Примером прямофокусных антенн могут служить всем известные гигантские антенны астрофизических радиотелескопов. Какую антенну подобрать и на что обращать внимание — рассмотрим детально в нашем материале.
Руководство по выбору антенны для цифрового телевидения.
Большинство вещательных радиоприемников выпускаются со встроенной рамочной или ферритовой антенной. Такое устройство представляет собой электрически небольшой магнитный диполь. Если электрические и магнитные силовые линии, образующие поле антенны, поменять местами, то полученное в результате поле теоретически возможно в том смысле, что оно подчиняется законам электромагнетизма. Трудность состоит в том, что для излучения такого поля требуется магнитный аналог исходной излучающей системы; но магнитный аналог электрических зарядов, движущихся по электрическим проводникам, - это некие магнитные заряды, движущиеся по магнитным проводникам; однако ни магнитного заряда, ни магнитного проводника пока еще не удалось обнаружить. Существует, однако, магнитный аналог очень маленького диполя - катушка индуктивности. Хотя миниатюрный магнитный диполь, или рамочная антенна, как его называют, является весьма малоэффективной передающей антенной, такие качества, как миниатюрность и отличные возможности противостоять местным помехам и шумам, делают его идеальным средством для приема радиовещательных передач. Диаграмма направленности небольшой рамочной антенны представлена на рис.
Поворачивая рамку, можно, используя резко выраженные нули диаграммы, совпадающие с осью рамки, исключить прием помехи. Такая рамочная антенна может иметь форму плоской спирально намотанной катушки, размещаемой на задней стенке корпуса приемника, или форму тонкого соленоида с ферритовым сердечником. Благодаря резко выраженным нулям диаграммы направленности такую рамочную антенну используют в радиопеленгационной аппаратуре. Диапазон ЧМ-радиовещания от 88 до 108 МГц заключен между нижним и верхним каналами ОВЧ-диапазона телевидения от 2-го до 13-го канала ; поэтому антенны, применяемые для передачи и приема ЧМ-сигналов, по существу такие же, как и используемые для телевидения, и хотя в последующем описании речь будет идти преимущественно о телевизионных антеннах, последние в большей или меньшей степени пригодны также и для ЧМ-радиовещания. Обычно и ЧМ-радиостанции, и телевизионные передающие станции ведут передачи на волнах с горизонтальной поляризацией. От телевизионной или ЧМ передающей антенны обычно требуется, чтобы она давала равномерно распределенное ненаправленное излучение в горизонтальной плоскости; однако в вертикальной плоскости выгодно концентрировать излучение в сравнительно узкий луч, направленный к горизонту, ибо именно там находится обслуживаемая "аудитория" зрителей и слушателей.
Энергия, направляемая выше или ниже линии горизонта, либо теряется в космосе, либо уходит в землю. Характеристики диаграммы направленности в вертикальной плоскости той или иной телевизионной передающей антенны можно определить сравнением с соответствующей диаграммой горизонтального полуволнового симметричного вибратора в вертикальной плоскости, содержащей этот вибратор. Коэффициент усиления антенны по мощности определяется как отношение входной мощности, подаваемой на выбранный для сравнения симметричный вибратор, к мощности, подаваемой на вход антенны, коэффициент усиления которой надо определить, при условии, что обе антенны дают одинаковую интенсивность излучения в горизонтальной плоскости на расстоянии в одну милю 1,6 км. Эффективная излучаемая мощность определяется как мощность в ваттах, поступающая по соединительной линии фидеру от передатчика в антенну, умноженная на коэффициент усиления антенны. Таким образом, эффективная излучаемая мощность в типичном случае получается намного больше фактической мощности передатчика. Одной из проблем конструирования антенны, решение которой особенно важно для телевещания, является исключение отражений от антенны обратно в соединительную линию.
Эта отраженная энергия переотражается передатчиком в антенну, куда она попадает с задержкой, равной частному от деления двойной длины фидера на скорость света, и приводит к передаче в антенну задержанного эхо-сигнала. В худшем случае это эхо может проявить себя на принимаемой картинке как вторичное изображение тускло воспроизводимое изображение, смещенное вправо , но даже при менее неприятных последствиях четкость получаемого изображения ухудшается. Проблема отражений, как и другие проблемы, связанные с конструкцией антенны, при передаче телевизионного сигнала усугубляются требованиями, предъявляемыми к ширине полосы тракта. Это означает, что телевизионная передающая антенна должна иметь конструкцию, соответствующую жестким требованиям не только на одной частоте, но и в широкой полосе частот. Применяемая на практике телевизионная передающая антенна представляет собой "турникетную" модель, которая состоит из двух скрещенных горизонтальных симметричных вибраторов, сделанных из труб диаметром 5 или 8 см. Направленность в вертикальной плоскости а следовательно, и коэффициент усиления антенны можно улучшить путем установки на антенной мачте нескольких ярусов турникетных антенн одну над другой.
Турникетная антенна - это прототип одной из самых широко применяемых телевизионных передающих антенн, получившей название "супертурникетной". Вибраторы простой турникетной антенны приобрели в ней форму излучателей с конфигурацией бабочки - такая конфигурация позволяет получить намного большую ширину полосы вещания. Коэффициент усиления по мощности трехъярусной супертурникетной антенны составляет около 4. Телевизионные приемные антенны. В отличие от волн, используемых для АМ-вещания, волны, на которых ведется телевещание, имеют значительно меньшую длину, так что приемные антенны размером в половину длины волны здесь вполне осуществимы. Так, телевизионный полуволновый симметричный вибратор настолько мал, что его можно сделать из жесткой трубки.
