|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Зовнішні телеантени. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Антени телевізійні У зв'язку з бурхливим зростанням числа каналів телевізійного мовлення дуже важко забезпечити високоякісний прийом всіх телепрограм. Насамперед, це залежить від застосовуваних антен. Тому нижче розглянуто їх основні конструкції, випробувані автором у різних умовах. Але спочатку нагадаємо основні відомості про телевізійні частоти, діапазони та канали. Телевізійні частоти охоплюють інтервал 48,5...790 МГц. Їх поділяють на метровий (канали 1-12, частоти 48,5...230 МГц) та дециметровий (канали 21-60, частоти 470...790 МГц) діапазони. Один телевізійний канал займає смугу 8 МГц. Для розрахунку робочої довжини хвилі антен рекомендується вибирати несучу частоту зображення, оскільки сигнал зображення амплітудно-модульований, більш схильний до впливу перешкод і вимагає більшого посилення, ніж частотно-модульований сигнал звукового супроводу. Частота несучої зображення для 1-го та 2-го телевізійних каналів дорівнює 49,75 та 59,25 МГц відповідно. Для 3-5-го каналів її (у мегагерцах) обчислюють так: fн.з=77,25+(N-3)x8, де N - номер каналу; для 6-12-го: fн.із=175,25+(N-6)x8, а для 21-60-го: fн.із=471,25+(N-21)x8 Середню частоту смуги каналу можна отримати, додавши значення несучої зображення число 2,75. Частота звукового супроводу, що несе, вище частоти несучого зображення на 6,5 МГц. Робочу довжину хвилі L (в метрах) повітря залежно від робочої частоти f (у мегагерцах) визначають за такою формулою l=300/f. В інших діелектриках довжина хвилі менша (наприклад, у поліетилені в 1,52 рази). Цей факт необхідно враховувати при виготовленні резонансних елементів узгоджувальних пристроїв з поліетиленового коаксіального кабелю. Тепер трохи про конструктивне виконання антен. Матеріалом для їх виготовлення бажано використовувати трубки, прутки, смужки, куточки, дроти з металів та сплавів з гарною електропровідністю (міді, алюмінію, латуні). Від площі поверхні активних елементів залежить широкосмуговість антени: чим більше площа (більше діаметр трубок або ширина смужок), тим широкосмуговішою буде антена (але й важчою). Не рекомендується вибирати поперечний розмір елементів (трубок, прутків) антени менше 1/200 довжини хвилі, на якій вона працює, тому що при цьому помітно погіршуються електричні параметри та механічна міцність. Ширину смужок вибирають у 1,5...2 рази більше за рекомендований діаметр трубок або прутків, товщина - 2...3 мм. Поверхня елементів має бути рівною та гладкою. Для діапазону ДМВ найкращі результати виходять, якщо застосовані елементи з матеріалу з полірованою поверхнею, так як струми ВЧ наводяться лише в їх поверхневому шарі. Якщо потрібно зігнути елементи антен, це роблять обережно, підклавши під губки лещат шматочки текстоліту або деревини, щоб не пошкодити поверхню. Трубки перед цим необхідно щільно наповнити піском та заткнути дерев'яними пробками. При встановленні антен поза дією блискавковідводів забезпечують їх надійний грозозахист [1]. Крім того, слід ретельно герметизувати електричні з'єднання та місця виходу обплетення кабелю із зовнішньої ізоляції, заливши їх водо- та термостійкими діелектричними лаками або смолами. Для точного орієнтування антени на потрібний напрямок сигнал на вході телевізора слід послабити кілька разів атенюатором. При цьому перестає діяти система АРУ телевізора і стає помітнішим максимум сигналу, що приймається. І нарешті, про самі антени. Почнемо з вузькосмугових. Вони призначені прийому якогось одного телевізійного каналу чи кількох, за умови, що й частоти відрізняються лише на 5...10 %. У цьому випадку антену розраховують для середньогеометрично частоти, що обчислюється як корінь квадратний з добутку частот кожного каналу, або на частоту сигналу слабшого каналу. Антени поділяють також на найпростіші та ускладнені [2]. Останні можуть містити, крім активного елемента, рефлектор, директори і навіть додаткові активні елементи. Найпростіші антени однаково приймають як прямий сигнал, і сигнал, що надходить з протилежного від телецентру напрями. Вони мають найнижче посилення (і КНД). Тому їх використання, як правило, обмежене невеликою відстанню від передаючої антени за відсутності відбитих сигналів (візуально вони виявляються на екрані телевізора у вигляді багатоконтурності або розмитості зображення). До найпростіших антен відноситься "лінійний напівхвильовий розрізний вібратор" [1, 2], схематично зображений на рис. 1. Він має вхідний опір на резонансній частоті близько 75 Ом. Саме його посилення зазвичай умовно приймають за 0 дБ. Вібратор виготовляють із трубок, прутків або смуг. Діаметр d трубок вибирають рівним для МВ 20...30, а ДМВ - 6...12 мм. Відстань між кінцями трубок l повинна дорівнювати половині робочої довжини хвилі антени, помноженої на коефіцієнт укорочення, що залежить від відношення діаметра трубок до робочої довжини хвилі. Для відносин 0,001 та 0,003 значення коефіцієнта - 0,96 та 0,95 відповідно. Якщо він підвищується до 0,005 і більше, коефіцієнт знижують до 0,94. Відстань L вибирають у межах 50...80 для МВ та 20...30 мм для ДМВ. Для отримання максимального рівня сигналу вібратор розташовують горизонтально в площині перпендикулярної напрямку прийому (при горизонтальній поляризації хвиль передавача).
