Нередко обращаются радиолюбители с просьбой порекомендовать им наиболее эффективную конструкцию телевизионной антенны. Однако условия приема бывают очень различными, и в каждом конкретном случае выбрать антенну могут только сами радиолюбители. Идя навстречу их пожеланиям, мы сочли возможным разместить этот обзорный материал о наружных телеантеннах. Они известны и были описаны в различной радиотехнической литературе. Надеемся, что эта информация поможет вам в радиолюбительской практике.
В связи с бурным ростом числа каналов телевизионного вещания очень непросто обеспечить высококачественный прием всех телепрограмм. Прежде всего, это зависит от применяемых антенн. Поэтому ниже рассмотрены их основные конструкции, опробованные автором в различных условиях. Но сначала напомним основные сведения о телевизионных частотах, диапазонах и каналах.
Телевизионные частоты охватывают интервал 48,5...790 МГц. Их подразделяют на метровый (каналы 1 -12, частоты 48,5...230 МГц) и дециметровый (каналы 21 - 60, частоты 470...790 МГц) диапазоны. Один телевизионный канал занимает полосу частот 8 МГц. Для расчета рабочей длины волны антенн рекомендуется выбирать несущую частоту изображения, поскольку сигнал изображения амплитудно-модулированный, более подвержен влиянию помех и требует большего усиления, чем частотно-модулированный сигнал звукового сопровождения. Частота несущей изображения для 1-го и 2-го телевизионных каналов равна 49,75 и 59,25 МГц соответственно.
Для 3-5-го каналов ее (в мегагерцах) вычисляют так: fн.из = 77,25 + (N - 3) * 8, где N - номер канала;
для 21-60-го: fн.из = 471,25 + (N - 21) - 8.
Среднюю частоту полосы канала можно получить, добавив к значению несущей изображения число 2,75. Частота несущей звукового сопровождения выше частоты несущей изображения на 6,5 МГц. Рабочую длину волны L (в метрах) в воздухе в зависимости от рабочей частоты f (в мегагерцах) определяют по формуле L = 300/f. В других диэлектриках длина волны меньше (например, в полиэтилене в 1,52 раза). Этот факт необходимо учитывать при изготовлении резонансных элементов согласующих устройств из коаксиального полиэтиленового кабеля.
Теперь немного о конструктивном выполнении антенн. Материалом для их изготовления желательно использовать трубки, прутки, полоски, уголки, провода из металлов и сплавов с хорошей электропроводностью (меди, алюминия, латуни). От площади поверхности активных элементов зависит широкополосность антенны, чем больше площадь (больше диаметр трубок или ширина полосок), тем широкополосней будет антенна (но и тяжелей). Не рекомендуется выбирать поперечный размер элементов (трубок, прутков) антенны менее 1/200 длины волны, на которой она работает, так как при этом заметно ухудшаются электрические параметры и механическая прочность. Ширину полосок выбирают в 1,5...2 раза больше рекомендованного диаметра трубок или прутков, толщина - 2...3 мм.
Поверхность элементов должна быть ровной и гладкой. Для диапазона ДМВ наилучшие результаты получаются, если применены элементы из материала с полированной поверхностью, так как ВЧ токи наводятся лишь в их поверхностном слое. Если требуется согнуть элементы антенн, это делают осторожно, подложив под губки тисков кусочки текстолита или древесины, чтобы не повредить поверхность. Трубки перед этим необходимо плотно наполнить песком и заткнуть деревянными пробками.
При установке антенн вне действия молниеотводов обеспечивают их надежную грозозащиту [1]. Кроме того, следует тщательно герметизировать электрические соединения и места выхода оплетки кабеля из внешней изоляции, залив их водо и термостойкими диэлектрическими лаками или смолами. Для точной ориентировки антенны на нужное направление сигнал на входе телевизора следует ослабить в несколько раз аттенюатором. При этом перестает действовать система АРУ телевизора и становится более заметным максимум принимаемого сигнала.
И, наконец, о самих антеннах. Начнем с узкополосных. Они предназначены для приема какого-нибудь одного телевизионного канала или нескольких, при условии, что их частоты отличаются не более чем на 5...10 %. В этом случае антенну рассчитывают для среднегеометрической частоты, вычисляемой как корень квадратный из произведения частот каждого канала, или на частоту сигнала более слабого канала.
Антенны подразделяют также на простейшие и усложненные [2]. Последние могут содержать, кроме одного активного элемента, рефлектор, директоры и даже дополнительные активные элементы. Простейшие антенны одинаково принимают как прямой сигнал, так и сигнал, приходящий с противоположного от телецентра направления.
Рис.1.
