FM調頻收音機天線的重要知識

FM調頻收音機天線的重要知識

收音機 RADIO愛好者,容易走過的一個彎路,就是不重視天線ANTENNA。
常見誤會:

(1)一根電線,細線搞定,能收到不少台,性價比真高啊,卻不知道稍微增加點對天線的投資,信號可能得到更加明顯的改善,
(2)只是注意收音頭信號強度很強,卻不知道強度雖好,多徑干擾導致信號品質很差,底噪明顯。

天線是常規收音機獲取信號的唯一途徑,是收音頭的生命線。對天線投資不需要太多,但也不能搞得太簡陋寒酸,花500-3000元給收音機配備一根說的過去的入門天線,還是值得的。地區FM訊號不是十分強勁的話,沒有好的FM天線,再貴的收音機(TUNER)還是沒有用的,糟蹋了。

天線的重要性,特別體現在收音頭的接收臨界點的時候。就像一個學生,考試59分,不及格,一旦增加幾分,就及格線以上了,從某種角度說,這是質變。如果收音頭接收某個電臺特別勉強,那把天線認真升級一下,可能就正好得到滿意的效果,這是是雪中送炭。當然,也可以錦上添花。

如果在個人的能力範圍之內,用了比較好的天線,也不能得到滿意的接收效果,那可以再考慮合併使用天線放大器。如果依然不能解決接收問題,那對於大多數人來說,可能就只能到此為止。否則就要去折騰八木多單元這種不太適合城市使用者的天線。

在我使用過的收音機之中,所有高端收音機的用戶手冊,無一例外都對天線和信號接收,進行了專門的論述知識介紹,以提醒使用者認識到天線的重要性。這些用戶手冊包括但不限於:MARANTZ馬蘭士10B,KENWOOD健伍L-02T,KENWOOD健伍KT-917, Sequerra 。

FM天線選擇
選擇和安裝合適的FM天線無疑是接收高品質FM廣播的最重要的方面。 沒有一種天線類型,無論是室內或室外,是完美的所有接收情況。
本概述的目的是説明您選擇最適合您的接收位置的FM天線;正確的天線將為您的 Day Sequerra FM Studio調諧器提供設計的性能水準。下一段描述可隨時獲得的 調頻接收天線的類型。
專門設計用於接收FM廣播頻寬帶 (88 MHz至108 MHz)的天線是FM接收的最有效天線,即使普通的戶外電視天線可能在少數情況下提供可接受的結果。
FM調頻廣播信號本質上是VHF(甚高頻),一般只能在“視線”範圍內接收。約60公里。

選擇適當的天線是有必要的,能夠減少多路徑MULTIPATH的干擾。從環繞建築物,高塔或山丘的信號反射導致了多路徑的干擾。這個「現象」類似電視機節目的「鬼影」,在天線產生了FM信號的失真。沒有一台FM 調諧器能消除多路徑干擾,因此小心的選擇適當的天線來達成最佳化系統的效能是必要的。最佳的FM收訊是用可以轉向旋轉的天線。這是真實的對於室內或室外天線並結合馬達旋轉系統。

由於沒有山丘、山脈或建築物阻礙其傳播,FM廣播信號在超出正常視線約30%的距離內與地球曲率保持一致,這種現象通常被稱為“衍射”。
正是這種現象提供了FM廣播信號的長距離或“邊緣接收”。邊緣接收通常可以提供一個可收聽的調頻信號,儘管通常有雜訊和低 音訊 Quality。
調頻干擾
隨著發射天線和接收天線之間距離的增加,調頻干擾問題通常變得更加普遍。對流層散射導致部分調頻傳輸在正常視線範圍內的一定距離內折射到地球。這種瞬態現象可能會發生,例如:當一個溫度反轉位於FM 廣播信號路徑。這樣的信號回縮可以在原來的地方產生調頻接收,但它也可以干擾高品質的本地調頻廣播傳輸的接收。
調頻廣播信號的障礙物可以從小山丘和建築物到辦公大樓和山脈。由此產生的影響可能是局部的吸收,降低接收到的信號強度,或反射。這將導致所期望的視線調頻信號與反射反相、時間失真的信號一起被接收。這種 “多徑干擾” 會使FM信號失真,從而導致低保真度(HIFI)音訊廣播。圖1描述了典型的FM多徑干擾的影響。


