電視天線的LTE信號規避處理

溫木奇

摘 要：LTE（Long Term Evolution，長期演進）已經在歐美國家投入使用，其使用頻帶占用了原來地面數字廣播電視的頻帶806-862MHz，導致數字廣播電視的頻帶變窄。為了不會導致電視和LTE通信系統之間產生信號干擾，影響電視的收視效果，電視天線有必要采用了規避LTE信號的處理。

關鍵詞：LTE；規避；天線

1 技術背景

LTE（Long Term Evolution，長期演進）是由3GPP組織制定的UMTS（Universal Mobile Telecommunications System）技術標準的長期演進。LTE系統引入了正交頻分復用技術（OFDM）和多天線（MIMO）等關鍵傳輸技術，顯著增加了頻譜效率和數據傳輸速率并支持多種帶寬分配，頻譜分配更加靈活，系統容量和覆蓋顯著提升。近年來，世界上多個國家啟動了LTE網絡作為4G移動通信系統。在歐洲，LTE網絡的頻帶占用了806～862MHz，原來這頻段是分配給地面廣播電視（470～862MHz）。為了使電視系統的無線信號與通信系統的LTE信號不會相互干擾，歐洲國家重新定義了廣播電視的頻帶為470～790MHz。

2008年，歐洲已經完成了數字電視的改造。數字電視是演播室到發射、傳輸、接收的所有環節都是使用數字電視信號或對該系統所有的信號傳播都是通過由0、1數字串所構成的二進制數字流來傳播的電視類型。在歐洲DVB數字電視系統中，數字地面開路電視系統就（DVB-T）采用更為復雜的編碼正交頻分復用調制（COFDM）。采用了高速率的頻分復用的調制方式，如果引入了使用頻率帶寬以外的信號，容易產生信號干擾。室外電視天線安裝在樓頂，容易與LTE通信系統的天線在一起，近距離的LTE無線信號容易被引入廣播電視接收系統，形成信號干擾，造成收視質量的下降。電視的高頻信號也容易干擾LTE通信系統，因而需要進行電視天線的頻率規避，減少系統之間的無線信號干擾。

2 電視天線LET信號規避處理方式

為了規避LTE信號，電視天線的指標要求：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截止頻率790MHz的低通濾波器。為了達到LTE信號規避的電視接收天線的性能指標，可以采用兩種方式。一種是改變天線的結構，另外一種是加內置濾波器。

2.1 采用改變天線結構的進行LTE信號規避

電視接收天線，一般采用了八木天線。八木天線具備穩固性好、方向性強、增益高、制造成本比較低，適用于地面數字電視的接收。依照八木天線的結構，可以把八木天線的分為三個部分：有源振子、引向器和反射器。八木天線的三個部分各有不同的電氣功能。有源振子是天線信號的饋電部分，天線的電信號和電磁波信號轉換由它完成。引向器是把天線的無線信號引向的方向，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計要求有一定的規律。引向器略短于二分之一波長，反射器略長于二分之一波長。此時，引向器對感應信號呈“容性”，電流超前電壓90°；引向器金屬感應的電磁波與空中傳播的信號相同，兩者相位相同，于是信號迭加，得到加強。反射器略長于二分之一波長，呈感性，電流滯后90°，反射器金屬感應的電磁波與無線信號正好相差了180°，起到了抵消作用。一個方向加強，一個方向削弱，便有了強方向性。

依據八木天線的工作原理，要把頻率范圍470～862MHz的天線重新設計為頻率470～790MHz的天線，則可以改變引向器的長度。設計思路，由于要過濾掉790MHz以上的信號，應該把天線的引向器變為790MHz以上頻率的反射器。計算790MHz的二分之一波長為190mm，計算470MHz的二分之一波長為320mm，中心頻點630MHz的二分之一波長為239mm。根據八木天線的設計原則，取引向器的長度為190mm略短；取反射器的長度為320略長；去有源振子的長度為239mm。

下面是經過優化的LTE信號規避八木天線的尺寸。天線的有源振子長度設為240mm，反射器長度設為325mm，第一個引向器長度設為185mm，第二個引向器設為183mm，第三個引向器設為180mm，第四個引向器設為176mm，第五個引向器設為176mm。各個單元之間的距離約為130mm。此天線的增益測試結果為：

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

可以發現，在790MHz以后天線有明顯的下降趨勢。這樣的天線可以在790MHz之前的有效頻段范圍內接收到較強的電視信號，而在806MHz以后的LTE使用頻帶內的增益很低，削弱了接收到的LTE信號。這樣，可以規避LET的強信號，避免對電視接收系統的干擾。

2.2 采用濾波器的規避LTE信號

由于歐洲市場上的天線外形已經深入消費者，改變天線的外觀結構會造成市場的不良影響。在歐美國家，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，天線還是采用原來天線結構，設計一個內置濾波器放在天線里面，實現規避LET信號。該濾波器的設計要求是能夠嵌入天線的有源振子的巴倫盒，濾波器是一個以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。按照這種要求設計的濾波器，能夠不用改動天線的結構就能實現LTE信號規避。

采用濾波器進行LTE信號規避的天線的優缺點。采用濾波器的天線的缺點是濾波器本省會產生信號衰減，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信號規避天線具有優點是不用改變天線的結構，直接在天線巴倫振子盒進行電路改進，不影響天線的外觀、材料和包裝。采用改天線結構LTE規避天線，其引向器必然會加長，其包裝體積和材料都會增加。

3 國際電視LTE規避技術展

隨著國際上的數字電視轉換和LTE第4代移動通信的普及，電視接收天線國際市場必然要求具備規避LTE信號的功能。2013年4月英國國家物理實驗室的CAI天線測試標準進行了LTE規避天線的標準升級，明確規定了各種天線在790MHz以后的信號衰減要求，歐美其他國家對電視接收天線也做了一系列的規定。依照CAI天線的測試標準，要求LTE規避的天線主要具備下面幾個指標。S標準，790MHz處的增益大于6dB，前后比大于16dB，822MHz以后的頻段增益一點要小于0dB。F標準，790MHz處的增益大于8dB，前后比大于16dB，822MHz以后的頻段增益一點要小于0dB。這些天線的修改必須不能加濾波器，通過調整天線的結構達到標準。

中國是歐美電視天線的主要生產基地，必須要把握歐美國家的技術更新和技術新要求，才能進入歐美高端市場。電視接收天線的LTE規避性能通過歐洲權威機構的測試標準，是進入高端天線市場的必要條件。

[參考文獻]

[1]左智成，李興華.電波與天線.合肥工業大學出版社，2006.8.