Унифицированные антенны типа «волновой канал»

Очень часто в загородной местности, удаленной от ТЦ на 40—70 км, используются трехэлементные антенны типа «волновой канал» с простым или петлевым вибраторами, антенны из длинных проводов и некоторые типы веерных и комбинированных антенн.

Антенна типа «волновой канал» — эффективная направленная антенна, простая по конструкции, широко используется для приема телепередач, а также в профессиональной и любительской радиосвязи.

Эти антенны обладают хорошими направленными показателями, дают большое усиление по мощности и обеспечивают дальний прием телесигналов на границе зоны прямой видимости или за ее границей, в зоне полутени, где напряженность электромагнитного поля имеет небольшую величину.

Устройство, конструктивные особенности, принцип действия и электрические параметры антенн типа «волновой канал» подробно рассмотрены в научно-технической литературе.

В настоящее время применяются антенны промышленного изготовления, рассчитанные на прием частоты одного канала. Существуют и многоканальные антенны типа «волновой канал», но их коэффициент усиления в 2—3 раза меньше, чем у одноканальных. В радиолюбительской практике антенны типа «волновой канал» изготавливаются редко, так как требуют достаточной точности сборки и весьма критичны по своим электрическим параметрам к настройке.

Для того чтобы антенна удовлетворительно работала в условиях, где напряженность электромагнитного поля незначительна, и можно было бы получить необходимое отношение сигнал — шум на входе телевизора, надо иметь большой коэффициент усиления, а это возможно только в сложных конструкциях антенн.

Несмотря на простоту конструкции и возможность получения высокого усиления и большого коэффициента защитного действия, антенна типа «волновой канал» имеет ряд недостатков. Как отмечалось выше, электрические параметры и технические характеристики этих антенн зависят от точности их изготовления, сборки и настройки, поэтому в условиях домашней мастерской изготовить антенну типа «волновой канал» с требуемыми характеристиками, при большом числе конструктивных элементов практически не представляется возможным. Незначительные неточности при сборке антенны могут привести к серьезному ухудшению направленных свойств и уменьшению коэффициента усиления.

Подключение антенного снижения из коаксиального кабеля осуществляется с помощью УСС. Кроме этого, учитывая, что антенны типа «волновой канал» являются относительно узкополосными, их использование для работы в диапазонах нескольких каналов ограничено. На границе прямой видимости применяют различные варианты антенн этого типа, имеющие 5—10 пассивных вибраторов.

Антенна типа «волновой канал» состоит из одного или нескольких простейших пассивных вибраторов, расположенных вблизи активного вибратора. Все вибраторы размещаются в одной горизонтальной плоскости параллельно друг другу. Закрепляются они посередине общей, стрелы, в качестве которой используется металлическая труба (деревянный брусок), создающая достаточную механическую прочность.

Все основные элементы антенны изготовляются из металлических тонкостенных трубок небольшого диаметра. Пассивные вибраторы выполняются из неразрезных трубок и закрепляются на стреле без изоляторов. Пассивный вибратор, находящийся за активным вибратором со стороны, противоположной направлению на ТЦ, называется рефлектором. Как правило, антенны типа «волновой канал» имеют один рефлектор. Пассивные вибраторы, расположенные впереди активного вибратора, называются директорами. У активного вибратора полоса пропускания несколько шире, чем у пассивного; кроме того, он крепится к стреле без изоляторов, поэтому и качестве активного вибратора используется петлевой вибратор, о котором рассказывалось выше (см. гл. 1). Все пассивные вибраторы прикрепляются в некоторых случаях (например, когда стрела из дерева) к стреле с помощью крепежных деталей — болтов или шурупов, а затем соединяются в местах крепления между собой проводником и заземляются.

Наиболее надежной и долговечной является цельносварная конструкция из трубок, когда все вибраторы привариваются к стреле в точках крепления. Стрела при этом должна быть заземлена. Длины вибраторов антенны типа «волновой канал» различаются между собой.

Длина активного вибратора А = 0,5 lдл, рефлектора В = 1,1...1,2)А, директоров — несколько меньше длины волны. Диаметр трубок вибраторов выбирается из числа имеющихся в наличии из ряда от 8 до 30 мм. Расстояние между вибраторами определяется так: а = (0,1...0,25)lдл.

