Антенны

Антенны спутниковые, КВ, УКВ, Си-Би, ТВ, РВ.

1. Основы наземного, спутникового телевидения и радиовещания.

1.1. СОСТАВ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА

1. 1. СОСТАВ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА

Телевидение в нашей стране прошло ряд этапов развития. Первые опытные телевизионные передачи были осуществлены 29 апреля и 2 мая 1931 г., а с 1 октября этого же года начались регулярные передачи с разложением изображения на 30 строк и 12, 5 кадров. С 1937 г. начались передачи сравнительно высококачественного изображения с разложением на 343 строки и 25 кадров. В 1948 г. наша страна впервые в мире освоила телевизионный стандарт с разложением на 625 строк и 50 полей. С 1967 г. начались регулярные передачи цветного телевидения. В настоящее время повсеместно все программы телевидения передаются в цветном изображении.

Наряду с развитием передающей телевизионной сети развивалась и приемная сеть. Если в 1940 году отечественная промышленность выпустила всего 300 телевизионных приемников, в 1950 г. - 11 900, то к концу 1990 г. их выпуск превысил 10 млн., в том числе более б млн. цветных. Количество телевизоров у населения к началу 1991 г. превысило 100 млн. Практически каждая семья имеет телевизор, а многие - два и более. Этим объясняется большой интерес к телевизионной технике в самых различных слоях населения.

Изображение любых предметов, в принципе, передать можно сразу все, но для этого потребовалось бы огромное количество каналов связи, равное количеству элементов изображения, а для высокого качества размеры этих элементов должны быть достаточно малы. Поэтому в телевидении используется принцип поочередной передачи сигнала, подобный чтению текста: по строкам, слева направо, немного вниз, снова слева направо и так до конца, пока не будет считано все изображение. Такой процесс передачи изображения называется разверткой изображения по времени.

Для преобразования изображения в электрический сигнал и осуществления развертки служит передающая телевизионная трубка, входящая в состав передающей камеры. Камера похожа на фотоаппарат и содержит объектив, которым передаваемое изображение проецируется целиком на мишень передающей трубки. Мишень покрыта светочувствительным веществом в виде мельчайших зерен, заряжаемых под воздействием света. Сильно освещенные зерна заряжаются сильнее, а те, на которые не падает свет, не заряжаются.

Для развертки на мишень направляется электронный луч, который отклоняющей системой перемещается по мишени слева направо (по строкам) и сверху вниз (по кадру). Эти направления разверток называются прямым ходом. Кадровая развертка значительно медленнее строчной. Поэтому каждая последующая строка располагается немного ниже предыдущей. После прямого хода строчной развертки следует ее обратный ход.

- луч быстро возвращается к левому краю мишени и начинается прямой ход следующей строки. Когда под воздействием прямого хода кадровой развертки будет пройдена последняя нижняя строка, возникнет обратный ход кадровой развертки, луч быстро переместится вверх и начнется развертка следующего кадра.

Для получения хорошей разрешающей способности (различимости мелких деталей изображения) за время передачи полного кадра строчная развертка обходит 625 строк. Во избежание мельканий при передаче движущихся изображений смена кадров производится достаточно быстро — 50 раз в секунду. Такая развертка называется прогрессивной, или построчной. Однако прогрессивная развертка по ряду причин оказалась неудобной. Поэтому вместо 50 кадров в секунду передается 50 полей, причем каждое поле содержит вместо 625 строк вдвое меньше - 312, 5, а строки в полях расположены через одну. Таким образом, в течение одного поля передаются лишь нечетные строки - 1, 3, 5 и т. д., а в течение следующего поля - четные -2, 4, б и т. д. Такая развертка называется чересстрочной.

Электронный луч, обегая мишень передающей трубки, разряжает накопленные на ней заряды. Ток луча изменяется в соответствии с зарядами в каждой точке мишени, т. е. в соответствии с изображением, которое было на нее спроецировано. В результате на сопротивлении резистора, по которому протекает ток луча, образуется напряжение видеосигнала. Для получения точно такого же изображения на экране телевизора, как на мишени передающей трубки, электронный луч приемной трубки (кинескопа) должен обходить экран в том же порядке, в котором обходил мишень луч передающей трубки. Для этого к сигналу изображения подмешиваются строчные и кадровые синхронизирующие импульсы.

Во время обратного хода луча кинескопа по строкам и по кадрам он должен быть погашен. Для этого к сигналу изображения также подмешиваются специальные гасящие импульсы в конце каждой строки и в конце каждого поля. Синхроимпульсы размещаются на гасящих импульсах, как на пьедестале. Таким образом, гашение луча кинескопа начинается еще до начала обратного хода и заканчивается после его завершения. Чтобы генератор строчной развертки телевизора не вышел из синхронизма во время кадрового синхроимпульса, в него вводятся строчные синхроимпульсы в виде врезок. Кроме того, перед кадровым синхроимпульсом и после него вводится по шесть так называемых уравнивающих импульсов.

Смесь сигнала изображения и полного синхросигнала образует полный телевизионный сигнал, который подается на модулятор передатчика изображения. При цветном телевидении полный телевизионный сигнал содержит еще сигналы цветности и опознавания цветной передачи. Эти сигналы воспринимаются только цветными телевизорами.

Звуковое сопровождение телевизионной передачи ведется при частотной модуляции несущей частоты. Разнос между несущими частотами изображения и звука в странах СНГ принят равным 6, 5 МГц. Для передачи звукового сопровождения используется отдельный передатчик. Передатчики изображения и звукового сопровождения работают на общую широкополосную антенну - многоэтажную, турникетного типа. Такая антенна в горизонтальной плоскости имеет ненаправленную круговую диаграмму направленности, а в вертикальной создает узкий лепесток диаграммы,

прижатый к поверхности земли, что увеличивает поток мощности в этом направлении и препятствует излучению под большими углами к горизонту, которое бесполезно.

1.2. СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ТЕЛЕВИДЕНИЯ

1.2. СТАНДАРТЫ И СИСТЕМЫ ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Система преобразования изображения и звукового сопровождения телевизионной передачи в электрический сигнал на передающей стороне и обратного преобразования на приемной устанавливается телевизионным стандартом. Разные страны мира используют разные стандарты, сложившиеся исторически, которые различаются числом строк в полном кадре, частотой полей, разносом между несущими частотами сигналов изображения и звукового сопровождения, видом модуляции несущей сигналом звукового сопровождения и другими параметрами.

В большинстве стран мира их стандартами предусмотрено разложение изображения на 625 строк и 50 полей при чересстрочной развертке. В странах же Америки, Японии и некоторых других частота полей составляет 60 Гц, а число строк в полном кадре - 525. У нас и в странах Восточной Европы разнос между несущими частотами изображения и звукового сопровождения принят равным 6, 5 МГц, а в большинстве других стран мира - 5, 5 МГц. Кое-где используется амплитудная модуляция несущей частоты сигналом звука вместо общепринятой частотной модуляции. Имеются и другие различия. Каждому телевизионному стандарту присвоена определенная буква латинского алфавита, которая позволяет определить все его характеристики.

Помимо разных телевизионных стандартов существуют три разные системы цветного телевидения - СЕКАМ, ПАЛ и НТСЦ, каждая из которых характеризуется определенным способом формирования сигнала, содержащего информацию о цвете элементов изображения.

Различия в стандартах мешают использовать телевизор, рассчитанный на один стандарт, для приема передачи по другому. Такие рассогласования обычно происходят при использовании импортных телевизоров, когда из-за разницы в стандартах оказывается невозможно принять звуковое сопровождение телевизионных передач или при цветной передаче изображение на экране телевизора оказывается черно-белым. В таких случаях неизбежна переделка телевизора, порой достаточно сложная. Поэтому в последние годы многие зарубежные производители стали выпускать телевизоры, оснащенные микропроцессором, который автоматически способен распознать стандарт принятого телевизионного сигнала и систему цветного телевидения, использованную в этом сигнале. Процессор производит необходимые переключения в схеме телевизора, которые обеспечивают нормальный прием изображения и звука, освобождая владельцев такого телевизора от забот.

Для многопрограммного телевизионного вещания сигналы одной программы отличаются от сигналов другой, чтобы на приемной стороне можно было бы выбрать нужную программу. Это обеспечивается, как и в радиовещании, тем, что разные программы передаются на разных частотах. Для телевидения выделены три диапазона частот в области метровых волн и два диапазона в области дециметровых. Для каждой программы выделяется один канал шириной 8 МГц, а каждому каналу присваивается постоянный

порядковый номер. Первый и второй частотные каналы относятся к диапазону I, с третьего по пятый - к диапазону II, с шестого по двенадцатый - к диапазону III, с 21-го по 39-й - к диапазону IV, а с 40-го по 80-й - к диапазону V. В табл. 1. 1 и 1. 2 приведены основные параметры телевизионных частотных каналов в области метровых и дециметровых волн: /и -несущая частота канала изображения; fэ-несущая частота канала звука; fс -средняя несущая частота; lи - длина волны канала изображения; lз - длина волны канала звука; -1с - средняя длина волны. При изготовлении телевизионной антенны нужно знать номер частотного канала, по которому идет передача, но не путать его с номером программы.

Таблица 1.1 Основные параметры частотных каналов метровых воля

1-21.jpg

Таблица 1. 2 Основные параметры каналов дециметровых волн

1-22.jpg

Окончание табл. 1. 2

1-23.jpg

Таблица 1.1 Основные параметры частотных каналов метровых волн

Изображение: 

Таблица 1.2 Основные параметры каналов дециметровых волн (окончание)

Изображение: 

Таблица 1.2 Основные параметры каналов дециметровых волн

Изображение: 

1.3. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН И ЗОНА УВЕРЕННОГО ПРИЕМА

1.3. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН И ЗОНА УВЕРЕННОГО ПРИЕМА

Уверенным приемом называют такие условия приема передач, когда независимо от погоды, состояния солнечной активности, времени суток и года, температуры и влажности воздуха, а также других факторов обеспечивается прием программ заранее выбранного телевизионного передатчика.

Официальная зона уверенного приема определяется расстоянием прямой видимости передающей антенны до точки установки приемной антенны. При этом исходят из того, что ультракороткие волны (УКВ), на которых ведутся телевизионные передачи, распространяются прямолинейно, подобно свету, не огибают земную поверхность и не отражаются ионосферой в противоположность волнам коротковолнового диапазона. В связи с тем, что поверхность Земли шарообразна с радиусом сферы около 6370 км, можно вывести следующую формулу для определения максимальной дальности, соответствующей прямой видимости:

D = 3, 57 (H^0. 5+ h^0. 5),

где D - максимальная дальность прямой видимости, км; Н - высота передающей антенны, м; h - высота приемной антенны, м.

Формула не учитывает фактического рельефа местности и предполагает, что антенны установлены на идеально ровной сферической поверхности Земли. Кроме того, при распространении радиоволн УКВ диапазона все-таки имеют место и дифракция, и рефракция радиоволн. Дифракцией радиоволн называют явления, возникающие при встрече радиоволн с препятствиями, когда они огибают препятствие и проникают в область тени, отклоняясь от прямолинейного пути. Когда передающая и приемная антенны разделены выпуклостью земного шара, дифракция радиоволн является одной из причин приема сигналов за пределами прямой видимости. Эффект дифракционного проникновения радиоволны в область тени зависит от соотношения между размером препятствия и длиной волны и выражен тем сильнее, чем больше длина волны. Поэтому в диапазоне УКВ, где длина волны сравнительно мала, эффект дифракции не так велик, как в диапазоне длинных или средних волн, но все-таки имеет место.

Распространению радиоволн за пределы прямой видимости также способствует явление, называемое нормальной тропосферной рефракцией (преломлением). Показатель преломления зависит от давления и температуры воздуха, которые убывают с высотой. Это приводит к увеличению максимальной дальности возможного уверенного приема телевизионных передач по сравнению с максимальной дальностью, ограниченной условиями прямой видимости.

Помимо явлений дифракции и нормальной рефракции дальнему распространению радиоволн способствует их рассеяние различными наземными металлическими предметами в виде железобетонных масс зданий, мостов, мачт, а также неоднородностями в верхних слоях атмосферы. В результате рассеяния возникают вторичные излучения сигнала, которые, конечно, значительно слабее по мощности основного. Однако при наличии

высокоэффективной антенны и достаточно чувствительного телевизионного приемника можно считать реальным достижение уверенного приема телевизионных передач благодаря упомянутым выше явлениям на значительно больших расстояниях, чем дает формула дальности прямой видимости. Практика подтверждает такой вывод. Действительно, подставив в формулу высоты передающей 525 м (высота Останкинской телебашни) и приемной 30 м антенн, получим дальность, равную 101 км, хотя известно, что в действительности передачи телецентра в Останкине хорошо видны па значительно больших расстояниях.

Область, в пределах которой оказывается возможным уверенный прием телевидения, можно поэтому разбить на две зоны: прямой видимости и полутени. В зоне прямой видимости напряженность электромагнитного поля сигнала достаточно велика, и прием возможен с помощью обычных антенн. Расширить зону прямой видимости данного телевизионного передатчика в целях использования сравнительно простой антенны можно лишь увеличением высоты ее установки. Однако в связи с тем, что высот приемной антенны обычно значительно меньше высоты передающей, расширение зоны прямой видимости таким способом оказывается незначительным. Так, в приведенном выше примере увеличение высоты приемной антенны с 30 до 60 м дает расширение зоны прямой видимости с 101 лишь до 109 км. В зоне полутени напряженность поля сигнала значительно ниже, чем в зоне прямой видимости, так как в зону полутени проникает лишь небольшая часть энергии сигнала, излученного передающей антенной. Это вынуждает использование в зоне полутени для уверенного приема высокоэффективных антенн, которые отличаются от сравнительно простых большими размерами и значительно более сложной конструкцией.

Как уже было отмечено, с уменьшением длины волны явления дифракции ослабевают. При этом увеличивается затухание сигнала в атмосфере за счет поглощения энергии различными посторонними частицами (пыль, снег, дождь, туман) и молекулами воздуха. Поэтому протяженность зоны полутени зависит от длины волны, т. е. от номера частотного канала. При достаточно большой мощности телевизионного передатчика, когда ведется прием передач программного телецентра, зона полутени ограничена расстоянием 200... 220 км от передатчика, работающего на 1-2-м каналах, 160... 180 км от передатчика, работающего на 3-5-м каналах, 120... 150 км от передатчика, работающего на 6-12-м каналах. Зоны полутени для диапазона дециметровых волн практически не существует. Кроме того, наблюдается повышенное затухание сигнала в атмосфере для этого диапазона. Вот почему можно считать, что зона уверенного приема дециметрового телевизионного передатчика ограничивается расстоянием прямой видимости, уменьшенным примерно в 1, 2 раза.

Следует заметить, что указанные границы зоны полутени и границы зоны прямой видимости не являются резкими, а в значительной степени размыты. Кроме того, они очень приближенны, так как совершенно не учитывают фактического рельефа местности. При наличии на трассе высоких холмов и горных преград максимальные расстояния уверенного приема могут оказаться значительно меньшими, а уверенный прием даже при небольших расстояниях от передатчика может оказаться совершенно невозможным. За границей зоны полутени напряженность поля практически

равна нулю, и устойчивый прием нeocyщесвим даже при наличии высокоэффективных антенн.

