Основний різновидом найпростіших телевізійних антен є

вібраторні антени (рис 19), що використовуються переважно в якості активних елементів складних направлених антен, в тому числі антен «хвильовий канал»

де Δ%-коефіцієнт укорочення півхвильового вібратора, що показує,

Нарізний лінійний вібратор (мал 19, а) виконаний у вигляді труби або стержня довжиною близько половини довжини хвилі Точна довжина вібратора може бути визначена за формулою

Рис 20

L/2d

на скільки відсотків від половини довжини хвилі потрібно вкоротити бібрат ор, щоб він виявився налаштованим в резонанс

Значення коефіцієнта укорочення залежить від відношення довжини вібратора 1 до його діаметра d і визначається за графіком рис 20 Чим тонше вібратор, тим менше коефіцієнт укорочення і тим ближче довжина вібратора до половини довжини хвилі

Кріплення вібратора до металевої Або деревяною щоглі може проводитися без проміжних ізоляторів в точці О (рис 19, а), що є точкою нульового потенціалу Вхідний опір вібратора залежить від положення точок харчування і зростає в міру їхнього видалення від середини вібратора Залежність вхідного опору від положення точок харчування показана на рис 21 Як видно з цього графіка, вхідний опір вібратора складає 75 Omi при відношенні відстані між точками харчування t до довжини вібратора 1, рівному 0,15 .. 0,2, тобто в тому випадку, коли відстань між точками харчування становить приблизно 1/5 довжини вібратора Настільки велика відстань між точками харчування ускладнює підключення до вібратора кабелю

зниження, так як при великому розносі провідників утворюється неоднорідність, яка погіршує узгодження вібратора з кабелем Підключення кабелю зниження може проводитися через плавно сходящуюся двухпроводную лінію (дельта-трансформатор), що дає можливість поліпшити узгодження Однак цей спосіб харчування стосовно до прийомним антенам конструктивно складний У звязку з труднощами підключення кабелю зниження лінійний нерозрізної вібратор використовується як приймальної телевізійної антени порівняно рідко

Діаграма спрямованості горизонтально розташованого вібратора в горизонтальній площині являє собою «вісімку», коефіцієнт посилення дорівнює одиниці (0 дБ)

Розрізний лінійний вібратор (див рис 19, б) складається з двох трубок або стрижнів, розділених зазором, і являє собою одну з поширених найпростіших антен

Точна довжина вібратора 1 визначається з урахуванням коефіцієнта укорочення за формулою, наведеною вище для нерозрізного вібратора При цьому коефіцієнт укорочення визначається, як для нерозрізного вібратора, за графіком рис 20

Вхідний опір вібратора чисто активно · і становить 73 Ом, що забезпечує гарне узгодження з коаксіальним кабелем Діаграма спрямованості горизонтально розташованого вібратора в горизонтальній площині є двухлепесткових і має вигляд «вісімки», а у вертикальній площині має вигляд кола (спрямовані властивості у вертикальній площині відсутні)

Робоча смуга частот вібратора визначається допустимими спотвореннями форми діаграми спрямованості і допустимим погіршенням узгодження з фідером при відхиленні робочої частоти від резонансної Форма діаграми спрямованості зберігається практично незмінною до частот, що перевищують резонансну в 1,6 рази На більш високих частотах в напрямку максимумів обох пелюсток діаграми зявляються провали, а на частотах, перевищують резонансну в 2 рази, спотворення діаграми стають значними – пелюстки роздвоюються і діаграма стає чотирьох пелюсток ой з нульовими напрямками уздовж осі і перпендикулярно осі вібратора Наприклад, діаграма спрямованості вібратора, налаштованого на частоту 70 МГц (f = 4,28 м), залишається приблизно постійною до частоти 110 МГц, на більш високих частотах зявляються провали в пелюстках діаграми, а на частоті близько 140 МГц лелесткі роздвоюються повністю і прийом з головного напрямку (перпендикулярно від вібратора) стає неможливим

Більш істотне обмеження робочої смуги частот, в якій може бути використаний вібратор, відбувається через те, що на частотах, відмінних від резонансної, зявляється реактивна складова вхідного опору (індуктивного характеру на частотах вище резонансної і ємнісного на частотах нижче резонансної) Наявність реактивної складової вхідного опору призводить до зменшення коефіцієнта біжучої хвилі і відповідно до зменшення віддається потужності З урахуванням викладених обмежень робоча смуга частот вібратора складає ± (20 .. 25)% резонансною

