手機等移動(dòng)終端產(chǎn)品的電視接收天線(xiàn)設計

自數字電視開(kāi)播以來(lái)，各種電視接收產(chǎn)品也因應市場(chǎng)需求不斷推出，舉凡帶有動(dòng)態(tài)顯示器的各種產(chǎn)品也均將導入電視接收功能，其功能的導入將涵蓋筆記型電腦、PDA、手機、手表、相機、頭戴式顯示器等各種可攜式產(chǎn)品之中，成為繼MP3之后最為廣泛的應用；但是其接收電視訊號的能力往往決定產(chǎn)品整合的成敗與否。而電視接收天線(xiàn)也就成為此項應用的關(guān)鍵技術(shù)。有鑒于此，將由對于天線(xiàn)的研發(fā)提出一些有利于業(yè)界在發(fā)展可攜式電視相關(guān)產(chǎn)品時(shí)的一些想法做為參考，并期使消費者在選購各種電視接收產(chǎn)品時(shí)有基本的認知。

電視天線(xiàn)的分類(lèi)

　 不同的接收裝置必需搭載最適合的接收天線(xiàn)，各種電視接收天線(xiàn)均有其特性及優(yōu)缺點(diǎn)；其中固定式戶(hù)外天線(xiàn)在數位電視尚未開(kāi)播之前即已普遍，有VHF、UHF、V/UHF等固定型式，由于臺灣地區的數位電視頻道位于UHF頻段，因此消費者只要購買(mǎi)適合無(wú)線(xiàn)接收的數位機頂盒（STB），在屋頂架設UHF天線(xiàn)就能夠收看數位電視節目。

　 接收天線(xiàn)并沒(méi)有數位與類(lèi)比的區別，只有頻段的區別；而數位機頂盒（STB）則有接收有線(xiàn)（Cable）與無(wú)線(xiàn)訊號的區別，若使用接收有線(xiàn)（Cable）的數位機頂盒（STB）接收無(wú)線(xiàn)的數位電視訊號，會(huì )由于調變的方式與播送訊號的方式完全不同，其收視能力必然不良；在接收天線(xiàn)上其特性為指向性高增益天線(xiàn)，故于安裝使用時(shí)必需調整其方向面對電視訊號發(fā)射臺以取得最大增益，通常在偏遠電波微弱地區還可加裝強波器以提升訊號振幅方便收視，因為具有指向性故于一般架設固定后不再變動(dòng)，同時(shí)體積過(guò)于龐大也不適合攜帶或行動(dòng)收視。

　 但是此種固定式戶(hù)外天線(xiàn)其調校后的接收性能是其他類(lèi)型天線(xiàn)難以達到的優(yōu)點(diǎn)，故常用于電波較為微弱的地區。強波放大器較適用于指向性天線(xiàn)或有線(xiàn)電視訊號的補強，才能發(fā)揮作用；若使用在全向性（無(wú)指向性）天線(xiàn)，雖然訊號是放大了，其它不必要的相同頻率雜訊電波也同時(shí)放大，反而降低了收訊能力。

　 固定式室內天線(xiàn)與固定式行動(dòng)接收天線(xiàn)，也就是一般常見(jiàn)安裝于車(chē)上或貼在車(chē)窗玻璃及室內各型天線(xiàn)，此類(lèi)型天線(xiàn)式樣繁多，其中也有具備強波放大器于一體的產(chǎn)品，主要特色為體積比固定式戶(hù)外天線(xiàn)較小便于安裝，固定的延長(cháng)線(xiàn)除了提供天線(xiàn)與接收機的阻抗匹配也讓消費者可以依使用場(chǎng)所置放于最佳的收訊位置，而稱(chēng)為固定式是因為一旦安裝于室內或車(chē)上的最佳位置后，不適于經(jīng)常變動(dòng)位置來(lái)接收電視訊號，也由于體積重量及放大器的功耗、配線(xiàn)安裝等更不適合攜帶使用。

　 此類(lèi)型天線(xiàn)的收訊能力雖不及固定式戶(hù)外天線(xiàn)，但由于方便安裝調整，故也常使用于電波不算差的環(huán)境使用。另外值得一提的是在移動(dòng)接收能力，無(wú)線(xiàn)電波傳輸速度遠大于交通工具的移動(dòng)速度，況且無(wú)線(xiàn)電波也無(wú)法知道接收端所在位置，因此其移動(dòng)接收能力應為與環(huán)境相容能力較有直接關(guān)系，例如室內、戶(hù)外、車(chē)體內、車(chē)體外的接收環(huán)境都完全不同就會(huì )影響到收訊能力。因此消費者要使用此類(lèi)型天線(xiàn)必須先考量使用場(chǎng)所環(huán)境或車(chē)體結構等因素才能發(fā)揮應有效能。