Вместе с тем малый размер даже электрически длинной антенны на этих частотах означает, что эффективная площадь приема падающей волны и, следовательно, возможность антенны захватить ее энергию ограниченна. В свете вышесказанного становится понятным, что эффективность антенны играет важную роль в приеме телевизионного сигнала.
Например, в качестве бортовых антенн летательных аппаратов используются слабонаправленные антенны с широкой ДН. Антенны радиолокационных систем, предназначенные для обзора пространства и вращающиеся вокруг вертикальной оси, имеют узкую ДН в горизонтальной плоскости и широкую в вертикальной либо состоящую из множества узких лучей, сканирующих пространство. Радиоастрономические антенны и антенны систем космической связи должны обладать чрезвычайно высокой направленностью игольчатая ДН для точного определения местоположения объекта. Конструктивное исполнение антенн определяется главным образом их назначением и рабочим диапазоном частот. Так, антенны длинных и средних волн обычно представляют собой башни-опоры высотой 200—400 м , несущие разветвлённое проволочное полотно; в сочетании со сверхмощными свыше 1 МВт радиопередатчиками они обеспечивают связь по всему земному шару, в том числе с подводными лодками, находящимися на глубине до нескольких сотен метров. В диапазоне УКВ широкое распространение получили параболические антенны, состоящие из металлического зеркала в форме параболоида, в фокусе которого помещён облучатель. Такие антенны применяются в радиотелескопах, системах спутникового телевидения и др.
В качестве подземных антенн в основном используют закопанные в траншеи проволочные системы. Особой сложностью и точностью изготовления отличаются антенны спутниковой радиосвязи например, раскрывающиеся при выводе на орбиту зонтики, параболические зеркала земных станций связи , а также радиоастрономические антенные системы, предназначенные для приёма радиосигналов из других галактик , радиолокации небесных тел и измерения космических расстояний. Характерная особенность развития современной антенной техники — использование антенн с обработкой сигнала цифровой, аналоговой, пространственно-временной, методами когерентной и некогерентной оптики и др. К таким антеннам относятся фазированные антенные решётки с управлением ДН от ЭВМ, радиоастрономическая система апертурного синтеза.
Позже на смену такому вещанию пришло цифровое телевидение. Глобальный принцип в нем остается тем же: информацию из реального мира трансформируют в электрический сигнал. Но потом специальные программы его переводят в цифровой формат нулей и единиц, данные становятся более компактными, их проще передать без потерь.
Поэтому итоговое качество картинки и звука кратно повышается. Ростелеком — один из крупнейших поставщиков цифрового телевидения в России. В базовом тарифе заложено более 100 каналов, среди которых каждый найдет для себя что-то интересное. В зависимости от формата вещания цифровое телевидение может быть эфирным, кабельным, спутниковым, работающим через интернет. Как работает эфирное ТВ Телеканалы генерируют контент и переводят его в цифровой формат. Эту информацию передают на специальные телевизионные станции. Они преобразуют данные в серию электромагнитных импульсов и отправляют в окружающее пространство.
Антенны и кабели телевизоров их улавливают и воспроизводят на экранах звук и картинку. Если модель телевизора слишком старая, к ней можно подключить специальную приставку и антенну. Электромагнитные волны переносятся в атмосфере, и на них влияют условия окружающей среды. Поэтому важно, чтобы телевышка находилась недалеко от домов, так потери информации будут минимальными. Эфирное вещание всегда происходит в реальном времени: на экране появляется та информация, которую в данный момент транслирует телевизионная станция. Как работает спутниковое ТВ Для этой системы нужно 4 компонента: наземная передающая станция, спутник над орбитой Земли, принимающая антенна и ресивер. Наземная передающая станция получает сигнал от телевизионного канала и отправляет его к спутнику.
Последний находится на орбите и вращается вокруг Земли с той же скоростью, что наша планета. Благодаря этому спутник все время «висит» над определенной территорией. Он усиливает полученный сигнал и отправляет его конкретным абонентам.
К примеру антенна мобильного телефона должна иметь круговую диаграмму направленности для уверенного приема со всех направлений, а ТВ антенна, обладающая направленностью - должна быть направлена на телестанцию. Развитие антенной техники не стоит на месте и с появлением новых систем связи повышаются требования к антенным устройствам. К примеру в сетях 4 и 5 поколений планируется использование Smart антенн, способных менять свои характеристики в зависимости от условий. У таких антенн будет множество управляемых лучей, способных передвигаться за абонентами, тем самым увеличить пропускную способность и, соответственно, скорость передачи данных.
ИТ Блог. Администрирование серверов на основе Linux (Ubuntu, Debian, CentOS, openSUSE)
The Wall Street Journal опубликовал замечательную статью о том, как молодые американцы открывают для себя телевизионную антенну. Прежде чем начать разговор о выборе телевизионной антенны для цифрового телевидения стандарта DVB-T2, поговорим немного о самом эфирном телевидении. Как они различаются и что такое «направленная антенна»? В этой статье также кратко будут разобраны вопросы взаимодействия их радиоволнами и разобраны принципы действия некоторых типов устройств. Что же такое антенна? Антенна – устройство, которое излучает подведенную к нему высокочастотную энергию в виде электромагнитных волн в окружающее пространство (передающая антенна) или принимает высокочастотную энергию свободных колебаний.