Рис 22

Значення коефіцієнта біжучої хвилі залежить від діаметра трубок вібратора Чим більше діаметр трубки, тим * повільніше убуває коефіцієнт біжучої хвилі при відхиленні частоти від резонансної і тим широкосмугових антена На практиці вібратори метрових хвиль виготовляються з труб діаметром 8 .. 30 мм дециметрових хвиль – 4 .. 16 мм Застосуванням: спеціальних заходів (виготовлення кожної половинки вібратора з декількох трубок або з плоскої трикутної пластини) можна розширити робочу смугу частот вібратора до ± (30 .. 40)% резонансною

Кріплення вібратора проводиться за допомогою ізоляційних монтажних коробок з текстоліту, полістиролу, Капрол та інших пластмас На дециметрових хвилях краще використовувати фторопласт, хоча це й не обовязково

Підключення коаксіального кабелю до розрізного вібратора повинно проводитися через сімметрірующее пристрій, так як при безпосередньому підключенні кабелю до вібратора (внутрішній провідник зєднаний з однією з трубок, зовнішній – з іншого), як показано на рис 22, струми високої частоти затікають на зовнішню поверхню зовнішнього провідника кабелю, що призводить до спотворень форми діаграми спрямованості і зниження завадостійкості телевізійного прийому

Конструктивні варіанти симетрувальних пристроїв показані на рис 23

Четвертьволновий стакан (рис 23, а) складається з зовнішньої 1 і внутрішньої 2 труб, а також центруючого опорного ізолятора 3 Через трубу 2 простягається коаксіальний кабель 4 з хвильовим опором 75 Ом, внутрішній провідник якого зєднується з однією з трубок вібратора, а на * ружних – з іншого Стакан являє собою концентричну короткозамкнутую лінію, довжина якої дорівнює λ / 4 Вхідний опір такій лінії дуже велике, що перешкоджає затікання струмів високої частоти на зовнішню поверхню зовнішнього провідника коаксіального кабелю

Четвертьволновий місток (рис 23,6), що складається з двох трубок 1, ізолятора 2 і короткозамикающего перемички 3, являє собою двухпроводную короткозамкнутую лінію довжиною λ / 4, підключену паралельно трубках виб-ратора Через одну з трубок містка (наприклад, праву) простягається кабель зниження 4 з хвильовим опором 75 Ом Зовнішній провідник кабелю підключається до правої трубці вібратора, центральний провідник – до лівої Якщо кабель протягнути через ліву трубку містка, то і зовнішній провідник повинен бути підключений до лівої трубці вібратора, а внутрішній провідник – до правої Токи, поточні по трубках містка, мають протилежні напрямки, у звязку з чим місток практично не випромінює Следова

тельно, принцип дії містка полягає в тому, що випромінювання струму, що випливає з внутрішньої поверхні зовнішнього провідника кабелю на поверхню однієї з трубок містка, компенсується протилежним по фазі випромінюванням струму, поточного по інший трубці містка З точки зору симетрії струмів в трубках вібратора довжина містка особливого значення не має Однак її еледует вибрати рівний λ / 4, так як в Інакше місток буде шунтировать вібратор, що призведе до погіршення коефіцієнта біжучої хвилі в кабелі зниження

Довжина стакана і містка вибирається рівної λ / 4 на середній частоті телевізійного каналу Якщо ж вібратор розрахований на роботу в декількох каналах, то довжина склянки і містка повинна бути дорівнює λ / на середній частоті цієї групи каналів

Приклад Визначити довжину містка 1, м, для лінійного розрізного вібратора 3-го каналу (fcp = 80 МГц)

1 Визначаємо довжину хвилі, відповідну середній частоті 3-го каналу:

2 Визначаємо довжину містка

Стакан і місток працюють в смузі частот ± (20 .. 25)% відносно середньої частоти Однак їх допустимо використовувати і в кілька більш широкій смузі частот до ± (30 .. 40)%

