5. Наружные антенны для дальнего приема. Антенна для приема цифрового телевидения для дальнего приема

5. Наружные антенны для дальнего приема.

5.4. СИНФАЗНЫЕ АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ

Синфазная антенная решетка представляет собой сложную направленную антенную систему, состоящую из отдельных слабонаправленных антенн, разнесенных в пространстве и расположенных таким образом, что фазы наведенных в них сигналов оказываются одинаковыми. Антенны в решетке соединяют между собой, они должны работать на общую согласованную нагрузку. Как правило, синфазную решетку собирают из одинаковых антенн, расположенных в несколько рядов и несколько этажей. Схема соединения антенн решетки должна быть составлена так, чтобы не нарушалась синфазность сигналов, поступающих от каждой антенны в нагрузку, так как только при одинаковых фазах этих сигналов они будут складываться. Кроме того, схема соединения антенн решетки одновременно должна обеспечивать их согласование с нагрузкой, так как при рассогласовании общего входного сопротивления решетки с сопротивлением нагрузки часть энергии принятого антеннами сигнала отразится от нагрузки и будет излучаться обратно в пространство, что приведет к уменьшению коэффициента усиления антенной решетки.

Использование вместо одной антенны нескольких таких же антенн, соединенных в синфазную решетку, приводит к увеличению сигнала на выходе такой антенной системы, сужению диаграммы направленности и в результате к увеличению коэффициента усиления по сравнению с коэффициентом усиления одиночной антенны, входящей в состав решетки. Увеличение коэффициента усиления синфазной антенной решетки происходит за счет двух факторов.

Во-первых, в каждой антенне решетки электромагнитным полем принимаемого передатчика наводится сигнал определенной мощности, той самой, которая наводилась бы в одиночной антенне данного типа, а затем мощности сигналов, принятых всеми антеннами, складываются в нагрузке. Поэтому результирующая мощность сигнала на выходе синфазной решетки во столько же раз больше мощности сигнала на выходе одиночной антенны того же типа, сколько антенн содержится в решетке. В связи с тем, что сопротивление нагрузки остается неизменным, независимо от того, используется одна антенна или несколько, напряжение результирующего сигнала на выходе синфазной решетки увеличивается по сравнению с напряжением сигнала на выходе одиночной антенны того же типа не во столько раз, сколько антенн содержится в решетке, а в число, равное корню квадратному из числа антенн. Так, при наличии в решетке четырех антенн мощность сигнала на выходе решетки увеличивается в 4 раза, а напряжение - в 2 раза (на 6 дБ), при девяти антеннах мощность увеличивается в 9 раз, а напряжение сигнала - в 3 раза (на 9, 5 дБ) и т. д. Соответственно увеличивается коэффициент усиления синфазной решетки по сравнению с коэффициентом усиления одиночной антенны.

Во-вторых, поперечные размеры антенной решетки относительно направления, с которого приходит сигнал, больше поперечных размеров одиночной антенны. Иначе говоря, при использовании синфазной решетки увеличивается поверхность абсорбции антенны, та поверхность, из которой антенна поглощает мощность электромагнитного поля. Это приводит к сужению диаграммы направленности антенной системы, что эквивалентно

дополнительному увеличению коэффициента усиления антенны, т. е. дополнительному увеличению напряжения сигнала на выходе решетки. Сужение диаграммы направленности решетки обусловлено тем, что только те сигналы, которые принимает каждая антенна с главного направления, перпендикулярного плоскости решетки, оказываются синфазными. Сигналы же, приходящие под углом к главному направлению, поступают к антеннам решетки, разнесенным в пространстве, не одновременно, а со сдвигом во времени или по фазе. Таким образом, сигналы, приходящие под углом, за счет разности хода наводят в антеннах решетки напряжения, сдвинутые по фазе, которые складываются геометрически, как векторы. Их геометрическая сумма оказывается меньше арифметической суммы напряжении, наведенных в антеннах решетки сигналами, приходящими с главного направления. Чем больше поперечные размеры решетки, тем больше разность хода сигналов, приходящих под тем же самым углом к главному направлению, и тем больше сдвиг фаз, т. е. меньше результирующий сигнал. Следовательно, с увеличением поверхности абсорбции сужается диаграмма направленности и увеличивается коэффициент усиления синфазной решетки. Увеличение вертикального размера решетки сужает диаграмму направленности в вертикальной плоскости, увеличение горизонтального размера решетки сужает диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. Теоретически увеличение поверхности абсорбции вдвое должно приводить к увеличению коэффициента усиления решетки на 3 дБ.

Таким образом, можно определить коэффициент усиления синфазной антенной решетки. В первую очередь он зависит от коэффициента усиления антенн, входящих в состав решетки, и должен быть увеличен за счет увеличения числа антенн решетки, а также за счет увеличения поверхности абсорбции решетки по сравнению с поверхностью абсорбции одиночной антенны.

Часто допускается ошибка, когда число антенн, входящих в состав решетки, не учитывают, а исходят только из коэффициента усиления одиночной антенны и увеличения поверхности абсорбции. Истоки этой ошибки лежат в аналогии между приемными и передающими антеннами, исходя из принципа взаимности. При рассмотрении передающей антенны предполагается, что мощность передатчика постоянная и не зависит от числа антенн в решетке. При увеличении числа антенн мощность, приходящаяся на каждую антенну, уменьшается. Соответственно уменьшается и та доля энергии электромагнитного поля, которая обусловлена излучением каждой из антенн решетки. Поэтому напряженность поля в точке приема не зависит от числа антенн в решетке передающей антенны. Если бы к каждой антенне передающей решетки был подключен свой передатчик, увеличение числа антенн в решетке приводило бы к увеличению излученной энергии. При этом напряженность поля в точке приема увеличивалась бы от увеличения не только эффективной поверхности решетки (эквивалентной поверхности абсорбции приемной антенны), но и числа антенн в решетке. Именно в этих условиях применима аналогия между передающей и приемной антеннами, так как напряженность поля в точке приема считается неисчерпаемой и не уменьшается при увеличении числа антенн в решетке приемной антенной системы.

