Зовнішні телевізійні антени.

В. Портунов

Нерідко звертаються радіоаматори з проханням порекомендувати їм найбільш ефективну конструкцію телевізійної антени. Однак умови прийому бувають дуже різними, і в кожному конкретному випадку вибрати антену можуть тільки самі радіоаматори. Йдучи назустріч їхнім побажанням, ми визнали можливим розмістити цей оглядовий матеріал про зовнішніх телеантени. Вони відомі і було описано в різній радіотехнічної літературі. Сподіваємося, що ця інформація допоможе вам у радіоаматорського практиці.

У зв'язку з бурхливим зростанням кількості каналів телевізійного мовлення дуже непросто забезпечити високоякісний прийом усіх телепрограм. Перш за все, це залежить від вживаних антен. Тому нижче розглянуті їх основні конструкції, випробувані автором у різних умовах. Але спочатку нагадаємо основні відомості про телевізійні частотах, діапазонах і каналах.

Телевізійні частоти охоплюють інтервал 48,5 … 790 МГц. Їх підрозділяють на метровий (канали 1 -12, частоти 48,5 … 230 МГц) і дециметровий (канали 21 – 60, частоти 470 … 790 МГц) діапазони . Один телевізійний канал займає смугу частот 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 і 2-го телевізійних каналів дорівнює 49,75 і 59,25 МГц відповідно.

Для 3-5-го каналів її (у мегагерцах) обчислюють так: fн.із = 77,25 + (N – 3) * 8, де N – номер каналу;

  • для 6-12-го: fн.із = 175,25 + (N – 6) – 8
  • для 21-60-го: fн.із = 471,25 + (N – 21) – 8.

    Середню частоту смуги каналу можна отримати, додавши до значення несучої зображення число 2,75. Частота несучої звукового супроводу вище частоти несучої зображення на 6,5 МГц. Робочу довжину хвилі L (у метрах) в повітрі в залежності від робочої частоти f (у мегагерцах) визначають за формулою L = 300 / f. В інших діелектриках довжина хвилі менше (наприклад, у поліетилені в 1,52 рази). Цей факт необхідно враховувати при виготовленні резонансних елементів узгоджуючих пристроїв з коаксіального поліетиленового кабелю.

    Тепер трохи про конструктивному виконанні антен. Матеріалом для їх виготовлення бажано використовувати трубки, прутки, смужки, куточки, проводи з металів і сплавів з хорошою електропровідністю (Міді, алюмінію, латуні). Від площі поверхні активних елементів залежить широкосмугового антени, чим більше площа (більше діаметр трубок або ширина смужок), тим широкосмуговий буде антена (Але й важче). 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 і механічна міцність. Ширину смужок вибирають в 1,5 … 2 рази більше рекомендованого діаметра трубок або прутків, товщина – 2 … 3 мм.

    Поверхня елементів повинна бути рівною і гладкою. Для діапазону ДМВ найкращі результати виходять, якщо застосовані елементи з матеріалу з полірованою поверхнею, так як ВЧ струми 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 і заткнути дерев'яними пробками.

    При установці антен поза дією блискавковідводи забезпечують їх надійну грозозахисту [1]. Крім того, слід ретельно герметизувати електричні з'єднання і місця виходу обплетення кабелю з зовнішньої ізоляції, заливши їх водо й термостійкими діелектричними лаками або смолами. Для точної орієнтування антени на потрібний напрямок сигнал на вході телевізора слід послабити в кілька разів атенюаторів. При цьому перестає діяти система АРУ телевізора і стає більш помітним максимум прийнятого сигналу.

    І, нарешті, про самі антенах. Почнемо з вузькосмугових. Вони призначені для прийому якого-небудь одного телевізійного каналу або кількох, за умови, що їх частоти відрізняються не більше ніж на 5 … 10%. У цьому випадку антену розраховують для середньогеометричними частотами, що обчислюється як корінь квадратний з твору частот кожного каналу, або на частоту сигналу слабшого каналу.

    Антени підрозділяють також на найпростіші і ускладнені [2]. Останні можуть містити, крім одного активного елемента, рефлектор, директори і навіть додаткові активні елементи. Найпростіші антени однаково приймають як прямий сигнал, так і сигнал, що приходить з протилежного від телецентру напрямки.


    Рис.1.

    Вони володіють самим низьким посиленням (і КНД). Тому їх використання, як правило, обмежуватися тільки відстанню від передавальної антени при відсутності відбитих сигналів (візуально вони проявляються на екрані телевізора у вигляді багатоконтурного або розмитості зображення). До простих антен ставиться "лінійний напівхвильового розрізної вібратор" [1, 2], зображений схематично на рис. 1. Він має вхідний опір на резонансній частоті близько 75 Ом. Саме його посилення зазвичай умовно приймають за 0 дБ.