Сімметрірующее пристрій на рис 23, в виконано у вигляді U-подібного коліна з коаксіального кабелю Різниця довжин кабелів, що утворюють U-коліно, становить половину довжини хвилі в кабелі λκ/ 2 При цьому напруги на вхідних затисках вібратора рівні за величиною і протилежні по фазі, що забезпечує симетрію збудження вібратора Токи, поточні по вібратора, на зовнішню поверхню зовнішнього провідника кабелю не затікають, так як трубки вібратора не мають безпосереднього контакту з зовнішнім провідником Зовнішні провідники кабелів потрібно між собою спаяти Смугові властивості описаного U-коліна дещо гірше, ніж у склянки і містка Нормальна робота U-коліна забезпечує в смузі частот ± (10 .. 15)% відносно середньої частоти

Сімметрірующее пристрій на рис 23, г являє собою четвертьволновий місток на відрізках коаксіального кабелю Роль трубок містка грають зовнішні провідники кабелів Зовнішній провідник кабелю зниження 1 підключається до однієї трубці вібратора, зовнішній провідник кабелю 2 – до іншої Внутрішній провідник кабелю зниження 1 підключається до тієї ж трубці, до якої підключений зовнішній провідник кабелю 2

На Відстані λ / 4 від вібратора зовнішні провідники кабелів 1 і 2 припаиваются один до одного, утворюючи четвертьволновий короткозамкнутий місток Внутрішній провідник кабелю 2 на обох кінцях кабелю можна або зрізати врівень і залишити розімкненим, або спаяти з зовнішніми провідниками Пайку зовнішніх провідників кабелів 1 і 2 один до одного краще проводити легкоплавким * припоєм1 щоб уникнути оплавлення ізоляції Для забезпечення паралельності кабелів потрібно встановити між ними ізоляційні розпірки 3 Замість установки розпірок можна закріпити кабелі паралельно один одному на ізоляційною пластині Діапазонні властивості такі ж, як у симетрувальних пристроїв на жорстких лініях (див рис 23, а, б)

Сімметрірующее пристрій1, Показане на рис 23, д складається з двох котушок, згорнутих з коаксіального кабелю Котушка 1 є продовженням кабелю зниження Внутрішній провідник кабельної котушки 2 на обох кінцях котушки можна або зрізати врівень і залишити розімкненим, або спаяти з зовнішніми провідниками Пристрій є широкосмуговим і дуже простим по конструкції, але дещо поступається іншим типам симетрувальних пристроїв за якістю узгодження вібратора з кабелем

Сімметрірующее пристрій на рис 23, е є по конструкції найбільш простим, але застосовується в тих випадках, коли виготовити інше сімметрірующее пристрій з якихось причин не представляється можливим

У цьому пристрої затікання струмів високої частоти на зовнішню поверхню зовнішнього провідника кабелю усувається не повністю

Вище вказувалося ^ що для поліпшення частотних властивостей розрізного лінійного вібратора його половини можуть бути виконані з декількох трубок Найпростішою по конструкції різновидом такого вібратора є віяловий вібратор (мал 24), кожна половина якого складається з декількох трубок *

розташованих в одній площині і розходяться під деяким кутом один до одного Віяловий вібратор працює на каналах 1-5 в смузі частот

48,5 . 100 МГц та на каналах 6-12 в смузі частот 174 .. 230 МГц, тобто на ^ всіх каналах метрових хвиль Довжина вібратора складає приблизно λ / 2 на середній частоті каналів 1-5 і 3λ / 2 на середній частоті каналів 6-21 Такілг чином, на каналах 6-12 вібратор працює на третьому просторової: гармоніці У цьому режимі вхідний опір вібратора близько до його опору при полуволновой резонансі, що забезпечує досить гарне узгодження з кабелем зниження Як видно з рис 24, кут між площинами, в яких розташовані трубки вібратора, становить 120 ° (нахил, в сторону телевізійного центру) Необхідність такого нахилу повязана з наступними обставинами Діаграма спрямованості лінійного вібратора в горизонтальній площині при довжині вібратора, рівній λ / 2, представ-ляєт собою «вісімку» На каналах 6-12у тобто при довжині вібратора, рівний 3λ / 2, діаграма спрямованості спотворюється: основні пелюстки діаграми роздвоюються, і в напрямку на телевізійний центр в діаграмі зявляється провал Для «виправлення» діаграми, тобто для усунення провалу,, проводиться нахил площин, в яких розташовані трубки вібратора При цьому не тільки усувається провал в передньому пелюстці «вісімки», але й знижується рівень її заднього пелюстки, в результаті чого вібратор на каналах 6 -, 12 стає більш спрямованим, ніж на каналах 1-5