1.4. ПРИЕМ СИГНАЛОВ ТЕЛЕВИДЕНИЯ

1. 4. ПРИЕМ СИГНАЛОВ ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Когда прием телевизионных программ происходит в крупном населенном пункте, оснащенном телецентром или ретранслятором, вопрос о выборе источника сигнала обычно не стоит. В условиях же сельской местности, дачного поселка, садового участка или на ферме всегда приходится решать вопрос о том, сигналы какого телецентра или ретранслятора целесообразнее всего принимать. Такой выбор необходим в тех случаях, когда телевизор расположен вдали от телецентров и ретрансляторов и несколько из них передают одну и ту же программу на разных каналах. Требуется выбрать тот, который обеспечит наиболее устойчивый прием. При этом нужно учитывать расстояние до передатчика по прямой, рельеф местности между передатчиком и пунктом приема, мощность передатчика и номер канала, на котором он работает.

Если мощность передатчика не известна, можно ориентироваться на установленную для данного передатчика протяженность зоны уверенного приема. При необходимости мощности передатчиков или зоны их уверенного приема, а также номера частотных каналов, по которым ведутся передачи ближайшими передатчиками, и программы, которые они транслируют, можно узнать в областном комитете по телевидению и радиовещанию.

Не всегда следует останавливаться на ближайшем передатчике: иногда его мощность значительно меньше, чем более удаленного. В других случаях уровень сигнала удаленного передатчика в точке приема может оказаться выше из-за того, что он имеет более высокую антенну, расположен выше над уровнем моря или между ближайшим передатчиком и пунктом приема имеются естественные преграды в виде возвышенностей, гор или холмов. Конечно, оценка по анализу этих факторов может быть очень приближенной. Поэтому лучше ознакомиться с работой телевизоров, установленных поблизости. Если у них качество изображения плохое, но используются простые антенны, есть основания полагать, что установка более эффективной антенны позволит улучшить прием.

От выбора типа антенны и тщательности ее выполнения зависит уровень сигнала на входе телевизора, определяющий контрастность изображения и его качество, возможность получения цветного изображения. Для приема одной программы необходима узкополосная антенна, рассчитанная на прием определенного канала, на котором работает передатчик. Такие антенны обладают наибольшей эффективностью по сравнению с широкополосными антеннами, предназначенными для приема нескольких программ по разным каналам. Если выбранный телецентр или ретранслятор передает несколько программ, в зоне прямой видимости можно установить широкополосную антенну. Однако в зоне полутени придется установить в этом случае раздельные антенны для каждой программы. При необходимости принимать несколько программ с разных направлений, безусловно, требуются раздельные антенны, каждая из которых должна быть узкополосной и рассчитана на прием того частотного канала, на котором работает соответствующий передатчик. Это связано с тем, что переориентировать антенну каждый раз при переходе с приема одной программы на другую крайне неудобно. Трудность использования раздельных антенн для каждой программы состоит в необходимости вести от каждой антенны отдельный фидер, что затрудняет переход с одной антенны на другую, связанный с необходимостью переключения штекеров к антенному гнезду телевизора. Однако эта трудность легко преодолевается, если использовать разделительный фильтр, который позволяет подключить к одному общему фидеру две раздельные антенны. Если же число установленных антенн больше двух, дополнительная коммутация может быть осуществлена контактами электромагнитного реле, управление которым производится дистанционно. Описания и схемы таких устройств для подключения нескольких раздельных антенн к общему фидеру рассмотрены в разделе 8. 2.

На прием телевизионного сигнала очень большое влияние оказывает правильное очень тщательное ориентирование приемной антенны. Она должна быть направлена на передатчик таким образом, чтобы изображение на экране телевизора имело наибольшую четкость по горизонтали, отсутствовали повторные изображения слева и справа от основного, на границах между черным и белым не было серых хвостов, которые называются "тянучками", или окантовок, которые называются "пластикой". Поэтому ориентирование антенны лучше всего выполнять при приеме телевизором телевизионной испытательной таблицы, которая объективно отражает качество изображения. Это необходимо из-за того, что таблица представляет собой неподвижное изображение, на котором лучше видны дефекты картинки, и содержит специальные элементы для количественной оценки четкости изображения по горизонтали и по вертикали, наличия или отсутствия тянучки или пластики. При приеме же сюжетных изображений, а тем более движущихся, сделать это невозможно. К тому же заранее не известно, какого качества изображение передается в данный момент.

1.5. ПРИЕМ СИГНАЛОВ РАДИОВЕЩАНИЯ

1. 5. ПРИЕМ СИГНАЛОВ РАДИОВЕЩАНИЯ

Структура радиовещательного сигнала значительно отличается от структуры сигнала телевидения главным образом шириной частотного спектра. В состав полного телевизионного сигнала помимо собственно сигнала изображения входят гасящие импульсы строк и полей, синхронизирующие импульсы строчной и кадровой разверток, врезки и уравнивающие импульсы. Сигнал изображения также не является гладким, непрерывным:

для передачи мелких элементов изображения, соответствующих четкости в 500 элементов вдоль строки, сигнал должен содержать импульсы длительностью 0, 2 мкс. Для этого требуется передавать широкий спектр частот, превышающий 6, 5 МГц. Именно по этой причине телевидение передается в диапазоне УКВ: ведь суммарная ширина частотного диапазона длинных и средних волн составляет всего 1, 5 МГц, а диапазона коротких волн с 25 до 75 м - 8 МГц. Весь диапазон коротких волн пришлось бы отдать лишь одной

телевизионной программе, прекратив работу коротковолновых радиостанции всего мира, которых насчитываются многие сотни.

В связи с тем, что цель радиовещания состоит в передаче звуковой информации, ширина частотного спектра радиовещательной станции сравнительно невелика. Так как высшая частота звука, воспринимаемого органами слуха человека, не превышает 16 кГц, для передачи звуковых сигналов при амплитудной модуляции достаточно передавать спектр шириной 32 кГц. В действительности же радиовещательные станции с амплитудной модуляцией передают более узкий спектр частот, не превышающий 14 кГц. Это связано с тем, что и при таком узком спектре достигается вполне удовлетворительное качество звука, но вдвое увеличивается количество радиостанций, которые можно разместить в выделенных для радиовещания диапазонах частот длинных волн (ДВ), средних волн (СВ) и коротких волн (KB).

Значительно большие возможности для высококачественного радиовещания представляются при использовании диапазона УКВ, где практически можно разместить неограниченное количество радиостанций благодаря большой ширине этого диапазона и ограниченному радиусу действия каждой из них. В диапазоне УКВ каждой радиостанции допустимо выделить достаточно широкую полосу частот, что позволяет использовать вместо амплитудной частотную модуляцию сигнала (ЧМ), которая устраняет влияние атмосферных и индустриальных помех, имеющих амплитудный характер.

Международными соглашениями для радиовещания выделены диапазоны частот в пределах от 150 до 405 кГц (ДВ), от 525 до 1605 кГц (СВ), а также участки в диапазоне KB, носящие название поддиапазонов:

3950... 4000 кГц - 75 м,

5950... 6200 кГц - 49 м,

7160... 7300 кГц- 41 м,

9500... 9775кГц-31 м, 11700... 11975 кГц-25м,

15100... 15450 кГц- 19м,

17700... 17900 кГц- 16м, 21450... 21750 кГц - 13м, 25600... 26100 кГц- 11 м.

В диапазоне УКВ в странах бывшего СССР и большинстве стран Восточной Европы радиовещание ведется в участке частот от 65, 8 до 73, 0 МГц, а в других странах мира в пределах от 88 до 108 МГц (этот участок у нас занят телевидением 4-го и 5-го каналов).

Радиовещание в диапазоне ДВ характеризуется тем, что при достаточной мощности радиостанции прием сигнала оказывается возможным на очень больших расстояниях порядка 2000 км. Это объясняется с одной стороны наличием так называемой "земной волны", когда радиоволны огибают земную поверхность, и с другой - значительной рефракцией от нижних ионизированных слоев атмосферы. При большой протяженности территории России это свойство диапазона ДВ особенно важно. К недостаткам этого диапазона относятся его относительная узость, которая препятствует

увеличению количества радиостанций, и высокий уровень индустриальных помех.

Радиовещательные станции диапазона СВ обеспечивают прием на расстояниях порядка 1000 км, но особенности этого диапазона состоят в различном уровне рефракции в течение светлого и темного времени суток. Днем рефракция ослабевает и дальность приема уменьшается, в ночное же время напряженность поля даже при большом удалении от передатчика значительно возрастает. Радиовещание в диапазоне СВ чрезвычайно популярно во всем мире, по своей ширине он позволяет разместить в 4 раза больше радиостанций, чем диапазон ДВ. В нем работают как радиостанции мощностью в десятки ватт, так и в сотни киловатт. Приверженность радиослушателей к диапазону СВ привела даже к тому, что промышленность многих стран выпускает радиовещательные приемники, рассчитанные на прием либо только одного средневолнового диапазона, либо двух: СВ и УКВ (конечно, помимо более дорогих всеволновых приемников).

В диапазоне KB земная волна сильно поглощается поверхностью Земли. Поэтому прием за счет земной волны ограничивается небольшим расстоянием порядка 100 км. Но волны этого диапазона интенсивно отражаются ионосферой. За счет многократных отражений от ионосферы и от Земли радиоволны диапазона KB способны многократно огибать земной шар, причем в процессе отражений волны этого диапазона испытывают небольшое поглощение. Это позволяет использовать короткие волны для связи на сколь угодно больших расстояниях. Интересна история радиовещания в диапазоне КВ. На заре развития радиосвязи профессиональные радиостанции работали только на длинных и средних волнах, а диапазон KB считался для радиосвязи непригодным. Мощность передатчиков в то время была невелика, да и чувствительность приемников - плохая. Поэтому дальность распространения земной волны составляла несколько десятков километров. О возможности использования отражений от ионосферы тогда специалисты не подозревали. Этому способствовало наличие зоны молчания, которой называют образующуюся вокруг работающего коротковолнового передатчика кольцевую область, где прием сигнала отсутствует. Внутренний радиус зоны молчания определяется затуханием земной волны, а внешний зависит от условий полного внутреннего отражения радиолуча в слое ионосферы. Ведь отражаются только радиоволны, излученные под углами к поверхности Земли, меньшими некоторого критического угла. Чем меньше этот угол, тем больше внешний радиус зоны молчания. По указанной причине диапазон KB был отдан радиолюбителям, которые в 1922 году открыли свойство коротких волн распространяться на большие расстояния благодаря преломлению в слоях атмосферы и отражению от них. Только после этого в диапазон KB ринулась лавина связных и радиовещательных станций, заполнив его почти целиком. Радиолюбителям же отвели лишь несколько узеньких участков, в пределах которых они могут вести между собой радиосвязь, используя несложные приемники и передатчики ничтожной мощности для связи с любой точкой земного шара.

Наличие зоны молчания является одним из недостатков диапазона КВ. Если внутренний радиус зоны молчания зависит только от мощности передатчика, рельефа местности и состояния почвы - поэтому для каждой радиостанции он почти стабилен - то внешний радиус сильно зависит от солнечной активности, времени года и времени суток, а также и от частоты сигнала. С наступлением темноты внешний радиус возрастает. Вместе с тем, при этом из-за уменьшения количества отражений напряженность поля в точке приема, если она находится вне зоны молчания, увеличивается. Внешний радиус зоны молчания также увеличивается при увеличении частоты сигнала. Другим недостатком коротковолнового диапазона являются глубокие замирания сигнала, которые связаны с нестабильностями электронной концентрации в ионизированных слоях атмосферы. В условиях профессионального приема на магистральных линиях связи с замираниями борются методом сдвоенного приема, который состоит в том, что используются две разнесенные в пространстве антенны, каждая из которых работает на отдельный приемник, а после детектирования их сигналы складываются. Для радиослушателя использование двух антенн, разнесенных на необходимое расстояние, недоступно. Поэтому единственный способ борьбы с замираниями состоит в применении радиоприемника, имеющего большой запас усиления и эффективную систему автоматической регулировки усиления (АРУ).

1.6. РЕТРАНСЛЯЦИЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРОГРАММ ЧЕРЕЗ ИСЗ

1. 6. РЕТРАНСЛЯЦИЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРОГРАММ ЧЕРЕЗ ИСЗ

Рассмотрим кратко некоторые вопросы, связанные со спутниковым телевизионным вещанием - передачей телевизионных программ от передающих наземных станций к телевизионным приемникам через активный космический ретранслятор, размещенный на искусственном спутнике Земли

(ИСЗ).

Основной принцип создания спутникового вещания состоит в использовании промежуточного активного ретранслятора, установленного на ИСЗ, который движется на высокой орбите длительное время без затрат энергии на это движение. Первые опыты по дальней ретрансляции телевизионных передач с помощью активных ретрансляторов, расположенных на больших высотах над поверхностью Земли, были осуществлены в СССР в 1957 году. Еще в начале 1937 года П. В. Шмаковым было технически обосновано предложение установки таких ретрансляторов на самолетах, однако в то время это предложение не было актуальным. В 1957 году после выполнения большой научно-экспериментальной работы была осуществлена такая ретрансляция телевизионных передач с VI Всемирного фестиваля молодежи и студентов из Москвы в Смоленск, Киев и Минск. Для ретрансляции использовались самолеты типа ЛИ-2 с высотой полета около 4000 м. В дальнейшем, в связи с большими успехами в освоении космического пространства, появилась возможность установки активных ретрансляторов на ИСЗ. Для спутниковой ретрансляции телевизионных передач в основном используют два вида спутников: спутники, обращающиеся на вытянутых эллиптических орбитах, и спутники, размещенные на геостационарной орбите.

Использование ИСЗ для телевизионного вещания в СССР началось с запуска первого спутника связи "Молния" 23 апреля 1965 года. Впоследствии было запущено еще несколько ИСЗ типа "Молния". Эти спутники обращаются на вытянутых эллиптических орбитах с высотой перигея (минимальная высота над поверхностью Земли) 500 км и апогея (максимальная высота) 40 тыс. км. Плоскость орбиты этих спутников наклонена относительно плоскости земного экватора на 63, 4°. Период обращения спутников "Молния" составляет 12 часов. Таким образом, в течение суток спутник делает два оборота вокруг Земли. Согласно второму закону Кеплера на большой высоте, в области апогея, спутник движется медленно, а размещен он на орбите так, что в это время пролетает над северным полушарием Земли. На малой высоте, в области перигея, когда ИСЗ находится над южным полушарием, его скорость значительно больше. Обслуживание всей территории СССР одним ИСЗ этого типа было возможно в течение 8 часов в сутки. Поэтому использование трех ИСЗ позволяло обеспечить круглосуточную ретрансляцию. Бортовой передатчик ретранслятора, установленного на ИСЗ "Молния", работает на частоте 3875 МГц с выходной мощностью 40 Вт при частотной модуляции сигналами изображения несущей частоты. Питание аппаратуры осуществляется от солнечных батарей. Ретрансляция телевидения с использованием ИСЗ "Молния" производится по системе "Орбита". Кроме телевидения эта система обеспечивает ретрансляцию звукового радиовещания и изображения газетных полос.

Земные приемные станции этой системы - сложные и дорогостоящие сооружения, состоящие из здания с параболической антенной диаметром 12 метров. В связи с непрерывным движением спутника относительно земной станции, антенна станции должна постоянно поворачиваться, обеспечивая ориентирование на спутник. Для этого антенна установлена на полноповоротном опорном устройстве и снабжена устройством ручного и программного наведения с комплексом автоматического наведения по максимуму принятого сигнала. Приемные устройства земных станций для улучшения чувствительности содержат малошумящие охлаждаемые параметрические усилители, блоки преобразования частотной модуляции в амплитудную, блоки регенерации синхросигнала, системы подавления помех и искажений. Наконец, все блоки устройства обеспечены двойным резервированием с системами автоматического контроля и переключения на резерв. Выходные сигналы телевизионной программы с земной станции "Орбита" подаются к местному телевизионному передатчику, который осуществляет трансляцию принятой программы для ее приема бытовыми телевизионными приемниками обычного типа с помощью обычных индивидуальных или коллективных антенн.