Исходя из приведенных соображений, можно сделать вывод: при

увеличении числа антенн синфазной решетки в 2 раза и таком же увеличении поверхности абсорбции коэффициент усиления решетки должен увеличиться на 6 дБ. На практике, однако, такого увеличения коэффициента усиления по сравнению с одиночной антенной не получается в связи с тем, что происходит частичное перекрытие поверхностей абсорбции отдельных антенн и неизбежно некоторое рассогласование в цепях фазирования антенн и в цепях согласования сопротивлений антенн и нагрузки. Поэтому в зависимости от расстояния между антеннами можно считать, что при увеличении числа антенн в решетке в 2 раза коэффициент усиления увеличивается в пределах 4... 5 дБ.

Форма диаграммы направленности синфазной антенной решетки определяется диаграммой направленности антенн, составляющих решетку, и конфигурацией самой решетки (число рядов, число этажей и расстояния между ними). При двух ненаправленных антеннах, размещенных рядом на расстоянии, равном половине длины волны (между осями антенн), диаграмма направленности в горизонтальной плоскости имеет вид восьмерки, а прием с боковых направлений, перпендикулярных главному, отсутствует. Если увеличивать расстояние между антеннами, ширина главного лепестка диаграммы направленности уменьшается, но появляются боковые лепестки с максимумами в направлениях, перпендикулярных главному. При расстоянии между антеннами 0, 6 длины волны уровень боковых лепестков составляет 0, 31 уровня главного лепестка, а ширина диаграммы направленности по половинной мощности уменьшается в 1, 2 раза относительно решетки с расстоянием между антеннами, равным 2/2. При расстоянии между антеннами 0, 75 длины волны уровень боковых лепестков увеличивается до 0, 71 уровня главного, а ширина диаграммы направленности уменьшается в 1, 5 раза. Наконец, при расстоянии между антеннами, равном длине волны, уровень боковых лепестков достигает уровня главного лепестка, но ширина диаграммы направленности уменьшается в 2 раза по сравнению с расстоянием между антеннами в полволны. Из этого примера видно, что целесообразнее выбирать расстояния между антеннами, равными длине волны. Это обеспечивает наибольшее сужение главного лепестка диаграммы направленности. Наличия боковых лепестков опасаться нет нужды, так как при использовании в составе решетки направленных антенн они с направлений, перпендикулярных главному, сигналов не принимают.

Располагать антенны в решетке на расстояниях, меньших половины длины волны (даже если конструкция антенн это позволяет), нецелесообразно, так как при этом перекрываются поверхности абсорбции и эффект получается слабым. Увеличивать же расстояния сверх длины волны недопустимо, так как при этом в диаграмме направленности появляются дополнительные боковые лепестки, неперпендикулярные главному направлению.

Синфазные решетки могут быть собраны из антенн самых различных типов. Обычно в решетке используют одинаковые антенны, что упрощает их согласование с нагрузкой и фазирование. Однако не исключено использование в решетке и разных антенн. В условиях дальнего приема телевизионных передач радиолюбители в основном применяют синфазные решетки, собранные из антенн типа "Волновой канал" и рамочных. При этом к тем

недостаткам многоэлементных антенн "Волновой канал", которые были рассмотрены ранее, следует добавить еще один. Две или несколько антенн этого типа, даже в том случае, если они изготовлены точно по чертежам и из одинаковых материалов, оказываются расстроены по-разному. Поэтому фазы принятых ими сигналов на выходах антенн одинаковыми не получаются и неизбежно наличие расфазирования, что значительно уменьшает коэффициент усиления решетки. Таким образом, для радиолюбителей можно считать допустимым использование синфазных решеток, собранных лишь из трехэлементных антенн "Волновой канал", естественная расстройка которых, как отмечалось ранее, незначительна и не приводит к необходимости индивидуальной настройки каждой антенны, а также к фазированию антенн в решетке.

В качестве примера на рис. 5. 1 показана двухрядная антенная решетка, собранная из двух трехэлементных антенн "Волновой канал". Антенна

Рис. 5. 1. Двухрядная синфазная антенна

предназначена для приема сигнала с вертикальной поляризацией на границе зон прямой видимости и полутени. Коэффициент усиления антенны составляет примерно 10 дБ. Элементы антенны выполняют из металлической трубки диаметром 12... 20 мм для антенн, работающих на 1-5-м каналах, или диаметром 8... 15 мм для антенн, работающих на 6-12-м каналах. Стрелы могут быть металлическими или деревянными, мачта же обязательно должна быть выполнена из изоляционного материала и лишь на 2 м ниже антенны мачта может быть металлической. Размеры каждой антенны можно взять из табл. 4. 3, а расстояние между антеннами Н и длина шлейфа Ш приводятся в табл. 5. 1.

Таблица 5. 1 Размеры двухрядной трехэлементной антенны

Согласующее устройство состоит из двух соединительных линий и симметрирующего коротко замкнутого четвертьволнового шлейфа. Входное сопротивление каждой антенны при указанных в табл. 4. 3 размерах составляет примерно 150 Ом. Линии, каждая из которых выполнена из двух отрезков 75-омного коаксиального кабеля, также имеют волновое сопротивление 150 Ом и хорошо согласуются с антеннами. Длина линий может быть взята произвольной, но обе линии должны быть одинаковой длины. В точках соединения линий два сопротивления по 150 Ом соединены параллельно, образуя 75 Ом. К этим точкам с помощью симметрирующего шлейфа подключен фидер. Шлейф и фидер выполняют также из 75-омного кабеля.

Синфазность антенн в решетке достигается применением одинаковых антенн, одинаковых линий, а также благодаря их синфазному соединению. Для этого точки "а" обеих линий должны быть подключены именно к точкам "а" (верхним концам) вибраторов обеих антенн. Если данную антенную решетку повернуть на 90° так, чтобы элементы антенн заняли горизонтальное положение, получится двухэтажная антенная решетка, которую можно использовать для приема передач с горизонтальной поляризацией сигнала.