При підключенні антени до фідер використовують відповідний пристрій "чвертьхвильовий шлейф" за схемою, показаною на рис. 2, яке виконане з короткозамкнутого відрізка кабелю довжиною lш, що дорівнює чверті довжини хвилі, на яку налаштована антена (з урахуванням коефіцієнта укорочення). Відстань D для діапазону МВ вибирають 50...80, а діапазону ДМВ - 20...30 мм.
Ще одна з простих антен - "напівхвильовий вібратор Пістолькорсу" [1, 2], представлена на рис. 3 має вхідний опір на резонансній частоті 295 Ом. Так само, як і розрізний вібратор, антену виготовляють із трубок, прутків або смуг. Радіус вигину значення не має, вигин можна робити і під прямим кутом. Основна перевага вібратора Пістолькорсу перед розрізним полягає в тому, що у точці симетрії він має нульовий потенціал, і в цій точці його можна кріпити до щогли без ізоляторів. Вібратор також розташовують горизонтально в площині, перпендикулярній до напряму прийому.
Антена має більш широку смугу пропускання, ніж розрізний вібратор, і відрізняється кращою помехозащищенностью. Розміри l, L, d вибирають так само, як для розрізного вібратора. Однак при розрахунку коефіцієнта укорочення вібратора Пістолькорса замість діаметра трубок беруть значення, що дорівнює подвійному кореню квадратному з добутку діаметра трубок d на розмір S у вібраторі. Останній дорівнює 80...100 для МВ та 40...50 мм для ДМВ. Для підключення антени до фідер використовують зображене на рис. 4 узгоджуючий пристрій "U-коліно", виконаний з відрізка коаксіального кабелю з хвильовим опором 75 Ом. Довжина lш дорівнює половині довжини хвилі, де працює антена, поділеної на коефіцієнт укорочення для поліетиленового кабелю (1,52). Пристрій підключають до вібратора в точках А та В.
Знизити вплив відбитого сигналу і трохи збільшити коефіцієнт посилення у найпростіших антен можна, ускладнюючи їх, наприклад, розташувавши за активним вібратором (у напрямку від телецентру) рефлектор так, як показано на рис. 5 для антени "хвильовий канал", про яку йтиметься нижче. Довжина елементів рефлектора повинна бути більшою за довжину вібратора l на 5...15 %, а відстань від вібратора до рефлектора вибирають у межах 0,15...0,2 робочої довжини хвилі.
Рамкові антени [1] представлені на рис. 6 і 7, мають непогані параметри при відносній простоті пристрою. Їхній вхідний опір на резонансній частоті - 73 Ом, коефіцієнт посилення - 3,5 дБ. Мають їх так само, як і вібратор Пістолькорса, для отримання максимального рівня сигналу.
Для неповної зигзагоподібної антени (рис. 6) відстань а вибирають рівним чверті робочої довжини хвилі. У кільцевій антені (рис. 7) довжина кола l дорівнює довжині хвилі, де вона працює. Для обох антен відстань L - 10...15 для МВ та 7 мм для ДМВ. Рамкові антени підключають до фідер через "чвертьхвильовий короткозамкнутий шлейф" (див. рис. 2). Якщо з боку, протилежної напрямку на телецентр, прийому заважає сильний відбитий сигнал, його вплив можна істотно зменшити, розташувавши позаду антени екран-рефлектор так, як показано на рис. 8. При цьому збільшується та посилення антени приблизно на 3 дБ.