Размеры определяются параметрами антенны, которые в свою очередь зависят от изменения количества вибраторов. Увеличение количества вибраторов приводит к повышению коэффициента усиления и к снижению входного сопротивления антенны, при этом характеристика направленности антенны становится более узкой, сужается также полоса пропускания частот, что вызывает ухудшение четкости принимаемого изображения и ослабление сигналов звукового сопровождения. Поэтому при выборе антенны ставьте цель: получить наивысший коэффициент усиления при минимально необходимой полосе пропускания.

Антенна типа «волновой канал» работает одинаково как на прием, так и на передачу, диаграмма ее направленности остается при этом без изменений. Питание антенны в любом случае прикладывается к входным контактам платы питания, как это было показано ранее, например к шлейф-вибратору Пистолькорса, в зоне, где существует определенная напряженность электромагнитного поля высокой частоты. Активный и пассивные вибраторы работают в этом поле, которое наводит ЭДС. Под действием ЭДС в вибраторах текут токи, амплитуда и фаза которых зависят от их длины и расстояний до активного вибратора. Длина рефлектора и его расстояние до активного вибратора подбираются такими, чтобы поля, созданные рефлектором и активным вибратором в одном направлении, компенсировались.

Рефлектор обеспечивает получение однолепестковой диаграммы направленности, которая достигается при длине рефлектора, равной lдл/2, и располагается на расстоянии 1/4lдл. сзади вибратора. Директоры способствуют сужению основного лепестка диаграммы направленности, изготавливаются несколько короче половины длины волны и имеют сопротивление емкостного характера.

Основные параметры антенны типа «волновой канал» обеспечиваются взаимосвязанными размерами отдельных элементов конструкции.

Двухэлементная антенна типа «волновой канал» (рис. 8) предназначена для приема телесигналов на одном выбранном канале телевидения в местах, где применение полуволновых вибраторов (ПЛРВ, ПЛНВ) не дает положительных результатов, в тех случаях, когда вибратор принимает как прямой, так и отраженный лучи, а на экране телевизора изображение нечеткое и двоится. Дальность приема сигналов составляет 40 км при высоте приемной антенны 15—20 м.

Наружная двухэлементная антенна типа
Рис.8. Наружная двухэлементная антенна типа "волновой канал":
1—рефлектор; 2—стрела; 3—штанга(мачта); 4—активный вибратор; 5—УСС.

Техническая характеристика:

Коэффициент усиления 1,4—3,5 (дБ)
КЗД 0,85
КНД 3,9—4,5 (дБ)
КБВ 0,9
Неравномерность коэффициента усиления 0,35 (дБ)
Волновое сопротивление фидера 75
КПД 0,9
Помехозащищенность, не менее -(9...12,5) (дБ)
Угол раствора главного лепестка
диаграммы направленности, не менее
75—78
Рабочая частота 48,5—230 (МГц)
Входное сопротивление антенны 80—220 (Ом)

Диаграмма направленности — односторонняя, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, обеспечивает резкое уменьшение приема отраженных волн и электромагнитных сигналов в виде помех, приходящих с тыльной и боковых сторон антенны.

Антенна состоит из двух основных элементов:активного вибратора и пассивного вибратора — рефлектора. В качестве активного вибратора применен шлейф-вибратор Пистолькорса. В качестве рефлектора — металлическая неразрезная трубка, которая жестко закреплена на горизонтальной металлической стреле.

Для изготовления антенны может быть использована тонкостенная трубка практически из любого металла диаметром 12—20 мм. Длина элементов антенны рассчитана по формулам, учитывающим коэффициент укорочения вибраторов, исходя из требования обеспечить получение максимально возможного коэффициента усиления и необходимую полосу пропускания. Длина рефлектора всегда должна быть больше длины активного вибратора на 5—15 %.

Как указывалось ранее, дальность приема простого петлевого вибратора не превышает 20—25 км от ТЦ или ретранслятора, если вблизи места приема нет высоких сооружений, препятствующих прохождению волн. В данном случае дальность приема увеличивается почти в два раза и достигается получение более четкой и контрастной картинки на экране телевизора. Расстояние между трубками вибраторов отсчитывается между осями трубок и определяется так: А = (0,15...0,2)lдл.ср.

Конструктивные размеры этой антенны приведены в табл. 9.

Вибраторы антенны укрепляются на стреле без изоляторов. Если стрела, вибраторы и мачта антенны изготовлены из стальных труб, то наилучший способ их соединения — сварка, она обеспечивает наибольшую жесткость конструкции, которая способна противостоять сильным ветрам, обледенению и другим механическим и климатическим воздействиям без уменьшения переходных сопротивлений в местах соединений.

