(tǒng)中一些通常使用的天線種類。我們不會討論天線的復(fù)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(yīng)用的一些建議。

    在某些應(yīng)用中,天線的性能表現(xiàn)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(tǒng)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(cè)墻上是不允許的。由于從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)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(nèi)裝飾中的天線,或不可見的天線對于該應(yīng)用是有意義的,但不能使用理想接收類型的天線。

    在其他應(yīng)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(xiàn)卻是主要關(guān)心的問題。在該例中,天線可能必須放置在遠(yuǎn)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(yīng)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(qū)別。

    1/4波長

    這是通常應(yīng)用在無線話筒接收機(jī)上的天線。鞭狀天線長度可以是固定的,或伸縮式設(shè)計的。長度大約是系統(tǒng)操作頻率的1/4波長。鞭狀天線作為輻射單元,接收機(jī)外殼作為接地面。對于絕大多數(shù)的應(yīng)用來講,接收機(jī)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(huán)形的平等接收靈敏度,上下方除外。

接收機(jī)用天線

接收機(jī)用天線

 

    在同一場地架設(shè)多通道無線系統(tǒng)時,由于接收機(jī)彼此間很靠近,鞭狀天線之間也很靠近,這時候?qū)a(chǎn)生問題。不過,在絕大多數(shù)的應(yīng)用中,當(dāng)在同一個房間中架設(shè)3個通道左右的無線系統(tǒng)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(tǒng)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(guī)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(yīng)用場合中更加關(guān)注天線的耐用性而不是有效性。

    螺旋式天線的最普通的應(yīng)用是在上攝像機(jī)的接收機(jī)上使用,以進(jìn)行現(xiàn)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(shè)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(gòu)成,周圍由放射狀單元包圍。當(dāng)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(diào)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(chǎn)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(nèi)的天花板上,通常將其掉轉(zhuǎn)以達(dá)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(huán)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(yuǎn)離重要射頻干擾源的大型房間的應(yīng)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(jìn)行制造。它的工作原理更像偶極子天線,中心導(dǎo)體切成1/4波長,從同軸電纜罩中伸出。為了給接收機(jī)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(nèi)。當(dāng)垂直放置時,它提供位于正交天線軸心的發(fā)射機(jī)的環(huán)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(xiàn)環(huán)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(fā)射機(jī)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(yīng)用。

    此處顯示的是一種帶有可調(diào)單元組的多功能偶極子設(shè)計。從500到800MHz的頻率刻度標(biāo)記在天線體上。單元組沿天線體折疊以調(diào)節(jié)頻率,這使得該設(shè)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(qiáng)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(tǒng),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(guān)系,但在VHF頻段,室內(nèi)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(qiáng)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(jìn)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(dǎo)向器”。當(dāng)更多的“導(dǎo)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(chǎn)生約3或4分貝的增益。一個五元Yagi天線設(shè)計可以進(jìn)一步產(chǎn)生10分貝或更高的增益。增益越高,放置的位置就越關(guān)鍵。

Yagi天線

Yagi天線

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