Видео. Антенны и дураки. Основы антенных устройств
Что такое антенна? Бывают антенны радиолюбительские, для приемников, телевизоров, роутеров, мобильных телефонов и другие. Чтобы лучше уяснить различия между активной и пассивной антеннами, определим основные особенности пассивного приемника. Антенна это устройство для непосредственного излучения и (или) приёма радиоволн. Качество приёма на безмачтовую антенну примерно такое же, как и на антенну с сосредоточенной ёмкостью.
Что такое эфирное ТВ и правда ли оно бесплатное
| Эфирные антенны | Передающая антенна преобразует энергию электромагнитных ВЧ-колебаний, поступающих от радиопередатчика непосредственно или через антенно-фидерный тракт, в энергию излучаемых радиоволн. |
| Антенна - электрическое устройство | Прежде чем начать разговор о выборе телевизионной антенны для цифрового телевидения стандарта DVB-T2, поговорим немного о самом эфирном телевидении. |
| Про антенны для самых маленьких / Хабр | Космическая Tinkoff Black c бесплатным обслуживанием — : LjN8KMWqrСегодня мы с вами наконец-то поговорим про антенны! |
| Об антеннах нового поколения | Антенна для интернета: особенности мобильного интернета, технические характеристики, исполнения антенн, нюансы монтажа. |
Передающие антенны: типы, устройство и характеристики
| Новости по тегу антенна, страница 1 из 1 | Первая антенна значительно уменьшена по сравнению с предыдущей версией, имея размеры 29 × 25 см, что приблизительно соответствует размеру ноутбука Apple MacBook. |
| Основные виды антенн | Разработанная в рамках проекта Фонда перспективных исследований антенна малой высоты профиля, способная работать с широкой полосой частот, вошла в Топ-10 лучших изобретений 2020 года по версии Роспатента. |
Выбор антенны для эфирной цифры. Часть 1
это часть радиоэлектронного устройства, которая служит для усиления передачи и приёма радиоволн. Антенна в режиме передачи преобразует энергию поступающего от радиопередатчика электромагнитного колебания в распространяющуюся в пространстве электромагнитную волну. Т.е. антенна преобразующее колебания электрического тока в волну электромагнитного поля (радиоволну) и обратно. это часть радиоэлектронного устройства, которая служит для усиления передачи и приёма радиоволн.
Ранее вы смотрели
- Антенны. Сегодня и всегда.
- Open call «Живые и неживые антенны» до 1 августа | ART Узел
- Толковый словарь
- Антенна - электрическое устройство
SpaceX обновила спутниковую антенну Starlink — она стала больше и мощнее
Кроме того, нельзя устанавливать спутниковую антенну рядом с высокими зданиями, деревьями, возвышенностями. Они могут помешать приему данных. Как работает кабельное ТВ Оператор обустраивает специальные станции, где принимает сигналы от различных телеканалов. С этих станций к квартирам подводят провода, и по ним информация доходит до телевизоров подключенных абонентов. Раньше оператор проводил в квартиры специальный шнур. Сейчас сигнал можно передавать по оптоволоконному интернет-кабелю. Современные телевизоры приспособлены для приема кабельного сигнала.
Если же модель более старая, потребуется специальная приставка, она будет служить «буфером» между телевизором и кабелем. Обычно при таком способе подключения абонент получает намного больше каналов, чем в случае эфирного вещания. Данные приходят в квартиру от оператора прямо по интернет-кабелю. И этот кабель не нужно подключать к телевизору: достаточно подсоединить его к роутеру, а он «раздаст» сигнал на нужные устройства. Чтобы принимать информацию, телевизор должен быть в версии Smart. В противном случае нужна специальная приставка.
С другой стороны, интернет-ТВ можно смотреть не только по телевизору, но и на любых устройствах с выходом в интернет: ноутбуках, планшетах, смартфонах. При подобном способе подключения абонент получает две услуги в одном пакете: доступ и к интернету, и к различным телевизионным каналам. При этом эфиром можно управлять. Абоненту доступны функции паузы и перемотки программ и фильмов, даже если они уже закончились. Цифровое ТВ не зависит от условий окружающей среды: интернет-кабели протягивают под землей. Главное — чтобы мощности роутера хватало на трансляцию в пределах квартиры.
Тогда сигнал всегда будет сильным и устойчивым.
Она показывает, насколько мощным будет сфокусированное антенной излучение в идеальных условиях по сравнению с мощностью изначального радиосигнала. Чтобы перевести мощности в децибелы, достаточно воспользоваться специальной таблицей. Поскольку КУ является логарифмическим значением, то при сравнении двух антенн с КУ 10 Дб и 13 Дб получится, что мощность второй почти двукратно превышает мощность первой. Если сравнить две антенны похожей конфигурации и с равным КУ, то гораздо компактнее окажется модель, принимающая радиоволны меньшей длины, но при условии, что у обеих антенн аналогичный КУ и похожая конструкция. Например, если сравнивать WiFi антенну на 20 дБ частотой 5500 МГц, имеющую размеры 18х18 см, с антенной на 20 дБ для частоты 1800 МГц, то габариты последней будут 60х60 см. Что такое поляризация антенны Это параметр указывает направленность колебаний вектора напряжённости полей: магнитных, электромагнитных и электрических. Она делится на: линейную, направление которой перпендикулярно распространению волны; круговую, с правым и левым направлением; эллиптическую, представляющую собой нечто среднее между рассмотренными выше вариантами. Рассмотрим, что это такое на примере верёвки. Если привязать один её конец, а второй энергично перемещать по вертикали вверх-вниз, то на ней появятся вертикально поляризованные волны.
