第一章 概 述

电视传输与接收

何晓岩
第一章

概
述
1.1 有线电视基础理论 1.1.1 无线电波 无线电波，是电磁波中波长最长的 部分，它的传输是电和磁的波动过程， 是向前传播的交变电磁场。 无线电波具有波的所有属性。
电磁波频谱范围极宽，按波长从长到 短可分为： 无线电波、红外线、可见光、紫外线、 χ射线、γ射线等。 一、无线电波的形成 在平行放置的两块平板电极上施加直 流电压，在两个电极间产生静电场。 若在两个极板上施加交变电压，极板上 的电荷正负交替变化，电场的强度和大 小也交替改变。



小结：
1.直视、反射传播多用。 2.绕射、散射、折射传播少用。 3.大气中衰减和损耗始中存在。


2.射频电视信号的直视传播 直视传播是指传播路径经过自由空间 或具有正常折射的大气层时，以发射点 不经绕射、反射、散射等作用而直接到 达接收点的一种传播方式。 如果把地球看作是理想球体，半径为 R，电视发射天线的高度是h1，接收天线 的高度是h2，如图1-8，那么，射频电视 信号的直视传播距离——视距r0 可由下 式计算：

四、无线电波的场强、分贝和电平 1.场强 电磁波在某点的电场强度称为该点的 场强，它的单位是mV／m 或／μV／m， 通常用分贝微伏(dBμV)来表示电视信号 的强度。 规定1μV／m的场强为0dB μV 。 这样，场强的其它数值便可换算为分 贝微伏。



在电视接收中，根据接收地点场强的 大小，一般可分为四个电场区域。
1.1.3 噪声的理论基础 噪声是多种干扰的统称。在系统中， 噪声的最终表现是在电视图像上出现 “雪花”状或杂乱的干扰条纹，在电视 伴音中出现令人厌烦的杂音。因此，对 于系统及系统中某些部件来说，噪声的 大小是一个很重要的指标。

有线电视系统的任何设备都会产生噪 声，如天线的噪声、无源网络噪声、有 源器件中晶体管噪声等。 一、信噪比 信噪比是衡量有线电视系统质量的一 个重要的参数，其定义为信噪比 ：


变化电场产生变化磁场，磁场的大小 和方向也交替改变。

如果将两个电极张开，电磁场依然存 在；如果将两个电极改为导线，也是同 样的。图1-2的导线电极张开，就是电视 天线最简单的形式。

它周围的交变电场产生交变磁场，交 变磁场又产生交变电场，如此一环一环 地向四周空间发射出去，就形成了电磁 波，即无线电波。

我国的电视信号中还包括有伴音信号 ， 伴音副载波的频率为6.5MHz。
2.射频信号的组成 将视频信号用射频传给用户接收机时， 首先要将电视信号调制在射频上，这个 射频信号我们称为图像载波。 加上调制后，图像载波信号的振幅随 电视信号而变动。

电视的调幅波则采用了残留侧边带， 即其中的一个侧边带保留，另一个侧边 带只保留了一部分低频分量。 伴音调制时采用了普通的调频方法， 调频的声音质量比较好。对最高频率成 分为15kHz的伴音来说要占有0.25MHz的 频谱。 伴音载波和图像载波相差6.5MHz，而 且伴音载波的频率高于图像载波。

在交流的情况下，不断对两极板正、 反向充电，两极板的电荷不断变化，电 路中就有电流通过。 两根导线之间的电容量很小，因此， 只有提高交变电压的频率，才能提高电 路中的电流，进而提高电磁场的强度。 当频率高到某一程度时，两根导线电感 又是不可忽略的了，这时再提高频率， 电流反而下降。


也就是说，当电源频率与天线结构所 决定的谐振频率相一致时，电路中的电 流最大，向外幅射的电磁场强度也最大， 这就是不同频道的天线尺寸不同的原因。

当障碍物的几何尺寸大大超过无线电波的波 长时，绕射变得十分微弱，以致会在障碍物的 后面形成没有电磁波的寂静区。射频电视信号 波长较短，碰到建筑物时的绕射能力较差。 (2)折射与反射 无线电波是一种波动，严 格的描述要用到波动方程，但在某些条件下， 可以用几何光学的方法，也就是用射线的概念 来表达。 这是一种近似的方法，采用这种近似方法 后，在均匀介质中，电波传播的路径就可以用 一根直线来表示。


用分贝表示为 ：

或
二、载噪比 有线电视系统除前端摄录像机输出信 号为视频信号以外，其余部分传输的信 号都是高频载波信号(射频信号)，故常使 用载噪比这一概念。它定义为 ：


或

用分贝表示为

信噪比与载噪比的关系为 ：
即载噪比电平高于信噪比电平6.4dB 国家标准规定系统的载噪比大于43dB 图像质量主观评价与国际上对电视图 像的五级评分法及信噪比的关系下表：

3.场强变化规律 (1)场强与距离关系 在直射区内，场强是随着距离的增加 起伏地变化的。 这主要是由地面的反射波造成的，如 图1—9所示。接收天线接收到的电视信 号为直射波与地面反射波的合成波。