Использование сложных и дорогостоящих земных станций "Орбита" было целесообразно лишь для доставки телевизионных программ в крупные населенные пункты. Для ретрансляции телевидения в населенные пункты с численностью населения в несколько тысяч человек необходимы более простые и дешевые земные станции. Это требует повышенной мощности передатчика спутникового ретранслятора, что позволит упростить приемное устройство земной станции, а также использовать ИСЗ, расположенный на геостационарной орбите, что исключит необходимость непрерывного наведения приемной антенны на спутник.

Еще в 1945 году английский инженер Артур Кларк, известный впоследствии как писатель-фантаст, предложил использовать для спутников связи геостационарную орбиту с периодом обращения 24 часа, которая имеет форму окружности, лежащей в плоскости земного экватора с высотой над поверхностью Земли 35875 км. Если направление обращения спутника совпадает с направлением суточного вращения Земли, для земного наблюдателя такой спутник кажется стоящим неподвижно в определенной точке небесной полусферы. Тогда отпадает необходимость в сложной системе постоянного наведения антенны земной станции на спутник и системы автоматического сопровождения. Благодаря неизменному расстоянию до спутника стабилизируется уровень входного сигнала и устраняется изменение его частоты за счет эффекта Доплера. Связь может осуществляться круглосуточно и без перерывов, необходимых для перехода с одного ИСЗ на другой. Наконец, облегчается энергоснабжение аппаратуры, так как спутник почти постоянно освещается Солнцем. К недостаткам геостационарной орбиты относятся плохое обслуживание приполярных областей Земли и необходимость расположения космодрома на экваторе, иначе для выведения спутника на такую орбиту требуется значительное увеличение мощности ракеты-носителя. Тем не менее эти недостатки окупаются простотой и дешевизной большого числа земных станций. Но самое главное - это возможность осуществления непосредственного приема телевизионных передач телезрителями с геостационарного спутника без промежуточного наземного ретранслятора.

Ни одна из космических держав не располагает для размещения космодрома экваториальными территориями на Земле. Поэтому в 1995 году по давно высказанной С. П. Королевым идее был разработан международный проект с участием России "Se Launch" ("Морской старт") для строительства пусковой ракетной установки, размещенной на морской платформе в Тихом океане на экваторе. Запуск ракеты с экваториального космодрома позволяет в полной мере использовать для ее разгона центробежную силу вращения Земли и не требует дополнительного топлива для ее перевода с наклонной орбиты на экваториальную. Строительство этой установки завершается и первый запуск с нее спутника состоится в октябре 1998 года.

К 1985 году Международным комитетом регистрации частот было зарегистрировано 128 систем связи через геостационарные спутники, а к настоящему времени на геостационарной орбите расположено уже несколько сот ИСЗ. В СССР впервые на геостационарную орбиту (26 октября 1976 года) был запущен ИСЗ "Экран" с координатой 99 восточной долготы (вд), и передатчиками, работающими на частотах 714 и 754 МГц дециметрового диапазона мощностью 200 Вт. Это позволило создать систему спутниковой телевизионной ретрансляции "Экран-М", в которой с помощью сравнительно простых наземных установок принятый сигнал подавался к местным телецентрам и ими транслировался на метровых диапазонах телезрителям. Имелась также возможность непосредственного коллективного или индивидуального приема сигнала с ИСЗ путем использования серийно выпускавшихся промышленностью специальных приемных устройств - станций спутникового телевидения "Экран-КР-1" и "Экран-КР-10" с выходной мощностью соответственно 1 и 10 Вт для коллективного приема и абонентского приемника "Экран" для индивидуального приема, который мог подключаться к обычному бытовому телевизору черно-белого или цветного изображения.

Затем в системе спутниковой связи "Москва" были использованы пять ИСЗ "Горизонт", размещенных на геостационарной орбите с координатами 14 западной долготы (зд), 53, 80, 90 и 140 вд, которые обеспечили ретрансляцию программ Центрального телевидения в различные регионы страны и государства Европы, Азии, Африки и Америки с временным сдвигом от двух до восьми часов. Частота передатчиков этих ретрансляторов - 3675 МГц, а выходная мощность 40 Вт.

1.7. НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРИЕМ СО СПУТНИКА

1.7. НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ ПРИЕМ СО СПУТНИКА

Для непосредственного приема населением телевизионных программ, транслируемым через ИСЗ, необходимо, чтобы излучаемый спутниковым ретранслятором сигнал полностью соответствовал параметрам сигнала, на который рассчитаны бытовые телевизионные приемники, т. е. диапазонам волн, способу модуляции сигналов изображения и звука, структуре гасящих и синхронизирующих импульсов и другим параметрам. Однако в метровом и дециметровом диапазонах, на которые рассчитаны бытовые телевизоры, осуществить многопрограммные передачи со спутников оказывается невозможно, так как для этого спутник должен быть оснащен антеннами слишком больших размеров, а мощность источников питания бортового ретранслятора должна значительно превышать достижимую. Поэтому понятие непосредственного приема телевидения (НТВ) в настоящее время принято условно, а бытовой телевизор помимо установки специальной антенны должен быть оснащен дополнительным приемным и преобразующим устройством принятого сигнала.

Исходя из такого, принятого в настоящее время, понятия НТВ к нему можно отнести системы "Экран-М" и "Москва". Однако система "Экран-М" является однопрограммной и в дециметровом диапазоне уже нет свободных каналов, которые широко используются в мире для наземного телевизионного вещания. Увеличение числа транслируемых программ системой "Москва" также невозможно, так как весь частотный диапазон 3, 6... 4, 2 ГГц, в котором работают спутники "Горизонт", занят спутниковыми системами телевидения и служебной связи других государств. По этим причинам для НТВ выбран диапазон частот 10, 7... 12, 75 ГГц со средней длиной волны 2, 5 см. Ширина этого диапазона составляет 2050 МГц и в нем может свободно разместиться очень большое число телевизионных каналов. Преимущество этого диапазона также состоит в том, что благодаря достаточно малой длине волны приемные земные антенны при сравнительно малых габаритах обладают большим коэффициентом усиления. В табл. 1. 3 показана зависимость коэффициента усиления параболической антенны, выраженного в децибелах (Кдб) и коэффициента усиления той же антенны (К) по напряжению от диаметра параболоида (D).

Таблица 1. 3 Зависимость коэффициента усиления антенны от диаметра

1-71.jpg

В настоящее время разными странами мира уже используется очень большое число геостационарных спутников с телевизионными ретрансляторами этого диапазона, которые предназначены для НТВ. Они сведены в табл. 1. 4, которая составлена по материалам, опубликованным в журнале "Радио" • Наиболее известны ИСЗ "Астра", расположенный под 19 вд и "Hot Bird" (Жар-Птипа) - 13 вд, которые транслируют большое число телевизионных программ с разной тематикой и на самых разных европейских и азиатских языках. Сюда относятся спортивные, развлекательные, семейные и информационные передачи, передачи для женщин и детей, видеоклипы и художественные фильмы. На некоторых каналах звуковое сопровождение является стереофоническим. Сигнал излучается с линейной поляризацией - горизонтальной или вертикальной для развязки между соседними каналами.

В таблице указаны названия спутников по международному реестру и их позиции на орбите (з. д. - западная долгота, в. д. - восточная долгота), наименование каналов, частота несущей, поляризация излучения (Г - горизонтальная, В - вертикальная, Л - левая круговая, П - правая круговая), система передачи видеосигнала, частота поднесущей звука в МГц с указанием: М -моно, С - стерео; основной язык звукового сопровождения.

Таблица 1. 4 Позиции спутников на геостационарной орбите и каналы вещания

1-72.jpg

Таблица 1. 4

1-73.jpg

Таблица 1. 4

1-74.jpg

Таблица 1. 4

1-75.jpg

Таблица 1. 4

1-76.jpg

В январе 1994 года Россией был выведен на геостационарную орбиту ИСЗ "Галс-1", а в ноябре 1995 года - "Галс-2" с координатой 36 вд, с помощью которых вещательная компания "НТВ-Плюс" осуществляет ретрансляцию четырех тематических телевизионных программ: "Мир кино", ''Haше кино", "Спорт" и "Музыка". Передачи этих программ идут на русском языке с несущими частотами 11, 765, 11, 834, 11, 919 и 12, 169 ГГц. Программы содержат отечественные и зарубежные кинофильмы, прямые репортажи спортивных соревнований со всего мира, музыкальные передачи, а также кинофильмы специального "Ночного канала". В первое время передачи каналов "НТВ-Плюс" можно было принимать бесплатно, но с 1997 года их стали кодировать, что требует для приема вносить соответствующую абонементную плату. В 1999 году компания намечает запустить новый спутник "Галс-16Р", который будет транслировать 16 программ. На следующем этапе компания намечает внедрить передачу телевизионного сигнала в цифровой форме и увеличить число каналов до 24.

Типовая установка для непосредственного приема телевидения в диапазоне II... 12 ГГц содержит параболическую антенну диаметром от 0, 6 до 1, 8 м, облучатель, антенную головку и внутренний блок (тюнер). Облучатель обычно совмещен с поляризатором, позволяющим выбрать необходимую поляризацию сигнала, и антенной головкой (модуль СВЧ), которую обычно называют конвертером. Для переключения поляризатора с горизонтальной поляризации на вертикальную на него подается постоянное напряжение: либо 13, либо 18 В. Конвертер состоит из малошумящего широкополосного усилителя (МШУ), полосового фильтра для защиты от помех по зеркальному каналу и гетеродина со смесителем для преобразования частотного спектра сигнала в более низкую промежуточную частоту, а также предварительного усилителя промежуточной частоты (ПУПЧ). Для перекрытия всего высокочастотного диапазона он разбит на два поддиапазона 10, 7... 11, 8 и 11, 7... 12, 75 ГГц, а гетеродин содержит электронный переключатель поддиапазонов, управление которым производится подачей на конвертер специального сигнала частотой 22 кГц. С модуля СВЧ сигнал в диапазоне 950... 1750 МГц по коаксиальному кабелю подается к тюнеру, расположенному в помещении около телевизора. Наличие антенной головки и передача по кабелю промежуточной частоты позволяют избежать больших потерь, неизбежных при прохождении по кабелю сигнала частотой 12 ГГц. Напряжение питания (13 или 18 В) поступает с тюнера к антенной головке по тому же кабелю. Кроме того по этому же кабелю с тюнера подается сигнал частотой 22 кГц для переключения поддиапазонов. Параметры некоторых полнодиапазонных (Full Band) конвертеров приведены в табл. 1. 5.

В усилителе первой промежуточной частоты тюнера осуществляется основное усиление сигнала и затем его преобразование на вторую промежуточную частоту, для чего используется второй гетеродин. Затем следует демодуляция частотно-модулированного сигнала и формирование стандартного телевизионного сигнала, на который рассчитаны бытовые телевизоры. Выбор необходимого частотного канала производится соответствующей настройкой второго гетеродина подачей определенного напряжения на варикап. Тюнер содержит систему эффективной автоматической регулировки усиления для нормальной работы установки в различных условиях приема. Выходной сигнал тюнера по одному из метровых или дециметровых каналов подается на антенный вход телевизионного приемника. Может быть также

Таблица 1. 5 Параметры конвертеров Full Band

1-77.jpg

предусмотрено наличие видео- и аудиовыхода для непосредственной подачи полного телевизионного сигнала на видеовход телевизора или видеомагнитофона, а сигнала звукового сопровождения - на вход звука.

На мировом рынке многочисленные фирмы предлагают широкий ассортимент тюнеров для спутникового телевидения. Все они построены по супергетеродинной схеме. Имеются узкополосные тюнеры, собранные по упрощенной схеме и рассчитанные на прием только одного или двух каналов с одного спутника. Более сложные многоканальные тюнеры собраны по схеме двойного преобразования частоты. В таких тюнерах гетеродин первого преобразователя может перестраиваться в широких пределах с помощью синтезатора напряжений настройки и оснащен кнопочной настройкой. Число возможных каналов настройки у некоторых тюнеров достигает 500, а номер канала набирается поразрядно несколькими кнопками. Основное усиление происходит в усилителе второй промежуточной частоты, за которым следуют, как и у узкополосных тюнеров демодулятор частотно-модулированного сигнала, тракты изображения и звука и формирователь стандартного телевизионного сигнала. В табл. 1. 6 приводятся основные параметры некоторых наиболее распространенных тюнеров, которые выпускаются разными фирмами: fвx - диапазон частот входного сигнала, fгет - диапазон частот первого гетеродина, наличие переключателя поддиапазонов гетеродина LOF-1 и LOF-2 и другие параметры. Тюнеры снабжаются инфракрасными пультами дистанционного переключения каналов и управления другими функциями тюнера с дальностью действия до 10м.

В заключение этого раздела необходимо вкратце ознакомить читателя с новейшими системами построения телевизионного сигнала, которые позволяют значительно повысить качество изображения и помехоустойчивость, а также уплотнить частотный спектр сигнала. Используемые ныне системы

черно-белого и цветного телевидения являются аналоговыми, когда в течение каждой строки напряжение видеосигнала изменяется непрерывно в соответствии с яркостью и цветностью изображения. Но из-за того, что сигнал передается построчно, его частотный спектр не является гладким, а содержит лишь гармоники частоты строк. При этом для уплотнения спектра частотные составляющие сигнала яркости располагаются между составляющими сигнала цветности. В приемнике полностью разделить яркостные и цветностные сигналы не удается и возникают искажения. Кроме того, частотный спектр остается разреженным и не используется полностью. Если аналоговый сигнал каждой строки заменить цифровым, частотный спектр окажется значительно более уплотненным, и это позволит поочередно передавать сигналы яркости и цветности, а в приемнике не потребуется их разделять. На этом принципе было разработано несколько систем уплотнения.

Система D2-MAC сочетает аналоговую и цифровую форму сигналов. Сигналы синхронизации и звуковое сопровождение передаются в цифровой форме во время, обычно отведенное строчному синхроимпульсу (10 мкс в начале каждой строки), в течение следующих 17 мкс передается аналоговый сигнал цветности, а в оставшиеся 37 мкс - сигнал яркости. В результате значительно улучшается качество изображения, улучшается его четкость, а вместо одного канала звукового сопровождения телевизионной передачи появляется возможность передавать четыре монофонических или два стереофонических канала.

Еще более совершенной является система, которая использует сжатый спектр сигналов изображения в цифровой форме в сочетании с удалением избыточности информации. При передаче движущихся изображений каждый последующий кадр изменяется не полностью, а только та его часть, которая относится к движению. Тогда нет нужды в течение каждого кадра передавать изображение всей картинки, а достаточно передать только ее изменения. При этом повторяющаяся информация из кадра изымается. Оказалось, что также нет необходимости передавать строчные и кадровые гасящие импульсы: они входят в состав полного телевизионного сигнала лишь по традиции. Дело в том, что на заре телевидения в самом телевизионном приемнике эти импульсы не вырабатывались, а использовались гасящие импульсы, передаваемые телецентром. Тогда же выяснилось, что амплитуда гасящих импульсов, принятых в составе полного телевизионного сигнала, часто оказывается недостаточной для полного гашения луча кинескопа на время обратного хода строчной и кадровой разверток. Особенно это было заметно при низком уровне сигнала. Достаточно вспомнить работу телевизоров КВН-49 и < Ленинград Т-2 >. Поэтому в последующих моделях телевизоров гасящие импульсы пришлось генерировать в самом телевизоре, и для этого достаточно наличие в полном телевизионном сигнале лишь синхроимпульсов. Эти идеи используются в системах MPEG. Насколько цифровое сжатие спектра позволяет уплотнить сигнал, можно судить хотя бы по тому, что в продаже уже появились аудио компакт-диски, записанные по системе MPEG3, на которых удается разместить сотни музыкальных произведений с общим временем звучания диска более 20 часов.