Если перемещать её по сторонам, то они будут поляризованы по горизонтали. Антенна хорошо принимает только радиоволны с совпадающей поляризацией. Узнать, как правильно поляризовать антенну, можно по специальному обозначению — стрелке, которую наносят на производстве. Дальше остаётся только правильно установить антенну, ориентируюсь по стрелочке, задавая ей тем самым вертикальную или горизонтальную поляризацию.
Благодаря источнику электроэнергии ток проходит через всю длину металлического прута или корпуса устройства и образуя вокруг себя магнитное поле.
Переменное действие электромагнитного поля, которое возникает при подаче тока, образует волну, распространяющуюся от антенны. Таким образом, преобразовывая ток электричества в электромагнитную волну, получается устройство для распространения. Прибор, предназначенный для приема сигнала, действует обратным образом, поглощая колебания волн и преобразования их в радиосообщение. От самых простых вариантов в виде металлического прута, до целой системы передачи и приема электрического сигнала.
На данный момент антенны типа «волновой канал» получили широкое распространение в различных профессиональных устройствах радиосвязи и радиолокации. Большинство телевизионных коллективных и индивидуальных антенн промышленного изготовления также являются антеннами типа «волновой канал». Это связано с тем, что такие антенны достаточно компактны и обеспечивают получение большого коэффициента усиления при сравнительно небольших габаритах. Иногда антенну «волновой канал», особенно в зарубежной литературе, называют антенной Уда — Яги по именам впервые описавших ее японских изобретателей. Антенна «волновой канал» представляет собой набор элементов: активного — вибратора и пассивных — рефлектора и нескольких директоров, установленных на одной общей стреле. В настоящее время разработано большое количество разных антенн типа «волновой канал», отличаю — щихся одна от другой числом директоров и расстоянием между ними.
Принцип действия антенны состоит в следующем. Вибратор определенной длины, находящийся в электромагнитном поле сигнала, резонирует на частоте сигнала, и в нем наводится ЭДС. В каждом из пассивных элементов также наводится ЭДС, и они переизлучают вторичные электромагнитные поля. Эти вторичные поля, в свою очередь, наводят дополнительные ЭДС в вибраторе. Размеры пассивных элементов и их расстояния от вибратора должны быть выбраны такими, чтобы дополнительные ЭДС, наведенные в вибраторе вторичными полями, были в фазе с основной ЭДС, наведенной в нем первичным полем. Тогда все ЭДС будут складываться арифметически, обеспечив повышение эффективности антенны по сравнению с одиночным вибратором. Для этого рефлектор делается немного длиннее вибратора, а директоры — короче. Симметричное расположение элементов антенны относительно направления на передатчик создает условия для сложения наведенных ЭДС в вибраторе только для сигнала, приходящего с главного направления. Сигналы, приходящие под углом к главному направлению, создают в вибраторе ЭДС, сдвинутые по фазе относительно основного, и поэтому складываются алгебраически так, как складываются векторы. Их векторная сумма получается меньше арифметической.
Сигнал же, приходящий с заднего направления, создает в вибраторе наведенные ЭДС, противофазные основной, и они вычитаются. Таким образом, обеспечивается направленное свойство антенны, формируется узкая диаграмма ее направленности, что соответствует увеличению коэффициента усиления. Элементы антенн «волновой канал», которые будут рассмотрены ниже, расположены в пространстве горизонтально, и такие антенны используют для приема сигналов с горизонтальной поляризацией, когда вектор напряженности электрического поля Е также горизонтален. В связи с тем, что элементы антенны расположены в разных точках пространства, фазы наведенных в них первичным полем ЭДС будут зависеть от координат каждого элемента и их размеров, так как от длины элемента зависит его резонансная частота, а фаза наведенной ЭДС зависит от настройки элемента. Нужно также учесть, что телевизионный сигнал занимает сравнительно широкую полосу частотного спектра и свойства антенны должны быть хотя бы примерно одинаковыми для всей полосы частот принятого сигнала. Наконец, для хорошего согласования антенны с фидером ее входное сопротивление должно иметь чисто активный характер. Отсюда становится ясно, насколько сложно проектирование антенн типа «волновой канал», особенно при большом количестве элементов антенны. В настоящее время разработано множество вариантов таких антенн с разным числом директоров различных размеров и с различным расстоянием между ними. Процесс проектирования многоэлементной антенны типа «волновой канал» вообще неоднозначен. Перед проектировщиком могут быть поставлены разные задачи: добиться либо максимального коэффициента усиления антенны, либо максимального коэффициента защитного действия, либо наименьшей неравномерности коэффициента усиления в полосе принимаемых частот, либо минимального уровня боковых лепестков диаграммы направленности, или же обеспечить другие факторы.