Использование синфазных антенных решеток позволяет при необходимости значительно увеличить коэффициент защитного действия антенны для ослабления помехи, приходящей со стороны, противоположной направлению на передатчик. Для этого в синфазной решетке нужно выдвинуть одну из антенн, например нижнюю, как показано на рис. 5. 2, вперед по направлению на телецентр на четверть длины волны принимаемого канала, одновременно увеличив также на четверть длины волны в кабеле соответствующую линию, в данном случае - подключенную к нижней антенне. Сигнал, приходящий спереди, поступит к нижней

антенне на 1/4 периода раньше, чем сигнал, поступивший к верхней антенне. Но за счет более длинной линии сигнал от нижней антенны будет задержан также на 1/4 периода. Таким образом, сигналы от нижней и верхней антенн к точкам соединения линий поступят одновременно, в фазе, и будут складываться. Помеха, приходящая сзади, поступит к нижней антенне с запаздыванием на 1/4 периода по сравнению с помехой, поступившей к верхней антенне. Дополнительно помеха, принятая нижней антенной, будет задержана более длинной соединительной линией еще на 1/4 периода. Таким образом, помеха, принятая нижней антенной, поступит к точке соединения линий на полпериода позже, чем помеха, принятая верхней антенной. Поэтому они окажутся в противофазе и будут вычитаться. Такой способ позволяет увеличить КЗД антенной решетки примерно на 20 дБ, если направления на источники сигнала и помехи противоположны, т. е. угол между этими направлениями составляет 180°. Однако и при меньших углах, вплоть до 150°, имеет смысл использовать такой способ увеличения КЭД.

Это может понадобиться, когда слабый сигнал отдаленного телевизионного передатчика не может быть принят с удовлетворительным качеством из-за наличия ближе расположенного или более мощного передатчика, работающего на том же канале. При постройке антенной решетки с повышенным КЗД необходимо помнить, что длина волны в кабеле в 1, 52 раза меньше, чем длина волны в свободном пространстве. Поэтому выдвигать одну из антенн вперед нужно на 1/4 длины волны в свободном пространстве (этот размер соответствует размеру Ш в таблицах 4. 6 и 5. 1), а удлинять одну из соединительных линий нужно на 1/4 длины волны в кабеле (этот размер соответствует размеру Т в табл. 4. 6). Разница в размерах Ш, приведенных в указанных таблицах, объясняется тем, что размеры одной из таблиц рассчитаны для настройки антенны на несущую частоту изображения, а другой - на среднюю частоту канала.

На рис. 5. 3 показана четырехэтажная синфазная решетка, собранная из четырех трехэлементных антенн "Волновой канал". Размещение антенн в четыре этажа значительно сужает диаграмму направленности в вертикальной плоскости и позволяет прижать ее лепесток к земле. Это очень важно в условиях дальнего приема телевизионных передач, когда сигнал приходит с линии горизонта. Коэффициент усиления такой антенной решетки достигает 14 дБ. Размеры антенн могут быть взяты из табл. 4. 3. Согласование антенн осуществляется следующим образом. Первый (нижний) этаж соединяется со вторым соединительной линией с волновым сопротивлением 150 Ом, образованной двумя отрезками 75-омного коаксиального кабеля. Длина соединительных линий, которыми соединены первый со вторым и третий с четвертым этажами, должна быть равна половине длины волны в кабеле. В связи с тем, что сигнал,

проходя по линиям такой длины, задерживается на полпериода, т. е. его фаза меняется на обратную, для компенсации отрезки кабеля в линиях перекрещены. В точках питания антенн второго и третьего этажей два сопротивления по 150 Ом соединены параллельно, образуя 75 Ом. К этим точкам подключены трансформаторы, образованные отрезками 50-омного кабеля с волновым сопротивлением 100 Ом длиной Т. Поэтому в точках "в-в" входные сопротивления двух нижних этажей и входные сопротивления двух верхних этажей оказываются равными 150 Ом, соединены параллельно, образуя 75 Ом. К этим точкам и подключается фидер с помощью четвертьволнового симметрирующего шлейфа длиной Ш. Размеры трансформаторов Т и шлейфа Ш можно взять из одной из помещенных ранее таблиц. На концах линий и трансформаторов оплетки кабеля соединяют между собой. Центральную жилу фидера, соединенную с центральной жилой и оплеткой шлейфа, подключают к левой точке "в", а оплетку фидера - к правой точке "в". С оплетками трансформаторов оплетку фидера не соединяют.

В § 4. 9 была рассмотрена семизлементная широкополосная антенна типа АТВК-7/6-12, рассчитанная на прием передач по любому из каналов в диапазоне с шестого по двенадцатый. Широкополосность этой антенны достигнута взаимной расстройкой ее элементов и в результате коэффициент усиления оказывается небольшим. Некоторые радиолюбители пытаются собирать из таких антенн синфазные решетки для увеличения коэффициента усиления и использования таких решеток в условиях дальнего приема. Все попытки приводят к отрицательным результатам по следующим причинам. Антенна АТВК-7/6-12 рассчитана на применение в сравнительной близости от телевизионного передатчика, поэтому она не согласована с фидером, а лишь симметрируется с помощью кабельной петли. Обеспечить согласование антенн в решетке по их входным сопротивлением с волновым сопротивлением фидера во всем диапазоне невозможно, так как согласование осуществляется резонансными элементами - трансформаторами сопротивления, выполняемыми из отрезков кабеля длиной в 1/4 длины волны. Такой элемент является трансформатром только на той частоте сигнала, при которой его длина равна 1/4 длины волны. На другой частоте длина будет уже отличаться от 1/4 длины волны и как трансформатор он работать уже не будет, следовательно, произойдет рассогласование. Кроме того, антенны этого типа неидентичны по своим фазовым характеристикам. Фазы сигналов на выходах двух внешне одинаковых антенн могут быть также неодинаковыми. Это относится и к случаю, если из антенн собирается решетка, предназначенная для работы только на одном канале. В таком случае нецелесообразно использовать антенны, являющиеся широкополосными. Выгоднее использовать в решетке либо более простые антенны с таким же усилением, но стабильной фазовой характеристикой, либо антенны такой же степени сложности, но узкополосные, обладающие более высоким коэффициентом усиления. Те же соображения можно применить и к другим видам широкополосных антенн. Собирать из них синфазные решетки нецелесообразно порой из-за трудностей согласования, порой из-за трудностей фазирования.

