溫木奇

摘 要：LTE（Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)）已經(jīng)在歐美國(guó)家投入使用，其使用頻帶占用了原來地面數(shù)字廣播電視的頻帶806-862MHz，導(dǎo)致數(shù)字廣播電視的頻帶變窄。為了不會(huì)導(dǎo)致電視和LTE通信系統(tǒng)之間產(chǎn)生信號(hào)干擾，影響電視的收視效果，電視天線有必要采用了規(guī)避LTE信號(hào)的處理。

關(guān)鍵詞：LTE；規(guī)避；天線

1 技術(shù)背景

LTE（Long Term Evolution，長(zhǎng)期演進(jìn)）是由3GPP組織制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的長(zhǎng)期演進(jìn)。LTE系統(tǒng)引入了正交頻分復(fù)用技術(shù)（OFDM）和多天線（MIMO）等關(guān)鍵傳輸技術(shù)，顯著增加了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率并支持多種帶寬分配，頻譜分配更加靈活，系統(tǒng)容量和覆蓋顯著提升。近年來，世界上多個(gè)國(guó)家啟動(dòng)了LTE網(wǎng)絡(luò)作為4G移動(dòng)通信系統(tǒng)。在歐洲，LTE網(wǎng)絡(luò)的頻帶占用了806～862MHz，原來這頻段是分配給地面廣播電視（470～862MHz）。為了使電視系統(tǒng)的無線信號(hào)與通信系統(tǒng)的LTE信號(hào)不會(huì)相互干擾，歐洲國(guó)家重新定義了廣播電視的頻帶為470～790MHz。

2008年，歐洲已經(jīng)完成了數(shù)字電視的改造。數(shù)字電視是演播室到發(fā)射、傳輸、接收的所有環(huán)節(jié)都是使用數(shù)字電視信號(hào)或?qū)υ撓到y(tǒng)所有的信號(hào)傳播都是通過由0、1數(shù)字串所構(gòu)成的二進(jìn)制數(shù)字流來傳播的電視類型。在歐洲D(zhuǎn)VB數(shù)字電視系統(tǒng)中，數(shù)字地面開路電視系統(tǒng)就（DVB-T）采用更為復(fù)雜的編碼正交頻分復(fù)用調(diào)制（COFDM）。采用了高速率的頻分復(fù)用的調(diào)制方式，如果引入了使用頻率帶寬以外的信號(hào)，容易產(chǎn)生信號(hào)干擾。室外電視天線安裝在樓頂，容易與LTE通信系統(tǒng)的天線在一起，近距離的LTE無線信號(hào)容易被引入廣播電視接收系統(tǒng)，形成信號(hào)干擾，造成收視質(zhì)量的下降。電視的高頻信號(hào)也容易干擾LTE通信系統(tǒng)，因而需要進(jìn)行電視天線的頻率規(guī)避，減少系統(tǒng)之間的無線信號(hào)干擾。

2 電視天線LET信號(hào)規(guī)避處理方式

為了規(guī)避LTE信號(hào)，電視天線的指標(biāo)要求：有效頻率范圍定制為（470～790MHz），天線有效頻率范圍790MHz以前的增益要高，在790MHz以后的增益要低。因而，電視接收天線成為了一個(gè)截止頻率790MHz的低通濾波器。為了達(dá)到LTE信號(hào)規(guī)避的電視接收天線的性能指標(biāo)，可以采用兩種方式。一種是改變天線的結(jié)構(gòu)，另外一種是加內(nèi)置濾波器。

2.1 采用改變天線結(jié)構(gòu)的進(jìn)行LTE信號(hào)規(guī)避

電視接收天線，一般采用了八木天線。八木天線具備穩(wěn)固性好、方向性強(qiáng)、增益高、制造成本比較低，適用于地面數(shù)字電視的接收。依照八木天線的結(jié)構(gòu)，可以把八木天線的分為三個(gè)部分：有源振子、引向器和反射器。八木天線的三個(gè)部分各有不同的電氣功能。有源振子是天線信號(hào)的饋電部分，天線的電信號(hào)和電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換由它完成。引向器是把天線的無線信號(hào)引向的方向，它所在的方向是增益高的方向。反射器是把天線的無線信號(hào)阻擋反射的作用，它所在的方向是增益減弱的方向。

八木天線的引向器和反射器的設(shè)計(jì)要求有一定的規(guī)律。引向器略短于二分之一波長(zhǎng)，反射器略長(zhǎng)于二分之一波長(zhǎng)。此時(shí)，引向器對(duì)感應(yīng)信號(hào)呈“容性”，電流超前電壓90°；引向器金屬感應(yīng)的電磁波與空中傳播的信號(hào)相同，兩者相位相同，于是信號(hào)迭加，得到加強(qiáng)。反射器略長(zhǎng)于二分之一波長(zhǎng)，呈感性，電流滯后90°，反射器金屬感應(yīng)的電磁波與無線信號(hào)正好相差了180°，起到了抵消作用。一個(gè)方向加強(qiáng)，一個(gè)方向削弱，便有了強(qiáng)方向性。