(1)嚴重的多路徑
(2)溫和的多路徑
(3)沒有多路徑
[圖一]: 典型的調頻多路徑

其他影響FM調頻信號音質的干擾來源包括同頻道和相鄰無線電頻率干擾,以及“雜訊干擾”(由飛機引起的調製干擾)。

戶外FM天線
一般來說,一個自動調頻接收天線有很多元素,可以假定它具有高度的方向性。也就是說,相對於來自其他角度甚至相反方向的信號,它對垂直於其有源元件接收的FM信號更敏感。戶外調頻天線需要這樣的方向性主要有兩個原因:
首先,方向性高的天線通常增益較高。當接收到發射的調頻信號時,天線增益gain將增加信號強度。當提到FM天線時,增益通常是指一個標準的半波偶極子,例如一個簡單的扁平雙引線天線。例如,與標準半波偶極子相比, 一個宣傳增益為3 dB的FM天線將向FM Studio調諧器發送大約兩倍的功率。

其次,定向天線將允許你只接收那些特定的天線波束寬度內的FM電臺 。天線波束寬度是方向性的一般量度,以前輻射半球角度的半功率 點(-3db)來定義。如果角度太大(天線波束寬度太寬),天線將接收到 所需的調頻廣播以及來自不同水準方向的反射信號(多徑),這可能會 引起調頻廣播干擾。相反,為了正確接收所需的調頻廣播,很難精確地定位一個波束寬度非常窄的天線吸收,吸收,降低接收到的信號強度,或反射。這將導致所期望的視線調頻信號與反 射反相、時間失真的信號一起被接收。這種“多徑干擾”會使FM信號失真,從 而導致低保真度音訊廣播。圖1描述了典型的FM多徑干擾的影響。
其他影響調頻信號音質的干擾來源包括同頻道和相鄰無線電頻率干擾,以及“雜訊幹 擾”(由飛機引起的調製干擾)。
戶外FM天線
一般來說,一個自動調頻接收天線有很多元素,可以假定它具有高度的方向 性。也就是說,相對於來自其他角度甚至相反方向的信號,它對垂直於其有 源元件接收的FM信號更敏感。戶外調頻天線需要這樣的方向性主要有兩個原 因:
[1]方向性高的天線通常增益較高。當接收到發射的調頻信號時,天線增益將增加信號強度。當提到FM天線時,增益通常是指一個標準的半波偶 極子,例如一個簡單的扁平雙引線天線。例如,與標準半波偶極子相比, 一個宣傳增益為3 dB的FM天線將向FM Studio調諧器發送大約兩倍的功率。
[2] 定向天線將允許你只接收那些特定的天線波束寬度內的電臺 。天線波束寬度是方向性的一般量度,以前輻射半球角度的半功率點(-3db)來定義。如果角度太大(天線波束寬度太寬),天線將接收到所需的調頻廣播以及來自不同水準方向的反射信號(多徑),這可能會引起調頻廣播干擾。相反,為了正確接收所需的調頻廣播,很難精確地定位一個波束寬度非常窄的天線。
全指向天線,雖然增益低得多,而且缺乏任何重要的方向性,但在一些 應用中可能被證明是足夠的。例如,如果你生活在一個相對沒有多路徑問題的地區,接收來自多個方向的強信號,低成本的全指向戶外天線可能就足夠了。
在可用的戶外調頻廣播接收天線中,以下是最常見的:
單向偶極子:這是一個大的偶極子,具有兩個元素,比普通的室內雙導偶極子增益稍大。它的信號接收主要集中在一個方向。這種類型的天線可用於需要的電臺在一個大致方向和大約20英里內的地方。
旋轉門(交叉偶極子):這種天線試圖提供一個全向接收模式,而不需要旋轉天線。 不幸的是,這種類型的天線在所有平面上都有相對較低的增益(約-3dB)o
多單元陣列:這是一種單向天線,由於它的高增益,能夠接收非常遙遠的電台。然而,這種增益是有方向性的,在某些情況下可能需要天線在每次調諧到一個電臺時旋轉(通常使用天線旋轉系統)。一種高品質的天線,在大多數郊區和農村安裝的桅杆上,應該為您提供最好的調頻接收可能。
Yagis、共線和對數週期是這些高效、多元素陣列類型中最常見的。
對於郊區或邊緣接收應用,我們強烈推薦使用專業安裝的單向多單元陣列天線和動力天線旋轉器。這種類型的天線系統,當與Day Sequerra FM Studio Tuner的信號分析能力一起使用時,將改善微弱信號的接收,同時提供幾乎任何方向的FM信號的高品質接收。