Хорошие результаты дают синфазные решетки, собранные из рамочных антенн. В диапазонах метровых волн наибольшее распространение получили двухэтажные и двухэтажные двухрядные синфазные решетки, собранные из двухэлементных рамочных антенн. На рис. 5. 4 показаны двухэтажная синфазная решетка и схема симметрирующе-согласующего устройства к ней. Обе антенны этой решетки выполняют согласно рис. 4. 5 и табл. 4. 5. Симметрирование антенн осуществляется четвертьволновыми симметрирующими короткозамкнутыми шлейфами, не изменяющими входного сопротивления антенн. Поэтому линии, выполненные как и шлейфы из 75-омного кабеля, хорошо согласуются с антеннами. Линии берутся произвольной, но одинаковой длины. В точке соединения линий два сопротивления по 75 Ом соединены параллельно, образуя 37, 5 Ом. Для

Рис. 5. 4. Двухэтажная синфазная рамочная антенна

согласования такого сопротивления с волновым сопротивлением фидера, которое составляет 75 Ом, используется трансформатор в виде отрезка кабеля длиной в 1/4 длины водны в кабеле. Волновое сопротивление кабеля, из которого выполняется трансформатор, определяется путем извлечения квадратного корня из произведения сопротивлений на входе и выходе трансформатора, что дает 53 Ома. Таким образом, трансформатор должен быть выполнен из кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом.

Часто возникают затруднения в связи с отсутствием отрезка 50-омного кабеля. В этом случае можно выполнить согласование по другой схеме, показанной на рис. 5. 5. Все элементы этой схемы выполнены кабелем с волновым сопротивлением 75 Ом. В схеме использованы два трансформатора, включенные последовательно. Первый трансформатор образован тремя параллельными отрезками кабеля и имеет волновое сопротивление 25 Ом. Второй трансформатор образован двумя отрезками кабеля и имеет волновое

сопротивление 37, 5 Ом. Входное сопротивление решетки равно 37, 5 Ом, на выходе первого трансформатора оно уменьшается до 16, 7 Ом, а на выходе второго трансформатора увеличивается до 84, 4 Ом. Хотя и не обеспечивается полное согласование такого сопротивления с волновым сопротивлением фидера, равным 75 Ом, но рассогласование можно считать вполне допустимым. При этом рассогласовании коэффициент бегущей волны составляет 0, 89, что соответствует передаче в фидер 98 % мощности сигнала, принятого антенной. Коэффициент усиления двухэтажной синфазной решетки из двух двухэлементных рамочных антенн примерно равен 12... 13 дБ.

Если необходимо увеличить КЗД двухэтажной рамочной антенны, верхняя антенна выдвигается вперед по направлению на телецентр на расстояние, равное Ш, а верхняя линия удлиняется относительно нижней на длину Т.

Двухэтажная решетка из рамочных антенн имеет узкую диаграмму направленности в вертикальной плоскости и более широкую в горизонтальной. Это представляет большое удобство, так как антенная решетка не нуждается в тщательном ориентировании по азимуту, а узкий лепесток диаграммы направленности в вертикальной плоскости, прижатый к линии горизонта, благоприятствует дальнему приему телевизионных передач. Использовать эту антенную решетку рекомендуется в зоне полутени, прилегающей к зоне прямой видимости.

Если после установки двухэтажной синфазной решетки из рамочных антенн экспериментально будет установлено, что ее коэффициент усиления недостаточен для получения уверенного приема с хорошим качеством изображения, можно изготовить еще две рамочные антенны и собрать решетку из четырех антенн, расположенных в два ряда и в два этажа. Такая антенная решетка со схемой согласования показана на рис. 5. 6. Все ее

Рис. 5. 6. Двухэтажная двухрядная рамочная антенна

размеры берутся из таблицы 4. 5. За счет удвоения рядов сужается диаграмма направленности решетки в горизонтальной плоскости, а коэффициент усиления возрастает до 16... 17 дБ. Использовать такую антенную решетку целесообразно в дальней части зоны полутени.

Все элементы симметрирующе-согласующего устройства выполняют из отрезков 75-омного кабеля. Входное сопротивление двух верхних антенн в точке соединения верхних линий составляет 37, 5 Ом. Верхний трансформатор увеличивает его до 150 Ом. Такое же входное сопротивление имеют две нижние антенны. В точке соединения трансформаторов два сопротивления по 150 Ом соединены параллельно, образуя 75 Ом. Сюда и подключается фидер. Согласование получается достаточно хорошим. Синфазность обеспечивается одинаковыми антеннами и одинаковой длиной всех четырех линий, которая может выбираться произвольно. Для соблюдения синфазности нужно обратить особое внимание на правильность подключения линий к антеннам: центральные жилы всех четырех линий подключают к левым концам вибраторных рамок, а оплетки - к правым. Иначе произойдет расфазирование.

При необходимости увеличения КЗД две верхние антенны выдвигают вперед на расстояние Ш, а обе верхние линии удлиняют относительно нижних на длину Т.

В этой конструкции антенной решетки перекладины обязательно должны быть выполнены из изоляционного материала. Можно использовать текстолит, винипласт или деревянные рейки, проваренные в каком-либо противогнилостном составе и окрашенные. Мачта может быть выполнена из металла. Во избежание прогиба перекладин мачту можно сделать выступающей вверх за пределы антенны на высоту Н/2 и подвязать все стрелы антенн к вершине мачты капроновым шнуром (использовать проволоку нельзя!). На вершине мачты можно установить громоотвод в виде заостренного металлического штыря, приваренного к мачте, если она металлическая, или соединенного толстым проводом, проведенным по деревянной мачте, с надежным заземлением у основания мачты. Металлическая мачта также надежно заземляется.

