В связи с бурным ростом числа каналов телевизионного вещания очень непросто обеспечить высококачественный прием всех телепрограмм. Прежде всего, это зависит от применяемых антенн. Поэтому ниже рассмотрены их основные конструкции, опробованные автором в различных условиях. Но сначала напомним основные сведения о телевизионных частотах, диапазонах и каналах.

Телевизионные частоты охватывают интервал 48,5...790 МГц. Их подразделяют на метровый (каналы 1-12, частоты 48,5...230 МГц) и дециметровый (каналы 21-60, частоты 470...790 МГц) диапазоны. Один телевизионный канал занимает полосу частот 8 МГц. Для расчета рабочей длины волны антенн рекомендуется выбирать несущую частоту изображения, поскольку сигнал изображения амплитудно-модулированный, более подвержен влиянию помех и требует большего усиления, чем частотно-модулированный сигнал звукового сопровождения.

Частота несущей изображения для 1-го и 2-го телевизионных каналов равна 49,75 и 59,25 МГц соответственно. Для 3-5-го каналов ее (в мегагерцах) вычисляют так: fн.из=77,25+(N-3)x8, где N - номер канала; для 6-12-го: fн.из=175,25+(N-6)x8, а для 21-60-го: fн.из=471,25+(N-21)x8

Среднюю частоту полосы канала можно получить, добавив к значению несущей изображения число 2,75. Частота несущей звукового сопровождения выше частоты несущей изображения на 6,5 МГц. Рабочую длину волны L (в метрах) в воздухе в зависимости от рабочей частоты f (в мегагерцах) определяют по формуле l=300/f. В других диэлектриках длина волны меньше (например, в полиэтилене в 1,52 раза). Этот факт необходимо учитывать при изготовлении резонансных элементов согласующих устройств из коаксиального полиэтиленового кабеля.

Теперь немного о конструктивном выполнении антенн. Материалом для их изготовления желательно использовать трубки, прутки, полоски, уголки, провода из металлов и сплавов с хорошей электропроводностью (меди, алюминия, латуни). От площади поверхности активных элементов зависит широкополосность антенны: чем больше площадь (больше диаметр трубок или ширина полосок), тем широкополосней будет антенна (но и тяжелей). Не рекомендуется выбирать поперечный размер элементов (трубок, прутков) антенны менее 1/200 длины волны, на которой она работает, так как при этом заметно ухудшаются электрические параметры и механическая прочность. Ширину полосок выбирают в 1,5...2 раза больше рекомендованного диаметра трубок или прутков, толщина - 2...3 мм.

Поверхность элементов должна быть ровной и гладкой. Для диапазона ДМВ наилучшие результаты получаются, если применены элементы из материала с полированной поверхностью, так как ВЧ токи наводятся лишь в их поверхностном слое. Если требуется согнуть элементы антенн, это делают осторожно, подложив под губки тисков кусочки текстолита или древесины, чтобы не повредить поверхность. Трубки перед этим необходимо плотно наполнить песком и заткнуть деревянными пробками.

При установке антенн вне действия молниеотводов обеспечивают их надежную грозозащиту [1]. Кроме того, следует тщательно герметизировать электрические соединения и места выхода оплетки кабеля из внешней изоляции, залив их водо- и термостойкими диэлектрическими лаками или смолами.

Для точной ориентировки антенны на нужное направление сигнал на входе телевизора следует ослабить в несколько раз аттенюатором. При этом перестает действовать система АРУ телевизора и становится более заметным максимум принимаемого сигнала.

И наконец, о самих антеннах. Начнем с узкополосных. Они предназначены для приема какого-нибудь одного телевизионного канала или нескольких, при условии, что их частоты отличаются не более чем на 5...10 %. В этом случае антенну рассчитывают для среднегеометрическо частоты, вычисляемой как корень квадратный из произведения частот каждого канала, или на частоту сигнала более слабого канала.

Антенны подразделяют также на простейшие и усложненные [2]. Последние могут содержать, кроме одного активного элемента, рефлектор, директоры и даже дополнительные активные элементы.

Простейшие антенны одинаково принимают как прямой сигнал, так и сигнал, приходящий с противоположного от телецентра направления. Они обладают самым низким усилением (и КНД). Поэтому их использование, как правило, ограничено небольшим расстоянием от передающей антенны при отсутствии отраженных сигналов (визуально они проявляются на экране телевизора в виде многоконтурности или размытости изображения).

