Уніфіковані антени типу «хвильовий канал»

Дуже часто в заміській місцевості, віддаленій від ТЦ на 40-70 км, використовуються трьохелементної антени типу «хвильовий канал» з простим або петлевим вібраторами, антени з довгих проводів і деякі типи віялових і комбінованих антен.

Антена типу «хвильовий канал» – ефективна спрямована антена, проста по конструкції, широко використовується для прийому телепередач, а також у професійній та аматорській радіозв'язку.

Ці антени мають гарні спрямованими показниками, дають великий посилення по потужності і забезпечують дальній прийом телесигналів на межі зони прямої видимості або за її кордоном, у зоні півтіні, де напруженість електромагнітного поля має невелику величину.

Пристрій, конструктивні особливості, принцип дії та електричні параметри антен типу «хвильовий канал» докладно розглянуті в науково-технічній літературі.

В даний час застосовуються антени промислового виготовлення, розраховані на прийом частоти одного каналу. Існують і багатоканальні антени типу «хвильовий канал», але їх коефіцієнт посилення в 2-3 рази менше, ніж у одноканальних. У радіоаматорського практиці антени типу «хвильовий канал» виготовляються рідко, так як вимагають достатньої точності побудови та вельми критичні за своїми електричним параметрами до налаштування.

Для того щоб антена задовільно працювала в умовах, де напруженість електромагнітного поля незначна, і можна було б отримати необхідне відношення сигнал – шум на вході телевізора, треба мати великий коефіцієнт підсилення, а це можливо тільки в складних конструкціях антен.

Незважаючи на простоту конструкції і можливість отримання високого підсилення і великого коефіцієнта захисної дії, антена типу «хвильовий канал» має низку недоліків. Як зазначалося вище, електричні параметри і технічні характеристики цих антен залежать від точності їх виготовлення, складання і налаштування, тому в умовах домашньої майстерні виготовити антену типу «хвильовий канал» з необхідними характеристиками, при великому числі конструктивних елементів практично не представляється можливим. Незначні неточності при складанні антени можуть призвести до серйозного погіршення спрямованих властивостей і зменшення коефіцієнта підсилення.

Підключення антенного зниження з коаксіального кабелю здійснюється за допомогою УСС. Окрім цього, враховуючи, що антени типу «хвильовий канал» є відносно вузькосмуговим, їх використання для роботи в діапазонах декількох каналів обмежена. На кордоні прямої видимості застосовують різні варіанти антен цього типу, що мають 5-10 пасивних вібраторів.

Антена типу «хвильовий канал» складається з одного або декількох найпростіших пасивних вібраторів, розташованих поблизу активного вібратора. Всі вібратори розміщуються в одній горизонтальній площині паралельно один одному. Закріплюються вони посередині загальної, стріли, в якості якої використовується металева труба (дерев'яний брусок), що створює достатню механічну міцність.

Всі основні елементи антени виготовляються з металевих тонкостінних трубок невеликого діаметру. Пасивні вібратори виконуються з нерозрізних трубок і закріплюються на стрілі без ізоляторів. Пасивний вібратор, що знаходиться за активним вібратором з боку, протилежного напрямку на ТЦ, називається рефлектором. Як правило, антени типу «хвильовий канал» мають один рефлектор. Пасивні вібратори, розташовані попереду активного вібратора, називаються директорами. У активного вібратора смуга пропускання трохи ширше, ніж у пасивного; крім того, він кріпиться до стріли без ізоляторів, тому і як активний вібратора використовується петлевий вібратор, про який розповідалося вище (див. гл. 1). Всі пасивні вібратори прикріплюються в деяких випадках (наприклад, коли стріла з дерева) до стріли за допомогою кріпильних деталей – болтів або шурупів, а потім з'єднуються в місцях кріплення між собою провідників і заземлювальних.