Весьма привлекательны синфазные решетки, собранные из трехэлементных рамочных антенн. Двухэтажная синфазная решетка, собранная из двух трехэлементных рамочных антенн, должна обладать коэффициентом усиления примерно 19 дБ, а двухэтажная двухрядная синфазная решетка из четырех трехэлементных рамочных антенн - около 23 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала на выходе антенной решетки в 14 раз по сравнению с полуволновым вибратором. Размеры трехэлементных рамочных антенн можно взять для дециметрового диапазона из табл. 3. 2, а для метрового диапазона - из табл. 4. 6. Согласование осуществляется в соответствии с рис. 5. 4 или 5. 5 для двухэтажной решетки из двух антенн, или рис. 5. 6 - для двухэтажной двухрядной решетки из четырех антенн. Согласно тем же рисункам выполняется конструкция самих антенных решеток.

Несмотря на то, что конструкция двухэтажной двухрядной решетки, собранной из трехэлементных рамочных антенн, для метровых диапазонов оказывается достаточно громоздкой (особенно для 1-го и 2-го каналов), ее можно рекомендовать для уверенного приема передач на дальней границе

зоны полутени или в тех случаях, когда использование более простых антенн не дает хороших результатов.

При изготовлении трехэлементных рамочных антенн для дециметрового диапазона расстояние между концами вибраторной рамки, как показано на рис. 3. 6, берется равным 15 мм. Такое небольшое расстояние взято для того, чтобы оно было значительно меньше стороны квадрата рамки. Если же антенну выполняют для работы в метровом диапазоне, это расстояние может быть увеличено до 40 мм.

В табл. 4. 6 расстояние между трехэлементными рамочными антеннами синфазной решетки по вертикали и по горизонтали Н указано максимально допустимым, примерно равным длине волны для получения наибольшего коэффициента усиления. Если такие большие расстояния окажутся неприемлемыми из-за громоздкости конструкции, разнос антенн по горизонтали можно уменьшить в 1, 5 раза, хотя при этом коэффициент усиления решетки уменьшится примерно па 1 дБ. Можно также уменьшить расстояние между этажами решетки также в 1, 5 раза, если это необходимо, что приведет к уменьшению коэффициента усиления решетки еще па 1 дБ. Вообще вовсе не обязательно, чтобы расстояния между этажами и рядами решетки были равны между собой.

Двухэтажная двухрядная синфазная решетка достаточно громоздка, особенно для приема передач на 1-5 каналах. В условиях дальнего приема

Рис. 5. 7. Трехэтажная рамочная антенна

телевидения в зоне полутени, когда передающая антенна находится за линией горизонта, особенно важно, чтобы главный лепесток диаграммы направленности приемной антенны был прижат к Земле. В то же время, из-за низкое напряженности поля ориентирование антенны по азимуту при узкой диаграмме направленности в горизонтальной плоскости представляет определенных трудности. Поэтому можно рекомендовать трехэтажную однорядную синфазную решетку из трех двухэлементных или трехэлементных рамочных антенн показанную со схемой согласования на рис. 5. 7. Все размеры здесь такие же как для уже рассмотренных рамочных антенн и синфазных решеток из них Особенность же в том, что для согласования этой решетки с фидеров требуются два соединенных последовательно трансформатора. Трансформа тор 1 образован параллельным соединением отрезков 75-омного и 50-омного кабелей, трансформатор 2 выполнен из отрезка 50-омного кабеля. Напомним все три линии выполняются одинаковой длины из одной и той же марки 75 омного кабеля.

Коэффициент усиления такой решетки из двухэлементных рамочных антенн - 14-16 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала в 5- ( раз, а из трехэлементных рамочных антенн около 21 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала в 11 раз относительно полуволнового вибратора. В горизонтальной плоскости диаграмма направленности сравнительно широка.

lib.qrz.ru

Фирменные испанские ДМВ антенны для дальнего приема DVB-T2. Антенны для цифрового вещания.

Антенна дециметрового диапазона, предназначена для дальнего приема как аналоговых, так и цифровых каналов DVB-T2 наземного телевидения, в среде помех сигнала сетей мобильной связи 3G/4G/LTE.

Универсальная модификация антенны Rhombus, с активно/пассивным диполем предназначена для широкого круга пользователей в различных условиях приема телевизионного сигнала, будь то в городе или за десятки километров от ретранслятора. Активно/пассивный диполь Rhombus может работать как в режиме усиления, с автоматическим включением усиления сигнала при низком уровне, так и в пассивном режиме. Интегрированный в антенный диполь всепогодного исполнения малошумящий усилитель с контроллером уровня, позволяет избежать дополнительных соединений в антенном спуске и добиться наилучшего качества усиливаемого сигнала. При высоком уровне сигнала или отсутствии питающего напряжения, благодаря инновационной схеме коммутации сигнала, антенна работает в пассивном режиме, практически без потерь на схеме коммутации.

Для самостоятельной установки

Позволяет пользователю, желающему собственноручно поставить качественную дециметровую антенну, быть во «всеоружии» в любой ситуации и быстро справиться с задачей самостоятельно.

Антенна предельно проста в сборке и инсталляции: никаких пакетов-наборов моделиста-конструктора, десятков элементов в россыпь и замысловатых схем сборки. Все мелкие детали антенны уже надежно зафиксированы на заводе. Всего 3 клика и антенна собрана, прямо из коробки! Антенна может устанавливаться как на мачту, так и на настенное крепление (крюк).

Упаковка антенны компактна и делает ее транспортировку удобной и экономичной.

Мы позаботились, чтобы ваш опыт установки антенны наземного телевидения был для вас максимально положителен. Более чем полувековой опыт создания телевизионных антенн воплощен в деталях конструкции модели «Rhombus».

Долгий срок службы

Превосходная устойчивость к ветровой нагрузке, небольшие размеры для за счет ромбовидной траверсы, высокая антикоррозийная стойкость: антенна «Rhombus» прекрасно сохраняет внешний вид и приемные характеристики с течением времени.

