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.
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.
Рис. 9
Наружная трехэлементная антенна типа "волновой канал":
1-рефлектор; 2-активный вибратор; 3-директор; 4-УСС.
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".