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《科技传播》论如何处理电视天线的LTE信号规避

摘要:LTE(Long Term Evolution,长期演进)已经在欧美国家投入使用,其使用频带占用了原来地面数字广播电视的频带806~862MHz,导致数字广播电视的频带变窄。为了不会导致电视和LTE通信系统之间产生信号干扰,影响电视的收视效果,电视天线有必要采用了规避LTE信号的处理。

 

关键词:LTE;规避;天线

 

 

一、技术背景

 

LTE(Long Term Evolution,长期演进)是由3GPP组织制定的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)技术标准的长期演进。LTE系统引入了正交频分复用技术(OFDM)和多天线(MIMO)等关键传输技术,显著增加了频谱效率和数据传输速率并支持多种带宽分配,频谱分配更加灵活,系统容量和覆盖显著提升。近年来,世界上多个国家启动了LTE网络作为4G移动通信系统。在欧洲,LTE网络的频带占用了806~862MHz,原来这频段是分配给地面广播电视(470~862MHz)。为了使电视系统的无线信号与通信系统的LTE信号不会相互干扰,欧洲国家重新定义了广播电视的频带为470~790MHz。

 

2008年,欧洲已经完成了数字电视的改造。数字电视是演播室到发射、传输、接收的所有环节都是使用数字电视信号或对该系统所有的信号传播都是通过由0、1数字串所构成的二进制数字流来传播的电视类型。在欧洲DVB数字电视系统中,数字地面开路电视系统就(DVB-T)采用更为复杂的编码正交频分复用调制(COFDM)。采用了高速率的频分复用的调制方式,如果引入了使用频率带宽以外的信号,容易产生信号干扰。室外电视天线安装在楼顶,容易与LTE通信系统的天线在一起,近距离的LTE无线信号容易被引入广播电视接收系统,形成信号干扰,造成收视质量的下降。电视的高频信号也容易干扰LTE通信系统,因而需要进行电视天线的频率规避,减少系统之间的无线信号干扰。

 

二、电视天线LET信号规避处理方式

 

为了规避LTE信号,电视天线的指标要求:有效频率范围定制为(470~790MHz),天线有效频率范围790MHz以前的增益要高,在790MHz以后的增益要低。因而,电视接收天线成为了一个截止频率790MHz的低通滤波器。为了达到LTE信号规避的电视接收天线的性能指标,可以采用两种方式。一种是改变天线的结构,另外一种是加内置滤波器。

 

1、采用改变天线结构的进行LTE信号规避

 

电视接收天线,一般采用了八木天线。八木天线具备稳固性好、方向性强、增益高、制造成本比较低,适用于地面数字电视的接收。依照八木天线的结构,可以把八木天线的分为三个部分:有源振子、引向器和反射器。八木天线的三个部分各有不同的电气功能。有源振子是天线信号的馈电部分,天线的电信号和电磁波信号转换由它完成。引向器是把天线的无线信号引向的方向,它所在的方向是增益高的方向。反射器是把天线的无线信号阻挡反射的作用,它所在的方向是增益减弱的方向。

 

八木天线的引向器和反射器的设计要求有一定的规律。引向器略短于二分之一波长,反射器略长于二分之一波长。此时,引向器对感应信号呈“容性”,电流超前电压90°;引向器金属感应的电磁波与空中传播的信号相同,两者相位相同,于是信号迭加,得到加强。反射器略长于二分之一波长,呈感性,电流滞后90°,反射器金属感应的电磁波与无线信号正好相差了180°,起到了抵消作用。一个方向加强,一个方向削弱,便有了强方向性。

 

依据八木天线的工作原理,要把频率范围470~862MHz的天线重新设计为频率470~790MHz的天线,则可以改变引向器的长度。设计思路,由于要过滤掉790MHz以上的信号,应该把天线的引向器变为790MHz以上频率的反射器。计算790MHz的二分之一波长为190mm,计算470MHz的二分之一波长为320mm,中心频点630MHz的二分之一波长为239mm。根据八木天线的设计原则,取引向器的长度为190mm略短;取反射器的长度为320略长;去有源振子的长度为239mm。

 

下面是经过优化的LTE信号规避八木天线的尺寸。天线的有源振子长度设为240mm,反射器长度设为325mm,第一个引向器长度设为185mm,第二个引向器设为183mm,第三个引向器设为180mm,第四个引向器设为176mm,第五个引向器设为176mm。各个单元之间的距离约为130mm。此天线的增益测试结果为:

频率(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

可以发现,在790MHz以后天线有明显的下降趋势。这样的天线可以在790MHz之前的有效频段范围内接收到较强的电视信号,而在806MHz以后的LTE使用频带内的增益很低,削弱了接收到的LTE信号。这样,可以规避LET的强信号,避免对电视接收系统的干扰。

 

2、采用滤波器的规避LTE信号

 

由于欧洲市场上的天线外形已经深入消费者,改变天线的外观结构会造成市场的不良影响。在欧美国家,原来的电视天线的接收频带一般是470MHz~862MHz。为了迎合欧美市场,天线还是采用原来天线结构,设计一个内置滤波器放在天线里面,实现规避LET信号。该滤波器的设计要求是能够嵌入天线的有源振子的巴伦盒,滤波器是一个以790MHz为截止频率的滤波器,要求在790MHz以前的频段增益衰减不超过1dB,要求806MHz以后的衰减超过20dB。按照这种要求设计的滤波器,能够不用改动天线的结构就能实现LTE信号规避。

 

采用滤波器进行LTE信号规避的天线的优缺点。采用滤波器的天线的缺点是滤波器本省会产生信号衰减,造成790MHz以前频段的天线增益不如原来天线,在接收电视能力方面有所减弱。采用滤波器方式的LTE信号规避天线具有优点是不用改变天线的结构,直接在天线巴伦振子盒进行电路改进,不影响天线的外观、材料和包装。采用改天线结构LTE规避天线,其引向器必然会加长,其包装体积和材料都会增加。

 

三、国际电视LTE规避技术展

 

随着国际上的数字电视转换和LTE第4代移动通信的普及,电视接收天线国际市场必然要求具备规避LTE信号的功能。2013年4月英国国家物理实验室的CAI天线测试标准进行了LTE规避天线的标准升级,明确规定了各种天线在790MHz以后的信号衰减要求,欧美其他国家对电视接收天线也做了一系列的规定。依照CAI天线的测试标准,要求LTE规避的天线主要具备下面几个指标。S标准,790MHz处的增益大于6dB,前后比大于16dB,822MHz以后的频段增益一点要小于0dB。F标准,790MHz处的增益大于8dB,前后比大于16dB,822MHz以后的频段增益一点要小于0dB。这些天线的修改必须不能加滤波器,通过调整天线的结构达到标准。

 

中国是欧美电视天线的主要生产基地,必须要把握欧美国家的技术更新和技术新要求,才能进入欧美高端市场。电视接收天线的LTE规避性能通过欧洲权威机构的测试标准,是进入高端天线市场的必要条件。

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