Найбільш надійною і довговічною є суцільнозварна конструкція з трубок, коли всі вібратори приварюються до стріли в точках кріплення. Стріла при цьому повинна бути заземлена. Довжини вібраторів антени типу «хвильовий канал» різняться між собою.

Довжина активного вібратора А = 0,5 lдл, рефлектора В = 1,1 … 1,2) А, директорів – трохи менше довжини хвилі. Діаметр трубок вібраторів вибирається з числа наявних в наявності з ряду від 8 до 30 мм. Відстань між вібраторами визначається так: а = (0,1 … 0,25) lдл.

Розміри визначаються параметрами антени, які в свою чергу залежать від зміни кількості вібраторів. Збільшення кількості вібраторів призводить до підвищення коефіцієнта посилення і до зниження вхідного опору антени, при цьому характеристика спрямованості антени стає більш вузької, звужується також смуга пропускання частот, що викликає погіршення чіткості зображення приймається і ослаблення сигналів звукового супроводу. Тому при виборі антени ставте мета: отримати найвищий коефіцієнт підсилення при мінімально необхідної смуги пропущення.

Антена типу «хвильовий канал» працює однаково як на прийом, так і на передачу, діаграма спрямованості її залишається при цьому без змін. Харчування антени в будь-якому випадку прикладається до вхідних контактам плати харчування, як це було показано раніше, наприклад, до шлейф-вібратора Пістолькорс, в зоні, де існує певна напруженість електромагнітного поля високої частоти. Активний і пасивні вібратори працюють в цьому полі, який наводить ЕРС. Під дією ЕРС в вібратора течуть струми, амплітуда і фаза яких залежать від їх довжини і відстаней до активного вібратора. Довжина рефлектора і його відстань до активного вібратора підбираються такими, щоб поля, створені рефлектором і активним вібратором в одному напрямку, компенсувалися.

Рефлектор забезпечує отримання однолепестковой діаграми спрямованості, яка досягається при довжині рефлектора, рівний lдл /2, і розташовується на відстані 1/4lдл. ззаду вібратора. Директори сприяють звуженню основного пелюстки діаграми спрямованості, виготовляються дещо коротший половини довжини хвилі і мають опір ємнісного характеру.

Основні параметри антени типу «хвильовий канал» забезпечуються взаємопов'язаними розмірами окремих елементів конструкції.

Двоелементної антена типу «хвильовий канал» (Рис. 8) призначена для прийому телесигналів на одному обраному каналі телебачення в містах, де застосування напівхвильового вібраторів (ПЛРВ, ПЛНВ) не дає позитивних результатів, в тих випадках, коли вібратор приймає як прямий, так і відбитий промені, а на екрані телевізора зображення нечітке і двоїться. Дальність прийому сигналів становить 40 км при висоті приймальної антени 15-20 м.

Зовнішня двоелементної антена типу
Рис.8. Зовнішня двоелементної антена типу "хвильовий канал":
1-рефлектор; 2-стріла; 3-штанга (щогла); 4-активний вібратор; 5-УСС.

Технічна характеристика:

Коефіцієнт посилення 1,4-3,5 (дБ)
КЗД 0,85
КНД 3,9-4,5 (дБ)
КБВ 0,9
Нерівномірність коефіцієнта посилення 0,35 (дБ)
Хвильовий опір фідера 75
ККД 0,9
Перешкодозахищеність, не менше – (9 … 12,5) (дБ)
Кут розчину головної пелюстки
діаграми спрямованості, не менше
75—78
Робоча частота 48,5-230 (МГц)
Вхідний опір антени 80-220 (Ом)

Діаграма спрямованості – однобічна, як у горизонтальній, так і у вертикальній площинах, забезпечує різке зменшення прийому відбитих хвиль і електромагнітних сигналів у вигляді перешкод, що приходять з тильної і бічних сторін антени.

Антена складається з двох основних елементів: активного вібратора і пасивного вібратора – рефлектора. У якості активного вібратора застосований шлейф-вібратор Пістолькорс. В якості рефлектора – металева нерозрізна трубка, яка жорстко закріплена на горизонтальній металевої стрілі.