Кроме того, в процессе проектирования некоторые размеры антенны приходится задавать, а остальные получать в результате расчета. Этим объясняется то, что в разных источниках литературы приводятся различные размеры элементов антенн при одинаковом их числе. К сожалению, в литературе при описаниях антенн отсутствуют сведения о том, какие исходные данные были положены в основу проектирования данной конкретной антенны. Следует также учесть, что большинство вариантов многоэлементных антенн типа «волновой канал» подобрано экспериментальным путем, что сильно осложняет возможности повторяемости таких конструкций. Многоэлементная антенна типа «волновой канал» по принципу работы аналогична многоконтурному полосовому фильтру и нуждается в тщательной настройке элементов. Известно, что многоконтурный фильтр, как бы точно ни были подобраны индуктивности его катушек и емкости конденсаторов, подлежит обязательной настройке по приборам в связи с тем, что невозможно заранее учесть разбросы различных паразитных параметров, таких как емкости монтажа и индуктивности рассеяния, активные сопротивления катушек на высокой частоте и сопротивления потерь конденсаторов, индуктивности и сопротивления соединительных проводников. Аналогично и при изготовлении многоэлементной антенны типа «волновой канал»: даже точное соблюдение всех ее размеров не избавляет от необходимости выполнения тщательной настройки по приборам, поскольку невозможно учесть разбросы в ее конструкции, такие как непараллельность элементов в горизонтальной плоскости, скручивание несущей стрелы, неизбежное под нагрузкой из-за того, что всегда имеется неоднородная по длине трубы эллиптичность ее сечения, а скручивание стрелы приводит к тому, что элементы антенны уже не находятся в одной плоскости. Определенное влияние на работу антенны, которое невозможно учесть, оказывают находящиеся поблизости местные предметы — металлические и неметаллические. Наконец, невозможно абсолютно точно выдержать все размеры, всегда будут отклонения в пределах допусков, а при изменениях окружающей температуры эти отклонения увеличиваются. Антенну следует настраивать изменением длины каждого элемента и расстояний между ними при контроле формы диаграммы направленности, значения и характера входного сопротивления антенны.
Настройка требует специальных полигонных условий, исключающих влияние местных предметов, и специальных приборов — генератора метрового или дециметрового диапазона волн достаточно большой мощности, индикатора напряженности поля, измерителя полных сопротивлений антенн. Не всегда в процессе настройки удается одновременно добиться того, чтобы входное сопротивление антенны было чисто активным и имело нужное значение. Приходится мириться с полученным значением входного сопротивления антенны при его чисто активном характере. Но при этом, кроме настройки антенны, приходится также дополнительно осуществлять настройку ее согласования с фидером. Многоэлементные антенны типа «волновой канал», используемые в профессиональной аппаратуре, подлежат обязательной индивидуальной настройке на заводе, а в состав аппаратуры входит устройство, позволяющее корректировать согласование антенны с фидером в процессе эксплуатации. Радиолюбители, занимающиеся постройкой многоэлементных антенн типа «волновой канал», конечно, не имеют возможности выполнить даже приблизительную настройку антенны, а большинство из них полагает, что антенна, изготовленная точно по чертежам, должна обеспечивать нормальную работу. К сожалению, на практике дело обстоит совсем не так. Чем больше элементов содержит антенна, тем сложнее ее настройка и, с другой стороны, тем хуже оказываются фактические характеристики ненастроенной антенны. В первую очередь при расстройке антенны страдает ее диаграмма направленности. Она становится асимметричной, максимум ее главного лепестка отклоняется от оси антенны, расширяются боковые и задний лепестки.
В связи с тем, что ухудшается соотношение между площадью главного лепестка и площадью остальных лепестков, падает коэффициент усиления антенны. Входное сопротивление антенны приобретает значительную реактивную составляющую, а его активная составляющая сильно отличается от номинального значения, которое она должна иметь по паспорту. В результате сильно нарушается согласование антенны с фидером. Это приводит к тому, что значительная часть энергии сигнала, принятого антенной, отражается от фидера и излучается обратно в пространство, не поступая на вход телевизионного приемника. Таким образом, резко ухудшаются все без исключения характеристики антенны, подобно тому как радиоприемник с расстроенными контурами не обладает ни нужной чувствительностью, ни нужной избирательностью. Порой такой приемник вообще не способен принимать радиосигналы. Всем этим объясняются частые разочарования радиолюбителей, которые, построив и установив сложную многоэлементную антенну типа «волновой канал», сталкиваются с тем, что не получают ожидаемых результатов. Практика показывает, что антенна типа «волновой канал» не нуждается в настройке и обеспечивает получение паспортных характеристик, если она содержит не более трех элементов: вибратор, рефлектор и только один директор. Коэффициент усиления такой антенны составляет 6 дБ, чего вполне достаточно для ее использования в зоне ближнего приема. Если же такого коэффициента усиления окажется недостаточно, радиолюбителям не рекомендуется заниматься постройкой многоэлементных антенн типа «волновой канал» — лучше отдать предпочтение антеннам других типов, которые могут обеспечить получение больших коэффициентов усиления и не нуждаются в настройке.
