ДМВ-антенна со сложным рефлектором

В диапазоне дециметровых волн (ДМВ) из-за уменьшения действующей длины приемной антенны при повышении частоты на ее входе развивается меньшее напряжение, чем при тех же условиях в метровом диапазоне. Поэтому возникает необходимость в установке антенн с большим коэффициентом усиления (КУ), что достигается, например, в антеннах типа "Волновой канал" увеличением числа директоров, созданием синфазных решеток из многоэлементных антенн. Так как размеры элементов антенн соседних каналов отличаются незначительно, то обычно приводят их для групп каналов.

Эскиз конструкции широкополосной телевизионной антенны типа "Волновой канал" со сложным решетчатым рефлектором для приема в дециметровом диапазоне волн представлен на рис. 1.

Рис. 1. Эскиз конструкции широкополосной антенны типа "Волновой канал" со сложным решетчатым рефлектором для диапазона дециметровых волн

Размеры элементов указаны в табл. 1.

Табл. 1. Размеры антенны дециметровых волн со сложным рефлектором

В табл. 2 указана длина несущей стрелы антенны ДМВ для групп телевизионных каналов в зависимости от количества элементов антенны.

Табл. 2. Длина несущей стрелы антенны дециметровых волн со сложным рефлектором

Антенна состоит из решетчатого рефлектора, два полотна которого установлены перпендикулярно друг к другу под углом 90° на конце несущей стрелы (рис. 2а), активного петлевого вибратора (рис. 2б) и 18 директоров. При этом два первых директора (Д1 и Д2) являются двухэтажными и разнесены по вертикали на толщину несущей стрелы (30...40 мм).

Рис. 2. Конструкция элементов широкополосной антенны: а - вид полотна рефлектора; б — активный петлевой вибратор

Несущая стрела сделана из алюминиевого профиля квадратной или прямоугольной формы шириной 30...40 мм. Для закрепления на ней вибратора и директоров можно использовать пластмассовые пластинки с гнездами. Горизонтальные элементы рефлектора изготавливают из алюминиевой проволоки диаметром 3...4 мм. Активный вибратор (рис. 2б) лучше всего изготовить из латунной или медной проволоки диаметром 4 мм. Можно использовать трубку диаметром 6...12 мм. К трубкам из меди или латуни будет легко припаять кабель снижения (фидер).

Закрепление элементов антенны на несущей стреле показано на рис. 3.

Рис. 3. Вид сбоку антенн ДМВ типа "Волновой канал" со сложным рефлектором:

а — антенна из 6 элементов; б-антенна из 10 элементов; в - антенна из 20 элементов (1 — полотно рефлектора, 2 — основная несущая стрела, 3 - опорная мачта, 4 — коаксиальный фидер, 5 — вспомогательная стрела)

У шестиэлементной антенны (рис. 3а) опорная мачта (3) может закрепляться к несущей стреле (2) позади рефлектора. Закрепление 10-элементной антенны к опорной стойке рекомендуется делать между вторым и третьим директорами. У 20-элементной антенны (рис. 3в) несущая стрела (2) укрепляется с помощью вспомогательной стрелы (5), а опорная стойка (3) крепится между седьмым и восьмым директорами.

Параметры широкополосной антенны дециметровых волн со сложным рефлектором в зависимости от количества вибраторов приведены в табл. 3.

Табл. 3. Параметры широкополосной антенны дециметровых волн со сложным рефлектором

Коэффициент усиления антенны по напряжению Ки показывает, во сколько раз напряжение на выходных зажимах данной антенны превышает напряжение на выходе полуволнового вибратора при одинаковых условиях приема. Антенна полуволновый вибратор принята за эталонную.

Нормированная зависимость наведенной в антенне ЭДС от направления прихода радиоволны по отношению к ориентации приемной антенны характеризует ее направленные свойства и графически отображается диаграммой направленности. Наименьшую направленность имеет полуволновой вибратор. В горизонтальной плоскости это будет "восьмерка", т.е. полуволновой вибратор принимает сигнал одинаково как с основного направления, так и обратного.