Наконец, долгое время разрабатывалось и во многих странах мира уже внедрено широкоформатное телевидение высокой четкости (ТВЧ) и выпускаются телевизоры с форматом экрана 16: 9 вместо прежнего 4: 3. Нельзя

Таблица 1. 6 Тюнеры спутникового телевидения

1-78.jpg

рассчитывать на то, что даже незначительная часть многомиллиардного населения Земли в ближайшее десятилетие согласится заменить свои телевизоры на новые, построенные по принципам перечисленных Ноу-хау. Однако в связи с тем, что для непосредственного приема телевизионных Передач с космических ретрансляторов все равно приходится к имеющемуся телевизионному приемнику приобретать приставку в виде тюнера, появляется реальная возможность начинать внедрение новейших систем именно при космической ретрансляции телевидения.

 

Таблица 1.3 Зависимость коэффициента усиления антенны от диаметра

Изображение: 

Таблица 1.4 Позиции спутников на геостационарной орбите и каналы вещания (окончание)

Изображение: 

Таблица 1.4 Позиции спутников на геостационарной орбите и каналы вещания (продолжение 1)

Изображение: 

Таблица 1.4 Позиции спутников на геостационарной орбите и каналы вещания (продолжение 2)

Изображение: 

Таблица 1.4 Позиции спутников на геостационарной орбите и каналы вещания (продолжение 4)

Изображение: 

Таблица 1.4 Позиции спутников на геостационарной орбите и каналы вещания

Изображение: 

Таблица 1.5 Параметры конвертеров Full Band

Изображение: 

Таблица 1.6 Тюнеры спутникового телевидения

Изображение: 

2. Телевизионные антенны и фидеры.

2.1. ПАРАМЕТРЫ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ АНТЕНН

2.1. ПАРАМЕТРЫ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ АНТЕНН

Вопросы проектирования, изготовления и использования антенн для диапазонов длинных (ДВ), средних (СВ) и коротких (KB) волн содержат значительно меньше проблем, чем антенн для диапазона УКВ, особенно телевизионных. Дело в том, что в диапазонах ДВ, СВ и KB передатчики, как правило, обладают большой мощностью; распространение радиоволн этих диапазонов связано с большими значениями дифракции и рефракции;

приемные устройства обладают высокой чувствительностью. Когда же речь заходит о телевизионной антенне, обеспечение необходимых значений этих параметров вызывает трудности. Достижение мощностей телевизионных передатчиков, таких как радиовещательных, оказалось пока невозможным. Явления дифракции и рефракции в диапазоне УКВ незначительны. Чувствительность телевизионного приемника ограничена уровнем его собственных шумов, который из-за необходимости широкой полосы пропускания примерно равен 5 мкВ. Поэтому для получения на экране телевизора высокого качества изображения уровень входного сигнала должен быть хотя бы в 20 раз больше уровня собственных шумов, т. е. не менее 100 мкВ. Однако из-за небольшой мощности передатчика и худших условий распространения радиоволн напряженность электромагнитного поля в точке приема оказывается невысокой. Отсюда возникает одно из главных требований, предъявляемых к телевизионной антенне: при данной напряженности поля в точке приема антенна должна обеспечить необходимое напряжение сигнала для нормальной работы телевизионного приемника.

Известно, что напряжение сигнала на выходе антенны пропорционально напряженности поля в точке приема, коэффициенту усиления антенны и длине волны сигнала. Коэффициент усиления характеризует направленные свойства антенны: чем больше коэффициент усиления, тем уже диаграмма направленности антенны. Количественно коэффициент усиления антенны показывает, во сколько раз мощность сигнала, принятого данной антенной, больше мощности сигнала, принятого простейшей антенной - полуволновым вибратором, помещенным в ту же точку пространства. Обычно коэффициент усиления антенны выражается в децибелах (дБ):

Kдб=10lg (P/Po).

Вполне естественно желание иметь антенну с большим усилением, но необходимо иметь в виду, что увеличение усиления антенны даром не дается и требует усложнения ее конструкции и габаритов. Всякие попытки разыскать такую конструкцию телевизионной антенны, которая была бы компактной, малогабаритной и, вместе с тем, обладала большим коэффициентом усиления, бесполезны.

Другим важным параметром антенны является ее входное сопротивление, которым считается отношение мгновенных значений напряжения к току сигнала в точках питания антенны. Входное сопротивление антенны не может быть измерено простым омметром или другим подобном прибором, для его измерения необходима специальная высокочастотная измерительная аппаратура. Если напряжение и ток сигнала в точках питания совпадают по фазе, их отношение представляет собой действительную величину. При этом входное сопротивление антенны является число активным. Если же имеется сдвиг фаз между напряжением и током, их отношение будет комплексным. Тогда входное сопротивление помимо активной составляющей будет иметь реактивную - либо индуктивную, либо емкостную в зависимости от того, отстает ли по фазе ток от напряжения или опережает его.

Входное сопротивление антенны - величина не постоянная, а зависит от частоты сигнала подобно входному сопротивлению колебательного контура. Так же как и контур, антенна может быть настроена в резонанс на частоту сигнала, и в этом случае входное сопротивление антенны будет чисто активным. Сходство с колебательным контуром на этом не заканчивается. Настройка контура в резонанс на частоту сигнала определяется его индуктивностью и емкостью, т. е. конструкцией элементов. Аналогично и настройка антенны на частоту сигнала зависит от конструкции ее элементов, их размеров и взаимного расположения. Подобно колебательному контуру телевизионная антенна обладает определенной полосой пропускания (более узкой или более широкой) в зависимости от конструкции.

Как уже было отмечено, большой коэффициент усиления антенны соответствует узкой диаграмме направленности. Диаграмма направленности показывает, как антенна принимает сигналы с разных направлений в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Так, антенна в виде вертикального штыря имеет в горизонтальной плоскости диаграмму направленности в форме круга, в центре которого находится сама антенна. Такая диаграмма является ненаправленной, так как принимает сигналы со всех сторон одинаково. Направленная антенна характеризуется наличием одного или нескольких лепестков диаграммы направленности, наибольший из которых называется главным. Помимо главного лепестка диаграмма направленности обычно содержит задний и боковые, уровень которых значительно меньше уровня главного лепестка. Тем не менее и задний, и боковые лепестки диаграммы направленности ухудшают работу антенны, а потому нежелательны. Две антенны с одинаковым коэффициентом усиления могут иметь совершенно разные диаграммы направленности и поэтому такие антенны будут обладать разными приемными свойствами, в частности в условиях дальнего приема. В этих условиях сигнал приходит с линии горизонта, и диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости должна иметь главный лепесток, максимально прижатый к земле. Легко понять, что свойства такой антенны значительно отличаются от свойств другой антенны, у которой главный лепесток диаграммы направленности приподнят над линией горизонта на значительный угол. При одинаковых коэффициентах усиления одна антенна может иметь широкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и узкую в вертикальной, а другая - наоборот. Свойства этих антенн, конечно, будут различными.

Часто к телевизионной антенне предъявляется требование не принимать сигнал с заднего, противоположного основному, направления. Такое свойство антенны отражает коэффициент защитного действия (КЗД), который выражается отношением мощности сигнала, принятого антенной с главного направления, к мощности сигнала, принятого с заднего направления, при одинаковой напряженности поля обоих сигналов. Чем больше КЗД, тем антенна считается лучше, хотя эта характеристика антенны бывает важна только в определенных условиях приема.

Кроме перечисленных параметров телевизионных антенн могут иметь значение и такие, как уровень и положение максимумов боковых лепестков диаграммы направленности, положение нулей диаграммы, полоса пропускания антенны. Идеальной могла бы считаться антенна, вообще не имеющая боковых лепестков диаграммы направленности, но такими бывают лишь простейшие антенны. Что касается полосы пропускания, то бывают антенны узкополосные, рассчитанные на прием по одному каналу, и широкополосные - для приема сигнала по нескольким частотным каналам.

2.2. ТРЕБОВАНИЯ К АНТЕННЕ И ФИДЕРУ

2. 2. ТРЕБОВАНИЯ К АНТЕННЕ И ФИДЕРУ

Как уже отмечалось, напряжение сигнала на выходе антенны пропорционально напряженности поля в точке ее установки, длине волны сигнала и коэффициенту усиления антенны. Отсюда, чем меньше длина волны (чем больше номер принимаемого частотного канала), тем меньше напряжение сигнала на выходе антенны при прочих равных условиях. Если прием ведется на предельном расстоянии и данная конструкция антенны обеспечивает нормальный прием по первому каналу, то для уверенного приема телевизионных передач по двенадцатому каналу от передатчика той же мощности и расположенного на том же расстоянии понадобится антенна более сложной конструкции, имеющая больший коэффициент усиления. Еще больший коэффициент усиления потребуется для уверенного приема передач в тех же условиях в дециметровом диапазоне волн. Таким образом, требование к коэффициенту усиления антенны должно увязываться не только с удаленностью от передатчика, но и с длиной волны, т. е. с номером канала.

Для того чтобы максимум мощности сигнала, принятого антенной был направлен в фидер и поступил далее на вход телевизионного приемника, антенна должна быть согласована с фидером, а фидер с телевизором. Для такого согласования входное сопротивление антенны должно быть равно волновому сопротивлению кабеля, из которого выполнен фидер, а волновое сопротивление фидера должно быть равно входному сопротивлению антенного входа телевизора. При рассогласовании антенны и фидера часть энергии принятого антенной сигнала не поступит в фидер, а отразится от него и будет антенной излучена обратно в пространство. Это равносильно соответствующему уменьшению коэффициента усиления антенны. Положение, однако, значительно усугубляется, если фидер, кроме того, оказывается рассогласован с телевизором. При этом часть сигнала отразится от антенного входа телевизора и направится по фидеру в виде обратной волны к антенне. Из-за рассогласования фидера и антенны здесь вновь произойдет отражение, и часть сигнала, распространяясь в прямом

направлении, поступит к антенному входу телевизора с задержкой относительно первоначального. Такая задержка создает на экране телевизора повторное изображение, сдвинутое вправо относительно основного. Из-за многократных отражений повторы также оказываются многократными. Таким образом, рассогласование фидера только с одной стороны приводит к уменьшению уровня сигнала на антенном входе телевизора. Рассогласование же фидера с обеих сторон помимо уменьшения уровня сигнала сопровождается появлением повторов на экране. Благодаря тому, что все телевизионные приемники имеют входное сопротивление 75 Ом, при использовании в качестве фидера коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом обеспечивается полное согласование фидера с телевизором без применения каких-либо дополнительных согласующих устройств. При этом рассогласование фидера с антенной не может привести к появлению повторов. Однако, если в качестве фидера используется не стандартный коаксиальный кабель, а какой-нибудь суррогат или кабель с другим волновым сопротивлением, появляются повторы. Отсюда возникает основное требование к фидеру: он должен быть выполнен только из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.

В условиях сильного сигнала потеря части его энергии за счет отражения от фидера не опасна. Поэтому часто согласованию антенны с фидером не уделяют большого внимания. Однако при слабом сигнале в условиях дальнего приема пренебрегать потерей части сигнала не следует и вопросам согласования антенны с фидером необходимо уделить большое внимание, так как значительно проще и дешевле достичь согласования, чем увеличения коэффициента усиления антенны.

Повторы на экране возникают не только из-за отражений сигнала от концов фидера, но и в тех случаях, когда антенна помимо основного сигнала принимает сигнал, излученный тем же передатчиком, но поступивший к антенне после переотражения каким-нибудь местным предметом: башенным краном, водонапорной башней, железобетонным зданием и т. д. Если такой местный предмет находится в стороне от прямой, соединяющей передающую и приемную антенны, переотраженный сигнал проходит в пространстве больший путь, чем основной, и поступает к антенне с задержкой относительно основного сигнала, что и приводит к повтору. Переотраженный сигнал поступает к антенне с другого направления относительно основного. Поэтому он может быть ослаблен за счет пространственной избирательности антенны, когда ее способности приема с разных направлений не одинаковы, что характеризуется диаграммой направленности.

Необходимость значительного ослабления переотраженных сигналов приводит к тому, что даже при близком расположении от передатчика часто приходится устанавливать остронаправленные антенны (обладающие большим коэффициентом усиления), хотя большой уровень напряженности поля не требует применения высокоэффективных антенн. В таких условиях при ориентировании антенны иногда оказывается возможно значительно ослабить повтор при очень незначительном ухудшении основного изображения, когда антенна ориентируется не на максимум сигнала, а на минимум отраженной помехи.

Телевизионная антенна обычно имеет симметричную конструкцию, а коаксиальный кабель, из которого выполнен фидер, асимметричен. Непосредственное подключение такого фидера к симметричной антенне недопустимо, так как нарушение симметрии приведет к искажению формы диаграммы направленности: максимум ее главного лепестка отклонится от геометрической оси антенны, форма диаграммы станет асимметричной, прием будет осуществляться не только антенной, но и оплеткой коаксиального кабеля, что еще более исказит диаграмму направленности. Можно, конечно, для подключения к симметричной антенне использовать фидер симметричной конструкции. Выпускаются двухпроводные симметричные высокочастотные кабели разных марок (например, ленточные кабели КАТВ с полихлорвиниловой изоляцией или КАТП с полиэтиленовой изоляцией при волновом сопротивлении 300 Ом), а также симметричные высокочастотные экранированные кабели марок РД с разными волновыми сопротивлениями. Однако использование симметричных фидеров признано нецелесообразным. Поэтому антенный вход телевизионных приемников выполняют в виде гнезда, рассчитанного на подключение коаксиального кабеля с помощью стандартного штекера асимметричной конструкции. Но соединение коаксиального кабеля с симметричной антенной требует использования специального симметрирующего устройства. Обычно кроме симметрирующего устройства приходится одновременно использовать согласующее устройство из-за того, что входное сопротивление антенны отличается от волнового сопротивления кабеля. Поэтому обычно симметрирующее и согласующее устройства объединяются в одно симметрирующе-согласующее устройство (ССУ). Конкретные схемы ССУ для антенн разных типов рассматриваются в разделах, посвященных этим антеннам.

2-21.jpg

Даже при идеальном согласовании фидера с обеих сторон напряжение сигнала на антенном входе телевизора оказывается меньше, чем на выходе самой антенны. Это связано с тем, что при прохождении сигнала по кабелю уменьшается его уровень, происходит его затухание. Затухание тем больше, чем больше длина кабеля и чем больше частота сигнала. Для характеристики кабелей разных марок используется удельное затухание, которым принято называть такое, которое претерпевает сигнал данной частоты, проходя по кабелю длиной 1 м. Удельное затухание в децибелах на метр (дБ/м) и приводится в справочниках в виде графиков или в виде таблиц. На рис. 2. 1 приведены зависимости удельного затухания коаксиальных кабелей разных марок от частоты. Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле при определенной его длине на любом частотном канале метрового или дециметрового диапазона волн.

Обозначение коаксиального кабеля состоит из букв и трех чисел: буквы РК означают радиочастотный коаксиальный кабель, первое число показывает волновое сопротивление кабеля в омах, второе - округленно внутренний диаметр оплетки в миллиметрах, третье - номер разработки. Из зависимостей рис. 2. 1 видно, что удельное затухание зависит от толщины кабеля: чем он толще, тем удельное затухание меньше.