　可攜式行動(dòng)接收天線(xiàn)就是一種可以便于攜帶或與可攜式產(chǎn)品于一體的接收天線(xiàn)，也就是讓可攜式產(chǎn)品可以走到哪看到哪的電視接收天線(xiàn)。要在可攜式產(chǎn)品上接收電視訊號其天線(xiàn)必須小型化設計或是內建隱藏式天線(xiàn)；由于頻率波長(cháng)的關(guān)系，要將半波長(cháng)25公分（600MHz）的天線(xiàn)縮小至數公分方便攜帶的接收天線(xiàn)，以及要將窄頻天線(xiàn)（如手機天線(xiàn)）設計為可以大范圍接收的寬頻天線(xiàn)，目前在全世界都還是技術(shù)瓶頸，但是在國外已有采用「分集式接收技術(shù)」（Diversity Reception）。

　 它的原理是在可攜式產(chǎn)品上配置兩種不同的天線(xiàn)，以同時(shí)對電視訊號進(jìn)行接收，然后采用訊號品質(zhì)較好的那個(gè)。例如三洋電機應用手機原有的伸縮式天線(xiàn)（Whip Antenna），再搭配耳機線(xiàn)的「耳機天線(xiàn)」，由于有兩個(gè)位置接收電視訊號，即便是一個(gè)天線(xiàn)因多重路徑干擾（Multipath Interference）等原因，還可以使用另一個(gè)天線(xiàn)來(lái)接收訊號，因此用來(lái)穩定接收電視訊號，不過(guò)這種方式較為耗電，它的電視調諧器模組的耗電量需要250mW；而且其伸縮式天線(xiàn)拉出后產(chǎn)生的指向性與操作性及其他不用耳機線(xiàn)的可攜式產(chǎn)品上應用極為困難。

　 而要設計出一款實(shí)用的可攜式行動(dòng)接收天線(xiàn)，筆者認為有幾個(gè)觀(guān)念要先突破，第一個(gè)就是可攜式產(chǎn)品也是接收天線(xiàn)本體的一部分，因此天線(xiàn)的設計與可攜式產(chǎn)品的結構設計有著(zhù)密不可分的關(guān)系。第二個(gè)就是可攜式產(chǎn)品所使用的接收元件與布置也有先天上的決定關(guān)系，因此在元件的選用配置上必須考慮其影響的接受效能。第三由于可攜式產(chǎn)品接收電視訊號是看整體表現，而非單一零組件的表現特性，因此傳統使用單一零組件的評估方式完全不適用。第四由于是看整體表現，因此其測試方法也與傳統天線(xiàn)的測試方式截然不同，消費者需要的是整體表現效果，而非亮麗的數據資料。

　 提供研發(fā)相關(guān)產(chǎn)品時(shí)參考的相關(guān)技術(shù)

　 相對于波長(cháng)在電氣特性上非常小的天線(xiàn)而言，輻射電阻會(huì )變得非常低，要達到諧振的Q值將很高，因此要獲得的可用頻寬比例會(huì )非常窄。在很多情況下，天線(xiàn)必須比半波長(cháng)偶極天線(xiàn)（doublet）小很多，除了必須直接連結接收器端子外，甚至需要安裝成隱藏內建式天線(xiàn)，由于其本身的條件上將無(wú)法諧振，此為近場(chǎng)天線(xiàn)（接收器本身電場(chǎng)／幅射場(chǎng)）等于磁場(chǎng)（感應場(chǎng)區域范圍內工作的天線(xiàn)）的首要問(wèn)題。

　 其他技術(shù)涵蓋了接收機靈敏性、多重訊號過(guò)載、相位雜訊、選擇性和多工徑干擾等等。而且還需要克服移動(dòng)接收時(shí)的多重反射與都普勒效應，天線(xiàn)還必須小于5公分或內建天線(xiàn)。

　 在低頻電路中，電磁波的波長(cháng)與其所使用的電路元件的尺寸相比，是一過(guò)非常微小的量，故可將元件或電路視為集中于一點(diǎn)，因此一般稱(chēng)之為集總元件或電路（Lumped components or circuits），所以可以直接使用克希荷夫電流和電壓定律進(jìn)行電路分析工作。但在微波電路中，因微波的波長(cháng)很短，故必須將元件視為散布元件（distributed components）來(lái)處理，因為此類(lèi)元件所有元件參數，如其等效的R、L、C、G電路參數，在元件內部的位置不同而會(huì )有不同的數值。一般必需將之當作四維（三維空間加一維時(shí)間）電磁場(chǎng)的問(wèn)題來(lái)探討，才能得到完整的分析。