Конструктивно екран виконують з тих самих елементів, що й саме полотно антени, але допустимо застосовувати більш тонкі провідники. Ширина а та висота b екрана на 5...10 % більше відповідних габаритних розмірів антени. Відстань D між елементами екрану - не більше 0,1 робочої довжини хвилі, а між полотном антени і екраном - 0,21 ... 0,27 довжини хвилі. Елементи екрану кріплять до щогли лише у центрі. Повна зигзагоподібна антена, зображена на рис. 9, також не складна у виготовленні [1]. Вона складена із двох неповних (див. рис. 6). Її виконують із трубок, прутків, смуг або двох-трьох мідних проводів завтовшки 2...3 мм, розташувавши їх паралельно з відривом 5...10 для ДМВ і 20...50 мм для МВ. Вхідний опір антени на резонансній частоті – 73 Ом. Коефіцієнт посилення – 6 дБ.
Антену підключають до кабелю зниження без узгоджувальних пристроїв безпосередньо в точках А і Ст. Фідер прокладають по одній зі сторін антени. При необхідності збільшення коефіцієнта посилення та зниження впливу відбитих сигналів встановлюють екран-рефлектор так само, як і для рамкових антен. Збільшення коефіцієнта посилення зигзагоподібної антени домагаються, використовуючи багатоелементні системи, антени з розімкненими крайніми елементами та з кутом, більшим за 90° [3]. Антена "потрійний квадрат" [4] відноситься до ускладнених конструкцій і є гібридом рамкової антени і "хвильового каналу". Вона показана на рис. 10. Її вхідний опір – 70 Ом, коефіцієнт посилення – 8 дБ. Антена складається з трьох квадратних елементів: рефлектора (Р), активного вібратора (В) та директора (D). Елементи виготовляють із прутка, дроту, трубок або смуг з поперечним розміром не менше 3 мм для ДМВ та 10 мм для МВ. Сторони квадратів Р, В та D дорівнюють 0,32, 0,25, 0,22 робочої довжини хвилі відповідно. Відстань між рефлектором і вібратором дорівнює 0,16, а між вібратором і директором b - 0,11 робочої довжини хвилі.
При виготовленні антени площини квадратів мають бути паралельні, які центри - однієї осі. Підсилити жорсткість антени можна, встановивши, крім верхньої металевої перекладини, діелектричні розпірки між квадратами. Відстань L для МВ дорівнює 40, а ДМВ - 15 мм. Антену підключають до фідер через узгоджувальне пристрій "чвертьхвильовий короткозамкнутий шлейф" (див. рис. 2). Найгірші результати при спрощенні антени можна отримати, відмовившись від директора (антена "подвійний квадрат"), але при цьому змінивши бік рефлектора Р та відстань а до 0,31 та 0,18 довжини хвилі відповідно. Вхідний опір такої антени - близько 100 Ом, а посилення на 3...4 дБ гірше, ніж у "потрійного квадрата". До ще більш складних вузькосмугових конструкцій відноситься антена "хвильовий канал Шпіндлера" [5], зображена на рис. 5. Її вхідний опір на резонансній частоті дорівнює 280 Ом. Коефіцієнт посилення залежить кількості елементів (див. таблицю).
Така багатоелементна антена, крім активного вібратора, який зазвичай виконують у вигляді вібратора Пістолькорса, складається з декількох пасивних вібраторів-директорів, з довжиною, що зменшується, розташовуються перед активним вібратором (у напрямку телецентру), і екрана-рефлектора, що поміщається ззаду, в напрямку, протилежному телецентру. Вона працює за принципом "хвилі, що біжить" і вважається найбільш ефективною вузькосмугової антеною. Однак вона складна у розрахунках і потребує точності у виготовленні. Призначення директорів - посилення приходить з головного напряму корисного сигналу, а рефлектора - послаблення відбитих та інших сигналів, що заважають. Конструктивно елементи антени кріплять на металевій або діелектричній траверсі, що має необхідну механічну міцність. При застосуванні металевої траверси довжину елементів збільшують половину поперечного розміру траверси. Для розрахунку розмірів антени використовують складні формули чи готові комп'ютерні програми. Одна з таких програм розроблена автором та знаходиться на сайті журналу "Радіо". При виготовленні антени особливу увагу слід звернути на дотримання точних розмірів елементів, відстаней між ними та симетрії антени. Кабель зниження підключають через узгоджуючий пристрій "U-коліно" (див. рис. 4) до точок А та В вібратора Пістолькорсу. Широкосмугові антени призначені для прийому телевізійних сигналів, що значно відрізняються за частотою. Вони непогано працюють без перебудови, іноді повністю перекриваючи діапазони МВ або ДМВ і навіть телевізійні канали МВ і ДМВ. До найпростіших з таких широкосмугових антен відносяться антени типів "павутинка" і зигзагоподібна. Конструкція антени павутинка показана на рис. 11. Аналогічна антена описана у [2]. Її коефіцієнт посилення дорівнює 1,5 дБ, вхідний опір – 73 Ом. Така антена має широкий робочий діапазон частот. Однак через низький коефіцієнт посилення її використання обмежено діапазоном МВ. Орієнтують антену так само, як і будь-яку найпростішу антену.