Для виготовлення антени може бути використана тонкостінна трубка практично з будь-якого металу діаметром 12-20 мм. Довжина елементів антени розрахована за формулою, що враховує коефіцієнт укорочення вібраторів, виходячи з вимоги забезпечити отримання максимально можливого коефіцієнта посилення і необхідну смугу пропускання. Довжина рефлектора завжди повинна бути більше довжини активного вібратора на 5-15%.

Як зазначалося раніше, дальність прийому простого петлевого вібратора не перевищує 20-25 км від ТЦ або ретранслятора, якщо поблизу місця прийому немає високих споруд, що перешкоджають проходженню хвиль. У даному випадку дальність прийому збільшується майже в два рази і досягається отримання більш чіткою і контрастною картинки на екрані телевізора. Відстань між трубками вібраторів відлічується між осями трубок і визначається так: А = (0,15 … 0,2) lдл.ср.

Конструктивні розміри цієї антени приведені в табл. 9.

Вібратори антени зміцнюються на стрілі без ізоляторів. Якщо стріла, вібратори і щогла антени виготовлені зі сталевих труб, то найкращий спосіб їх з'єднання – зварювання, вона забезпечує найбільшу жорсткість конструкції, яка здатна протистояти сильним вітрам, обмерзання та іншим механічним і кліматичним впливам без зменшення перехідних опорів у місцях з'єднань.

Таблиця 9


Канали Розміри, 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

Різні деталі, кріплення і способи їх з'єднання див. на мал. 10.

Трьохелементної антена типу «хвильовий канал» (Рис. 9)-призначена для прийому телесигналів на 1-12-му каналах, в місцевостях, де перешкоди й відбиті сигнали від всіляких об'єктів не усуваються застосуванням двоелементної антени. Трьохелементної антена забезпечує прийом телесигналів на відстані до 50 км від ТЦ середньої потужності, і місцевості, де існують несприятливі умови прийому: високі будівлі, металеві конструкції, що відображають електромагнітні хвилі, ослаблений рівень телесигналу і перешкоди.

Зовнішня трьохелементної антена типу
Рис. 9. Зовнішня трьохелементної антена типу "хвильовий канал":
1-рефлектор; 2-активний вібратор; 3-директор; 4-УСС.

Деталі конструкції зовнішніх антен
Деталі конструкції зовнішніх антен
Рис. 10. Деталі конструкції зовнішніх антен:
a-скоба металева; б-двійник; в-трійник; р-скоба хрестоподібна, зварена встик; д-збірка хрестоподібна, зварена внахлест; е-збірка диференціальна.

Основні електричні параметри даної антени – діаграма спрямованості, коефіцієнт підсилення і вхідний опір – знаходяться в прямій залежності від конструктивних розмірів як самих вібраторів, так і від відстаней між ними. Всі технічні характеристики антени взаємопов'язані.

Технічна характеристика:

Коефіцієнт посилення 5,3 (дБ)
Кількість прийнятих програм 1
Максимальна маса, без штанги 3,6 (кг)
КБВ 0,65—0,9
Нерівномірність коефіцієнта посилення 9,4 (дБ)
Хвильовий опір фідера 75 (Ом)
ККД 0,97
Перешкодозахищеність, – (13 … 19) (дБ)
Діаграма спрямованості в горизонтальній площині одностороння, вузька
Робоча частота 48,5-230 (МГц)
Вхідний опір антени 90-100 (Ом)
Об'ємна ширина головної пелюстки діаграми спрямованості 70

Конструктивні розміри даної антени наведено в табл. 10.

Садівники, що мають ділянки в районі 40-50 км від ТЦ зі складним рельєфом місцевості в особливо несприятливих умовах, при наявності перешкод і відбитих променів, повинні використовувати трьохелементної антену в Як основна антени для прийому телепередач по одному з перших 5 каналів.