Следует отметить еще один неприятный аспект, связанный с использованием многоэлементных антенн типа «волновой канал». Обычно эти антенны содержат петлевой вибратор Пистолькорса. Сам петлевой вибратор имеет входное сопротивление около 300 Ом и хорошо согласуется с фидером из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом путем применения полуволновой петли. Петля уменьшает входное сопротивление в 4 раза, с 300 до 75 Ом, и обеспечивает симметрирование. При добавлении к петлевому вибратору пассивных элементов входное сопротивление антенны в значительной мере уменьшается. Так, входное сопротивление пятиэлементной антенны в зависимости от ее размеров может находиться в пределах 40-120 Ом. Будучи дополнительно уменьшенным в 4 раза полуволновой петлей, оно падает до 10—30 Ом, что приводит к резкому рассогласованию антенны с фидером. За счет отражения значительной части энергии принятого сигнала и ее излучения обратно в пространство значительно уменьшается коэффициент усиления антенны. В условиях высокого уровня напряженности поля на небольшом расстоянии от передатчика такая потеря усиления антенной не опасна: главной задачей остается защита от помех за счет узкой диаграммы направленности. Однако если многоэлементную антенну устанавливали из-за того, что более простая антенна оказалась недостаточно эффективной, такое решение оказывается ошибочным.
Дело осложняется тем, что в литературе при описании многоэлементных антенн типа «волновой канал» не указываются значения их входного сопротивления, так как оно очень сильно зависит от настройки антенны. Измерить же входное сопротивление антенны в любительских условиях достаточно трудно, а не зная его, невозможно правильно выбрать схему согласующего устройства. Двухэлементные антенны типа «волновой канал» применяют редко, так как их характеристики ненамного лучше характеристик одиночного вибратора. Поэтому рассмотрим трехэлементную антенну, которая показана на рис. Элементы антенны выполнены из металлической трубки диаметром 12—20 мм. Мачта и стрела могут быть металлическими. При этом элементы антенны должны быть надежно электрически соединены со стрелой с помощью пайки или сварки. Если стрела выполняется из изоляционного материала, специально соединять между собой элементы антенны не нужно. Расположение элементов антенны соответствует горизонтальной поляризации сигнала. Если необходимо принимать сигнал с вертикальной поляризацией, антенна поворачивается так, чтобы ее элементы заняли вертикальное положение.
Однако при этом верхняя часть мачты длиной, примерно равной длине рефлектора, должна быть выполнена из изоляционного материала. Подключение фидера производится с помощью полуволновой петли. Входное сопротивление антенны рекомендуемых размеров составляет примерно 150 Ом, поэтому имеется рассогласование антенны с фидером. Однако в условиях ближнего приема более важным является тот факт, что суженная по сравнению с одиночным вибратором диаграмма направленности ослабляет прием помех с других направлений и отраженных сигналов. Коэффициент усиления трехэлементной антенны типа «волновой канал» указанных размеров составляет 5,1—5,6 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала на выходе антенны в 1,8—1,9 раз по сравнению с одиночным полуволновым вибратором. Трехэлементная антенна, установленная на мачте высотой 15—20 м, при равнинной местности может обеспечить нормальный прием телевизионных передач на расстоянии до 60 км от передатчика мощностью 5 кВт при высоте передающей антенны 200 м. От трехэлементной антенны она отличается двумя дополнительными директорами и размерами элементов. В связи с пониженным входным сопротивлением антенны, которое из-за неизбежной расстройки даже приблизительно указать невозможно, фидер к антенне следует подключать с помощью четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа. Коэффициент усиления пятиэлементной антенны при условии ее точной настройки для указанных размеров составляет примерно 8,6—8,9 дБ, что соответствует увеличению сигнала на выходе антенны в 2,7—2,8 раз по сравнению с одиночным полуволновым вибратором. Если антенна не настраивалась, ее параметры могут оказаться хуже, чем у трехэлементной антенны.
Помимо пятиэлементных разработаны и в некоторых литературных источниках публикуются размеры семиэлементных, одиннадцатиэлементных антенн типа «волновой канал», а также имеющих еще большее число элементов. Такие антенны здесь не рассматриваются по следующим причинам. Как уже отмечалось, без тщательной настройки такие антенны, даже выполненные точно по чертежам, обладают плохими характеристиками. Кроме того, с увеличением числа элементов сужается полоса пропускания антенны. Поэтому при приеме сигнала по первому частотному каналу средняя частота 52,9 МГц полоса пропускания антенны составит всего 2,65 МГц, то есть значительно меньше полосы частот, занимаемой спектром телевизионного сигнала, которая примерно равна 7 МГц. Даже на пятом канале полоса пропускания этой антенны оказывается недостаточной. А если в диапазоне 6-12-го каналов или в дециметровом диапазоне полоса пропускания многоэлементной антенны оказывается достаточно широкой, из-за неизбежной расстройки такие самодельные антенны считаются бесперспективными. Наконец, в условиях ближнего приема нет никакой необходимости в установке таких сложных антенн. Что касается дальней части зоны прямой видимости или зоны полутени, то там необходимо использовать антенны с повышенным или большим коэффициентом усиления, который расстроенная антенна обеспечить не может, и для получения такого коэффициента усиления приходится использовать синфазное соединение нескольких сравнительно простых антенн, которые не нуждаются в настройке и хорошо согласуются с фидером. Рамочные антенны.