Коефіцієнт посилення широкосмугового веерного вібратора по полю дорівнює одиниці (0 дБ) на каналах 1-5 і 1,15 (1,3 дБ) на каналах 6-12 Коефіцієнт хвилі, що біжить в кабелі ^ зниження з нолновим опором 75 Ом, становить на краях робочої смуги частот 0,3 .. 0,4 Довжина сімметрірующего короткозамкнутого містка дорівнює λ / 4 на середній частоті каналів 1-5 і 3λ / 4 на каналах 6-12

На дециметрових хвилях (канали 21-40) вся смуга частот може бути перекрита за допомогою звичайних лінійних або петльових вібраторів Спеціальні широкосмугові вібратори дециметрових волі, що складаються, наприклад, з двох трикутних пластин, застосовуються в основному в якості активного вібратора багатоелементних спрямованих антен типу «хвильовий канал»

Описаний віяловий вібратор може застосовуватися для прийому телевізійних передач на будь-якому з каналів метрових хвиль з 1-го по 12-й на відстанях до 50 .. 60 км від телевізійних центрів

Розрізний вібратор, плечі якого зігнуті під кутом 120 ° один до одного, застосований в широко поширеною індивідуальної антени промислового виробництва на канали 1-12 метрових хвиль ТАВ-12М, розробленої під керівництвом А А Кукаева і В К Парамонова Схема наведена, на рис 25 Трансформатори Т1 і Т2 виконані на феритових сердечниках марки М50 В-42-4 К 7X4X2, намотування рядова в два дроти ПЕТВ-2 діаметром 0,21 мм, 6 витків

Петлевий вібратор (див рис 19, в) являє собою зручну в конструктивному відношенні слабонаправленную антену, використовувану зазвичай як активного вібратора багатоелементних антен «хвильовий канал» Середина нерозрізаної трубки (точка 0 на рис 19, в) є точкою нульового потенціалу, у звязку з чим петлевий вібратор можна безпосередньо кріпити в цій точці до будь щоглі або стрілі (металевої або деревяною) без ізоляторів Діаграма спрямованості петлевого вібратора повністю аналогічна діаграмі спрямованості лінійного вібратора Довжина півхвильового петлевого вібратора визначається за тією ж формулою, що і довжина півхвильового лінійного вібратора В якості діаметра вібратора d при визначенні коефіцієнта укорочення за графіком рис 20 слід прийняти еквівалентний діаметр d3= Yds, де d – діаметр трубки, s – відстань між осями трубок Розміри вібраторів з достатнім ступенем точності можуть бути також визначені за графіками, представленим на рис 26-29

Виготовлення петльових вібраторів метрових хвиль (канали 1-12) виробляється з трубок діаметром 8 .. 30 мм, дециметрових хвиль – 4 .. 16 мм За

зор між внутрішніми торцями трубок дорівнює 50 .. 70 мм на метрових хвилях і 20 .. 30 мм на дециметрових З метою поліпшення діапазонних властивостей багатоелементних антен, в яких петльові вібратори використовуються в якості активних елементів, відстань між осями трубок можуть бути збільшені до 150 .. 200 мм