2-22.jpg

В связи с тем, что обычно при покупке коаксиального кабеля не известна его марка, также оказываются не известны ни волновое сопротивление этого кабеля, ни зависимость его удельного затухания от частоты сигнала. Однако обе эти характеристики можно легко определить с помощью простых измерений. Для этого нужно снять с конца кабеля наружную защитную оболочку, завернуть оплетку и штангенциркулем или микрометром измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем нужно снять полиэтиленовую изоляцию и измерить диаметр центральной жилы. Далее определяется отношение диаметра полиэтиленовой изоляции к диаметру центральной жилы. Точное значение волнового сопротивления коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией можно подсчитать по формуле:

W=91lg (D/d)

где W - волновое сопротивление кабеля в омах, D - диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции в мм, d - диаметр центральной жилы кабеля в мм.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией можно также определить по графику, приведенному на рис. 2. 2.

Наконец, волновое сопротивление кабеля можно определить с достаточной степенью точности, вычислив после измерения отношение диаметра полиэтиленовой изоляции к диаметру центральной жилы. Если это отношение находится в пределах от 3, 3 до 3, 7, кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом, если же - в пределах от 6, 5 до 6, 9, волновое сопротивление составляет 75 Ом. В связи с тем, что внутренний диаметр оплетки кабеля равен диаметру полиэтиленовой изоляции, определив тем или иным из указанных способов волновое сопротивление кабеля, по кривым рис. 2. 1 можно определить удельное затухание данной марки кабеля для соответствующей частоты сигнала.

К определению волнового сопротивления кабеля

Изображение: 

Кривые удельного затухания коаксиальных кабелей

Изображение: 

2.3. ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ АНТЕННЫ

2.3. ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ АНТЕННЫ

Конструкция телевизионной антенны должна в точности соответствовать ее чертежу и описанию. Желательно не допускать никаких отклонении. Несмотря на то, что многие отклонения вполне допустимы и не влияют на работу антенны, определить, какие именно отклонения от чертежа или описания возможны, способен только опытный и грамотный специалист. Часто радиолюбитель по тем или иным причинам вносит свои изменения в конструкцию антенны, полагая, что такие изменения несущественны. В результате внесения недопустимых изменений нормальная работа антенны в значительной мере нарушается.

Металлические элементы антенны можно выполнять из трубок, прутка, полос, уголка или другого профиля любого металла. В соответствии с поверхностным эффектом токи высокой частоты протекают исключительно в пределах тонкого поверхностного слоя металла, и чем больше частота, тем тоньше этот слой. Поэтому те элементы антенны, которые не несут механической нагрузки, предпочитают выполнять из тонкостенных трубок для получения наименьшей массы антенны. Ведь тонкостенная трубка или сплошной пруток того же диаметра по своим свойствам совершенно одинаковы. По этой же причине в описаниях антенн всегда указывается

именно наружный диаметр трубок. Если для антенны используется металлическая полоса, ее ширина берется примерно в 1,5 раза больше рекомендованного диаметра, а уголок - того же размера, что и диаметр. Несущие элементы конструкции антенны для снижения ее массы также рекомендуется выполнять из трубы, толщина стенки которой выбирается из условий необходимой прочности конструкции.

Обычно телевизионные антенны выполняют из алюминия или его сплавов. Наибольшее применение получил дюраль марки Д16Т, обладающий прочностью и упругостью. Это объясняется тем, что антенна из таких трубок получается достаточно легкой и прочной. Однако электрические свойства алюминиевых антенн недостаточно высоки из-за того, что в местах соединений элементов антенны часто образуются плохие контакты, вызванные окисной пленкой, покрывающей поверхность алюминиевых сплавов. С течением времени это может нарушить нормальную работу антенны. Еще хуже, когда при сборке антенны используют элементы или стяжные болты, выполненные из разных металлов. При этом из-за контактной разности потенциалов образуется гальваническая пара, разрушающая металл в месте соединения. Из-за крайней трудности пайки алюминия элементы ССУ обычно подключаются к такой антенне "под винт", где также имеется опасность появления плохих контактов.

В принципе, телевизионная антенна может быть выполнена из любого металла: алюминия, меди, латуни, бронзы, стали или нержавеющей стали. По сравнению с алюминиевыми остальные антенны значительно тяжелее. Использование стали вообще нежелательно из-за неизбежной коррозии. Даже оцинкованные и окрашенные стальные трубки на открытом воздухе довольно быстро ржавеют, и если механическая прочность таких элементов антенны может сохраняться много лет, то электрические контакты в соединениях в результате коррозии быстро нарушаются.

По указанным причинам наилучший материал для элементов антенны -медь или латунь. Эти металлы легко подвергаются пайке, которая обеспечивает надежность и долговечность электрических контактов и, в конечном счете, хорошую работу антенны в течение длительного времени. Если все соединения антенны осуществлялись при помощи пайки, ее элементы могут быть выполнены из разных металлов. Если использовались стальные элементы и пропаивались с применением кислотного флюса, для его удаления места пайки нужно затем тщательно промыть горячей водой, иначе остатки флюса в течение непродолжительного времени приведут к сильной коррозии металла. Следует помнить, что пайка оловянными припоями механических нагрузок не выдерживает и служит лишь для получения хороших электрических контактов. Поэтому прочность соединений необходимо обеспечивать другими способами (болтами, заклепками и т. д.), а после сборки эти соединения нужно пропаять. Исключение составляет пайка твердыми припоями, которые обеспечивают механическую прочность.

Во избежание коррозии антенна после сборки и припайки ССУ тщательно очищается от грязи и окислов и прокрашивается в несколько слоев. Антенны из меди или латуни также необходимо окрасить в связи с

тем, что под воздействием кислорода воздуха и сернистых газов в атмосфере на поверхности этих металлов образуется слой сернистой меди, обладающий значительным сопротивлением, который будет ухудшать работу антенны. Используются такие краски, которые являются хорошим диэлектриком и противостоят климатическим воздействиям. Лучшей краской поэтому является синтетическая автоэмаль, хотя могут использоваться нитроэмали, глифталиевые или масляные краски. Допустимо также предварительное покрытие грунтовкой. Детали антенн из алюминия или его сплавов окрашивать нет необходимости, так как оксидный слой на поверхности этих металлов обладает очень большим сопротивлением и приближается по своим свойствам к диэлектрику. Оксидный слой защищает поверхность металла от дальнейшего окисления, а под тончайшей оксидной пленкой сохраняется металлическая поверхность с хорошей проводимостью для электрического тока.

В связи с тем, что высокочастотные токи протекают только по поверхности металла, она не должна представлять для токов сигнала, принятого антенной, большого сопротивления. Это накладывает определенные требования к состоянию поверхности элементов антенны, которая должна быть ровной и гладкой, а у антенн дециметрового диапазона даже полированной. Не допускается наличие на поверхности элементов антенны поперечных прорезей или глубоких царапин. Совершенно недопустимо специально создавать шероховатую поверхность элементов антенны. По этой же причине не следует окрашивать антенну плохопроводящими красками, например, бронзовой или алюминиевой.

Кроме элементов, принимающих непосредственное участие в работе антенны, она, как правило, содержит некоторые и конструктивные, предназначенные для механического соединения рабочих элементов. К таким относятся, например, стрелы, перекладины и мачта. Их обычно выполняют металлическими. Хотя обычно такие электрические соединения не являются обязательными, но если они имеются, необходимо обеспечить хороший контакт таких соединений, так как плохой контакт приводит к нестабильной работе антенны. Вполне допустимо выполнять конструктивные элементы антенны из изоляционных материалов, причем чаще всего используется дерево. В этом случае рейки должны быть выполнены из хорошо просушенного дерева, их необходимо проолифить и окрасить несколькими слоями масляной краски. В противном случае под воздействием атмосферной влаги, тумана или дождя деревянные элементы конструкции антенны потеряют свои изоляционные свойства и обратятся в плохой проводник с большим сопротивлением, что недопустимо. На высокой частоте необходимо использовать либо хорошие проводники, либо хорошие изоляторы, иначе неизбежны потери части энергии принятого сигнала, что ухудшит эффективность антенны. Конечно, если есть возможность, вместо дерева целесообразно использовать изоляционные материалы более высокого качества: текстолит, гетинакс, винипласт, фторопласт или оргстекло в виде стержней, планок или труб.

Места подключения кабеля к элементам антенны нужно герметизировать во избежание попадания влаги, которая может образовать короткозамыкающий мостик между точками питания антенны. Наилучшая герметизация достигается использованием пластифицированной эпоксидной смолы. Такая смола в виде эпоксидного клея марки ЭДП имеется в широкой продаже в магазинах хозяйственных товаров. Место, подлежащее герметизации, накладывается на кусок пластилина, в нем делается углубление соответствующей формы и заливается смолой. После ее затвердевания пластилин удаляется, а поверхность смолы обрабатывается напильником для придания ей ровной формы. Для хорошего сцепления смолы с металлом он должен быть предварительно обезжирен ацетоном.

На работу антенны сильно влияют также окружающие ее предметы. Если они обладают хорошей проводимостью, в них будут наводиться электромагнитным полем высокочастотные токи, которые исказят форму диаграммы направленности антенны, отклонят ее максимум от геометрической оси антенны. К таким предметам могут относиться металлическая мачта, металлическая поверхность кровли крыши, разные провода. Если же окружающие антенну предметы обладают плохой проводимостью, они будут вносить потери энергии сигнала, ухудшая эффективность антенны. Поэтому в непосредственной близости от антенны не должны находиться лишние предметы хотя бы на расстоянии, равном длине волны принимаемого канала.

3. Комнатные антенны.

3.1. ОСОБЕННОСТИ ПРИЕМА КОМНАТНОЙ АНТЕННОЙ

3.1. ОСОБЕННОСТИ ПРИЕМА КОМНАТНОЙ АНТЕННОЙ

Для электромагнитного ноля, созданного телевизионным передатчиком, стены здания не являются непреодолимым препятствием, и поле существует внутри здания. Поэтому имеется возможность принять телевизионный сигнал, воспользовавшись комнатной антенной. Были даже попытки некоторых заводов, изготовителей стационарных телевизоров, встроить антенну внутрь футляра телевизора (телевизор "Авангард-55" и некоторые другие). Все портативные телевизионные приемники и в настоящее время оборудуются встроенной телескопической антенной, которая позволяет принимать сигнал без использования наружной антенны. Однако применение комнатной антенны для стационарного телевизора или встроенной телескопической антенны портативного телевизора, находящегося внутри здания, практически крайне редко позволяет получить хорошее качество изображения на экране. Это связано с целым рядом причин.

Напряженность электромагнитного поля внутри здания значительно меньше, чем на открытой местности, а тем более чем на крыше здания. Значительная часть энергии сигнала поглощается стенами здания - меньше деревянными, сильнее кирпичными, особенно сильное поглощение происходит в железобетонных стенах. Сильное влияние на уровень напряженности поля внутри комнаты оказывают размер окон и их расположение: когда окна выходят в сторону телецентра, напряженность поля в комнате заметно выше, как и на верхних этажах здания.

Комнатные антенны метрового диапазона из-за ограниченности их размера являются слабонаправленными и обладают малым коэффициентом усиления. Поэтому при пониженной напряженности поля в комнате напряжение сигнала на антенном входе телевизора порой оказывается на пороге или даже ниже чувствительности телевизионного приемника. Это приводит к слабой контрастности изображения, наличию на экране шумовой помехи типа "снег" и неустойчивой синхронизации. Антенны дециметрового диапазона имеют меньшие размеры и в комнатных условиях могут быть применены более сложные их конструкции с повышенным коэффициентом усиления. Однако поглощение стенами энергии этого диапазона значительно больше, а чувствительность телевизионного приемника в дециметровом диапазоне хуже. Поэтому и в дециметровом диапазоне напряжение сигнала па входе телевизора редко позволяет получить хорошее изображение.

Если на открытой местности электромагнитное поле имеет характер бегущих волн, то в помещении значительную долю составляют стоячие волны, когда в одних точках пространства возникают пучности напряженности поля (максимумы), а в других точках - узлы (минимумы). Стоячие волны образуются за счет многократных отражений электромагнитных волн от металлических предметов: арматуры железобетонных стен, батарей

центрального отопления, труб водопровода и отопления, проводов электросети, радиосети и телефона, предметов домашней обстановки (зеркал, металлических раковин и ванн, металлических элементов мебели). Отражения возникают и от неметаллических предметов из-за того, что они Создают неравномерность среды.

Наличие стоячих волн в помещении не столь опасно, так как можно разместить комнатную антенну в пучности электромагнитного поля, экспериментально подобрав ее положение. Хуже то, что многократно отраженные сигналы поступают к антенне с запаздыванием относительно основного, прямого, сигнала, что приводит к появлению на экране телевизора многократных повторов изображения. Недостаточная контрастность изображения и наличие повторов сильно ухудшают качество картинки. Кроме того, сдвинутые во времени синхронизирующие импульсы, поступающие к телевизору в составе отраженных сигналов, часто приводят к сбоям строчной и кадровой синхронизации.

Перечисленные неприятности, связанные с использованием комнатных антенн, хорошо знакомы большинству владельцев телевизионных приемников, особенно тем, кто имеет стаж телезрителя с давних времен, когда еще не было коллективных антенн. Для получения сравнительно сносного изображения приходится долго и терпеливо подбирать положение антенны в комнате. При этом оптимальное положение антенны, подобранное для одной программы, оказывается совершенно неприемлемым для другой. Уже выбранное оптимальное положение антенны оказывается нестабильным, и через несколько дней приходится заново ориентировать антенну. Автору известен случай, когда к нему, бывшему главным инженером телевизионного ателье, обратился владелец телевизора с жалобой на радиомеханика, который не смог отремонтировать телевизор по поводу полностью пропавшего изображения. При проверке оказалось, что владелец пользовался комнатной антенной, а в соседней квартире произошла перестановка мебели. Сосед переставил зеркальный шкаф, и большое зеркало полностью перекрыло доступ к комнатной антенне сигнала, который раньше свободно проходил через стену, смежную с соседней квартирой. Подключением телевизора, который оказался вполне исправным, к коллективной антенне конфликт был исчерпан.

При использовании комнатной антенны на изображение порой оказывают влияние даже перемещения людей в комнате. Все это приводит к необходимости сделать вывод о том, что комнатные антенны, как правило, не дают возможности добиться нормальной работы телевизора и реализовать его способности хорошо принимать телевизионные передачи. Поэтому даже в условиях сильного сигнала, когда телевизионный передатчик находится достаточно близко от места приема, для нормальной работы телевизора приходится рекомендовать его подключение к коллективной антенне, а если ее нет, - установку на крыше наружной антенны.

Тем не менее в определенных условиях при малоэтажной застройке, в сельской местности и в радиусе 10... 15 км от телевизионного передатчика возможность приема телевизионных передач на комнатную антенну не исключена и иногда удается получить достаточно уверенный прием с хорошим качеством изображения. Указать конкретные условия, при которых комнатная антенна может обеспечить хороший телевизионный

прием, невозможно. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо опытным путем определить, способна ли комнатная антенна обеспечить нормальный прием передач. При отрицательном результате следует устанавливать наружную антенну. Наружные антенны могут быть выполнены более сложной конструкции по сравнению с комнатными. Это позволяет получить значительно больший коэффициент усиления антенны, что в сочетании с более высокой напряженностью поля, чем внутри здания, обеспечит уверенный прием передач телецентра или телевизионного ретранслятора, расположенного на значительном удалении от пункта приема. Но и вблизи от передатчика наружная антенна с большим коэффициентом усиления, а стало быть обладающая узкой диаграммой направленности, исключит повторы изображения за счет ослабления приема отраженных сигналов.