Для красивых зданий

Произведена в Западной Европе — Стране Басков (Испания). Для создания формы, радующей глаз, помощь восхитительного окружающего пейзажа трудно переоценить. Силуэт антенны Rhombus гармонично вписывается в архитектурный дизайн практически любого здания.

Антенна для дачи

Данный тип антенны особенно рекомендуется для использования в лесистой местности или при наличии вблизи располагающихся водоемов (озера и реки), например, на даче. Благодаря специальной конструктивной особенностью, способна подавлять отраженные сигналы от данных объектов, по любому из направлений.

Rhombus активный диполь

Без блока питания, антенна Rhombus работает в обычном режиме пассивной антенны, с отличными приемными характеристиками. Но если уровень принимаемого сигнала оказался низким, вам не придется опять подниматься на крышу и ставить мачтовый усилитель: этот момент уже предусмотрен в Rhombus, подключаете внизу питание в кабель и — антенна превращается в активную. Для работы антенны в активном режиме, будет необходим блок дистанционного питания мачтовых усилителей (FA 302S или FA 152/154), также служащий делителем тв-сигнала на 2/4 выхода.

Если же, при установке антенны ДМВ, вы сразу подключили питающее напряжение- в кабель снижения антенны, система контроля входного уровня антенны автоматически определит, в каком режиме ей работать, в зависимости от уровня принимаемого сигнала.

На большее число подключаемых телевизоров, в инсталляциях начального уровня, можно применить усилители, с подачей питания на антенном входе (AD 420 plus DC). Для инсталляций более высокого уровня надежности, рекомендуется применять селективные многоканальные программируемые усилители MICROMATV(модели EVO, Surf Pro 6, Book) или селективные канальные усилители NEX 645.

Технические параметры

Модель	Rhombus
Каналы	21…60
Коэффициент усиления, дБ	17 (34 активное)
Импеданс, Ом	75
Коэффициент возвратных потерь, дБ	>10
Коэффициент защитного действия, дБ	24
Угол горизонтального раскрытия(-3 дБ), град.	36
Длина антенны в сборе, мм	980
Ветровая нагрузка, N:— 130 км/ч— 160 км/ч	6592
Габариты упаковки, мм	600х375х170
Масса, кг	2,15

* Рефлектор антенны в сборе (Ш/В): 575 х 585 мм

График коэффициента усиления

rhombus fagor

Собирается в 3 клика:

Видео, снятое нашими специалистами >>

antele.pro

Самодельная антенна для приёма эфирного цифрового телевидения.

Задание на каникулы. 12+. Без пивных банок. Это продолжение статьи, где простая антенна была сделана в виде кольца, из всего, что было под рукой, той самой статьи, где больше всего посетителей - 50 тысяч просмотров за 1,5 года, более 60 комментариев. Да это и понятно, поскольку цифровое телевидение шагает по стране, охватывая всё новые и новые области, увеличивая количество цифровых мультиплексных пакетов. Будущее за малогабаритными антеннами, комнатными и выносными в зависимости от расстояния. Как сделать кольцо более волшебным, обеспечив его работу с длинным кабелем, увеличить уровень сигнала на входе приёмника, расширить диапазон частот, чтобы вместить все мультиплексные пакеты – об этом и пойдёт речь. Когда количество комментариев перевалило за 60, я, учитывая все пожелания, модернизировал антенну и решил проверить, на каком же предельном расстоянии от города она будет принимать телевизионный сигнал без усилителя. Результат превзошёл все ожидания - побит рекорд антенны из пивных баночек. В 90 километрах от Останкино, в низине, со второго этажа деревянного дома, внутри самого помещения, с кабелем 5,5 метров антенна без усилителя принимала все мультиплексные пакеты. Поэтому, пожалуй, на сегодня это самая простая двухэлементная антенна, доступная для самостоятельного изготовления.

Фото 1.

Фото 2.

Конструкция антенны. Самодельная антенна имеет своё название в классификации антенн. Это петлевая рамочная фазированная антенна. В литературе можно встретить другие названия. Волновые рамочные антенны с активным рефлектором. Волновые направленные антенны «сплошного» питания. Справочное пособие «Антенны. Том 1». Издание 11, переработанное. Антенны КВ диапазона. Глава 15.4. Волновые рамки с рефлектором. Автор Карл Ротхаммель.

Рамочные антенны называются петлевыми, если длина рамки превышает четвёртую часть длины волны. На практике в петлевых вибраторах используют рамки с периметром или длиной окружности равным длине волны. Я сделал аналогичным образом, приняв длину кольца равной длине волны, так как всегда считал, что чем больше размеры антенны, тем более она эффективна. Волшебство кольца заключалось в его длине, которая была в 4 раза больше четвертьволновой штыревой антенны и в 2 раза больше симметричного разрезного вибратора. Опыты с пивными банками подсказали, что чем шире излучатель, тем более широким диапазоном согласования он обладает. Вместо проволоки и оплётки коаксиального кабеля я использовал металлопластиковую трубку с диаметром 16 мм. Уже 10 лет эта трубка заменяет всю водяную проводку в моей квартире, и я уже стал забывать, какие бывают ржавые трубы с каплями конденсата на их поверхности.

Фото 3. Металлопласт.

Металлопласт - оптимальный материал для изготовления самодельных антенн. Высокого качества алюминий, обтянутый со всех сторон пластиком не поддаётся коррозии и легко гнётся. Антенна, выполненная из этого материала, становится вечной (50 лет гарантии), и может работать как внешняя, не разлагаясь под воздействием внешней среды. Единственно о чём надо позаботиться, так это о надёжном контакте алюминия с коаксиальным кабелем. «Медь не дружит с алюминием», при таком соединении образуется термопара с отложением солей, нарушающих контакт. Поэтому, присоединяя коаксиальный кабель к трубке, я использовал шайбы, винты, гайки, хомуты. При эксплуатации на улице, все соединения, включая хомуты желательно защитить автомобильным герметиком.

Рис. 1. Эскиз соединений коаксиальных кабелей.

Фото 4. Винтовые соединения.

Фото 5. Все детали.