К простейшим антеннам относится "линейный полуволновый разрезной вибратор" [1, 2], изображенный схематично на рис. 1. Он имеет входное сопротивление на резонансной частоте около 75 Ом. Именно его усиление обычно условно принимают за 0 дБ. Вибратор изготовляют из трубок, прутков или полос. Диаметр d трубок выбирают равным для МВ 20...30, а для ДМВ - 6...12 мм. Расстояние между концами трубок l должно быть равно половине рабочей длины волны антенны, умноженной на коэффициент укорочения, зависящий от отношения диаметра трубок к рабочей длине волны. Для отношений 0,001 и 0,003 значения коэффициента - 0,96 и 0,95 соответственно. Если оно повышается до 0,005 и больше, коэффициент снижают до 0,94. Расстояние L выбирают в пределах 50...80 для МВ и 20...30 мм для ДМВ. Для получения максимального уровня сигнала вибратор располагают горизонтально в плоскости, перпендикулярной направлению приема (при горизонтальной поляризации волн передатчика).

Наружные телеантенны

При подключении антенны к фидеру используют согласующее устройство "четвертьволновый шлейф" по схеме, показанной на рис. 2, которое выполнено из короткозамкнутого отрезка кабеля длиной lш, равной четверти длины волны, на которую настроена антенна (с учетом коэффициента укорочения). Расстояние D для диапазона МВ выбирают 50...80, а для диапазона ДМВ - 20...30 мм.

Наружные телеантенны

Еще одна из простых антенн - "полуволновый вибратор Пистолькорса" [1, 2], представленная на рис. 3, имеет входное сопротивление на резонансной частоте 295 Ом. Так же, как и разрезной вибратор, антенну изготовляют из трубок, прутков или полос. Радиус изгиба значения не имеет, изгибы можно делать и под прямым углом. Основное преимущество вибратора Пистолькорса перед разрезным состоит в том, что в точке симметрии он имеет нулевой потенциал, и в этой точке его можно крепить к мачте без изоляторов. Вибратор также располагают горизонтально в плоскости, перпендикулярной направлению приема.

Наружные телеантенны

Антенна обладает более широкой полосой пропускания, чем разрезной вибратор, и отличается лучшей помехозащищенностью. Размеры l, L, d выбирают так же, как и для разрезного вибратора. Однако при расчете коэффициента укорочения вибратора Пистолькорса вместо диаметра трубок берут значение, равное удвоенному корню квадратному из произведения диаметра трубок d на размер S в вибраторе. Последний равен 80...100 для МВ и 40...50 мм для ДМВ.

Для подключения антенны к фидеру используют изображенное на рис. 4 согласующее устройство "U-колено", выполненное из отрезка коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. Длина lш равна половине длины волны, на которой работает антенна, деленной на коэффициент укорочения для полиэтиленового кабеля (1,52). Устройство подключают к вибратору в точках А и В.

Наружные телеантенны

Снизить влияние отраженного сигнала и немного увеличить коэффициент усиления у простейших антенн можно, усложняя их, например, расположив позади активного вибратора (по направлению от телецентра) рефлектор так, как показано на рис. 5 для антенны "волновой канал", о которой пойдет речь ниже. Длина элементов рефлектора должна быть больше длины вибратора l на 5...15 %, а расстояние от вибратора до рефлектора выбирают в пределах 0,15...0,2 рабочей длины волны.

Наружные телеантенны

Рамочные антенны [1], представленные на рис. 6 и 7, обладают неплохими параметрами при относительной простоте устройства. Их входное сопротивление на резонансной частоте - 73 Ом, коэффициент усиления - 3,5 дБ. Располагают их так же, как и вибратор Пистолькорса, для получения максимального уровня сигнала.

Наружные телеантенны

Для неполной зигзагообразной антенны (рис. 6) расстояние а выбирают равным четверти рабочей длины волны. В кольцевой антенне (рис. 7) длина окружности l равна длине волны, на которой она работает. Для обеих антенн расстояние L - 10...15 для МВ и 7 мм для ДМВ.

Рамочные антенны подключают к фидеру через "четвертьволновый короткозамкнутый шлейф" (см. рис. 2). Если со стороны, противоположной направлению на телецентр, приему мешает сильный отраженный сигнал, то его влияние можно существенно уменьшить, расположив позади антенны экран-рефлектор так, как показано на рис. 8. При этом увеличивается и усиление антенны приблизительно на 3 дБ.

