手機等移動終端產品的電視接收天線設計

自數字電視開播以來，各種電視接收產品也因應市場需求不斷推出，舉凡帶有動態顯示器的各種產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品整合的成敗與否。而電視接收天線也就成為此項應用的關鍵技術。有鑒于此，將由對于天線的研發提出一些有利于業界在發展可攜式電視相關產品時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品時有基本的認知。

電視天線的分類

　 不同的接收裝置必需搭載最適合的接收天線，各種電視接收天線均有其特性及優缺點；其中固定式戶外天線在數位電視尚未開播之前即已普遍，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適合無線接收的數位機頂盒（STB），在屋頂架設UHF天線就能夠收看數位電視節目。

　 接收天線并沒有數位與類比的區別，只有頻段的區別；而數位機頂盒（STB）則有接收有線（Cable）與無線訊號的區別，若使用接收有線（Cable）的數位機頂盒（STB）接收無線的數位電視訊號，會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；在接收天線上其特性為指向性高增益天線，故于安裝使用時必需調整其方向面對電視訊號發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，同時體積過于龐大也不適合攜帶或行動收視。

　 但是此種固定式戶外天線其調校后的接收性能是其他類型天線難以達到的優點，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或有線電視訊號的補強，才能發揮作用；若使用在全向性（無指向性）天線，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放大，反而降低了收訊能力。

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

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

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

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

　 而要設計出一款實用的可攜式行動接收天線，筆者認為有幾個觀念要先突破，第一個就是可攜式產品也是接收天線本體的一部分，因此天線的設計與可攜式產品的結構設計有著密不可分的關系。第二個就是可攜式產品所使用的接收元件與布置也有先天上的決定關系，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。

　 提供研發相關產品時參考的相關技術

　 相對于波長在電氣特性上非常小的天線而言，輻射電阻會變得非常低，要達到諧振的Q值將很高，因此要獲得的可用頻寬比例會非常窄。在很多情況下，天線必須比半波長偶極天線（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，由于其本身的條件上將無法諧振，此為近場天線（接收器本身電場／幅射場）等于磁場（感應場區域范圍內工作的天線）的首要問題。

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

　 在低頻電路中，電磁波的波長與其所使用的電路元件的尺寸相比，是一過非常微小的量，故可將元件或電路視為集中于一點，因此一般稱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行電路分析工作。但在微波電路中，因微波的波長很短，故必須將元件視為散布元件（distributed components）來處理，因為此類元件所有元件參數，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有不同的數值。一般必需將之當作四維（三維空間加一維時間）電磁場的問題來探討，才能得到完整的分析。

　 但是求解電磁場問題是一件極困難且費時的理論計算工作，即使是一個很簡單且極具對稱性的微波結構，目前快速的超級電腦也須經過相當長的計算時間，才能得到精確的結果。若微波結構稍微復雜些的電磁場問題，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，不需要顧慮導線的長短，及其是否具有任何R、L、C、G效應，甚至不必理會導線和元件之間是否阻抗匹配（impedence matching）等等問題，僅需將其視為一個沒有任何作用，沒有任何信號衰減的短路電路連結點（lossless connecting node）。但是在射頻及微波電路中，導線本身會因來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。所以在進行電路分析時，不能將之僅視為一個無損耗的節點，而必需將之視為一個含有與頻率相關等效電路參數的元件。此外，其連接導線的長短和粗細不僅影導線本身的特性阻抗（characteristic impedance）值，也會影響與其相連結的元件間阻抗匹配的與否問題。

　 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，所產生的金屬表層效應（skin effect）也會影響電波的通道衰減。

　 絕緣材料會感應出并聯式的寄生電容效應（shunt parasitic capacitance），此種電容性電抗值（容抗XC＝1/ωC）會隨著頻率增加而變小。連接的引線（Connecting leads）會感應出串聯式電感效應（Series inductance），此種電感性電抗（感抗XL＝ωL），會隨著頻率增加而變大。這兩項感應效應，均會改變原有的等效阻抗值（Equivalent impedance）。因此在元件的布置必須經過特別的設計和處理，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的雜訊源，如太陽風暴到馬達運轉，及附近的電波發射站等，并且這兩種干擾也會彼此互動，極容易觸發產生更強的輻射干擾效應（過載），甚至使接收器工作停擺。

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

　 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填補電波死角區域。由于手機上的行動電視接收受微小天線限制，因此更需要增大發射功率，或者在網路內裝設更多中繼器。

結論

　 可攜式行動接收天線是各種可攜式產品在接收電視訊號最為重要的先進技術，若沒有這種技術，所有可攜式產品接收電視訊號只會是一種未實現的理想產品，而最先擁有這種技術的廠商也將擁有市場的無限商機。