Они обладают самым низким усилением (и КНД). Поэтому их использование, как правило, ограничено небольшим расстоянием от передающей антенны при отсутствии отраженных сигналов (визуально они проявляются на экране телевизора в виде многоконтурности или размытости изображения). К простейшим антеннам относится "линейный полуволновый разрезной вибратор" [1, 2], изображенный схематично на рис. 1. Он имеет входное сопротивление на резонансной частоте около 75 Ом. Именно его усиление обычно условно принимают за 0 дБ.
Вибратор изготовляют из трубок, прутков или полос. Диаметр d трубок выбирают равным для MB 20...30, а для ДМВ - 6... 12 мм. Расстояние между концами трубок L должно быть равно половине рабочей длины волны антенны, умноженной на коэффициент укорочения, зависящий от отношения диаметра трубок к рабочей длине волны.
Для отношений 0,001 и 0,003 значения коэффициента - 0,96 и 0,95 соответственно. Если оно повышается до 0,005 и больше, коэффициент снижают до 0,94. Расстояние L выбирают в пределах 50...80 для MB и 20...30 мм для ДМВ. Для получения максимального уровня сигнала вибратор располагают горизонтально в плоскости, перпендикулярной направлению приема (при горизонтальной поляризации волн передатчика).
Рис.2.
При подключении антенны к фидеру используют согласующее устройство "четвертьволновый шлейф" по схеме, показанной на рис. 2, которое выполнено из короткозамкнутого отрезка кабеля длиной 4, равной четверти длины волны, на которую настроена антенна (с учетом коэффициента укорочения). Расстояние D для диапазона MB выбирают 50...80, а для диапазона ДМВ - 20...30 мм.
Рис.3.
Еще одна из простых антенн - "полуволновый вибратор Пистолькорса"' [1, 2], представленная на рис. 3, имеет входное сопротивление на резонансной частоте 295 Ом. Так же, как и разрезной вибратор, антенну изготовляют из трубок, прутков или полос. Радиус изгиба значения не имеет, изгибы можно делать и под прямым углом.
Основное преимущество вибратора Пистолькорса перед разрезным состоит в том, что в точке симметрии он имеет нулевой потенциал, и в этой точке его можно крепить к мачте без изоляторов. Вибратор также располагают горизонтально в плоскости, перпендикулярной направлению приема.
Рис.4.
Антенна обладает более широкой полосой пропускания, чем разрезной вибратор, и отличается лучшей помехозащищенностью. Размеры l, L, d выбирают так же, как и для разрезного вибратора. Однако при расчете коэффициента укорочения вибратора Пистолькорса вместо диаметра трубок берут значение, равное удвоенному корню квадратному из произведения диаметра трубок d на размер S в вибраторе. Последний равен 80...100 для MB и 40...50 мм для ДМВ.
Для подключения антенны к фидеру используют изображенное на рис.4 согласующее устройство "U-колено", выполненное из отрезка коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. Длина Lш равна половине длины волны, на которой работает антенна, деленной на коэффициент укорочения для полиэтиленового кабеля (1,52). Устройство подключают к вибратору в точках А и В.
Рис.5.
Снизить влияние отраженного сигнала и немного увеличить коэффициент усиления у простейших антенн можно, усложняя их, например, расположив позади активного вибратора (по направлению от телецентра) рефлектор так, как показано на рис.5 для антенны "волновой канал", о которой пойдет речь ниже. Длина элементов рефлектора должна быть больше длины вибратора L на 5... 15 %, а расстояние от вибратора до рефлектора выбирают в пределах 0,15...0,2 рабочей длины волны.
Рис.6.
Рамочные антенны [1], представленные на рис.6 и 7, обладают неплохими параметрами при относительной простоте устройства. Их входное сопротивление на резонансной частоте - 73 Ом, коэффициент усиления - 3,5 дБ. Располагают их так же, как и вибратор Пистолькорса, для получения максимального уровня сигнала.
Рис.7.
Для неполной зигзагообразной антенны (рис.6) расстояние а выбирают равным четверти рабочей длины волны. В кольцевой антенне - рис. 7 длина окружности L равна длине волны, на которой она работает. Для обеих антенн расстояние L - 10... 15 для MB и 7 мм для ДМВ. Рамочные антенны подключают к фидеру через "четвертьволновый короткозамкнутый шлейф" (см. рис.2).
Рис.8.
Если со стороны, противоположной направлению на телецентр, приему мешает сильный отраженный сигнал, то его влияние можно существенно уменьшить, расположив позади антенны экран-рефлектор так, как показано на рис.8. При этом увеличивается и усиление антенны приблизительно на 3 дБ.
Конструктивно экран выполняют из тех же элементов, что и само полотно антенны, но допустимо применять и более тонкие проводники. Ширина а и высота b экрана на 5... 10% больше соответствующих габаритных размеров антенны. Расстояние D между элементами экрана - не более 0,1 рабочей длины волны, а С между полотном антенны и экраном - 0,21 ...0,27 длины волны. Элементы экрана крепят к мачте только в центре.
В. Портунов
Р11-1999