Таблица 9

Каналы Размеры, мм
А Б a c d
1 3140 2560 900 80 10—20
2 2680 2180 760 80 20
3 2060 1700 590 80 20
4 1870 1530 535 75 18
5 1710 1400 490 75 18
6 930 760 270 70 16
7 890 730 255 70 15
8 850 700 240 70 15
9 815 670 230 70 15
10 785 640 225 70 15
11 760 620 220 65 12
12 730 595 215 65 12

Различные детали, крепления и способы их соединения см. на рис. 10.

Трехэлементная антенна типа «волновой канал» (рис. 9)—предназначена для приема телесигналов на 1—12-м каналах, в местностях, где помехи и отраженные сигналы от всевозможных объектов не устраняются применением двухэлементной антенны. Трехэлементная антенна обеспечивает прием телесигналов на расстоянии до 50 км от ТЦ средней мощности, и местности, где существуют неблагоприятные условия приема: высокие здания, металлические конструкции, отражающие электромагнитные волны, ослабленный уровень телесигнала и помехи.

Наружная трехэлементная антенна типа
Рис. 9. Наружная трехэлементная антенна типа "волновой канал":
1—рефлектор; 2—активный вибратор; 3—директор; 4—УСС.
Детали конструкции наружных антенн
Детали конструкции наружных антенн
Рис. 10. Детали конструкции наружных антенн:
a—скоба металлическая; б—двойник; в—тройник; г—скоба крестообразная, сваренная встык; д—сборка крестообразная, сваренная внахлест; е—сборка дифференциальная.

Основные электрические параметры данной антенны — диаграмма направленности, коэффициент усиления и входное сопротивление — находятся в прямой зависимости от конструктивных размеров как самих вибраторов, так и от расстояний между ними. Все технические характеристики антенны взаимосвязаны.

Техническая характеристика:

Коэффициент усиления 5,3 (дБ)
Количество принимаемых программ 1
Максимальная масса, без штанги 3,6 (кг)
КБВ 0,65—0,9
Неравномерность коэффициента усиления 9,4 (дБ)
Волновое сопротивление фидера 75 (Ом)
КПД 0,97
Помехозащищенность, -(13...19) (дБ)
Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости односторонняя, узкая
Рабочая частота 48,5—230 (МГц)
Входное сопротивление антенны 90—100 (Ом)
Объемная ширина главного лепестка диаграммы направленности 70

Конструктивные размеры данной антенны приведены в табл. 10.

Садоводы, имеющие участки в районе 40—50 км от ТЦ со сложным рельефом местности в особо неблагоприятных условиях, при наличии помех и отраженных лучей, должны использовать трехэлементную антенну в качестве основной антенны для приема телепередач по одному из первых 5 каналов.

Трехэлементная антенна состоит из вибратора, рефлектора и директора. Рефлектор располагается так же, как у двухэлементной антенны,— сзади активного вибратора, обеспечивает получение однонаправленной диаграммы направленности на расстоянии, равном 1/4lдл или на 5 % ближе к активному вибратору.

Таблица 10

Каналы Размеры, мм
А Б В а б с d l
1 3020 2690 2350 875 585 90 25 1900
2 2560 2275 1990 740 495 85 22 1600
3 1980 1765 1540 575 385 80 22 1240
4 1800 1605 1400 625 350 80 20 1120
5 1650 1470 1285 480 320 80 20 1030
6 875 780 682 258 172 80 20 560
7 850 755 660 246 165 80 18 535
8 816 728 636 238 158 80 15 515
9 780 695 606 227 152 80 15 495
10 754 672 586 219 146 80 15 475
11 722 644 562 210 140 80 15 455
12 695 620 540 202 135 80 15 440
21 332 298 270 98 65 60 12 210
22 328 294 265 96 64 60 12 206
23 320 287 258 94 63 60 12 202
24 315 284 254 93 62 60 12 200
25 312 280 252 92 61 60 12 197
26 306 275 246 90 60 60 12 192
27 300 270 242 88 59 60 12 190
28 295 265 238 87 58 60 12 188
29 290 261 235 86 57 60 12 184
30 285 356 230 85 56 60 12 182
31 282 254 228 83 55 60 12 180
32 278 250 225 82 55 60 12 177
33 274 246 220 81 54 60 12 174
34 270 243 218 80 53 60 12 172
35 268 241 216 79 52 60 12 170
36 264 237 212 78 52 60 12 168
37 260 234 210 77 51 60 12 165
38 256 231 206 76 50 60 12 163
39 254 228 204 75 50 60 12 161
40 252 226 200 74 49 50 10 160

Директор антенны находится спереди активного вибратора на расстоянии примерно 0,1lдл.ср. Длина директора и расстояние до активного вибратора рассчитываются так, чтобы обеспечить сложение полей, создаваемых директором и активным вибратором в главном направлении. Директоры способствуют обострению основного лепестка диаграммы направленности.