Трьохелементної антена складається з вібратора, рефлектора і директора. Рефлектор розташовується так само, як у двоелементної антени, – ззаду активного вібратора, забезпечує отримання односпрямованої діаграми спрямованості на відстані, рівному 1/4lдл або на 5% ближче до активного вібратора.

Таблиця 10


Канали Розміри, мм
А Б У а б з 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 антени знаходиться спереду активного вібратора на відстані приблизно 0,1 lдл.ср. Довжина директора і відстань до активного вібратора розраховуються так, щоб забезпечити складання полів, створюваних директором і активним вібратором у головному напрямку. Директори сприяють загостренню основного пелюстки діаграми спрямованості.

Всі елементи антени зміцнюються на стрілі, і що виготовляється, як правило, з тонкостінної трубки діаметром 25-30 мм за допомогою зварювання або проміжних деталей (див. рис. 10).

У якості активного вібратора в даній антені в більшості випадків застосовується петлевий вібратор, який підключається до коаксіального кабелю з допомогою УСС "U-подібне коліно".

Раніше промисловістю випускалися уніфіковані конструкції зовнішніх трьохелементної антен для індівідального користування, вони називалися «антени телевізійні уніфіковані» (АТУ). В експлуатації до теперішнього часу зустрічаються антени п'яти типорозмірів, розраховані на прийом одного з перших 5 каналів телебачення. Загальний вигляд і розміри однієї з цих антен показані на рис. 9. Основні технічні характеристики АТУ наведено в табл. 11 (в позначенні уніфікованих антен перша цифра вказує номер телеканалу, а друга – число елементів).

Таблиця 11


Типорозміри Приймається канал Розміри, мм Коефіцієнт посилення Кут розчину,
град
Б А У
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

Активний і пасивний вібратори зміцнюються на стрілі без ізоляторів в точці рівноваги незалежно від того, з якого матеріалу виготовлена стріла. Стріла разом з елементами також кріпиться до щогли в точці рівноваги за допомогою зварювання або кріпильних деталей, що забезпечують надійну механічну міцність і витримують вітрові навантаження.

Після установки і закріплення вібраторів стріла повинна бути надійно прикріплена до щогли за допомогою зварювання або іншим способом (у центрі тяжіння стріли). Потрібне значення при монтажі антени мають точність установки вібраторів на стрілі і відстань між ними.

При налаштуванні антени типу «хвильовий канал», який призначений для застосування в умовах сильних перешкод і відбитих сигналів, необхідно звернути особливу увагу на зниження рівня задніх і бічних пелюсток діаграми спрямованості.

Спеціальним підбором розмірів елементів і відстаней між ними вдається створити антену типу «хвильовий канал» для прийому каналів, що працюють на різних частотах, наприклад на 1-му та 3-му.

Конструктивні розміри деталей антен типу «хвильовий канал» наведено в табл. 12.

Найбільш поширені ТА типу «хвильовий канал», розраховані для функціонування в несприятливих умовах, забезпечують досить гарна якість прийому на всіх телепрограмах, якщо пріменяютс спеціальні покупні або саморобні антенні підсилювачі або перетворювачі. Вибір схеми антенного підсилювача залежить від моделі використовуваного телевізійного приймача, розташування садової ділянки, напруженості електромагнітного поля в місці прийому телепрограм, типу ТА і можливостей майстра-радіоаматора.

Таблиця 12


Номер каналу,
не більше
Розміри, 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

Початківцям радіоаматорам необхідно нагадати, що підсилювачі використовуються, як правило, тільки при прийомі радіохвиль метрового діапазону, а конвертери – для прийому дециметрових хвиль, що відповідає 1-12-му і 21-64-му телеканалам.

Використання телевізійних підсилювачів дозволяє значно поліпшити основні електричні характеристики розглянутих антен типу «хвильовий канал».