室內FM天線

在城市、近郊或其他不可能或不需要安裝室外天線的情況下,高品質的室內調頻天線應提供良好的接收效果。此外,應該指出的是,城市調頻接收位置與郊區或邊緣地區的接收裝置構成了完全不同的問題集。
現代大都市區及其周圍的無線電頻率環境充斥著語音和資料傳輸、過調製廣播 、調頻多徑和帶外偽干擾,所有這些都在爭奪寶貴的空域……溢出和干擾你最喜歡的調頻電臺。
由於FM身歷聲廣播信號的 L-R部分比L+R部分更容易受到這種RFI和多徑的影響,因此即使是很強的本地FM電臺的STEREO立體聲接收也可能有雜訊和失真,而同一電臺的MONO單音接收是乾淨清晰的。
更複雜的是,在調頻城市環境中,多徑信號通常從幾乎相同的方向接收(在水平面上);
即使是具有水平角分辨力的定向室外天線,也往往無法將所需的直接路徑信號 與這種緊密間隔的多徑干擾分離開來。
放大室內天線
在城市環境中’不建議將室內放大天線與Day Sequerra FM Studio 調諧器一起使用。大多數放大天線設計在信噪比和射頻屬性上都有 固有的權衡,這往往會加劇城市射頻環境中困難的接收條件。
圖2說明了放大天線相對於調頻站間雜訊層的負面影響。FM調諧顯示器上刻 有十字線的底部表示FM Studio調諧器的標稱可用靈敏度值; 很明顯,由於放大的天線而大大增加的FM雜訊底降低了調諧器在現實世界的靈敏度。


(1)UNAMPLIFIED 天線
(2)放大天線
[圖二]調頻站間噪聲層

放大的室內FM天線中常見的設計折衷的另一個方面如[圖3] 所示。在這種情況 下,調頻播音室調諧器調到中等強度的調頻立體聲廣播STEREO。雖然通過放大的天線實現了信號強度的輕微增加,但音頻頻域的額外失真是清晰可見的(例如。 增厚的調頻調諧軌跡)。
Unamplified室內天線
無放大室內天線一般有兩種基本的天線排列,它們都是偶極子。
雙向偶極子:這可能是最常用的室內調頻天線。單,1/2波,偶極子設計存在作為行業參考(0 dB)增益的大多數FM廣播波段天線。偶極子最原始的形式是“帶狀偶極子”,它包含了大多數調頻調諧器和接收器 1/2波垂直-1/2波垂直設計對室內天線來說具有較高的增益,大約是雙向偶極子增益的兩倍。在城市環境中,112波垂直偶極子可能 是高品質調頻接收的首選天線。雖然在本質上是全向的,一些廠牌,如Day Sequerra FM城市天線包含多徑抑制元素。
有線調頻服務
還應該注意的是,在大多數情況下,有線調頻(提供一些有線電視服 務)在信噪比、串擾和射頻互調失真方面明顯低於正確安裝的intool 


(1)UNAMPLIFIED 天線
(2)放大天線
[圖三]: 放大天線效應

關鍵字 KEYWORD #FM,調頻,天線,干擾,指向,ANTENNA,MULTI PATH

Sequerra Tuner式波器圖形說明:


 ↑ PANORAMIC 全景 ; 標線GRATICULE Descriptions 
│←2MHz 頻率頻譜→│


↑ PANORAMIC全景 ; DESCRIPTION of PIPS(雷達的點)

↑ for Dynamic Range動態範圍 see Panoramic Graticule Description

↑Tuning Trace Descriptions

↑Tuning Multipath多路徑

Multipath progressively worse (A through B), The long gentle curve of A is preferable to B, etc. In tuning to eliminate or minimize, rotate your antenna to get the sommthest trace. This will be your best listening position, even if it has less amplitude than in other position.

↑ Tuner VECTOR 向量 ; Trace追蹤 description

 