Наружные телеантенны

Конструктивно экран выполняют из тех же элементов, что и само полотно антенны, но допустимо применять и более тонкие проводники. Ширина а и высота b экрана на 5...10 % больше соответствующих габаритных размеров антенны. Расстояние D между элементами экрана - не более 0,1 рабочей длины волны, а С между полотном антенны и экраном - 0,21...0,27 длины волны. Элементы экрана крепят к мачте только в центре.

Полная зигзагообразная антенна, изображенная на рис. 9, также не сложна в изготовлении [1]. Она составлена из двух неполных (см. рис. 6). Ее выполняют из трубок, прутков, полос или двух-трех медных проводов толщиной 2...3 мм, расположив их параллельно на расстоянии 5...10 для ДМВ и 20...50 мм для МВ. Входное сопротивление антенны на резонансной частоте - 73 Ом. Коэффициент усиления - 6 дБ.

Наружные телеантенны

Антенну подключают к кабелю снижения без согласующих устройств непосредственно в точках А и В. Фидер прокладывают по одной из сторон антенны.

При необходимости увеличения коэффициента усиления и снижения влияния отраженных сигналов устанавливают экран-рефлектор так же, как и для рамочных антенн. Увеличения коэффициента усиления зигзагообразной антенны добиваются, используя многоэлементные системы, антенны с разомкнутыми крайними элементами и с углом , большим 90° [3].

Антенна "тройной квадрат" [4] относится к усложненным конструкциям и представляет собой гибрид рамочной антенны и "волнового канала". Она показана на рис. 10. Ее входное сопротивление - 70 Ом, коэффициент усиления - 8 дБ. Антенна состоит из трех квадратных элементов: рефлектора (Р), активного вибратора (В) и директора (D). Элементы изготовляют из прутка, провода, трубок или полос с поперечным размером не менее 3 мм для ДМВ и 10 мм для МВ. Стороны квадратов Р, В и D равны 0,32, 0,25, 0,22 рабочей длины волны соответственно. Расстояние а между рефлектором и вибратором равно 0,16, а между вибратором и директором b - 0,11 рабочей длины волны.

Наружные телеантенны

При изготовлении антенны плоскости квадратов должны быть параллельны, а их центры - на одной оси. Усилить жесткость антенны можно, установив, кроме верхней металлической перекладины, диэлектрические распорки между квадратами. Расстояние L для МВ равно 40, а для ДМВ - 15 мм. Антенну подключают к фидеру через согласующее устройство "четвертьволновый короткозамкнутый шлейф" (см. рис. 2).

Худшие результаты при упрощении антенны можно получить, отказавшись от директора (антенна "двойной квадрат"), но при этом изменив сторону рефлектора Р и расстояние а до 0,31 и 0,18 длины волны соответственно. Входное сопротивление такой антенны - около 100 Ом, а усиление на 3...4 дБ хуже, чем у "тройного квадрата".

К еще более сложным узкополосным конструкциям относится антенна "волновой канал Шпиндлера" [5], изображенная на рис. 5. Ее входное сопротивление на резонансной частоте равно 280 Ом. Коэффициент усиления зависит от числа элементов (см. таблицу).

Наружные телеантенны

Такая многоэлементная антенна, кроме активного вибратора, который обычно выполняют в виде вибратора Пистолькорса, состоит из нескольких пассивных вибраторов-директоров, с уменьшающейся длиной располагаемых перед активным вибратором (в направлении телецентра), и экрана-рефлектора, помещаемого сзади, в направлении, противоположном от телецентра. Она работает по принципу "бегущей волны" и считается наиболее эффективной узкополосной антенной. Однако она сложна в расчетах и требует точности в изготовлении. Назначение директоров - усиление приходящего с главного направления полезного сигнала, а рефлектора - ослабление отраженных и других мешающих сигналов.

Конструктивно элементы антенны крепят на металлической или диэлектрической траверсе, обладающей необходимой механической прочностью. При применении металлической траверсы длину элементов увеличивают на половину поперечного размера траверсы. Для расчета размеров антенны используют сложные формулы или готовые компьютерные программы. Одна из таких программ разработана автором и находится на сайте журнала "Радио".

При изготовлении антенны особое внимание следует обратить на соблюдение точных размеров элементов, расстояний между ними и симметрии антенны. Кабель снижения подключают через согласующее устройство "U-колено" (см. рис. 4) к точкам А и В вибратора Пистолькорса.

