Качественный прием телевизионных программ волнует всех, особенно тех кто проживает на расстоянии от телевизионных центров. Покупка антенны или ее изготовление для приема различных каналов нет полной гарантии, что точно сделанная по размерам антенна будет сохранять параметры и усиление опубликованное в литературе [1]. Поэтому расскажем о минимальных знаниях, которые необходимо применять вам для получения качественного приема.

Согласование антенны с фидером.

Рис.1.

По отношению к телевизионному приемнику антенна является источником сигналов с электродвижущей силой Е и внутренним сопротивлением, равным ее входному сопротивлению ZA-RA+jXA (рис. 1). От антенны на вход телевизионного приемника поступает сигнал, максимальная мощность которого равна: Pc max - EІ/4Rnp (Rnp — входное сопротивление телевизора) при выполнении следующих условий: отсутствие потерь в фидере; согласование антенны с фидером; согласование фидера со входом телевизора.

Рис.2.

Если фидер имеет пренебрежимо малые потери и согласован со входом телевизионного приемника (p = Rnp, где р — волновое сопротивление фидера), но не согласован с антенной (ZA ≠ р), тогда мощность сигнала Рс, поступающего на вход телевизора, можно определить по формуле: Pc = x Pmax , где x — коэффициент согласования антенны с фидером, определяющий степень уменьшения мощности за счет рассогласования.

Для определения коэффициента согласования x необходимо знать входное сопротивление антенны и волновое сопротивление фидера или коэффициент бегущей волны КБ в фидере. Тогда можно воспользоваться одной из следующих формул:

x = 4Rap / (p = Ra)І+XаІ; x = 4КБ / (1+КБ)І (1)

Зависимость коэффициента согласования антенны с фидером от коэффициента бегущей волны (КБВ) показана на рис.2.

Рис.3.

Из рис.2 и формулы (1) следует, что для получения достаточной мощности сигнала на входе телевизора не обязательно требовать полного согласования антенны с фидером (КБ = 1) .

Вполне допустимым можно считать снижение КБВ до 0,5, что соответствует снижению мощности сигнала на 11 % по сравнению с максимальной (x = 0,89).

Если в фидере наблюдаются потери, значит в нем расходуется часть мощности. В этом случае мощность на входе телевизора определяется по формуле: Pc = hфxPc max, где h ф — коэффициент полезного действия фидера, который можно подсчитать по формуле: h ф = е‾al,

где е — основание натуральных логарифмов; l — длина фидера, м; а — коэффициент затухания, Нп/км.

Основные электрические и конструктивные характеристики коаксиальных кабелей, применяемых в телевизионных антенно-фидерных устройствах (АФУ), приведены в табл. 1.

Более трудным оказывается расчет мощности сигнала при неполном согласовании фидера как со входом телевизора, так и с антенной. В этом случае Рс зависит не только от степени согласования фидера с обоих концов, но и от его длины. Следует иметь в виду, что при отсутствии полного согласования фидера с телевизионным приемником и антенной, кроме уменьшения мощности сигнала, возможны еще и искажения изображения на экране телевизора.

Направленные свойства антенны.

Рис.4.

Наводимая в антенне ЭДС зависит не только от интенсивности приходящей в точку приема волны, но и от направления ее прихода, т.е. антенна обладает направленными свойствами.

Нагляднее всего направленные свойства антенн характеризуются диаграммами направленности — зависимостью ЭДС на зажимах антенны от направления прихода волны. Эти диаграммы строятся в полярной (рис.3) или прямоугольной (рис.4) системах координат для вертикальной и горизонтальной плоскостей.

Диаграммы направленности антенн чаше всего являются многолепестковыми. Лепесток, соответствующий направлению прихода волны, при котором в антенне наводится максимальная ЭДС, называется главным.

Диаграмма направленности в большинстве случаев имеет еще обратный (задний) и боковые лепестки. Для удобства сравнения между собой различных антенн их диаграммы направленности нормируют, т.е. строят в относительных величинах, принимая наибольшую ЭДС Emax. за единицу (за 100%).

Основными параметрами диаграммы направленности являются:

• угол разворота (ширина) главного лепестка;
• коэффициент защитного действия антенны.