↑ External VECTOR 向量; 4 Channel 頻道Trace Description

Detailed description of scope

A thorough understanding of the information shown by the oscilloscope’s trace will give an appreciation of what is being broadcast plus the quality of the broadcast. This presents an oppor (unity to make allowable adjustments, with the tuner and antenna, to achieve the best possible reception of receivable programs. All scope measurements and trace information are approximate. They are used to establish references and are not designed for hairline accuracy.
The cathode ray display tube requires greater warm-up time (about 30 seconds) than the displays before the trace becomes visible.
The oscilloscope display dims automatically whenever the trace reduces to a “dot” (at low or no audio signal levels) This automatic dimming action extends the life of the cathode ray tube and reduces the possibility of accidently burning the screen phosphors.
Panoramic — In this mode the scdpe displays all stations broadcasting within a 2 MHz spectrum. (1 MHz each side of the tuned frequency). The height of (he pips indicate the relative signal strength of the stations. The noticeable motion of the pips is the result of the material being broadcasted plus multipath. Fhe pan response is flat at the center although noi across the entire 2 MHz. This will cause some slight diminishing of the height of the pips as they are tuned across the band away from center frequency. The height of the pips indicate the relative signal strength of the stations and corresponds to the approximate height of the trace of the tuning display (second pushbutton). This is just an approximate height match as the center vertical line on the pan display has a dynamic range of approximately 100dB. This is the result of some slight compression at the top and displacement at the bottom. The vertical center line on the graticule delineates the center frequency. The two vertical lines on either side of the center line are spaced at intervals of 400 kHz. This spacing corresponds to the FCC spacing of alternate stations on the bandwidth. Adjacent stations fall midway between the alternates at 200 kHz spacings, and when the set is tuned with a primary station on the center line, the alternate stations will be on the vertical lines, while the ad jacent stationswill fall between the lines.
A three-pointed trace represents a station with an SCA subcarrier. Some FM stations simultaneously broadcast a Subsidiary Communications Authority (SCA) signal on the same carrier frequency as Their regular broadcast. SCA broadcasts are privately sold to commercial users such as restaurants, offices, stores, etc., and contain no commercial advertising.
NOTE: All spectrum analyzers produce a varying number of ambiguous and erroneous displays. The Panoramic Display in the Model 1 Tuner is no exception. The types of erroneous displays that you may expect are listed as follows
1.
Image Responses: All stations having a signal strength of greater than 5 microvolts will produce an image response in the display precisely 4.8 MHz above the station.

2. Spurious Responses: These responses, in this tuner, are attributed mainly to the dynamic range limitations of the system. The dynamic range upper threshold is 100,000 microvolts. Signal input greater than that produces significant displacement of the base line as well as a series of side band modulation products.

3. Cross modulation products due to the out of band signals i.e.f excessively strong television signals below the FM band and excessively strong aircraft signals above the FM band may produce spurious responses.
4. Clandestine FM transmitters i.e.. bugging devices, radiation from other FM tuners, and other sources of electromagnetic radiation within the band will be read as responses in the Panoramic Display.
Tuning — The oscilloscope trace follows an approximate trapezoid. Spinning the tuning knob fast will give an idea of the band pass pattern. Signal strength is indicated by the relative height of the trace above the inter-station noise level (the lower and heavier horizontal path of the trace). The center graticule line displays a dynamic range of approximately 110 dB. It is divided into decades. These callouts are not meant to be exact but are only approximate. They’re given for relative discernment of signal strength.
Modulation (or carrier deviation) is displayed by the instantaneous horizontal expansion and contraction of the trace when tuned at the upper center. Loud passages are indicated by wide traces, while softer passages are seen as proportionally shorter traces. Over-modulation by the transmitter is displayed as an excessively wide trace extending beyond the two vertical lines on either side of the center line. These vertical lines represent the instantaneous peak deviation of 75 kHz either side of the center line.
Weak distant stations can be seen on the scope although they may be below the tuner’s set muting threshold. Adjusting antenna direction will frequently increase signal strength sufficiently to pull the signal out of the inter-station noise level and give good reception. In extreme cases, a very weak signal can be made audible by setting Muting to Off.
A station broadcasting an SCA sideband can also be seen with the Tuning Display. It is detected by an inward reach of the trace when the trace is at the upper portion of either side of the trace pattern.
Adjusting Antenna Direction For Minimum Multipath 一 The tuning display serves the important function by showing when the antenna is pointed to best possible direction to minimize multipath. Multipath interference, similar to a “ghost” in TV pictures, produces distortion in the FM signals at the receiving antenna. This results in a distorted sound. To minimize multipath interference, and obtain the best reception from each station, adjust the antenna to the direction which results in the smoothest and most horizontal trace. This direction frequently may not be the same as the direction for the strongest signal (maximum vertical deflection).