依據(jù)八木天線的工作原理，要把頻率范圍470～862MHz的天線重新設(shè)計(jì)為頻率470～790MHz的天線，則可以改變引向器的長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)思路，由于要過濾掉790MHz以上的信號(hào)，應(yīng)該把天線的引向器變?yōu)?90MHz以上頻率的反射器。計(jì)算790MHz的二分之一波長(zhǎng)為190mm，計(jì)算470MHz的二分之一波長(zhǎng)為320mm，中心頻點(diǎn)630MHz的二分之一波長(zhǎng)為239mm。根據(jù)八木天線的設(shè)計(jì)原則，取引向器的長(zhǎng)度為190mm略短；取反射器的長(zhǎng)度為320略長(zhǎng)；去有源振子的長(zhǎng)度為239mm。

下面是經(jīng)過優(yōu)化的LTE信號(hào)規(guī)避八木天線的尺寸。天線的有源振子長(zhǎng)度設(shè)為240mm，反射器長(zhǎng)度設(shè)為325mm，第一個(gè)引向器長(zhǎng)度設(shè)為185mm，第二個(gè)引向器設(shè)為183mm，第三個(gè)引向器設(shè)為180mm，第四個(gè)引向器設(shè)為176mm，第五個(gè)引向器設(shè)為176mm。各個(gè)單元之間的距離約為130mm。此天線的增益測(cè)試結(jié)果為：

頻率

（MHz） 470 500 600 630 700 750 790 800 806

增益

（dBi） 5.3 5.7 6.5 7.6 7.8 8.1 7.2 5.1 -1.1

可以發(fā)現(xiàn)，在790MHz以后天線有明顯的下降趨勢(shì)。這樣的天線可以在790MHz之前的有效頻段范圍內(nèi)接收到較強(qiáng)的電視信號(hào)，而在806MHz以后的LTE使用頻帶內(nèi)的增益很低，削弱了接收到的LTE信號(hào)。這樣，可以規(guī)避LET的強(qiáng)信號(hào)，避免對(duì)電視接收系統(tǒng)的干擾。

2.2 采用濾波器的規(guī)避LTE信號(hào)

由于歐洲市場(chǎng)上的天線外形已經(jīng)深入消費(fèi)者，改變天線的外觀結(jié)構(gòu)會(huì)造成市場(chǎng)的不良影響。在歐美國(guó)家，原來的電視天線的接收頻帶一般是470MHz～862MHz。為了迎合歐美市場(chǎng)，天線還是采用原來天線結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一個(gè)內(nèi)置濾波器放在天線里面，實(shí)現(xiàn)規(guī)避LET信號(hào)。該濾波器的設(shè)計(jì)要求是能夠嵌入天線的有源振子的巴倫盒，濾波器是一個(gè)以790MHz為截止頻率的濾波器，要求在790MHz以前的頻段增益衰減不超過1dB，要求806MHz以后的衰減超過20dB。按照這種要求設(shè)計(jì)的濾波器，能夠不用改動(dòng)天線的結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)LTE信號(hào)規(guī)避。

采用濾波器進(jìn)行LTE信號(hào)規(guī)避的天線的優(yōu)缺點(diǎn)。采用濾波器的天線的缺點(diǎn)是濾波器本省會(huì)產(chǎn)生信號(hào)衰減，造成790MHz以前頻段的天線增益不如原來天線，在接收電視能力方面有所減弱。采用濾波器方式的LTE信號(hào)規(guī)避天線具有優(yōu)點(diǎn)是不用改變天線的結(jié)構(gòu)，直接在天線巴倫振子盒進(jìn)行電路改進(jìn)，不影響天線的外觀、材料和包裝。采用改天線結(jié)構(gòu)LTE規(guī)避天線，其引向器必然會(huì)加長(zhǎng)，其包裝體積和材料都會(huì)增加。

3 國(guó)際電視LTE規(guī)避技術(shù)展

隨著國(guó)際上的數(shù)字電視轉(zhuǎn)換和LTE第4代移動(dòng)通信的普及，電視接收天線國(guó)際市場(chǎng)必然要求具備規(guī)避LTE信號(hào)的功能。2013年4月英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室的CAI天線測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了LTE規(guī)避天線的標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)，明確規(guī)定了各種天線在790MHz以后的信號(hào)衰減要求，歐美其他國(guó)家對(duì)電視接收天線也做了一系列的規(guī)定。依照CAI天線的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，要求LTE規(guī)避的天線主要具備下面幾個(gè)指標(biāo)。S標(biāo)準(zhǔn)，790MHz處的增益大于6dB，前后比大于16dB，822MHz以后的頻段增益一點(diǎn)要小于0dB。F標(biāo)準(zhǔn)，790MHz處的增益大于8dB，前后比大于16dB，822MHz以后的頻段增益一點(diǎn)要小于0dB。這些天線的修改必須不能加濾波器，通過調(diào)整天線的結(jié)構(gòu)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

中國(guó)是歐美電視天線的主要生產(chǎn)基地，必須要把握歐美國(guó)家的技術(shù)更新和技術(shù)新要求，才能進(jìn)入歐美高端市場(chǎng)。電視接收天線的LTE規(guī)避性能通過歐洲權(quán)威機(jī)構(gòu)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，是進(jìn)入高端天線市場(chǎng)的必要條件。

[參考文獻(xiàn)]

[1]左智成，李興華.電波與天線.合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2006.8.