И в качестве наружных, и в качестве комнатных используют рамочные антенны — двух— и трехэлементные. Хотя они конструктивно сложнее двух— и трехэлементных антенн типа «волновой канал», но обладают большим коэффициентом усиления даже по сравнению с пятиэлементными антеннами и лишены их недостатков. Рамочные антенны хорошо согласуются с фидером, поэтому их рекомендуют использовать в тех случаях, когда антенна «волновой канал» не дает достаточно хороших результатов. Рамочные антенны получили широкое распространение также в условиях дальнего приема телевидения за границей зоны прямой видимости, для чего несколько таких антенн соединяются в синфазную систему. Это приводит к дальнейшему увеличению коэффициента усиления, что и позволяет уверенно принимать такие слабые сигналы, поймать которые другими антеннами оказывается практически невозможно. Узкополосные антенны по сравнению с широкополосными обладают таким дополнительным преимуществом, как частотная избирательность. Благодаря этому на вход телевизионного приемника не могут проникнуть помехи от других телевизионных передатчиков, работающих на соседних по частоте каналах, если по каким-либо причинам возникли благоприятные условия распространения их сигналов в данном направлении. Особенно важна частотная избирательность антенны в условиях слабого сигнала. Дело в том, что нередки случаи, когда необходимо обеспечить прием слабого сигнала от удаленного передатчика, но поблизости работает мощный передатчик другой программы на соседнем канале. В таких условиях частотной избирательности телевизионного приемника может не хватить.
Кроме того, как известно, интенсивная помеха, поступая на первый же нелинейный элемент схемы приемника электронную лампу, транзистор или микросхему , приводит к перекрестной модуляции сигнала этой помехой. В последующих каскадах избавиться от этой помехи в приемнике уже невозможно. Поэтому ослабление такой помехи за счет частотной избирательности антенны имеет очень важное значение. Наибольшее распространение получили двухэлементные рамочные антенны, хотя иногда используют также и трехэлементные рамочные антенны. Впервые предложил использовать эти антенны для приема телевидения советский энтузиаст дальнего приема С. Его первая статья с описанием двухэлементных рамочных антенн была помещена в журнале «Радио», 1959 г. Многочисленные эксперименты радиолюбителей подтвердили их эффективность. Антенны с числом рамок более трех не используют по тем же самым причинам, по которым нецелесообразно применение многоэлементных антенн типа «волновой канал»: необходимость тщательной настройки, без которой параметры антенны от увеличения числа элементов не улучшаются. Двухэлементная рамочная антенна показана на рис. Рамки выполняют из металлической трубки диаметром 10—20 мм для антенн 1-5-го каналов или 8-15 мм для антенн 6-12-го каналов.
Как и при изготовлении других антенн, металл может быть любым, но предпочтительнее медь или латунь. Верхняя стрела соединяет середины обеих рамок, а нижняя изолирована от вибраторной рамки и крепится к пластине, изготовленной из гетинакса, текстолита или оргстекла толщиной 6—8 мм и размерами 30x60 мм. К этой же пластине крепятся концы вибраторной рамки винтами с гайками, ддя чего концы рамки можно расплющить. Стрелы могут быть выполнены металлическими или из изоляционного материала — текстолита или винипласта. В этом случае специально соединять рамки между собой нет необходимости. Мачта должна быть деревянной, по крайней мере ее верхняя часть. Металлическая часть мачты должна заканчиваться на 1,5 м ниже антенны. Рамки антенны располагают одна относительно другой так, чтобы их воображаемые центры точки пересечения диагоналей квадратов находились на горизонтальной прямой, направленной на передатчик. Крепление антенны к мачте производится в центре тяжести. Фидер подключается к концам вибраторной рамки с помощью четвертьволнового короткозамкнутого симметрирующего шлейфа из того же кабеля, что и фидер.
Шлейф и фидер должны подходить к антенне вертикально снизу, расстояние между ними должно быть постоянным по всей длине шлейфа, для чего можно предусмотреть распорки из гетинакса. Можно также закрепить фидер и шлейф на изоляционной пластине, к которой крепятся нижняя стрела и концы вибраторной рамки, изготовив ее в виде буквы Т. При этом в пластине сверлят небольшие отверстия, а фидер и шлейф привязывают к ней капроновой леской. Использовать металлические элементы для их крепления нежелательно. Для обеспечения жесткости можно выполнить шлейф из двух металлических трубок, соединенных верхними концами с концами вибраторной рамки. В этом случае фидер пропускают внутри правой трубки снизу вверх, оплетку кабеля припаивают к правому, а центральную жилу — к левому концам вибраторной рамки. Трубки шлейфа в нижней части замыкаются перемычкой, перемещением которой можно подстроить антенну на максимум принимаемого сигнала. По данным С. Сотникова, коэффициент усиления двухэлементной рамочной антенны, выполненной по рекомендованным им размерам, составляет 8—9 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала в 2,5—2,8 раза по сравнению с напряжением сигнала на выходе полуволнового вибратора. Входное сопротивление этой антенны находится в пределах 70—80 Ом.