Важливим достоїнством петлевого вібратора є можливість зручного регулювання його вхідного опору, що використовується зазвичай при налаштуванні антени типу «хвильовий канал» для поліпшення узгодження антени з кабелем Вхідний опір петлевого вібратора при рівних діаметрах верхньої (нерозрізаної) і нижньої (розрізаною) трубок становить 292 Ом Якщо ж діаметри трубок не рівні (див рис 19, г), то вхідний опір вібратора в Омасі визначається співвідношенням RBX = 73n, де η – коефіцієнт, залежить від відносин d2/di (d2– Діаметр нерозрізаної трубки, di – діаметр розрізаної трубки) і s / d2 (S – відстань між осями трубок) Графік для визначення коефіцієнта η залежно від відносин d2/ Di і s / d2 при-наведено на рис 30 Як видно з графіка, при однакових діаметрах трубок (di = d2) Коефіцієнт п – 4 і вхідний опір вібратора складає 73 * 4 = 292 Ом Для збільшення або зменшення вхідного опору слід відповідно збільшити або зменшити відношення d2/ Di На практиці буває так, що для забезпечення хорошого узгодження багатоелементної антени з кабелем зниження доводиться розрізану трубку петлевого вібратора, використовуваного як активного вібратора, робити дуже тонкою, що незручно в конструктивному відношенні У таких випадках доцільно застосувати потрійний петлевий вібратор, який складається з трьох трубок – двох нерозрізаних-і однієї розрізаної (див рис 19, д) Коефіцієнти п для потрійного петлевого вібратора в залежності від діаметрів трубок і відстані між ними визначаються за графіком, показаному на рис 31 З графіка видно, що при рівності діаметрів трубок (d2di = 1) η = 9 і вхідний опір вібратора складає 75 * 9, тобто 657 Ом Вибором відносини d2/ Dj можна забезпечити узгодження антени з кабелем зниження Відзначимо, що якщо петлевий вібратор виготовляється з стрічки ^ то регулювання вхідного опору

тивления маже бути здійснена підбором співвідношення між шириною нерозрізаної і розрізаної частин з плавним переходом від однієї частини вібратора до іншої При збільшенні ширини стрічки в нерозрізаної частини вібрац * тора його вхідний опір підвищується, при зменшенні – знижується

Варіанти симетрувальних пристроїв для петльових вібраторів показані на рис 32 Сімметрірующее пристрій, представлений на рис 32, а, виконано у вигляді U-коліна з коаксіального кабелю довжиною λκ/ 2 Особливість півхвильового U-коліна полягає в тому, що воно забезпечує не тільки симетрування петлевого вібратора, але й узгодження його вхідного опору (292 Ом) з хвильовим опором1 кабелю зниження (75 Ом) Принцип симетрування петлевого вібратора за допомогою півхвильового U-коліна аналогічний описаному вище принципом симетрування лінійного вібратора Полуволновий кабель U-коліна вносить зсув фаз, рівний 180 ° У звязку з цим напруги на вхідних затисках петлевого вібратора відносно точки нульового потенціалу (точка 0 на рис 32, а) мають протилежні © фази, що забезпечує симетрію струмів в лівій і правій частинах вібратора На зовнішню поверхню оболонки кабелю струми не затікала, оскільки оболонка ізольована від вібратора Узгодження з допомогою U-коліна відбувається наступним чином Опір між кожним зажимом петлевого вібратора і точкою нульового потенціалу дорівнює половині вхідного опору і становить 146 Ом Полуволновий кабель U-коліна перераховує опір 146 Ом без зміни його значення в точку підключення кабелю зниження У цій точці обидва опору по 146 Ом кожне виявляються включеними паралельно Загальний опір на кінці кабелю становить, таким чином, 73 Ом, що забезпечує гарне узгодження кабелю з вібратором Зовнішні провідники кабелю U-коліна і зниження потрібно між собою спаяти Смуга частот, в якій може працювати U-коліно, становить приблизно ± 30%

Сімметрірующее пристрій, показане на рис 32, б, являє собою полуволновой U-коліно, згорнуте в котушку На дециметрових хвилях крім кабельного півхвильового U-коліна може бути використано малогабаритне сімметрірующее пристрій, показане на рис 32, в У цій конструкції полуволновой U-коліно утворено Полоскова лінією, що складається зі стрічкового провідника, намотаного на діелектричну котушку, і підкладки (земляного провідника), виконаної у вигляді металевого циліндра з поздовжньою щілиною, вставленого всередину котушки При виготовленні котушки з діелектрика з діелектричною постійною ε = 2 .. 4 (органічне скло, полістирол, Капрол, фторопласт) товщина стінки котушки становить приблизно 1 мм Стрічковий провідник виконується з фольги товщиною близько 0,05 мм, металевий циліндр – З фольги товщиною 0,1 .. 0,2 мм

Джерело: Капчинский JI М, Конструювання і виготовлення телевізійних антен – 2-е вид, Стереотип – М: Радіо і звязок, 1995 – 00 с: Ил – (Масова радіобібліотека Вип 1216)