无线话筒系统的设计概念之天线

载波信号的频率决定着无线信号的波长。无线信号和光以同样的速度传播。如果你取无线信号在一秒钟内传播的距离，并将其按载波频点加以划分，你就会得到载波频率一个周期的实际长度。绝大多数无线话筒发射机和接收机使用“四分之一波长”作为天线长度。

    发射机通常握在手中或戴在身上，因此在天线上总有受人身体的影响。不同生产厂商对于发射机的天线设计变化很大。

    接收机经常安装在其他设备或邻近的大型金属表面上，任何形式的安装将会影响到天线的功率。通常为四分之一波长的鞭状天线，直接安装在接收机的底部，它使用接收机的外壳为天线提供一个接地面。在关键场合或为取得最大操作范围的应用中，不同类型的遥控天线被普遍使用。

    我们不想深入研究天线理论和设计的复杂问题，以下的信息只是简单地强调大家主要关心的问题和被广泛应用的设计的操作优势。

    腰包式发射机的天线

    VHF腰包式发射机通常使用话筒电线的护罩作为其天线，尽管某些老式的设计仍旧沿用“垂吊式天线”。UHF腰包式设计普遍使用一个分开的1/4波长的鞭状天线来将有效的射频功率输出最大化。值得注意的是，当天线放置在使用者身上时，到达接收机的辐射信号变少，天线的辐射输出也同时降低。一般来说，把带有天线的发射机垂直地放置以进行环状辐射是最佳的想法。在垂直定位中，使用者可以随意移动，但仍能辐射足够强的信号给匹配的接收机。

    手持式发射机用天线

    绝大多数手持式发射机使用一根可以通过塑料外壳来辐射射频信号的内部天线。许多手持式发射机的设计使用一个金属外壳，该外壳就变成了天线电路的一部分。由于在UHF频段时只有几英寸长，通常也使用从话筒底部伸出的、有弹性的鞭状天线来达到此目的。手持式发射机的益处是，当使用时，只有人手和话筒有直接接触，这使得天线可以有效地辐射。在使用突出鞭状天线的设计中，使用者的手变成了准地面的一部分。

    对手持式发射机来说，双曲线的“哑铃”形状可以很好地工作。它有一个安全的握柄且拿在手中很舒适。当用一支手拿时，无论手是位于发射机之上还是之下，天线通常不受影响并可以有效地辐射信号。当两只手拿时，由于一之手在上而另一支在下，天线输出将受到影响

    外接插式发射机用天线

    带有集成天线的外接插式发射机是使用电池舱周围的外壳作为发射天线的一极，话筒和人手组成偶极子配置的另一半。输入连接件之下的绝缘体将天线组件分离。该配置的辐射射频功率比标准手持发射机配置的要高。

   接收机用天线

    对于发射机来说，用户没有太多的设置和技巧可以显著改变发射机天线的效率和设计。不过，就接收机而论，有许多选择可以应用到接收机的天线上。不同的原料可应用于各种不同型号的天线上，也包括专业制造天线的生产厂商。该文的主旨只是强调在操作无线话筒系统中一些通常使用的天线种类。我们不会讨论天线的复杂理论知识，而代之以简化的某些基本类型的描述，这包括哪些类型的天线适用于何应用的一些建议。

    在某些应用中，天线的性能表现在与安装的物理限制比较起来可能显得不那么重要。例如，在会议室，尽可能保持声音系统组件的隐形是重要的。将高性能的天线放置在会议室的一侧墙上是不允许的。由于从发射机到接收机天线的距离通常很短，天线的有效作用不是主要问题。因此，融合在室内装饰中的天线，或不可见的天线对于该应用是有意义的，但不能使用理想接收类型的天线。

    在其他应用中，比如剧院和舞台，虽然天线的物理外观显得不太重要，天线的性能表现却是主要关心的问题。在该例中，天线可能必须放置在远离舞台几百英尺的地方。另外，在天线位置可能存在大量的射频噪音和干扰信号。因此，在这项应用中有意义的做法就是使用高频指向天线，而忽略其外观。由于观众看不见天线，所以它究竟看起来怎么样没有太大区别。

    1/4波长

    这是通常应用在无线话筒接收机上的天线。鞭状天线长度可以是固定的，或伸缩式设计的。长度大约是系统操作频率的1/4波长。鞭状天线作为辐射单元，接收机外壳作为接地面。对于绝大多数的应用来讲，接收机上直接安装的1/4波长的鞭状天线可以提供足够的操作范围。垂直放置时，它提供具有水平方向上环形的平等接收灵敏度，上下方除外。