При изготовлении антенны необходимо знать две величины – это длина кольца, равная длине волны и расстояние между кольцами, равное 4-й части длины волны, этот же размер имеет короткая трубка, препятствующая прохождению высокочастотных токов по оплётке кабеля, улучшающая согласование с кабелем длиною 5,5 метров. Такое же расстояние между центрами отверстий в фиксирующих планках.

Фото 6. В трубке проделываю отверстие и через него пропускается коаксиальный кабель (75 Ом). Оплётки кабелей креплю к зачищенной поверхности трубки с помощью хомута. Медные оплётки коаксиальных кабелей, которые непосредственно прижимаются к поверхности трубки пропаиваю.

Фото 7. В качестве оправки я использовал 3-х литровую банку. Оптимально подошла для частоты 546 МГц.

Длина кольца равна;

L (метрах) = 300 / F (мегагерцах), где F – средняя частота вешания нескольких телевизионных мультиплексных пакетов или частота центрального мультиплексного пакета. Например, F = 546 МГц, тогда L = 300 / 546 = 0,55 (м) = 55 (см). Величину этой длины надо уменьшить на 1,5 см, тогда результирующая длина L* составит 53,5 см. Величина в 1,5 см найдена экспериментально в процессе регулировки антенны из металлопласта. Она учитывает не только толщину трубки, но и влияние материала, который её обтягивает, а также влияние второго кольца. Сам материал и второе кольцо смещают резонанс антенны вниз, поэтому кольца делаю на 1,5 см короче, чтобы точнее настроиться на центральную частоту. Диаметр окружности D = L*/ 3,14 = 53,5 / 3,14 = 17 (см). Диаметр оправки для изготовления кольца D* = D – 0,8 = 17 - 0,8 = 16,2 (см), где 0,8 – радиус металлопластиковой трубки. Зазор в кольцах 1 см. Расстояние между кольцами Lк = L / 4 = 55 / 4 = 13,7 (см).

Рис. 2. Зелёный сектор - оптимальное согласование.Чем ближе КСВ стремиться к единице, тем лучше антенна. Я рассчитывал её для частоты 546 МГц, это средняя частота 3-х московских мультиплексных пакетов. Благодаря большому диаметру трубки диапазон антенны получился шире.

Два кольца или одно?

Фото 9. В городе хватает одного кольца.

Как показала практика, работа антенны зависит от условий эксплуатации. Кольцо обладает двухсторонней направленностью (восьмёрка в горизонтальной плоскости), поэтому способно принимать как прямой сигнал из окна, правда огибающий соседний дом, так и отражённый от противоположной стены комнаты. Два сигнала, всё лучше, чем один, и складываясь вместе, они повысят уровень на входе приёмника. Это плохо для аналогового приёма, так как приведёт к много контурному изображению, но при цифровой обработке сигнала вполне допустимо и даже учтено и ноль в единицу или единица в ноль уже никак не превратится. Поэтому в городе, в квартирах из железобетонных блоков, плохо пропускающих радиоволны, но способные их отражать, хватало и одного кольца. Пристройка второго кольца в городской застройке могла привести к замешательству, поскольку диаграмма направленности становилась узкой и антенна вместо того, чтобы брать сигнал от окна поворачивалась к стене, потому, что отражённый сигнал был сильнее, так как отражался от большей площади, которая работала как рефлектор.

Большинство посетителей блога, как я понял из комментариев, воспользовались одним кольцом.

Фото 10. Я тоже решил попробовать. Уровень сигнала 33 процента при 100 процентном качестве. Заикания и мозаики не наблюдалось на всех мультиплексных пакетах.

Но как быть, если уровень сигнала передатчика стал слабее или качество приёма ухудшилось в результате изменения погодных условий? Самое простое решение временно воспользоваться тазиком для варенья, металлической крышкой от кастрюли, решёткой от барбекю.

Фото 11. Уровень сигнала возрос до 40 процентов при 100 процентном качестве.

Эти элементы, электрическим соединением, несвязанные с петлёй, будут служить отражателем, который из восьмёрки, диаграммы направленности антенны, отражая второй лепесток, превратит её в вытянутый эллипс, тем самым поднимет в ней усиление, а сама антенна теперь будет обладать односторонней направленностью, и её надо точнее ориентировать на телевизионный передатчик. Сами же элементы, пристроенные к кругу, дают ей новое название, теперь это антенна для ленивых или двухэлементная антенна «волновой канал» с рефлектором без директоров. Для убедительности достаточно сплющить петлю по горизонтали, и заменить тазик трубкой равной 0,6 длины волны, а можно оставить петлю в виде окружности, а рефлектор сделать в виде замкнутого круга, и тогда сама антенна будет иметь уже другое название.

Фото 12. Уровень сигнала 38 процентов при 100 процентном качестве. Всем известная антенна «двойной квадрат» представлена в виде «двойного круга».

Такие опыты, проводимые в загородном доме, заметно на глаз улучшали телевизионную картинку на экране телевизора, уменьшая «снег» на изображении при просмотре аналогового сигнала, однако, в городской застройке при наличии отражённых сигналов, улучшить, таким образом, радиоприём не удастся. Вдали от городской суеты второе кольцо просто необходимо, так как за счёт суженной диаграммы направленности обеспечивается прирост усиления, и надобность в усилителе отпадает. В этом году (2015) для меня это стало особенно актуально, поскольку усилителю в антенне «Локус» стало нездоровиться, ибо временами стало прыгать качество сигнала, заявляющее о себе икающим звуком и превращая изображение в застывшую мозаику. Я пока не стал разбираться с этим явлением.

Воспользовавшись советом посетителей блога, оставивших комментарии, я водрузил самодельную антенну над крышей летней кухни, в месте, где телевизор работает круглосуточно. Держатели кольца пришлось сделать из пластика. Их желательно доработать, просверлив дополнительные отверстия, для уменьшения веса и парусности.

Фото 13. Самодельная антенна без усилителя с кабелем 5,5 метров над крышей летней кухни. Уровень сигнала составляет 40 процентов при 100 процентном качестве.