    Вибратор виготовляють з трубок, прутків або смуг. Діаметр d трубок вибирають рівним для MB 20 … 30, а для ДМВ – 6 … 12 мм. Відстань між кінцями трубок L має дорівнювати половині робочої довжини хвилі антени, помноженої на коефіцієнт укорочення, що залежить від ставлення діаметра трубок до робочої довжині хвилі.

    Для відносин 0,001 і 0,003 значення коефіцієнта – 0,96 і 0,95 відповідно. Якщо воно підвищується до 0,005 і більше, коефіцієнт знижують до 0,94. Відстань L вибирають в межах 50 … 80 для MB і 20 … 30 мм для ДМВ. Для отримання максимального рівня сигналу вібратор мають у своєму розпорядженні горизонтально в площині, перпендикулярної напрямку прийому (при горизонтальній поляризації хвиль передавача).


    Рис.2.

    При підключенні антени до фідера використовують узгоджуючих пристроїв "четвертьволновий шлейф" за схемою, показаної на рис. 2, яке виконане з короткозамкнутого відрізка кабелю завдовжки 4, рівний чверті довжини хвилі, на яку налаштована антена (з урахуванням коефіцієнта укорочення). Відстань D для діапазону MB вибирають 50 … 80, а для діапазону ДМВ – 20 … 30 мм.


    Рис.3.

    Ще одна з простих антен – "напівхвильового вібратор Пістолькорс" '[1, 2], представлена на рис. 3, має вхідний опір на резонансній частоті 295 Ом. Так само, як і розрізної вібратор, антену виготовляють з трубок, прутків або смуг. Радіус вигину значення не має, вигини можна робити і під прямим кутом.

    Основна перевага вібратора Пістолькорс перед розрізним полягає в тому, що в точці симетрії він має нульовий потенціал, і в цій точці його можна кріпити до щогли без ізоляторів. Вибратор також мають у своєму розпорядженні горизонтально в площині, перпендикулярної напрямку прийому.


    Рис.4.

    Антена має більш широкою смугою пропускання, ніж розрізної вібратор, і відрізняється кращою перешкодозахищеність. Розміри l, L, d вибирають так само, як і для розрізного вібратора. Однак при розрахунку коефіцієнта укорочення вібратора Пістолькорс замість діаметра трубок беруть значення, рівне подвоєному кореню квадратному з твору діаметра трубок d на розмір S в вібраторі. Останній дорівнює 80 … 100 для MB і 40 … 50 мм для ДМВ.

    Для підключення антени до фідера використовують зображене на мал.4 узгоджуючих пристроїв "U-коліно", виконане з відрізка коаксіального кабелю з хвильовим опором 75 Ом. Довжина Lш дорівнює половині довжини хвилі, на якій працює антена, поділеній на коефіцієнт укорочення для поліетиленового кабелю (1,52). Пристрій підключають до вібратора в точках А і В.


    Мал.5.

    Знизити вплив відбитого сигналу і трохи збільшити коефіцієнт підсилення у найпростіших антен можна, ускладнюючи їх, наприклад, розташувавши позаду активного вібратора (у напрямку від телецентру) рефлектор так, як показано на рис.5 для антени "хвильовий канал", про яку піде мова нижче. Довжина елементів рефлектора повинна бути більше довжини вібратора L на 5 … 15%, а відстань від вібратора до рефлектора вибирають в межах 0,15 … 0,2 робочої довжини хвилі.


    Рис.6.

    Рамкові антени [1], представлені на рис.6 і 7, мають непогані параметрами при відносній простоті пристрою. Їх вхідний опір на резонансній частоті – 73 Ом, коефіцієнт посилення – 3,5 дБ. Мають їх так само, як і вібратор Пістолькорс, для отримання максимального рівня сигналу.


    Рис.7.

    Для неповної зигзагоподібної антени (рис.6) відстань а вибирають рівним чверті робочої довжини хвилі. У кільцевій антени – рис. 7 довжина кола L дорівнює довжині хвилі, на якій вона працює. Для обох антен відстань L – 10 … 15 для MB і 7 мм для ДМВ. Рамкові антени підключають до фідера через "четвертьволновий короткозамкнений шлейф" (див. рис.2).


    Рис.8.

    Якщо з боку, протилежного напрямку на телецентр, прийому заважає сильний відбитий сигнал, то його вплив можна істотно зменшити, розташувавши позаду антени екран-рефлектор так, як показано на рис.8. При цьому збільшується і посилення антени приблизно на 3 дБ.

    Конструктивно екран виконують із тих же елементів, що і сама полотно антени, але припустимо застосовувати і більш тонкі провідники. Ширина а й висота b екрану на 5 … 10% більше відповідних габаритних розмірів антени. Відстань D між елементами екрану – не більше 0,1 робочої довжини хвилі, а С між полотном антени і екраном – 0,21 … 0,27 довжини хвилі. Елементи екрану кріплять до щогли тільки в центрі.

    Радіо № 11, 1999