无线话筒接收天线的设计与制作

2024年1月2日发(作者：郭道扬)

无线话筒接收天线的设计与制作

郝炳金

【摘要】A wireless microphone as the sound equipment is widely used in

various necessary public ra-dio unit,this paper analyzes the transceiver

principle of the wireless microphone,introduces the design and making of

loop antennas in detail,and describes the material and installation,an

example is given to illus-trate the use of loop antennas greatly improves

the communication distance of wireless microphone.%无线话筒作为音响设备广泛应用于各种需要公共广播的单位，该文分析了无线话筒收发原理，详细介绍了双环天线的设计与制作，并对其选材及安装进行了说明，最后用实例说明双环天线的使用大大提高了无线话筒的通讯距离。

【期刊名称】《曲阜师范大学学报（自然科学版）》

【年(卷),期】2014(000)002

【总页数】3页(P81-83)

【关键词】无线话筒;双环天线;设计与制作

【作者】郝炳金

【作者单位】山东中医药高等专科学校，264199，山东省烟台市

【正文语种】中文

【中图分类】TN82

1 引言

无线话筒与接收机的距离超过一定的范围，以及接收天线的位置、角度调整得不合理，都会造成无线话筒信号中断．在使用无线话筒时表现为人声时断时续或无线话筒载波中断出现“沙沙”声，这些现象统称为“掉频”．为提高无线话筒的使用效果，近十几年来，无线话筒作为音响设备的信号源，有了长足的发展，其工作频率范围从早期的MF调频频段，延伸至VHF和UHF电视频段，其输出的音频信号的质量参数如频响、失真度、信噪比等已完全可以和同类有线话筒相媲美，同时还具有使用方便，无需联线的优点．因此，在各类演出场合以及学校、工厂等需要公共广播的单位，都广泛使用．

作为校园广播、演出器材等使用的无线话筒，往往要求主机与话筒之间能够相互直视，才能做到校园服务区的全覆盖．否则，通讯距离大打折扣．因无线话筒的工作频率高而且发射的无线电波功率很小，安装在接收主机上的接收天线频率又很低．鉴于无线话筒部分本身需轻巧、美观，不可能在其上安装标准天线或提高发射功率，因此，笔者在接收主机部分的接收天线上进行了设计，大大提高了通讯距离．

2 设计原理

从无线话筒的设备组成来说，基本上是两部分，即主机部分和话筒部分．主机部分管接收，话筒部分管发射．根据电视发射天线与电视接收天线的互易原理，一副良好的接收天线，也是一副良好的发射天线．电视发射天线一般为固定地点，多方向面发射，而电视接收则是固定地点、锐方向接收(提高增益)．无线话筒的发射为非固定地点、全方向发射，所以信号接收就无法使用锐定向天线，因为要想使锐定向接收天线始终跟踪不断移动的无线话筒方向，技术上很复杂．故采用具有多方向面发射特点的发射天线当做接收天线，是一种易于做到的方法．

每一套无线话筒设备，都有一定的工作频率．从电磁波在空间的传播理论知，接收

天线要取得最优接收效果，应使其几何尺寸与收发频率匹配，即应处于谐振状态，才能有效提高发收距离．

3 设计与制作

常见的电视发射天线有十字形、蝙蝠翼形、环形及偶极子形等，天线的主要性能参数有天线效率、方向性系数、天线增益、方向图、输入阻抗等．对于天线效率，要提高辐射效率，应设法增大辐射电阻和减小损耗电阻．一般所讲的某天线的方向性系数，都是指最大辐射的方向性系数(除注明方向)，且实际天线的方向性系数都大于1．相同条件下，增益越高，电波传播的距离越远．天线方向图用来表示天线的辐射或接收强度随空间方向的对应关系．输入阻抗一般包括输入电阻和输入电抗，输入电阻对应于天线辐射的功率和天线系统损耗的功率，即Rin=Rro+Rs．

综合以上因素，从制作难易、美观、成本、增益等方面考虑，采用环形天线较为合适．

3.1 双环天线的设计

首先，确认该无线话筒主机与无线话筒的工作频率．一拖二有2个工作频率，一拖四有4个工作频率，依次类推．所谓一拖几，就是一台主机带几个无线话筒的通俗说法．话筒频率(在话筒筒体上可找到)和主机频率(在显示屏上可显示或在主机机箱背面也可找到)，必须一一对应并相同．