Тем не менее, данный образец уже прошёл испытания, выдержав сильный дождь и ветер, достаточно лёгкая получилась конструкция. До этого данная антенна без усилителя работала как комнатная, расположенная на уровне окна мансарды деревянного дома в 90 км от Останкино. Какие ещё будут варианты? Такой вопрос задают, когда нет сигнала. Обычно без вариантов не бывает. Мне же пришлось отойти от каминной трубы в сторону на 0,5 метра, и табличка - «нет сигнала» сменилась на 40-а процентный уровень.

Но варианты порой находят и сами радиолюбители, и если кому тяжело было сконструировать два кольца, то нашлись такие, которые соединили вместе четыре.

Фото 14. "Яновая" антенна. Сначала я собрал такую антенну из двух разных заготовок.

Такую антенну я назвал «Яновая», но не за сочетания слов (типа я новая), а за фамилию её владельца. Сам я долго не верил, что такое соединение колец способно работать, но практика - основа познания, и именно она показала возросший уровень сигнала. Умелец утверждал ещё зимой, что такая конструкция антенны существенно уменьшает помехи от снегоуборочной техники. Но почему бы и нет, ведь, чем больше колец, тем уже полоса, что обеспечивает дополнительную селективность по входу, отсюда и высокая помехоустойчивость. Правда, когда заработал третий мультиплексный пакет, изобретатель потерял к антенне интерес, скорее всего из-за её узкой полосы, которая не вмещала все каналы, и остановился на четырёх вибраторных польских решетках без усилителя. Убедиться, что такая антенна «Олимп 2014»(не раскрылось пятое кольцо на играх в Сочи) действительно работает, мне удалось на предельном расстоянии от города. Сначала я собрал такую антенну из двух разных заготовок. Стыкуя вместе две поделки с помощью изолированных скрепок, действительно убедился в реальном уменьшении заснеженности при приёме аналогового сигнала. Расширить полосу приёма удалось, используя металлопластиковую трубку диаметром 16 мм.

Фото 15. Я назвал её "Олимп 2014".

Пока я сделал макет из металлопласта. Вместо коаксиальных отрезков кабелей, равных 4-й части длины волны, соединил кольца алюминиевой лентой, вырезанных из старых металлических карнизов. Отрезки ленты с профилем и это обеспечивает дополнительную жёсткость конструкции. Важно расстояние между алюминиевыми полосками равное 5 мм, оно влияет на значение КСВ. Сами же полоски имеют ширину 5 -7 мм и толщину около 1 мм. В качестве фиксирующей вставки колец использована пластмассовая трубка, которая применяется, как правило, для прокладки слаботочных проводов. В ней просверлены отверстия с диаметром 16 мм, а расстояниями между центрами 13.7 см.

Фото 16. Конструкция антенны.

Фото 17. Подсоединение кабеля.

Фото 18. Крепление трубки.

Применение в конструкции антенны металлопластиковой трубки, расширило полосу, и она без усилителя лучше ловит все дециметровые каналы, если сравнивать её с антенной типа «волновой канал», включающий в себя 12 директоров и усилитель с заявленным усилением не менее 26 дБ. Несмотря на то, что антенна установлена под крышей (наихудшие условия прохождения радиоволн), уровень усиления у неё на 7 процентов больше, если сравнивать её с двух кольцевой конструкцией, размещенной в свободном пространстве на том же уровне. Эта антенна оказалась лучше по конструкции по сравнению со спиральной самодельной антенной. У неё отсутствует громоздкий рефлектор (отражатель), и она получилась на целых два витка короче самодельной спиральной конструкции при почти тех же параметрах сигнала. По сравнению с двух кольцевой конструкцией, у «олимпийской» существенно сужена диаграмма направленности, а, следовательно, можно ожидать повышенную помехоустойчивость. Отсутствие усилителя в антенне в ряде случаев является преимуществом. Самодельная антенна всегда показывает 100 процентное качество, а уровень, в зависимости от типов используемых цифровых приставок, составляет от 40 до 98 процентов (90 км от Останкино). При использовании штатных антенн с усилителями, величина качества ведёт себя неадекватно и временами колеблется (дёргается) от 10 до 60 процентов, что нередко приводит к зависанию изображения, а то и полному отсутствию сигнала. Скорее всего, широкая полоса покупных антенн с усилителями открыта для помех, которые усиливаясь в тракте ресивера, мешают нормальному приёму.

В этом году (2016) антенна «Олимп 2014» оправдала своё название, взяв на себя трансляцию чемпионата Европы по футболу, провалявшись до этого момента целый год в чулане. Соседи по дачным участкам сетовали, что в выходные, особенно по вечерам пропадает приём цифровых мультиплексных пакетов. Я думал, что давно решил для себя эту проблему, но оказалось, что ошибся. В субботу вечером, за час до матча, расстроенный гость в своей комнате, той, что над летней кухней, внезапно остался без хорошего качества телевизионных программ. «В пятницу вечером всё же работало нормально», - удивлённо повторял он. Его ресивер был подключен к покупной антенне с усилителем и к вечеру сигнал на приёмнике дошёл до уровня 0 – 10%.

Фото 19. Наскоро закрепили под крышей балкончика.

На скорую руку закрепили «Олимп» под козырьком балкона, добившись уровня до 50% при 100% качестве. В мансарде гостевого домика утеплитель с фольгой не пропускает радиоволны, поэтому антенну пришлось выставить наружу и нарастить кабель.

Фото 20. Спрятали сглазу, под мягкой кровлей балкончика летней кухни, чтобы вопросов лишних не задавали, а то придут ко мне в непогоду футбол досматривать, где я всех рассажу?

На фото 21 под цифрой 1 двух кольцевая антенна. Под цифрой 2 антенна «Олимп 2014».Несмотря на то, что вторая антенна находится ниже уровня первой и крыша, под которой она спрятана, вносит потери – уверенный приём обеспечен.

В общем, удачно пристроили. Да, кстати счёт 1:1 Англия – Россия. Хороший результат!

dedclub.blogspot.com