Исходя из приведенных значений коэффициента усиления, можно сделать вывод о том, что по усилению двухэлементная рамочная антенна эквивалентна пятиэлементной антенне типа «волновой канал» или немного эффективнее ее, но имеет меньшие габариты и лишена ее недостатков, так как не нуждается в настройке, хорошо согласуется с фидером и обладает хорошей повторяемостью параметров. Это объясняется тем, что активной приемной частью каждой рамки являются ее верхняя и нижняя горизонтальные части. Получается, что двухэлементная рамочная антенна содержит четыре элемента и эквивалентна двухэтажной синфазной решетке, собранной из двухэлементных антенн типа «волновой канал». Влияние дополнительных двух элементов второго этажа оказывается сильнее, чем добавление двух директоров к двухэлементной антенне типа «волновой канал», за счет сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости, а это очень важно в условиях дальнего приема, когда сигнал приходит с линии горизонта под малым углом места. Наличие же всего двух элементов, взаимодействующих в каждом этаже, обеспечивает стабильность параметров антенны и их независимость от естественных разбросов в размерах. Благодаря этому отпадает необходимость в индивидуальной настройке каждой антенны и обеспечивается хорошее согласование ее с фидером. В качестве наружной антенны можно также использовать трехэлементную рамочную антенну. Отличие наружной антенны от комнатной лишь в том, что ее рамки для большей прочности должны быть выполнены из металлической трубки или прутка диаметром 6-10 мм, а стрелы и пластина изолятора — более толстыми. Трехэлементную рамочную антенну можно использовать в диапазонах метровых и дециметровых волн. Если же принимается сигнал от передатчика малой мощности и даже в ближней части зоны прямой видимости, полуволновый вибратор или трехэлементная антенна типа «волновой канал» не обеспечивает хорошего приема, двухэлементная рамочная антенна а тем более трехэлементная рамочная антенна позволяет достичь увеличения уровня сигнала на входе телевизора.
Иногда либо из-за удаленности от передатчика, либо из-за недостаточной мощности этого передатчика контрастность изображения на экране телевизора оказывается недостаточной, а на экран цветного телевизора выводится только чернобелое изображение и получить цветное изображение не удается. В этих случаях использование рамочных антенн также позволяет получить хороший эффект. Антенны типа «волновой канал» и рамочные относятся к узкополосным и способны принимать сигнал только по одному каналу, которому соответствуют размеры элементов антенны. При развитии многопрограммного телевещания возникла необходимость приема нескольких программ, передаваемых по разным каналам. Для этого разработаны широкополосные антенны, способные примерно одинаково принимать группу каналов. К таким антеннам относятся зигзагообразные, логопериодические и антенны бегущей волны. Там, где возможен прием нескольких программ, устанавливается широкополосная коллективная антенна или несколько антенн, рассчитанных на соответствующие частотные каналы, а также один широкополосный антенный усилитель или несколько для разных каналов. Типы антенн и усилителей подбирают так, чтобы гарантировать уверенный прием всех программ, принимаемых в данном населенном пункте всеми абонентами, подключенными к этой коллективной антенне. Необходимо лишь отметить, что коэффициент усиления широкополосных антенн, как правило, значительно меньше, чем узкополосных, а соединить несколько широкополосных антенн в синфазную систему не удается из-за невозможности согласования такой системы во всем диапазоне частот. Это ограничивает возможности использования широкополосных антенн, допуская их применение только там, где напряженность поля сигналов по всем принимаемым каналам достаточно велика.
Зигзагообразные антенны. Как уже упоминалось выше, зигзагообразные антенны являются широкополосными и могут работать в широком диапазоне частот. В пределах того диапазона частот, на который рассчитана зигзагообразная антенна, она обладает сравнительно постоянными параметрами, удовлетворительно согласуется с фидером, а ее коэффициент усиления изменяется в небольшой степени. Еще одно из достоинств этих антенн — возможность легкого изготовления в домашних условиях, так как зигзагообразные антенны могут быть выполнены из подручных материалов. Впервые зигзагообразная антенна описана в радиолюбительской литературе К. Харченко в журнале «Радио», 1961 г. Одна из простейших зигзагообразных антенн — проволочная — показана на рис. Рейки необходимо врезать в мачту заподлицо, а затем скрепить с ней болтами с гайками. В верхней и нижней частях мачты к ней крепятся гвоздями или шурупами две планки 3 из листовой меди, латуни или белой жести размерами 20x300 мм. Еще четыре такие же планки устанавливаются на концах реек, но эти планки изолируют от реек прокладками из гетинакса.
К мачте посредине между рейками крепится пластина 4 из гетинакса размерами 80x300 мм, а к ней — две металлические пластинки 5 в форме сегментов радиусом 340 мм, хордой 300 мм и стрелой 35 мм. Ширина просвета между пластинками в наиболее узкой части должна получиться равной 10 мм. Полотно антенны выполняется обмоточным монтажным проводом или антенным канатиком произвольного диаметра, который в точках изгиба припаивается к планкам 3 и пластинкам 5. Полотно образовано тремя параллельными проводами с точками питания на пластинках 5. Верхняя и нижняя планки при работе антенны оказываются в точках нулевого потенциала во всем диапазоне принимаемых волн, что позволяет не изолировать их от мачты. Кабель проходит по мачте вверх до нижней планки, затем прокладывается между проводами левой части зигзага к точкам питания. Здесь оплетка кабеля припаивается к левой пластинке, а центральная жила — к правой. Размеры, показанные на рис. Коэффициент усиления антенны по диапазону изменяется в пределах 4,3—7,9 дБ с максимумом вблизи 3-го частотного канала. Такая же антенна может быть выполнена для приема сигнала в диапазоне III 6-12-й каналы.
Длина планок берется равной 150 мм, изоляционная пластина 4 — размерами 80x150 мм, а металлические пластины 5 — в форме сегментов радиусом 97 мм, хордой 150 мм и стрелой 35 мм. Коэффициент усиления антенны изменяется по диапазону в пределах 4,8—6,9 дБ. Еще одна конструкция зигзагообразной антенны — кольцевая, приведена на рис.