    在同一场地架设多通道无线系统时，由于接收机彼此间很靠近，鞭状天线之间也很靠近，这时候将会产生问题。不过，在绝大多数的应用中，当在同一个房间中架设3个通道左右的无线系统时，鞭状天线普遍上讲就已足够了。对于同一位置同时使用超过3个通道的多通道无线系统来说，最好使用射频天线分配器和外部遥控天线。

    螺旋式天线（橡皮鸭式）

    与常规的鞭状天线相似，该类型提供了较短的物理长度，但与1/4波长的鞭状天线比较起来，它的带宽更有限。这种类型的天线不是将元器件直线延长到1/4波长，而是将天线螺旋缠绕成一个线圈。单元中的金属线与直线鞭状天线有同样的电子长度，但整体物理长度变短，并且在盘绕后显得更加灵活。螺旋式天线的接收效率通常不如直线1/4波长的鞭状天线，但是在某些应用场合中更加关注天线的耐用性而不是有效性。

    螺旋式天线的最普通的应用是在上摄像机的接收机上使用，以进行现场拍摄或电影制作，因为较长的天线很容易被折断，或影响其他设备的正常工作。

    接地平面类型的天线

    这种类型的天线比1/4波长的鞭状天线而言可以提供更大的接收信号增益。它是由单一的，1/4波长的垂直单元构成，周围由放射状单元包围。当放射半径与垂直方向向下偏离45度角时，提供最佳的阻抗匹配。调整天线位置以使放射半径最靠近最近的边界（地板或天花板），可以产生最好的效果。在户外使用时，通常将其垂直安装（单一单元指向上方）。如果安装在室内的天花板上，通常将其掉转以达到最佳的工作模式，单一单元指向下方以使放射半径最靠近于天花板。

    接地平面天线展示了环状覆盖模式，其与垂直面正交。这对于诸如在音乐中央位置或远离重要射频干扰源的大型房间的应用里是一个不错的选择。

  同轴式天线

    这是一种特殊类型的天线，可利用普通同轴电缆进行制造。它的工作原理更像偶极子天线，中心导体切成1/4波长，从同轴电缆罩中伸出。为了给接收机提供更好的阻抗匹配，该电缆罩也被切成1/4波长。

    可以垂直或水平放置同轴天线。虽然这种类型的天线不是特别有效，但可以将其安装在其他类型天线不方便安装的地方，例如吊顶之上或隐藏在墙内。当垂直放置时，它提供位于正交天线轴心的发射机的环形接收覆盖模式。并折叠在同轴电缆之上。

    偶极子式天线

    这是一种呈现环状覆盖模式的双重单元天线。每个单元通常被切成1/4波长。将发射机放置在与单元垂直的位置上以取得最大接收灵敏度。由于偶极子天线容易制作，从音乐厅到户外制作场景得到许多应用。

    此处显示的是一种带有可调单元组的多功能偶极子设计。从500到800MHz的频率刻度标记在天线体上。单元组沿天线体折叠以调节频率，这使得该设备易于存放。

    （鲨鱼鳍）天线

    该缩写代表“LogPeriodicDipoleArray”。这是一种多组件，强指向型天线，宽频点范围（例如500到800MHz），高于偶极子天线4分贝增益的天线。拾音方向图与心形话筒相似，并与放射单元垂直。

    在各种频点的多通道无线系统，LPDA天线普遍用作提供射频信号的唯一外置天线类型。安装LPDA天线不要将其放置在靠近反射面附近。在UHF频段，通常放置位置没有关系，但在VHF频段，室内使用时将受到某些限制。


    这是一种多元，强指向天线，操作于有限的频率范围之上。Yagi天线实际上是一种偶极子单元组成的“无源天线矩阵”。它包括一个基本的偶极子天线、以及由其它偶极子单元改进的寄生偶极单元，该寄生偶极单元被放置在偶极子天线单元的前方或后方的特定位置。偶极子天线背后的单元称为“反射器”，而偶极子前方的单元称为“导向器”。当更多的“导向器”单元加在偶极子天线前面时，模式变得更加具有定向性。典型的三元Yagi天线将比偶极子天线产生约3或4分贝的增益。一个五元Yagi天线设计可以进一步产生10分贝或更高的增益。增益越高，放置的位置就越关键。