3.2. КОНСТРУКЦИИ КОМНАТНЫХ АНТЕНН

3.2. КОНСТРУКЦИИ КОМНАТНЫХ АНТЕНН

Наиболее простая комнатная антенна - полуволновый разрезной вибратор - показана на рис. 3.1. Полуволновым он называется потому,

3-21.jpg

Рис. 3.1. Проволочный разрезной вибратор

что общая длина его двух плеч В примерно равна половине длины волны принимаемого телевизионного канала. Разрезным же он назван в связи с тем, что вибратор разрезан на два плеча пополам. Плечи вибратора выполняют из провода. Можно использовать голый или изолированный провод, одножильный или многожильный, а также антенный канатик. Плечи вибратора изолированы одно от другого в середине орешковым изолятором 1. Такие же изоляторы установлены на концах вибратора, при помощи которых антенна двумя проводами или кусками шпагата крепится к стенам комнаты. В отсутствие орешковых изоляторов можно использовать обычные фарфоровые ролики, как показано на рис. 3. 2. Выводы а-а' делают только у среднего изолятора, по краям их делать нет необходимости. Все четыре скрутки нужно тщательно пропаять, чтобы при натяжении антенны они не разошлись. Поэтому, если антенна выполнена из изолированного провода, его концы на соответствующую длину нужно освободить от изоляции.

3-22.jpg

Длина полуволнового вибратора точно равна половине длины волны только в том случае, если вибратор выполнен из провода бесконечно малого диаметра. При конечных значениях диаметра длина вибратора укорачивается тем сильнее, чем толще вибратор. При этом имеет значение не сам диаметр провода, а его отношение к длине волны, на которую рассчитан вибратор. Тем не менее для комнатных антенн, выполненных из провода или антенного канатика, вибратор оказывается достаточно тонким и его длина незначительно отличается от половины длины волны: в диапазоне 1-5 каналов - в пределах 0, 97... 0, 975 половины длины волны, а в диапазоне 6-12 каналов - 0, 965... 0, 971 половины длины волны.

В табл. 3. 1 приведены значения длины В полуволнового вибратора для любого из 12-метровых каналов при двух диаметрах провода, из которого выполнены плечи вибратора: 1, 5 мм и 4 мм. Видно, что при более толстом вибраторе его длина немного меньше, чем при более тонком.

3-23.jpg

Входное сопротивление разрезного полуволнового вибратора составляет 73 Ом и хорошо согласуется с коаксиальным кабелем, имеющим волновое сопротивление 75 Ом. Однако для подключения коаксиального кабеля к антенне симметричной конструкции необходимо симметрирующее устройство. Чаще всего в качестве симметрирующего устройства, которое не изменяет входного сопротивления антенны, используют устройство, называемое U-коленом (рис. 3. 3). Названо оно так в связи с тем, что внешне напоминает латинскую букву U. U-колено

образовано двумя отрезками 75-омного коаксиального кабеля. Длина короткого отрезка равна 1/4 длины волны в кабеле, а длина длинного -3/4 длины волны в кабеле. К точке их соединения подключается фидер, также выполненный из 75-омного кабеля. К антенне U-колено подключается в точках а и а'. Размеры отрезков U-колена для каждого канала приведены в табл. 3. 1.

Таблица 3. 1 Размеры проволочного полуволнового вибратора

3-24.jpg

Использование U-колена при изготовлении комнатной антенны часто оказывается неудобным из-за его значительной длины, особенно на первых пяти каналах. Поэтому можно предложить более компактное симметрирующее устройство, показанное на рис. 3. 4. Оно представляет собой кольцо из феррита марки 50ВЧ или 1000НН размерами 7х4х2 мм, либо марки 100ВЧ размерами 8, 4х3, 5х2 мм. Кольцо сначала обматывают узкой полоской полиэтилена, а затем на него наматывают две обмотки, каждая

из которых содержит восемь витков, намотанных двумя проводами ПЭЛШО диаметром 0, 21 мм. Витки обмоток необходимо распределить равномерно по кольцу, а их концы закрепить нитками. Важно соблюдать такое же направление витков, как показано на рисунке. Подключают фидер к антенне с помощью этого симметрирующего устройства в точках а-а' в соответствии со схемой, показанной на рис. 3. 5, а. Оплетка кабеля и заземленные концы обмоток соединяют в одной точке возможно более короткими проводниками. Симметрирующее устройство на

3-25.jpg

3-26.jpg

Рис. 3. 5. Схемы подключения ферритового симметрирующего устройства

ферритовом кольце хорошо работает на всех 12 каналах метрового диапазона волн. Коэффициент усиления разрезного полуволнового вибратора равен единице, что соответствует нулю децибел. Это вполне естественно, так как коэффициент усиления определяется именно по отношению к полуволновому вибратору.

Для приема телевизионного сигнала в дециметровом диапазоне, как уже было отмечено ранее, требуется антенна с повышенным коэффициентом усиления, что требует усложнения ее конструкции. Задача упрощается благодаря тому, что все размеры дециметровой антенны оказываются существенно меньше размеров антенн метрового диапазона. Это позволяет создать комнатную антенну дециметрового диапазона, обладающую сравнительно большим коэффициентом усиления при небольших габаритах.

Одной из таких антенн, сравнительно несложной по конструкции, является трехэлементная рамочная антенна "Тройной квадрат", показанная на. рис. 3. 6. Коэффициент усиления этой антенны достигает 14 дБ, что

соответствует увеличению напряжения сигнала на ее выходе в 5 раз по сравнению с полуволновым вибратором. Антенна содержит три квадратные рамки, из которых директорная и рефлекторная являются замкнутыми, а вибраторная в точках а-а' (точки питания) разомкнута. Рамки расположены симметрично, так, что их центры находятся на горизонтальной прямой, совпадающей с направлением на телецентр. Рамки выполняют из медного или латунного провода диаметром 3... 5 мм, который при размерах антенны дециметрового диапазона обладает достаточной жесткостью. Размеры антенны приведены в табл. 3. 2.

Таблица 3. 2 Размеры дециметровой рамочной антенны

3-27.jpg

3-28.jpg

Рамки антенны крепят к двум стрелам в серединах горизонтальных сторон. Верхняя стрела выполнена из того же материала, что и рамки. Практика показала, что антенна лучше работает, если нижняя стрела выполнена из изоляционного материала, например, гетинаксового или текстолитового прутка. Верхняя стрела припаивается к рамкам, а нижняя может крепить рамки с помощью заливки точек соединения эпоксидной смолой. Мачта или стойка в комнатном варианте такой антенны выполняется также из изоляционного материала - гетинаксового или текстолитового прутка, трубки либо деревянной рейки. Стрелы крепят к мачте или стойке в центре тяжести антенны. Изолятор представляет собой пластину из гетинакса, текстолита или оргстекла размерами 20 х 30 мм и толщиной 2-3 мм. Концы вибраторной рамки крепятся к этой пластине хомутиками.

Входное сопротивление трехэлементной рамочной антенны примерно составляет 70 Ом, и она хорошо согласуется с волновым сопротивлением 75-oмного коаксиального кабеля. Для симметрирования используется четвертьволновый короткозамкнутый шлейф, выполненный из отрезка того же кабеля.

3-29.jpg

Радиолюбитель А. Нанаков из Чебоксар предложил конструкцию трехэлементной рамочной антенны дециметрового диапазона из одного целого куска толстого провода, изгибая его в соответствии с рис. 3. 7. В точках Л, Б и В провода необходимо спаять. В этой конструкции вместо шлейфа, выполненного из куска коаксиального кабеля, используется четвертьволновый короткозамкнутый мостик той же длины, что и шлейф. Расстояние между проводами мостика также остается прежним, равным 30 мм. Конструкция такой антенны оказывается достаточно жесткой, и необходимость в нижней стреле отпадает. Фидер подвязывают к правому проводу мостика с наружной стороны. При подходе фидера к вибраторной рамке оплетка кабеля припаивается к точке а, центральная жила - к точке б. Левый провод мостика закрепляется на стойке или в случае наружной антенны - на мачте. Необходимо лишь обратить внимание на то, чтобы в пространстве между проводами мостика не располагались ни фидер, ни стойка или мачта. Автор этой конструкции сообщает, что такая антенна использовалась им в качестве наружной. Она была установлена на крыше 10-этажного дома, а сигнал подавался по фидеру в квартиру, расположенную на втором этаже. Антенна показала наилучшие результаты по сравнению с другими антеннами.

Комнатная антенна тщательно ориентируется по изображению на экране телевизора так, чтобы при достаточной контрастности и устойчивости синхронизации получить наивысшую четкость изображения по горизонтали в отсутствие повторов. При этом может оказаться, что направление антенны не совпадает с направлением на телецентр.

Диаграмма направленности полуволнового вибратора представляет собой в горизонтальной плоскости восьмерку с нулевым приемом в направлениях, совпадающих с плоскостью, в которой расположен вибратор. Диаграмма достаточно широка, и поворот антенны в пределах до 30° в обе стороны от главного направления мало влияет на уровень принятого сигнала, но может сказываться на качестве изображения. Трехэлементная рамочная антенна обладает узкой диаграммой направленности и поэтому должна тщательно ориентироваться.

Комнатные телевизионные антенны также бывают в продаже. Антенны метрового диапазона представляют собой разрезной вибратор с телескопической конструкцией плеч, которая позволяет легко изменять длину вибратора под длину волны принимаемого канала по качеству картинки на экране. Встречаются также антенны с вибраторами, выполненными из металлической ленты, длина которых изменяется вращением специальной рукоятки. Антенны дециметрового диапазона, выпускаемые промышленностью, большей частью являются широкополосными типа логопериодических антенн и перекрывают весь диапазон дециметровых волн.

Рис. 3.1. Проволочный разрезной вибратор

Изображение: 

Рис. 3.2. Роликовый изолятор

Изображение: 

Рис. 3.2. Симметрирующее устройство в виде U-колена

Изображение: 

Рис. 3.2. Симметрирующее устройство на ферритовом кольце

Изображение: 

Рис. 3.5. Схемы подключения ферритового симметрирующего устройства

Изображение: 

Рис. 3.6. Антенна из одного куска провода

Изображение: 

Рис. 3.6. Трехэлементная рамочная антенна

Изображение: 

Таблица 3.1 Размеры проволочного полуволнового вибратора

Изображение: 

Таблица 3.2 Размеры дециметровой рамочной антенны

Изображение: 

3.3. АНТЕННЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

3.3. АНТЕННЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Владельцам телевизионных приемников хорошо известны поступавшие в широкую продажу промышленные комнатные антенны, называемые в обиходе "Усы". Они представляют собой два телескопических плеча разрезного полуволнового вибратора, шарнирно укрепленных в основании. Телескопическая конструкция плеч позволяет экспериментально подбирать длину вибратора под длину волны принимаемого частотного канала по наилучшему качеству картинки на экране телевизора, а шарнирное крепление - выбирать значение угла между плечами, которые располагаются в виде буквы V. Симметрирующее устройство на ферритовом кольце, размещенное внутри основания антенны, соединяет ее с коаксиальным кабелем, оснащенным на конце стандартным штекером для подключения к антенному гнезду телевизионного приемника. Такие же антенны в настоящее время входят в комплект некоторых телевизоров, конструкция футляра которых предусматривает крепление подобной антенны. Подобные же антенны выпускались с вибратором в виде металлической тонкой и гибкой упругой ленты. Вращением ручки, установленной в основании антенны, можно было изменять длину плеч вибратора, настраивая его на нужный канал.

Однако в настоящее время благодаря повсеместному использованию коллективных антенн, применение комнатных антенн в городских условиях для приема телевизионных передач в метровых диапазонах стало достаточно редким. Такие антенны сейчас в основном используются на дачных участках, расположенных невдалеке от города. Теперь широко стали использоваться комнатные антенны для приема телевизионных передач дециметрового диапазона. Отечественная и зарубежная промышленность выпускает самые разные конструкции комнатных дециметровых антенн, пользующихся большим спросом, который вызван быстрым ростом числа телевизионных программ, передающихся в дециметровом диапазоне. Так, в Москве помимо давно знакомых пяти программ метрового диапазона: "ОРТ" (1 канал), "ТВ-Центр" (3 канал), "TV6 Москва" (6 канал), "НТВ" (8 канал), "РТР" (11 канал) и одной программы дециметрового диапазона "С. -Петербург", а теперь "Культура" (33 канал) за сравнительно короткое время появилась возможность приема еще пяти программ "СТС" (27 канал), "31 канал". "ТНТ" (35 канал), "REN-TV" (49 канал), "Муз-ТВ" (51 канал).

Все московские системы антенн коллективного приема осуществляют преобразование 33-го канала на пятый канал, позволяя принимать его передачи телевизорами, рассчитанными только на прием метровых диапазонов. Для преобразования остальных дециметровых каналов свободного места на метровых диапазонах уже не хватает. Поэтому, а также и по другим более сложным причинам, остальные дециметровые каналы в сеть коллективной антенны не попадают, и приходится их принимать с помощью комнатных антенн.

В связи с тем. что одной и той же комнатной антенной необходимо принимать все возможные для приема в данной местности дециметровые каналы, требуется наличие широкополосной антенны. Кроме того, так как напряжение сигнала на выходе антенны пропорционально произведению длины волны на коэффициент усиления антенны, антенна должна иметь повышенный коэффициент усиления для компенсации уменьшенной длины волны дециметрового диапазона.

Ассортимент комнатных дециметровых антенн, имеющихся в продаже, состоит в основном из широкополосных антенн, называемых логопериодическими. Подробное описание таких антенн рассмотрено в разделе 4. 7. Здесь же достаточно сказать, что логопериодичсские антенны сочетают повышенный коэффициент усиления с широкой полосой пропускания и в дециметроном диапазоне имеют небольшие габариты, вполне приемлемые для использования в комнате обычных размеров. Иногда логопериодическая комнатная антенна снабжается рефлектором, выполненным из мелкоячеистой проволочной сетки. Некоторые изготовители сочетают конструкцию комнатной логопериодической антенны дециметрового диапазона с транзисторным малошумящим усилителем принятого сигнала. В этом случае антенна называется активной. Хотя при наличии телевизионного приемника, обладающего низким уровнем собственных шумов, приведенных ко входу, антенный усилитель не дает выигрыша по чувствительности, его использование обеспечивает компенсацию затухания сигнала в кабеле, соединяющем антенну с телевизором. Это дает возможность использовать тонкий кабель, который более приемлем для комнатной антенны, чем обычно используемый более толстый и менее гибкий.

 

4. Наружные антенны для ближнего приема.

4.1. РАЗНОВИДНОСТИ НАРУЖНЫХ АНТЕНН

4.1. РАЗНОВИДНОСТИ НАРУЖНЫХ АНТЕНН

Зоной ближнего приема можно назвать такую территорию, где уверенный прием достигается с помощью простейших антенн со сравнительно небольшим коэффициентом усиления. В связи с тем, что зона ближнего приема располагается внутри зоны прямой видимости, напряженность поля сигнала в пределах этой зоны в значительной мере зависит от мощности телевизионного передатчика. Поэтому радиус зоны ближнего приема на равнинной местности для мощного программного телецентра составляет примерно 50 км, для областных ретрансляторов - 30 км, а для маломощных местных ретрансляторов еще меньше: имеются ретрансляторы такой малой мощности, что для них зона ближнего приема ограничена расстоянием всего в несколько километров. Четко провести границу зоны ближнего приема, конечно, невозможно, так как она зависит и от мощности передатчика, и от номера капала, и от рельефа местности на трассе прохождения сигнала от передающей антенны к приемной, и от застройки населенного пункта, в котором необходимо осуществить прием. Все это не позволяет определить радиус зоны ближнего приема в конкретных условиях методом расчета. Поэтому в каждом конкретном случае необходимую антенну приходится выбирать опытным путем, начиная с простейшей и при отрицательном результате переходя к более сложной.