Часто коэффициент защитного действия антенны выражают в логарифмических единицах (децибелах): kз - 20 lg Emax/Еобр.

Направленные свойства антенны характеризуются также коэффициентом направленного действия (КНД) — числом, показывающим, во сколько раз мощность сигнала, поступающего на вход телевизора при приеме на данную направленную антенну, больше мощности, которую можно было бы получить при приеме на ненаправленную или направленную эталонную антенну. В качестве эталонной антенны чаще всего используют полу волновой вибратор, коэффициент направленного действия которого по отношению к гипотетической ненаправленной антенне равен 1,64. График для пересчета КНД из относительных единиц в логарифмические и наоборот приведен на рис.5.

Рис.5.

Как было сказано ранее, в точку приема, кроме прямой волны, могут приходить и отраженные от различных препятствий электромагнитные волны. Для исключения влияния таких волн на качество изображения приемные телевизионные антенны должны обладать не только определенными усилительными свойствами, но и иметь достаточно низкий уровень заднего и боковых лепестков (высокий коэффициент защитного действия).

Требования к коэффициенту защитного действия могут быть снижены при приеме телевизионных сигналов в сельской местности, где обычно отсутствуют интенсивные отраженные волны и качество изображения в основном определяется величиной усиления антенно-фидерного устройства.

В городах, где в месте приема всегда имеется множество отраженных волн, выбор антенны определяется не только величиной КНД, но и коэффициентом защитного действия. Например, вблизи телевизионного центра с точки зрения требуемой мощности сигнала Рс на входе телевизора можно было бы применять простейшие антенны (симметричный вибратор, петлевой вибратор и др.), однако для исключения отраженных волн приходится использовать более сложные направленные антенны (чаще всего антенны типа "волновой канал").

Антенны типа "Волновой канал".

Рис.6.

Для приема телевизионных сигналов наиболее широко используются антенны типа "волновой канал" (рис.6). Устройство, принцип действия, конструктивные особенности и электрические параметры таких антенн достаточно полно рассмотрены в популярной литературе.

Направленные свойства этих антенн определяются не столько числом вибраторов, сколько относительной электрической длиной — отношением геометрической длины L антенны к средней длине волны l рабочего диапазона.

Зависимость коэффициента усиления G и ширины диаграммы направленности в горизонтальной плоскости 2 q о от отношения L / l показаны на рис.7, из которого следует, что увеличение относительной длины антенны L / l от 2 до 5 приводит к росту усиления не более чем на 3 дБ (т.е. не более чем в 2 раза), поэтому делать длину антенны L больше 2 l нецелесообразно.

Рис.7.

Расстояние между соседними директорами не следует выбирать меньшим 0,2 l , так как при уменьшении этого расстояния (увеличении числа директоров) при неизменном отношении L/ l коэффициент усиления антенны почти не увеличивается.

Несмотря на возможность получения высокого усиления и большого коэффициента защитного действия, антенны типа "волновой канал" имеют ряд недостатков.

Во-первых, они являются относительно узкополосными, что затрудняет их использование не только для работы в диапазонах нескольких каналов, но даже для приема сигналов по одному из первых каналов, где относительная полоса частот достаточно велика.

 

Рис.8.

Следует отметить, что имеются и многоканальные антенны типа "волновой канал", однако их коэффициент усиления существенно ниже, чем коэффициент усиления соответствующих одноканальных антенн. Это, в частности, видно на рис.8, где приведены коэффициенты усиления нескольких типов одноканальных и многоканальных антенн промышленного изготовления.

Во-вторых, электрические параметры антенн типа "волновой канал" весьма критичны к точности изготовления и настройки. Практика показывает, что изготовление в радиолюбительских условиях антенны типа "волновой канал", обладающей требуемыми характеристиками при числе элементов больше 3-4, представляет собой сложную задачу, причем увеличение числа элементов антенны без ее тщательной настройки может привести не к улучшению, а к ухудшению ее направленных свойств.

Борийчук Г.И., Булыч В.И.

Литература:

1. Борийчук Г.И., Булыч В.И. "Радиолюбителю о телевизионных антеннах", M, 1977г.

Материал подготовил Ю. Погребан (UA9XEX).