如果电波为水平极化波，直射区内是 平原，收、发天线之间的距离s比收、发 天线的高度h1、h2大得多，那么直射区内 各接收点的场强E的计算公式如下：
二、无线电波的极化 无线电波在空间传播时，是有一定规 律的，电场与磁场方向始终保持垂直， 并向着与二者都垂直的方向传播。—般 用电场的方向来描述这个规律。我们把 电场方向按一定规律变化的现象称为无 线电波的极化。



在垂直于传播方向的平面上，由电场 矢量端点的轨迹呈线状、圆形、或椭圆 形，极化分为线极化、圆极化、椭圆极 化。

在大气中，各处的温度、湿度不同， 射频电视信号在传播时会发生散射现象， 使得在视距范围以外的某些地方也会有 微弱的电视信号。 (4)大气中衰减和损耗 无线电波在空间传播的过程中存在着 衰减和损耗，如：大气中的雨和云雾使 其被衰减，衰减量的大小与雨和云雾的 浓度及电波的频率有关。浓度越大、电 波频率越高，衰减量越大。

2.分贝 在无线电技术中，分贝用来表示两个 电量间相对大小的比率。 如功率、电压、电流、信噪比等，都 可以用分贝来表示。 如功率增益表示为：GP=10logPo/Pi 如电压增益表示为：GU=20logUo/Ui 3．电平 用分贝表示电量的相对大小，即电平 。
1.1.2 射频电视信号的传输特点 一、信号的组成 1．电视信号的组成 我国电视制度规定： 行周期为64μs，其中行正程52μs、行 逆程12μs； 场周期为20ms，其中场正程18.4ms、场 逆程1.6ms； 每两场合成一帧，即一幅画面。 由此可算出一场包含312．5行，一帧 包含625行，所以称为625行制度。

折射波与入射波的关系，服从费涅尔 折射定律 ： Sinθ1/ Sinθ2=n1/n2 反射波与入射波具有以下关系： θ1= θ1’ 反射波的幅度和相位随着电波的极化 和反射面参数的不同而有所不同。

射频电视信号有穿透电离层的能力， 其绝大部分穿过电离层射向宇宙空间， 所以地面上接收不到它的反射波，它只 在视距范围内传播。 (3)散射 当界面粗糙时就要产生散射，此时反 射波不是向一个方向，而是向很多方向， 甚至向四面八方反射，其波的振幅大大 降低。

三、噪声系数 1.系统的噪声 噪声系数表示设备输出端相对于输入 端载噪比变坏的程度。在阻抗匹配情况 下，用下式表示：


即
用分贝表示为 ： F(dB)=(C/N)入(dB)- (C/N)出(dB) 运用此式时，特别要注意输入的噪声 功率必须为基础热噪声功率Pno。

根据噪声理论，任何一个无源网络， 不管多么复杂，也不管什么结构，它都 会产生一个恒定的热噪声功率，我们称 它为基础热噪声功率，因为它是固定存 在的，和外部信号没有关系。 基础热噪声功率由下式决定： Pno =kTB(W) 式中K是波尔兹曼常数；T是绝对温度； B是噪声的频带宽度。根据我国的电视制 度， Pno ＝2.32×10-14 W，


因而，图像和伴音的射频信号混合后 形成一个总带宽为8MHz的电视发射频道。 电视机接收到这个频道的信号后先将 图像载波和伴音载波用滤波器分开，再 分别解调恢复成视频信号和伴音信号。

二、射频电视信号的传播特点 1．绕射、反射与散射 (1)绕射 无线电波在传播途径上遇到障碍时，电 磁波总是力图绕过这一障碍，这种现象叫 做绕射。 当障碍物的几何尺寸能够与无线电波的 波长相比拟时，这一现象表现得尤为显著；


式中，r0的单位为km，h1和h2的单位为m。
实际上，由于大气的浓度分布不均 匀，下层密，上层稀，电波在传播 过程中还要发生折射等原因，直射 距离还要扩大15％左右，这样，视 距的计算式表示为 为增加发射天线高度，一般将发 射天线安装在楼顶或专用铁塔上， 或架直射 区，接收点的场强将随着距离的增加而 急剧下降，使图像的反差变小，信号不 稳定。 在有些情况下，电视信号也能借助于 对流层的散射等因素影响，传输到几百 公里甚至几千公里以外的地区，但这样 的信号都是既不清楚也不稳定的。
亮度取决于信号的电平，如果信号电 平高表示亮或呈现白色，电平低则表示 暗或呈现黑色。 色度信号是用一个频率为4.43MHz的副 载波传送的。 图像传送时，为了能恢复原图像，接 收端必须同发射端完全同步，因而信号 中要有传送同步信息的信号，包括行和 场的同步信息。

对这些同步信号我们称为行同步和场 同步信号，它们是用一些负的脉冲来实 现的。

如果阻抗为75Ω，则可求得热噪声电压为Uno ＝1.32μV，用分贝表示时，热噪声电平为： Uno ＝2.4dB μV。 一台有噪声的设备，输入信号功率为Pc，并 伴随有一个基础热噪声功率Pno同时输入，则其 输入的载噪比为Pc／Pno。再假设设备的功率放 大量为G倍，信号经过放大后，在设备的输出 应该得到的信号功率将为GPc。 但是由于设备本身有噪声功率产生，输出的 噪声功率并不是GPno，而变成为GFPno，即噪声 功率变大了F倍。此F即为设备的噪声系数。