Простейшая приемная антенна - разрезной полуволновый вибратор, подобный рассмотренному в разделе о комнатных антеннах. Однако наружная антенна, как правило, не может крепиться к противоположным стенам и натягиваться таким путем, как это рекомендовалось для комнатной проволочной антенны. Поэтому такую антенну выполняют в виде жесткой конструкции из металлической трубки. Немного сложнее антенна -петлевой полуволновый вибратор, обладающий некоторыми преимуществами перед разрезными, хотя его коэффициент усиления также равен 0 дБ. Если полуволновый вибратор оказывается недостаточно эффективным в данных конкретных условиях, антенна может быть усложнена добавлением еще одного элемента - рефлектора, который значительно ослабляет прием с заднего направления и усиливает с главного. Для этого рефлектор выполняют немного длиннее вибратора и располагают сзади него на некотором расстоянии. Такая двухэлементная антенна носит название "Волновой канал". Благодаря рефлектору задний лепесток диаграммы направленности значительно уменьшается, а главный лепесток увеличивается и сужается. Поэтому коэффициент усиления антенны становится больше, чем у полуволнового вибратора. Еще больший коэффициент усиления может быть достигнут установкой дополнительных элементов впереди вибратора.

которые называются директорами. Разработано большое количество разных антенн типа "Волновой канал", отличающихся одна от другой числом директоров и расстоянием между ними. Антенны этого типа отличаются компактностью, жесткой конструкцией, малой ветровой нагрузкой, но обладают и существенными недостатками, которые ограничивают возможности их изготовления в домашних условиях.

В качестве наружных, так же как и комнатных, используют рамочные антенны - двухэлементные и трехэлементные. Хотя они конструктивно сложнее двух- и трехэлементных антенн типа "Волновой канал", но обладают значительно большим коэффициентом усиления даже по сравнению с пятизлементными антеннами и лишены их недостатков. Рамочные антенны хорошо согласуются с фидером, поэтому их рекомендуют использовать в тех случаях, когда антенна "Волновой канал" не дает достаточно хороших результатов. Рамочные антенны получили широкое распространение также в условиях дальнего приема телевидения за границей зоны прямой видимости, для чего несколько таких антенн соединяются в синфазную систему. Это приводит к еще большему коэффициенту усиления и позволяет уверенно принимать такие слабые сигналы, принять которые другими антеннами практически оказывается невозможно.

Антенны "Волновой канал" и рамочные относятся к узкополосным и способны принимать сигнал только по одному каналу, которому соответствуют размеры элементов антенны. При развитии многопрограммного телевещания возникла необходимость приема нескольких программ, передаваемых по разным каналам. Для этого разработаны широкополосные антенны, способные примерно одинаково принимать группу каналов. К таким антеннам относятся зигзагообразные, логопериодические и "бегущей волны". Там, где возможен прием нескольких программ, устанавливается широкополосная коллективная антенна или несколько антенн, рассчитанных на соответствующие частотные каналы, а также один широкополосный антенный усилитель или несколько для разных каналов. Типы антенн и усилителей подбирают так, чтобы гарантировать уверенный прием всех программ, принимаемых в данном населенном пункте, всеми абонентами, подключенными к этой коллективной антенне. Необходимо лишь отметить, что коэффициент усиления широкополосных антенн, как правило, значительно меньше, чем узкополосных, а соединить несколько широкополосных антенн в синфазную систему не удается из-за невозможности согласования такой системы во всем диапазоне частот. Это ограничивает возможности использования широкополосных антенн, допуская их применение только там, где напряженность поля сигналов по всем принимаемым каналам достаточно велика.

Большинство отечественных телецентров и ретрансляторов ведут телевизионные передачи при горизонтальной поляризации сигнала. Приводимые в дальнейшем эскизы различных антенн рассчитаны именно на горизонтальную поляризацию. Однако некоторые ретрансляторы ведут свои передачи при вертикальной поляризации сигнала. Это требует поворота антенны на 90° вокруг горизонтальной оси, направленной на передатчик.

4.2. ПРОСТЕЙШИЕ АНТЕННЫ

4.2. ПРОСТЕЙШИЕ АНТЕННЫ

Простейшей телевизионной антенной, как уже было сказано, является разрезной полуволновый вибратор. Конструкция такой антенны показана на рис. 4. 1. 

4-21.jpg

Рис. 4. 1. Разрезной полуволновой вибратор

Активная часть антенны - полуволновый вибратор - образована двумя металлическими трубками диаметром 15... 20 мм. Плечи вибратора четырьмя длинными шурупами (или винтами с гайками) через изоляционные втулки из пластмассы или с помощью обычных роликов крепятся на горизонтальной перекладине, установленной на вершине металлической или деревянной мачты. Перекладина обязательно должна быть изготовлена из изоляционного материала. Может быть использовано сухое дерево с покраской в несколько слоев масляной краской. Под головки шурупов или винтов подкладывают изоляционные шайбы, а отверстия в трубках вибратора делают диаметром, немного большим диаметра шурупов или винтов, чтобы они не касались трубок. Концы трубок нужно сплющить или вложить внутрь заглушки из дерева, чтобы предотвратить попадание влаги, а также свист, возникающий при сильном ветре. В принципе, трубки вибратора могут быть выполнены из любого металла, однако предпочтительнее медь или латунь, к которым легко припаять симметрирующее устройство.

Симметрирующее устройство, показанное на том же рисунке, выполняют в виде четвертьволнового симметрирующего шлейфа из того же кабеля, из которого выполнен фидер. Расстояние между фидером и шлейфом должно быть выдержано постоянным по всей длине шлейфа. Для этого можно использовать гетинаксовые распорки. Фидер и шлейф должны подходить к концам вибратора снизу. Ниже шлейфа фидер можно изгибать в нужную сторону и крепить к мачте любым способом, но в пределах шлейфа изгибы нежелательны. Если используется металлическая мачта, она не должна оказаться в пространстве между шлейфом и фидером.

Размеры антенны (В) и симметрирующего шлейфа (Ш) для любого из 12 метровых каналов сведены в табл. 4. 1. Размеры перекладины, расстояние между ней и вибратором, а также расстояние между втулками выбирают произвольно.

Таблица 4. Размеры антенны разрезной полуволновый вибратор

4-22.jpg

Как отмечалось ранее, коэффициент усиления разрезного полуволнового вибратора равен 0 дБ, диаграмма направленности имеет вид восьмерки в горизонтальной плоскости (т. е. вибратор одинаково принимает сигнал и спереди, и сзади) и форму окружности в вертикальной плоскости (т. е. вибратор одинаково принимает сигнал с любых углов места).

Антенна более простои конструкции - петлевой вибратор, называемый также шлейф-вибратор Пистолькорса, показана на рис. 4. 2. 

4-23.jpg

Рис. 4. 2. Петлевой вибратор

Оба плеча этого вибратора выполнены в виде коротко замкнутых шлейфов с длиной каждого, приблизительно равной 1/4 длины волны. Середина верхней неразрезанной части вибратора является точкой нулевого потенциала, что позволяет в этой точке крепить вибратор к металлической мачте без изоляции.

Петлевой вибратор выполняют из тех же материалов, что и разрезной. Радиус закругления концов петлевого вибратора не имеет значения. В точках питания концы трубок можно расплющить. Коэффициент укорочения полуволнового петлевого вибратора значительно меньше зависит от диаметра трубки, чем коэффициент укорочения разрезного вибратора. Поэтому длина петлевого вибратора, выполненного из трубок диаметром 10... 20 мм, практически остается неизменной. Механическое соединение петлевого вибратора с мачтой можно выполнять любым способом: сваркой, заклепочным или винтовым соединением без изоляции.

Входное сопротивление петлевого вибратора составляет 292 Ома, но обычно приближенно его считают равным 300 Ом. Некоторые из первых отечественных телевизионных приемников имели симметричный антенный вход с входным сопротивлением также 300 Ом, и с такими телевизорами петлевой вибратор мог соединяться симметричным высокочастотным кабелем КАТВ с волновым сопротивлением 300 Ом. Для подключения к петлевому вибратору 75-омного коаксиального кабеля необходимо симметрирующе-согласующее устройство в виде полуволновой петли, которое показано также на рис. 4. 2. Полуволновая петля уменьшает входное сопротивление антенны в 4 раза, ее выполняют из кабеля любой марки. Длина петлевого вибратора В и длина петли в развернутом. виде П для любого метрового канала приведены в табл. 4. 2.

Таблица 4. 2 Размеры антенны полуволновый петлевой вибратор

4-24.jpg

Если разрезной вибратор узкополосный и может принимать сигналы только того канала, на который рассчитана его длина, то петлевой вибратор имеет более широкую полосу пропускания. Поэтому он может удовлетворительно принимать сигналы по двум-трем каналам, соседним по частоте. При этом необходимо иметь в виду, что второй и третий, пятый и шестой каналы не являются соседними по частоте, между ними значительный частотный интервал, как видно из табл. 1. 1.

Вместо четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа симметрирование полуволнового разрезного вибратора можно осуществить с помощью устройства на ферритовом кольце, которое показано на рис. 3. 5, а. Так же симметрирование и согласование с фидером петлевого вибратора можно выполнить без полуволновой петли с помощью такого же устройства на ферритовом кольце, но подключение этого устройства произвести согласно рис. 3. 5, 6. Такое симметрирование и согласование более компактно. Однако во втором случае сложнее герметизация, необходимая для наружной антенны во избежание попадания влаги. В то же время шлейф или петля в герметизации не нуждаются.

Обе рассмотренные антенны (полуволновые разрезной и петлевой вибраторы) ориентируются по направлению на передатчик так, чтобы они располагались в плоскости, перпендикулярной этому направлению. Однако ориентирование должно контролироваться по изображению на экране телевизора, которое должно иметь максимальную четкость по горизонтали и устойчивую синхронизацию, контрастность же картинки не обязательно должна получаться максимальной. Лучше всего ориентировать антенну при приеме телевизионной испытательной таблицы.

Простейшие антенны в диапазоне дециметровых волн обычно не применяют, так как в этом диапазоне требуется получить от антенны ощутимое усиление из-за меньшей напряженности поля.

Рис. 4.1. Разрезной полуволновой вибратор

Изображение: 

Рис. 4.2. Петлевой вибратор

Изображение: 

Таблица 4. Размеры антенны разрезной полуволновый вибратор

Изображение: 

Таблица 4.2 Размеры антенны полуволновый петлевой вибратор

Изображение: 

4.3. АНТЕННЫ "ВОЛНОВОЙ КАНАЛ"

4.3. АНТЕННЫ "ВОЛНОВОЙ КАНАЛ"

Антенны типа "Волновой канал" получили широкое распространение в различных профессиональных устройствах радиосвязи и радиолокации. Большинство телевизионных коллективных и индивидуальных антенн

промышленного изготовления также являются антеннами типа "Волновой канал". Это связано с тем, что такие антенны достаточно компактны и обеспечивают получение большого коэффициента усиления при сравнительно небольших габаритах. Иногда антенну "Волновой канал", особенно в зарубежной литературе, называют антенной Уда - Яги по имени впервые описавших ее японских изобретателей.

Антенна "Волновой канал" представляет собой набор элементов:

активного - вибратора и пассивных - рефлектора и нескольких директоров, установленных на одной общей стреле.

Принцип действия антенны в следующем. Вибратор определенной длины, находящийся в электромагнитном поле сигнала, резонирует на частоте сигнала, и в нем наводится ЭДС. В каждом из пассивных элементов также наводится ЭДС, и они переизлучают вторичные электромагнитные поля. Эти вторичные поля, в свою очередь, наводят дополнительные ЭДС в вибраторе. Размеры пассивных элементов и их расстояния от вибратора должны быть выбраны такими, чтобы дополнительные ЭДС, наведенные в вибраторе вторичными полями, были в фазе с основной ЭДС, наведенной в нем первичным полем. Тогда все ЭДС будут складываться арифметически, обеспечив увеличение эффективности антенны по сравнению с одиночным вибратором. Для этого рефлектор делается немного длиннее вибратора, а директоры - короче.

Симметричное расположение элементов антенны относительно направления на передатчик создает условия для сложения наведенных ЭДС в вибраторе только для сигнала, приходящего с главного направления. Сигналы, приходящие под углом к главному направлению, создают в вибраторе ЭДС, сдвинутые по фазе относительно основного, и поэтому складываются алгебраически так, как складываются векторы. Их векторная сумма получается меньше арифметической. Сигнал же, приходящий с заднего направления, создает в вибраторе наведенные ЭДС, противофазные основной, и они вычитаются. Таким образом, обеспечивается направленное свойство антенны, формируется узкая диаграмма ее направленности, что соответствует увеличению коэффициента усиления.

Элементы антенн "Волновой канал", которые будут рассмотрены ниже, расположены в пространстве горизонтально, и такие антенны используют для приема сигналов с горизонтальной поляризацией, когда вектор напряженности электрического поля Е также горизонтален. Для приема сигналов с вертикальной поляризацией антенна должна быть повернута на 90° так, чтобы ее элементы стали вертикальными.

В связи с тем, что элементы антенны расположены в разных точках пространства, фазы наведенных в них первичным полем ЭДС будут зависеть от координат каждого элемента и их размеров, так как от длины элемента зависит его резонансная частота, а фаза наведенной ЭДС зависит от настройки элемента. Нужно также учесть, что телевизионный сигнал занимает сравнительно широкую полосу частотного спектра, и свойства антенны должны быть хотя бы примерно одинаковыми для всей полосы частот принятого сигнала. Наконец, для хорошего согласования антенны с фидером ее входное сопротивление должно иметь чисто активный характер. Отсюда становится ясно, насколько сложно проектирование антенн типа "Волновой канал", особенно при большом количестве элементов антенны.

В настоящее время разработано множество вариантов таких антенн с разным числом директоров различных размеров и с различным расстоянием между ними. Процесс проектирования многозлементной антенны типа "Волновой канал" вообще не однозначен. Перед проектировщиком, могут быть поставлены разные задачи: либо добиться максимального коэффициента усиления антенны, либо - максимального коэффициента защитного действия, либо - наименьшей неравномерности коэффициента усиления в полосе принимаемых частот, либо - минимального уровня боковых лепестков диаграммы направленности или другие факторы. Кроме того, в процессе проектирования некоторыми размерами антенны приходится задаваться, а остальные получать в результате расчета. Этим объясняется то, что в разных источниках литературы приводятся различные размеры элементов антенн при одинаковом их числе. К сожалению, в литературе при описаниях антенн отсутствуют сведения о том, какие исходные данные были положены в основу проектирования данной конкретной антенны. Следует также учесть, что большинство вариантов многозлементных антенн "Волновой канал" подобрано экспериментальным путем, что сильно осложняет возможности повторяемости таких конструкций.