Елементи антени виготовляють із мідного дроту або латунного дроту завтовшки не менше 3 мм. У місцях з'єднання дротів забезпечують надійний електричний контакт. Розміри антени вибирають для найнижчої частоти діапазону, як напівхвильового розрізного вібратора. Кут розчину вибирають від 90 до 120°. Антена не вимагає застосування узгоджувальних пристроїв – фідер підключають безпосередньо до точок А та В. Зигзагоподібна антена виходить малогабаритною, якщо її використовувати на ДМВ. Однак, як показали дослідження, описані в [6], можна і розширити її робочу смугу частот більш низькочастотну область, якщо використовувати в конструкції додаткові елементи, зображені на рис. 9 штриховою лінією. У цьому випадку широкосмугову зигзагоподібну антену розраховують на найвищу частоту сигналу, що приймається. Дуже часто (особливо у віддалених від передавальних станцій районах) посилення однієї антени виявляється недостатнім для впевненого прийому. У цьому випадку застосовують або антенні підсилювачі, або антенні решітки [4]. Причому використання останніх краще, оскільки будь-який підсилювач вносить в корисний сигнал додатково власні шуми і спотворення, вимагає ретельного налаштування з досить складною вимірювальною апаратурою. Найпростіша двоповерхова решітка складається з двох однотипних антен, активні елементи яких розташовані в одній вертикальній площині. Антени повинні бути рознесені одна від одної (зазвичай по вертикалі) на відстань Н, що дорівнює робочій довжині хвилі. Коефіцієнт посилення таких грат приблизно на 3 дБ вище посилення одиночної антени. Кращі результати можна отримати, застосовуючи антенну решітку з чотирьох антен, звану двоповерхову дворядну, так, як зображено на рис. 12. У цьому випадку коефіцієнт посилення зростає до 6 дБ у порівнянні з однією антеною. Відстань Н також вибирають рівним робочій довжині хвилі. Часто грати складають з антен "хвильовий канал", рідше використовують рамкові антени.
Для підсумовування сигналів окремих антен решітки кабелі від них з'єднують через узгоджувальні системи, що складаються з відрізків коаксіального кабелю з різним опір хвильовим довжиною Т, що дорівнює половині робочої довжини хвилі (з урахуванням коефіцієнта укорочення). Ґрати з двох антен підключають до кабелю зниження через відрізок кабелю з хвильовим опором 50 Ом так, як показано на рис. 13.
Якщо використовувати кабель з хвильовим опором 75 Ом, то з'єднувати дві антени слід відповідно до рис. 14.
У разі решітки з чотирьох антен підключення виконують кабелем РК-75 відповідно до рис. 15.
література
Автор: В.Портунов, м.Брянськ
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Сервіс захисту гаджетів від води ▪ Вуглецеві нанотрубки можуть виявитися сильним канцерогеном. ▪ Система одержання водню з водопровідної води без електролізу ▪ Радіостанція на основі штучного інтелекту
▪ І тут з'явився винахідник (ТРВЗ). Добірка статей ▪ стаття Співати Лазаря, Бедний як Лазар. Крилатий вислів ▪ статья Які в'язні самі собі мимоволі влаштували страту на електричному стільці? Детальна відповідь ▪ стаття Цербера Мангас. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Світлодіодна гірлянда на мікроконтролері. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Ряд із тринадцяти кісточок доміно. Секрет фокусу
Коментарі до статті: Юрій Прекрасна стаття для початківців. Viktor Відмінна технічно грамотна коротка чітка стаття.
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page