Все элементы антенны укрепляются на стреле, и изготавливаемой, как правило, из тонкостенной трубки диаметром 25—30 мм с помощью сварки или промежуточных деталей (см. рис. 10).

В качестве активного вибратора в данной антенне в большинстве случаев применяется петлевой вибратор, который подключается к коаксиальному кабелю с помощью УСС "U-образное колено".

Ранее промышленностью выпускались унифицированные конструкции наружных трехэлементных антенн для индивидального пользования, они назывались «антенны телевизионные унифицированные» (АТУ). В эксплуатации до настоящего времени встречаются антенны пяти типоразмеров, рассчитанные на прием одного из первых 5 каналов телевидения. Общий вид и размеры одной из этих антенн показаны на рис. 9. Основные технические характеристики АТУ приведены в табл. 11 (в обозначении унифицированных антенн первая цифра указывает номер телеканала, а вторая — число элементов).

Таблица 11

Типоразмеры Принимаемый канал Размеры, мм Коэффициент усиления Угол раствора,
град
Б А В
АТУ-1-3 1 2670 3350 2340 5,3 70
АТУ-2-3 2 2340 2840 2000 5,0 70
АТУ-3-3 3 1790 2200 1550 4,8 70
АТУ-4-3 4 1620 2000 1400 4,5 70
АТУ-5-3 5 1510 1830 1290 4,2 70

Активный и пассивный вибраторы укрепляются на стреле без изоляторов в точке равновесия независимо от того, из какого материала изготовлена стрела. Стрела вместе с элементами также крепится к мачте в точке равновесия с помощью сварки или крепежных деталей, обеспечивающих надежную механическую прочность и выдерживающих ветровые нагрузки.

После установки и закрепления вибраторов стрела должна быть надежно прикреплена к мачте с помощью сварки или другим способом (в центре тяжести стрелы). Нужное значение при монтаже антенны имеют точность установки вибраторов на стреле и расстояние между ними.

При настройке антенны типа «волновой канал», предназначенной для применения в условиях сильных помех и отраженных сигналов, необходимо обратить особое внимание на снижение уровня задних и боковых лепестков диаграммы направленности.

Специальным подбором размеров элементов и расстояний между ними удается создать антенну типа «волновой канал» для приема каналов, работающих на разных частотах, например на 1-м и 3-м.

Конструктивные размеры деталей антенн типа «волновой канал» приведены в табл. 12.

Наиболее распространенные ТА типа «волновой канал», рассчитанные для функционирования в неблагоприятных условиях, обеспечивают достаточно хорошее качество приема на всех телепрограммах, если применяютс специальные покупные или самодельные антенные усилители или конвертеры. Выбор схемы антенного усилителя зависит от модели используемого телевизионного приемника, расположения садового участка, напряженности электромагнитного поля в месте приема телепрограмм, типа ТА и возможностей мастера-радиолюбителя.

Таблица 12

Номер канала,
не более
Размеры, мм
d l l1 d1 d2 l2 l3 l4 d3
40 10 80 80 10 15 25 25 30 15
40 12 90 90 12 17 30 30 30 17
12 14 95 100 14 17 30 30 35 17
12 15 100 100 15 20 30 30 40 20
12 16 120 120 16 20 40 40 40 20
6 18 140 120 18 20 45 45 50 20
5 20 150 140 20 24 50 50 50 24
3 22 160 140 22 24 50 50 60 24
2 25 180 150 25 27 60 60 60 27

Начинающим радиолюбителям необходимо напомнить, что усилители используются, как правило, только при приеме радиоволн метрового диапазона, а конвертеры — для приема дециметровых волн, что соответствует 1—12-му и 21—64-му телеканалам.

Использование телевизионных усилителей позволяет значительно улучшить основные электрические характеристики рассматриваемых антенн типа «волновой канал».

Наш баннер
Вы можете поставить наш баннер на своем сайте или блоге, чтобы помочь развитию проекта.
Каталог радиолюбительских схем
Получить код
Навигация
  • Вся информация на сайте структурирована по темам.
  • Каждый тема имеет свою общую страницу с ссылками на материалы.
  • Выбранный материал открывается в новом окне, которое вы можете после просмотра закрыть.
Друзья сайта
Статьи