Сложные многоэлементные антенны обладают высокой направленностью и соответственно большой невосприимчивостью к электромагнитным волнам, приходящим с направлений, отличающихся от направления приема полезного сигнала. Для численной оценки направленных свойств антенны пользуются понятиями угла раствора основного лепестка диаграммы направленности, и уровня задних и боковых лепестков. Углом раствора основного лепестка диаграммы направленности называется угол, в пределах которого ЭДС на клеммах антенны снижается до уровня 0,707 от максимальной. На рис. 4 приведены диаграммы направленности антенны ДМВ со сложным рефлектором для 6-ти, 10-ти и 20-ти элементов.

Рис. 4. Диаграммы направленности антенн типа "Волновой канал" со сложным рефлектором: а - для антенны из 6-ти элементов; б - для антенны из 10-ти элементов; в - для антенны из 20-ти элементов

По ширине главного лепестка судят о направленных свойствах антенны. Чем эта ширина меньше, тем больше направленность. Задний лепесток и боковые лепестки направленности ухудшают работу антенны и поэтому нежелательны.

Коэффициент защитного действия (КЗД) характеризует способность не принимать сигнал с заднего направления. КЗД выражается отношением мощности сигнала, принятого с главного направления, к мощности сигнала, принятого с заднего направления, при одинаковой напряженности поля обоих сигналов. В табл. 3 приведены значения КЗД для антенн типа "Волновой канал" в зависимости от количества директоров.

При настройке направленной антенны стараются уменьшить ее боковое и заднее излучения и сосредоточить энергию в пределах главного лепестка диаграммы направленности, увеличивая тем самым дальность телевизионного приема при прочих равных условиях.

Для передатчика средней мощности (1 ...5 кВт) и высоте подвеса антенны 120... 180 м на расстояниях до 10 км можно применять антенну из 6-ти элементов. На расстояниях до 30 км от приемника следует применять десятиэлементную антенну. На расстоянии 20...50 км от приемника целесообразно устанавливать 20-элементную антенну.

Активный петлевой вибратор (В) подключается к фидеру с помощью согласующе-симметрирующего устройства, так называемое u-колено (полуволновая петля с учетом укорочения длины волны в кабеле). Длина Ln будет в 0,33 раза меньше средней длины волны передатчика. В табл. 4 указана длина u-колена для среднего канала в группе соседних каналов.

Табл. 4. Длина согласующе-симметрирующего устройства Ln

На рис. 5 показан способ подключения петлевого вибратора к фидеру, в качестве которого следует применять коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, например, кабель типа РК-75-4-15 или ему аналогичный.

Рис. 5. Подключение согласующе-симметрирующей полуволновой петли к активному петлевому вибратору.

На высокочастотных каналах (малая длина волны) длина Ln окажется малой. Практически такие короткие отрезки кабеля не совсем удобно разделывать и распаивать. Длину отрезков Ln можно увеличивать в два, а то и в четыре раза. При этом согласующе-симметрирующие свойства u-колена остаются прежними. Кабель снижения следует подключать штекером, который предусмотрен конструкцией антенного входа телевизора.

На рис. 5, в центре петлевого вибратора, указана точка нулевого потенциала 0. В этой точке вибратор можно крепить к металлической стреле без изоляторов. К точке 0 можно подключать провод заземления. Надежнее всего ставить при антенне громоотвод (заземленный острый штырь). И вот почему. Такой штырь не отводит грозовой разряд в землю, а выделяет в пространство заряды полярностью, противоположной той, которая имеется в атмосфере. В результате разряжает грозовые тучи, упреждает разряды молнии. И еще. Как показывает практика, простое заземление антенны менее эффективно!

Литература

1. Радио телевизия электроника, 1976, №8. Приемни антени за IV и V телевизионен обхват.

2. Пясецкий В. В. Спутниковое телевидение и телевизионные антенны. - Мн.: Полымя, 1999, с. 256.

3. Пясецкий В. В. Антенны для индивидуального приема телевидения. - Мн.: Беларусь, 1971, с. 96.

4. Пясецкий В. В. Антенны телевизионные: конструкции, установка, подключение. - Мн.: Беларусь, 2000, с. 224.

Радиолюбитель №5-6, 2004 г., с. 71-75