Широкополосные антенны предназначены для приема телевизионных сигналов, значительно отличающихся по частоте. Они неплохо работают без перестройки, иногда полностью перекрывая диапазоны МВ или ДМВ и даже все телевизионные каналы МВ и ДМВ. К простейшим из числа таких широкополосных антенн относятся антенны типов "паутинка" и зигзагообразная.

Конструкция антенны "паутинка" показана на рис. 11. Аналогичная антенна описана в [2]. Ее коэффициент усиления равен 1,5 дБ, входное сопротивление - 73 Ом. Такая антенна имеет широкий рабочий диапазон частот. Однако из-за низкого коэффициента усиления ее использование ограничено диапазоном МВ. Ориентируют антенну так же, как и любую простейшую антенну.

Наружные телеантенны

Элементы антенны изготовляют из медного провода или латунного прутка толщиной не менее 3 мм. В местах соединения проводов обеспечивают надежный электрический контакт. Размеры антенны выбирают для самой низкой частоты диапазона, как для полуволнового разрезного вибратора. Угол раствора a выбирают от 90 до 120°.

Антенна не требует применения согласующих устройств - фидер подключают непосредственно к точкам А и В.

Зигзагообразная антенна получается малогабаритной, если ее использовать на ДМВ. Однако, как показали исследования, описанные в [6], можно и расширить ее рабочую полосу частот в более низкочастотную область, если использовать в конструкции дополнительные элементы, изображенные на рис. 9 штриховой линией. В этом случае широкополосную зигзагообразную антенну рассчитывают на наивысшую частоту принимаемого сигнала.

Очень часто (особенно в отдаленных от передающих станций районах) усиление одной антенны оказывается недостаточным для уверенного приема. В этом случае применяют либо антенные усилители, либо антенные решетки [4]. Причем использование последних более предпочтительно, так как любой усилитель вносит в полезный сигнал дополнительно собственные шумы и искажения, требует тщательной настройки с довольно сложной измерительной аппаратурой.

Простейшая двухэтажная решетка состоит из двух однотипных антенн, активные элементы которых расположены в одной вертикальной плоскости. Антенны должны быть разнесены одна от другой (обычно по вертикали) на расстояние Н, равное рабочей длине волны. Коэффициент усиления такой решетки примерно на 3 дБ выше усиления одиночной антенны.

Лучшие результаты можно получить, применяя антенную решетку из четырех антенн, называемую двухэтажной двухрядной, так, как изображено на рис. 12. В этом случае коэффициент усиления возрастает до 6 дБ по сравнению с одной антенной. Расстояние Н также выбирают равным рабочей длине волны. Часто решетку составляют из антенн "волновой канал", реже используют рамочные антенны.

Наружные телеантенны

Для суммирования сигналов отдельных антенн решетки кабели от них соединяют через согласующие системы, состоящие из отрезков коаксиального кабеля с различным волновым сопротивлением длиной Т, равной половине рабочей длины волны (с учетом коэффициента укорочения). Решетку из двух антенн подключают к кабелю снижения через отрезок кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом так, как показано на рис. 13.

Наружные телеантенны

Если же использовать кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, то соединять две антенны следует согласно рис. 14.

Наружные телеантенны

В случае решетки из четырех антенн подключение выполняют кабелем РК-75 в соответствии с рис. 15.

Наружные телеантенны

Литература

  • Сидоров И.Н. Телевизионные антенны на садовом участке. - С.Пб.: Лениздат, 1996.
  • Седов С.А. Индивидуальные видеосредства. Справочное пособие. - Киев: Наукова думка, 1990.
  • Кудрявченко Н. Эффективные зигзагообразные антенны: Сб.: "В помощь радиолюбителю", вып. 114. - М.: Патриот, 1992.
  • Никитин В. А. Как добиться хорошей работы телевизора. - М.: ДОСААФ, 1988.
  • Кудрявченко Н. Антенна Шпиндлера для ДМВ. - Радио, 1991, № 5.
  • Харченко К. Антенна диапазона ДМВ: Сб.: "В помощь радиолюбителю", вып. 94. - М.: ДОСААФ, 1989.
  • Автор: В.Портунов, г.Брянск

    Добавить комментарий

    Защитный код
    Обновить

    Навигация

    Инструкции по эксплуатации

    Copyright © 2017 Электрические принципиальные схемы.