　 但是求解電磁場(chǎng)問(wèn)題是一件極困難且費時(shí)的理論計算工作，即使是一個(gè)很簡(jiǎn)單且極具對稱(chēng)性的微波結構，目前快速的超級電腦也須經(jīng)過(guò)相當長(cháng)的計算時(shí)間，才能得到精確的結果。若微波結構稍微復雜些的電磁場(chǎng)問(wèn)題，幾乎不可能得到正確的解，只能得到近似解。

　 在低頻集總電路中連接各元件間導線(xiàn)，不需要顧慮導線(xiàn)的長(cháng)短，及其是否具有任何R、L、C、G效應，甚至不必理會(huì )導線(xiàn)和元件之間是否阻抗匹配（impedence matching）等等問(wèn)題，僅需將其視為一個(gè)沒(méi)有任何作用，沒(méi)有任何信號衰減的短路電路連結點(diǎn)（lossless connecting node）。但是在射頻及微波電路中，導線(xiàn)本身會(huì )因來(lái)自材料和結構所造成的電阻、電感、電容、和電導等效應存在，且這些參數是工作頻率的函數。所以在進(jìn)行電路分析時(shí)，不能將之僅視為一個(gè)無(wú)損耗的節點(diǎn)，而必需將之視為一個(gè)含有與頻率相關(guān)等效電路參數的元件。此外，其連接導線(xiàn)的長(cháng)短和粗細不僅影導線(xiàn)本身的特性阻抗（characteristic impedance）值，也會(huì )影響與其相連結的元件間阻抗匹配的與否問(wèn)題。

　 集膚效應：使用的材料的頻散效應與等效電阻隨頻率變化有關(guān)，所產(chǎn)生的金屬表層效應（skin effect）也會(huì )影響電波的通道衰減。

　 絕緣材料會(huì )感應出并聯(lián)式的寄生電容效應（shunt parasitic capacitance），此種電容性電抗值（容抗XC＝1/ωC）會(huì )隨著(zhù)頻率增加而變小。連接的引線(xiàn)（Connecting leads）會(huì )感應出串聯(lián)式電感效應（Series inductance），此種電感性電抗（感抗XL＝ωL），會(huì )隨著(zhù)頻率增加而變大。這兩項感應效應，均會(huì )改變原有的等效阻抗值（Equivalent impedance）。因此在元件的布置必須經(jīng)過(guò)特別的設計和處理，以減少不必要的寄生電抗。

抗干擾的特性（本體干擾與外在干擾）

　 本體干擾源于接收器本身，也就是一般所量測的EMC、EMI等參數。而外在干擾則源于大自然與其它人為制造出來(lái)的雜訊源，如太陽(yáng)風(fēng)暴到馬達運轉，及附近的電波發(fā)射站等，并且這兩種干擾也會(huì )彼此互動(dòng)，極容易觸發(fā)產(chǎn)生更強的輻射干擾效應（過(guò)載），甚至使接收器工作停擺。

　 空場(chǎng)效應（場(chǎng)型中凹陷下去，輻射功率極小之處），當反射波由反射面向上輻射時(shí)相位反轉，到達天線(xiàn)與直接輻射波互相抵銷(xiāo)，造成能量衰減，而反轉相位會(huì )依反射面性質(zhì)而有不同的空場(chǎng)效應，而天線(xiàn)的高度位置，也會(huì )如天線(xiàn)場(chǎng)型波瓣因不同長(cháng)度而有分裂的空場(chǎng)出現，所以天線(xiàn)的高度尺寸也要避免其輻射場(chǎng)正好落在空場(chǎng)內。元件長(cháng)度對于信號的延遲效應，雖然振幅不變，但會(huì )產(chǎn)生相位偏移。

　 由于UHF為超高頻范圍0.3～3GHZ，電波傳播路徑以直線(xiàn)傳輸最為理想，但傳輸距離受限，如要擴大電波涵蓋區域（頻率愈高，距離愈短），則必須建立許多中繼站來(lái)填補電波死角區域。由于手機上的行動(dòng)電視接收受微小天線(xiàn)限制，因此更需要增大發(fā)射功率，或者在網(wǎng)路內裝設更多中繼器。

結論

　 可攜式行動(dòng)接收天線(xiàn)是各種可攜式產(chǎn)品在接收電視訊號最為重要的先進(jìn)技術(shù)，若沒(méi)有這種技術(shù)，所有可攜式產(chǎn)品接收電視訊號只會(huì )是一種未實(shí)現的理想產(chǎn)品，而最先擁有這種技術(shù)的廠(chǎng)商也將擁有市場(chǎng)的無(wú)限商機。