https://youtu.be/68HoqmBaD3Y Sequerra

The Sequerra Model No. 1 Broadcast Monitor/Tuner

Sequerra tuner示波器說明

透徹理解示波器跡線顯示的信息將有助於了解正在廣播的內容以及廣播的質量。 這提供了一個機會(統一使用調諧器和天線進行允許的調整,以實現可接收節目的最佳接收。所有示波器測量和跟踪信息都是近似值。它們用於建立參考,而不是為毛線精度而設計。
在跡線變得可見之前,陰極射線管需要比顯示器更長的預熱時間(大約 30 秒)。
只要跡線減少到一個“點”(在低音頻信號電平或沒有音頻信號電平),示波器顯示屏就會自動變暗。這種自動變暗操作可延長陰極射線管的使用壽命,並降低意外燒毀屏幕熒光粉的可能性。
全景 — 在此模式下,scdpe 顯示在 2 MHz 頻譜內廣播的所有電台。 (調諧頻率的每一側 1 MHz)。 (he pips) 的高度表示電台的相對信號強度。明顯的點移動是廣播材料加上多路徑的結果。雖然在整個 2 MHz 上沒有噪音,但平移響應在中心是平坦的。這將 當它們在遠離中心頻率的頻帶上調諧時,會導致點的高度略微減小。點的高度表示電台的相對信號強度,對應於調諧顯示軌蹟的近似高度(第二個 按鈕)。這只是一個近似的高度匹配,因為平移顯示器上的中心垂直線具有大約 100dB 的動態範圍。這是頂部輕微壓縮和底部位移的結果。垂直中心線在 格線劃定中心頻率,中心線兩側的兩條豎線間隔400kHz,這個間隔對應alternat的FCC間隔 e站的帶寬。 相鄰電台以 200 kHz 的間隔落在交替電台的中間,當調諧中心線上的主電台時,交替電台將位於垂直線上,而相鄰電台將落在兩條線之間。
三點跡線表示具有 SCA 子載波的站點。 一些 FM 電台在與常規廣播相同的載波頻率上同時廣播附屬通信管理局 (SCA) 信號。 SCA 廣播私下出售給商業用戶,如餐廳、辦公室、商店等,不包含任何商業廣告。
注意:所有頻譜分析儀都會產生不同數量的模糊和錯誤顯示。 Model 1 調諧器中的全景顯示也不例外。 您可能預料到的錯誤顯示類型如下所列
1.
圖像響應:所有信號強度大於 5 微伏的站點都將在該站點上方 4.8 MHz 的顯示屏上產生圖像響應。

2. 雜散響應:在該調諧器中,這些響應主要歸因於系統的動態範圍限制。 動態範圍上限閾值為 100,000 微伏。 大於該值的信號輸入會產生顯著的基線位移以及一系列邊帶調製產物。

3. 帶外信號引起的交叉調製產物,即 FM 頻段以下的電視信號過強和 FM 頻段以上的飛機信號過強可能會產生雜散響應。
4. 秘密 FM 發射器,即竊聽設備、來自其他 FM 調諧器的輻射以及該頻段內的其他電磁輻射源將被讀取為全景顯示中的響應。
調諧——示波器跟踪近似梯形。 快速旋轉調諧旋鈕可以了解帶通模式。 信號強度由跡線高於站間噪聲電平(跡線較低且較重的水平路徑)的相對高度表示。 中心刻度線顯示大約 110 dB 的動態範圍。 它分為幾十年。 這些標註並不意味著準確,而只是近似值。 它們用於信號強度的相對識別。
當在上部中心調諧時,調製(或載波偏差)由跡線的瞬時水平擴展和收縮顯示。 響亮的段落由寬痕跡表示,而較輕的段落被視為按比例縮短的痕跡。 發射機的過度調製顯示為一條過寬的跡線,延伸到中心線兩側的兩條垂直線之外。 這些垂直線表示中心線兩側 75 kHz 的瞬時峰值偏差。
在示波器上可以看到較弱的遠距離電台,儘管它們可能低於調諧器設置的靜音閾值。 調整天線方向通常會增加信號強度,足以將信號拉出站間噪聲水平並提供良好的接收效果。 在極端情況下,可以通過將“靜音”設置為“關閉”來使非常微弱的信號聽得見。
廣播 SCA 邊帶的電台也可以通過調諧顯示看到。 當跡線位於跡線圖案任一側的上部時,通過跡線的向內延伸檢測到它。
為最小多徑調整天線方向一調諧顯示通過顯示天線指向最佳可能方向以最小化多徑來發揮重要作用。 類似於電視畫面中的“重影”的多徑干擾會在接收天線處產生 FM 信號失真。 這會導致聲音失真。 為了最大限度地減少多徑干擾,並從每個電台獲得最佳接收效果,請將天線調整到產生最平滑和最水平軌蹟的方向。 該方向通常可能與最強信號(最大垂直偏轉)的方向不同。

FM指向天線

八木天線的增益與軸向長度(從反射器到最末引向器的距離),單元數目,”振子” 長度及間距密切相關。軸向越長,單元數實際也就是”引向器” 越多,方向越尖銳,增益越高,接收距離越遠。但是超過四個 “引向器” 後,改善效果就不太明顯。一般情況下採用6~12單元就足夠了。天線增益可達10~15dB,天線增益越強,指向會越窄。

https://blog.xuite.net/boavista/blog/589952873 →Magnum Dynalab 的ST-2 FM天線 (無指向天線OMNI DIRECTIONAL)