然后，根据工作频率，利用公式(λ：波长，c：波速，f：频率)计算出工作波长λ，圆环周长一般取1λ，故圆环直径．圆环为开口环，环与环间有双导线联结，如图1所示．两环间距取0.3-0.5λ，两环间的两平行导线间距取：L/d=2(L：导线间距，d：导线直径)．馈电点设在直线段中间，使输出阻抗在75Ω-100Ω左右．

图1 双环天线

图2 双环与反射器

当服务面为单面时，加反射器，可提高发收距离．反射器与双环平面的距离为

0.27 λ，由于VHF天线尺寸较大，室外架设时反射器不宜用板状(板状抗风差)，可用双环反射器或无源振子反射器．用双环反射器时，其环直径应比前面的有源环稍大(约1.7倍)，并要求前后环具有同轴特性，如图2所示．用无源振子作反射器时，其振子长度为0.5 λ，共需4根．其安装位置与有关距离如图3所示．UHF工作频段因几何尺寸较小，反射器可用铁板或铝塑复合板(装饰用的铝塑复合板具有材料易找，价格低廉，美观耐用的特点)，其宽度为0.5 λ，长度为[2D+(0.3～0.5)

λ]*1.1，如图4所示．

图3 无源振子反射器

图4 UHF工频反射器

为提高天线增益，可一根拉杆天线对应一副双环天线，也可2个频率共用一副天线．设计时，取2个或4个频率的平均值进行设计计算．馈电点经电缆至室内，再通过二分配器或三通联结至两天线输入口(实践证明用三通头效果也良好)．必要时，可使用四环天线(如图5所示)，但手工制作要麻烦些，而且VHF频段尺寸太大．

图5 四环天线

3.2 材料选择与制作方法

VHF频段天线，因尺寸较大，应选用直径8 mm-12 mm铜管，以提高机械强度．UHF频段天线，因尺寸较小，可选用直径6 mm-8 mm铜管，当工作频率高达700 MHz-800 MHz时，由于圆环直径仅十几厘米，可用6 mm2电工用铜导线制作(制作时无需剥掉塑料皮)．详细制作过程如下：

(1)将铜管在天然气(或煤气)灶上烧红退火，按工作频率换算出的波长在合适的圆柱形器具上弯成开口圆环．

(2)取两根长度符合要求(0.3λ-0.5λ)且与做圆环材料直径相等的铜管，用焊接或铆接(铆后要加锡焊)方式与开口环联结．

(3)将圆环天线固定在高频特性良好的塑料槽板上，槽板宽度视天线尺寸大小而定，一般用6 cm宽度的即可(笔者用的是楼栋安装互联网网线用的塑料扣板)，如用其它材料，如有机玻璃、塑料板、环氧玻璃丝板等，应考虑其强度及高频特性．

(4)在两环(或四环)的中间直线段部分的中点焊上一段SYV75-3同轴电缆至插座(可用75 ΩF座，可不考虑平衡——不平衡变换)，插座安装在塑料槽板适当位置．并通过安装有插头的SYWV75-5同轴电缆联结．75-5同轴电缆的另一端与室内话筒主机联结(当然一副天线接两天线输入口时要用二分频或三通头)．

3.3 安装注意事项

由于工厂生产的无线话筒在主机上安装的拉杆天线有多种安装类型，会造成联结困难，故选购无线话筒成套设备时，应选用能旋下的拉杆天线．否则，需将主机上的天线整体卸下，另用一种插座如F座或Q9座安装到主机天线位置(配相应F头或Q9头)．室外安装的接收天线应安装避雷针并可靠接地，以防雷击．

4 结论

笔者曾多次试验，有些说明书中表明收发距离为100 m的无线话筒设备，在直视情况下，其有效距离也只有50 m左右，而校园话筒服务区往往距主机100 m-200 m．因此．从2008年开始设计制作了十几副VHF，UHF双环(或四环)天线，用于校园广播，不但使发收距离从原来的50 m提高到150 m-200 m，而且还解决了主机与话筒不能直视的问题，满足了校园广播的需求，取得了良好的效果，实践中得到了广泛的应用．

参考文献：

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[5] 郑剑虹. 无线话筒原理及关键技术.[J].音响技术，2005，(1)：53-55.