Многоэлементная антенна "Волновой канал", по принципу работы аналогичная многоконтурному полосовому фильтру, нуждается в тщательной настройке элементов. Известно, что как бы точно ни были подобраны индуктивности катушек и емкости конденсаторов многоконтурного фильтра, он подлежит обязательной настройке по приборам в связи с тем, что невозможно заранее учесть разбросы различных паразитных параметров, таких как емкости монтажа и индуктивности рассеяния, активные сопротивления катушек на высокой частоте и сопротивления потерь конденсаторов, индуктивности и сопротивления соединительных проводников. Аналогично и при изготовлении многоэлементной антенны "Волновой канал": даже точное соблюдение всех ее размеров не избавляет от необходимости выполнения тщательной настройки по приборам, так как невозможно учесть разбросы в ее конструкции, такие как непараллельность элементов в горизонтальной плоскости, скручивание несущей стрелы, неизбежное под нагрузкой из-за того, что всегда имеется неоднородная по длине трубы эллиптичность ее сечения, а скручивание стрелы приводит к тому, что элементы антенны уже не находятся в одной плоскости. Определенное влияние на работу антенны, которое невозможно учесть, оказывают находящиеся поблизости местные предметы, металлические и неметаллические. Наконец, невозможно абсолютно точно выдержать все размеры, всегда будут отклонения в пределах допусков, а при изменениях окружающей температуры эти отклонения увеличиваются.

Антенну следует настраивать изменением длины каждого элемента и расстояний между ними при контроле формы диаграммы направленности, значения и характера входного сопротивления антенны. Настройка требует специальных полигонных условий, исключающих влияние местных предметов, и специальных приборов: генератора метрового или дециметрового диапазона волн достаточно большой мощности, индикатора напряженности поля, измерителя полных сопротивлений антенн. Не всегда в процессе настройки удается одновременно добиться того, чтобы входное сопротивление антенны было чисто активным и имело нужное значение.

Приходится мириться с полученным значением входного сопротивления антенны при его чисто активном характере. Но при этом кроме настройки антенны приходится также дополнительно осуществлять настройку ее согласования с фидером. Многоэлементные антенны "Волновой канал", используемые в профессиональной аппаратуре, подлежат обязательной индивидуальной настройке на заводе, а в состав аппаратуры входит устройство, позволяющее корректировать согласование антенны с фидером в процессе эксплуатации.

Радиолюбители, занимающиеся постройкой многоэлементных антенн типа "Волновой канал", конечно, не имеют возможности выполнить даже приблизительную настройку антенны, а большинство из них полагает, что антенна, изготовленная точно по чертежам, должна обеспечивать нормальную работу. К сожалению, дело обстоит совсем наоборот. Чем больше элементов содержит антенна, тем сложнее ее настройка и, с другой стороны, тем хуже оказываются фактические характеристики ненастроенной антенны. В первую очередь при расстройке антенны страдает ее диаграмма направленности. Она становится асимметричной, максимум ее главного лепестка отклоняется от оси антенны, расширяются боковые и задний лепестки. В связи с тем, что ухудшается соотношение между площадью главного лепестка и площадью остальных лепестков, падает коэффициент усиления антенны. Входное сопротивление антенны приобретает значительную реактивную составляющую, а его активная составляющая сильно отличается от номинального значения, которое она должна иметь по паспорту. В результате сильно нарушается согласование антенны с фидером. Это приводит к тому, что значительная часть энергии сигнала, принятого антенной, отражается от фидера и излучается обратно в пространство, не поступая на вход телевизионного приемника. Таким образом, резко ухудшаются все без исключения характеристики антенны, подобно тому, как радиоприемник с расстроенными контурами не обладает ни нужной чувствительностью, ни нужной избирательностью. Порой такой приемник вообще не способен принимать радиосигналы. Всем этим объясняются частые разочарования радиолюбителей, которые, построив и установив сложную многоэлементную антенну типа "Волновой канал", сталкиваются с тем, что не получают ожидаемых результатов.

Практика показывает, что антенна "Волновой канал" не нуждается в настройке и обеспечивает получение паспортных характеристик, если она содержит не более трех элементов: вибратор, рефлектор и только один директор. Коэффициент усиления такой антенны составляет 6 дБ, что вполне достаточно для ее использования в зоне ближнего приема. Если же такого коэффициента усиления окажется недостаточно, радиолюбителям не рекомендуется заниматься постройкой многоэлементных антенн типа "Волновой канал", а следует отдать предпочтение антеннам других типов, которые могут обеспечить получение больших коэффициентов усиления и не нуждаются в настройке.

Следует отметить еще одну неприятность, связанную с использованием многоэлементных антенн типа "Волновой канал". Обычно эти антенны содержат петлевой вибратор Пистолькорса. Сам петлевой вибратор имеет входное сопротивление около 300 Ом и хорошо согласуется с фидером из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом путем применения полуволновой петли. Петля уменьшает входное сопротивление в 4 раза, с 300 до 75 Ом, и обеспечивает симметрирование. При добавлении к петлевому вибратору пассивных элементов входное сопротивление антенны в значительной мере уменьшается. Так, входное сопротивление пятиэлементной антенны в зависимости от ее размеров может находиться в пределах 40...120 Ом. Будучи дополнительно уменьшенным в 4 раза полуволновой петлей, оно падает до 10... 30 Ом, что приводит к резкому рассогласованию антенны с фидером. За счет отражения значительной части энергии принятого сигнала и ее излучения обратно в пространство значительно уменьшается коэффициент усиления антенны. В условиях высокого уровня напряженности поля на небольшом расстоянии от передатчика такая потеря усиления антенной не опасна: главной задачей остается защита от помех за счет узкой диаграммы направленности. Однако если многоэлементную антенну устанавливали из-за того, что более простая антенна оказалась недостаточно эффективной, такое решение оказывается ошибочным. Дело осложняется тем, что в литературе при описании многоэлементных антенн "Волновой канал" не указываются значения их входного сопротивления, так как оно очень сильно зависит от настройки антенны. Измерить же входное сопротивление антенны в любительских условиях достаточно трудно, а не зная его, невозможно правильно выбрать схему согласующего устройства.

Двухэлементные антенны "Волновой канал" применяют редко, так как их характеристики ненамного лучше характеристик одиночного вибратора. Поэтому рассмотрим трехэлементную антенну, которая показана на рис. 4. 3. 

4-31.jpg

Рис. 4. 3. Трехэлементная антенна "Волновой канал"

Элементы антенны выполнены из металлической трубки диаметром 12-20 мм. Мачта и стрела могут быть металлическими. При этом элементы антенны должны быть надежно электрически соединены со стрелой с помощью пайки или сварки. Если стрела выполняется из изоляционного материала, специально соединять между собой элементы антенны не нужно. Расположение элементов антенны соответствует горизонтальной поляризации сигнала. Если необходимо принимать сигнал с вертикальной поляризацией, антенна поворачивается так, чтобы ее элементы заняли вертикальное положение. Однако при этом верхняя часть мачты длиной, примерно равной длине рефлектора, должна быть выполнена из изоляционного материала. Подключение фидера производится с помощью полуволновой петли, как это показано на рис. 4. 2. Входное сопротивление антенны рекомендуемых размеров примерно составляет 150 Ом, поэтому имеется рассогласование антенны с фидером. Однако в условиях ближнего приема более важным является то, что суженная по сравнению с одиночным вибратором диаграмма направленности ослабляет прием помех с других направлений и отраженных сигналов.

Размеры антенны и длина петли в развернутом виде приведены в табл. 4. 3.

Таблица 4. 3 Размеры трехэлементной антенны "Волновой канал", мм

4-32.jpg

Коэффициент усиления трехэлементной антенны "Волновой канал" указанных размеров составляет 5, 1... 5, 6 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала на выходе антенны в 1, 8... 1, 9 раз по сравнению с одиночным полуволновым вибратором. Угол раствора главного лепестка диаграммы направленности по половинной мощности составляет 70°. Трехэлементная антенна, установленная на мачте высотой 15... 20 м, при равнинной местности может обеспечить нормальный прием телевизионных передач на расстоянии до 60 км от передатчика мощностью 5 кВт при высоте передающей антенны 200 м.

На рис. 4. 4 представлена пятиэлементная антенна "Волновой канал". От трехэлементной антенны она отличается двумя дополнительными директо-

4-33.jpg

Рис. 4. 4. Пятиэлементная антенна "Волновой канал"

рами и размерами элементов. В связи с пониженным входным сопротивлением антенны, которое из-за неизбежной расстройки даже приблизительно указать невозможно, фидер к антенне следует подключать с помощью четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа, показанного, на рис. 4. 1. Размеры этой антенны приведены в табл. 4. 4.

Таблица 4. 4 Размеры пятиэлементной антенны "Волновой канал", мм

4-34.jpg

Коэффициент усиления пятиэлементной антенны при условии ее точной настройки для указанных размеров составляет примерно 8, 6... 8, 9 дБ, что соответствует увеличению сигнала на выходе антенны в 2, 7... 2, 8 раз по сравнению с одиночным полуволновым вибратором. Угол раствора диаграммы направленности по половинной мощности составляет 50°. Если антенна не настраивалась, ее параметры могут оказаться хуже, чем у трехэлементной антенны.

Помимо пятиэлементных разработаны и в некоторых литературных источниках публикуются размеры семиэлементных, одиннадцатиэлементных антенн "Волновой канал", а также с еще большим числом элементов. Такие антенны здесь не рассматриваются по следующим причинам. Как уже отмечалось, без тщательной настройки такие антенны, даже выполненные точно по чертежам, обладают плохими характеристиками. Кроме того, с увеличением числа элементов сужается полоса пропускания антенны. Так, полоса пропускания семиэлементной антенны типа "Волновой канал" составляет примерно 5 % частоты, на которую она настроена. Поэтому при приеме сигнала по первому частотному каналу (средняя частота 52, 9 МГц) полоса пропускания антенны составит всего 2, 65 МГц, т. е. значительно меньше полосы частот, занимаемой спектром телевизионного сигнала, которая примерно равна 7 МГц. Даже на пятом канале полоса пропускания этой антенны оказывается недостаточной. А если в диапазоне 6-12-го каналов или в дециметровом диапазоне полоса пропускания многоэлементной антенны оказывается достаточно широкой, из-за неизбежной расстройки такие самодельные антенны оказываются бесперспективными. Наконец, в условиях ближнего приема нет никакой необходимости в установке таких сложных антенн.

Что касается дальней части зоны прямой видимости или зоны полутени, то там необходимо использовать антенны с повышенным или большим

коэффициентом усиления, который расстроенная антенна обеспечить не может, и для получения такого коэффициента усиления приходится использовать синфазное соединение нескольких сравнительно простых антенн, которые не нуждаются в настройке и хорошо согласуются с фидером.

Рис. 4.3. Трехэлементная антенна "Волновой канал"

Изображение: 

Рис. 4.4. Пятиэлементная антенна "Волновой канал"

Изображение: 

Таблица 4.3 Размеры трехэлементной антенны "Волновой канал", мм

Изображение: 

Таблица 4.4 Размеры пятиэлементной антенны "Волновой канал", мм

Изображение: 

4.4. РАМОЧНЫЕ АНТЕННЫ

4. 4. РАМОЧНЫЕ АНТЕННЫ

В тех конкретных условиях приема телевизионных передач, когда простейшие антенны или трехэлементная антенна тина "Волновой канал" не могут обеспечить получение на экране телевизора удовлетворительного качества изображения, можно рекомендовать двухэлементную рамочную антенну, которая иначе называется обычно антенной "Двойной квадрат". Рамочные антенны сочетают повышенный коэффициент усиления с простотой конструкции и отсутствием необходимости настройки при сравнительно узкой полосе пропускания. Узкополосные антенны по сравнению с широкополосными обладают таким дополнительным преимуществом, как частотная избирательность. Благодаря этому на вход телевизионного приемника не могут проникнуть помехи от других телевизионных передатчиков, работающих на соседних по частоте каналах, если по каким-либо причинам возникли благоприятные условия распространения их сигналов в данном направлении. Особенно важна частотная избирательность антенны в условиях слабого сигнала. Дело в том, что нередки случаи, когда необходимо обеспечить прием слабого сигнала от удаленного передатчика, но поблизости работает мощный передатчик другой программы на соседнем канале. В таких условиях частотной избирательности телевизионного приемника может не хватить. Кроме того, как известно, интенсивная помеха, поступая на первый же нелинейный элемент схемы приемника (электронную лампу, транзистор или микросхему), приводит к перекрестной модуляции сигнала этой помехой. В последующих каскадах избавиться от этой помехи в приемнике уже невозможно. Поэтому ослабление такой помехи за счет частотной избирательности антенны имеет очень важное значение.

Наибольшее распространение получили двухэлементные рамочные антенны, хотя иногда используют также и трехэлементные рамочные антенны. Впервые предложил использовать эти антенны для приема телевидения советский энтузиаст дальнего приема С. К. Сотников. Его первая статья с описанием двухэлементных рамочных антенн была помещена в журнале "Радио", 1959 г., № 4, с. 31-32. Многочисленные эксперименты радиолюбителей подтвердили их эффективность. Антенны с числом рамок более трех не используют по тем же самым причинам, по которым нецелесообразно применение многоэлементных антенн "Волновой канал": необходимость тщательной настройки, без которой параметры антенны от увеличения числа элементов не улучшаются.

Двухэлементная рамочная антенна показана на рис. 4. 5. Рамки антенны имеют квадратную форму, а по углам могут иметь закругления произвольного радиуса, не превышающего примерно 1/10 стороны квадрата. Рамки выполняют из металлической трубки диаметром 10... 20 мм для антенн 1-5-го каналов или 8... 15 мм для антенн 6-12-го каналов. Как и при

4-41.jpg

изготовлении других антенн, металл может быть любым, но предпочтительнее медь или латунь. Верхняя стрела соединяет середины обеих рамок, а нижняя стрела изолирована от вибраторной рамки и крепится к пластине, изготовленной из гетинакса, текстолита или оргстекла толщиной 6... 8 мм и размерами 30 х 60 мм. К этой же пластине крепятся концы вибраторной рамки винтами с гайками, для чего концы рамки можно расплющить. Стрелы могут быть выполнены металлическими или из изоляционного материала - текстолита или винипласта. В этом случае специально соединять рамки между собой нет необходимости. Мачта должна быть деревянной, по крайней мере ее верхняя часть. Металлическая часть мачты должна заканчиваться на 1, 5 м ниже антенны. Рамки антенны располагают одна относительно другой так, чтобы их воображаемые центры (точки пересечения диагоналей квадратов) находились на горизонтальной прямой, направленной на передатчик. Крепление антенны к мачте производится в центре тяжести.

Фидер подключается к концам вибраторной рамки с помощью четвертьволнового короткозамкнутого симметрирующего шлейфа из того же кабеля, что и фидер. Шлейф и фидер должны подходить к антенне вертикально снизу, расстояние между ними должно быть постоянным по всей длине шлейфа, для чего можно предусмотреть распорки из гетинакса. Можно также закрепить фидер и шлейф на изоляционной пластине, к которой крепятся нижняя стрела и концы вибраторной рамки, изготовив ее в виде буквы Т. При этом в пластине сверлят небольшие отверстия, а фидер и шлейф привязывают к ней капроновой леской. Использовать металлические элементы их крепления нежелательно.

Для обеспечения жесткости можно выполнить шлейф из двух металлических трубок, соединенных верхними концами с концами вибраторной рамки. В этом случае фидер пропускают внутри правой трубки снизу вверх, оплетку кабеля припаивают к правому, а центральную жилу - к левому концам вибраторной рамки. Трубки шлейфа в нижней части замыкаются перемычкой, перемещением которой можно подстроить антенну на максимум принимаемого сигнала.

По данным С. К. Сотникова, коэффициент усиления двухэлементной рамочной антенны, выполненной по рекомендованным им размерам,

составляет 8... 9 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала в 2, 5... 2, 8 раз по сравнению с напряжением сигнала на выходе полуволнового вибратора. Входное сопротивление этой антенны находится в пределах 70... 80 Ом.

Размеры двухэлементной рамочной антенны, рекомендованные С. К. Сотниковым для любого из 12 метровых телевизионных каналов, приведены в табл. 4. 5.

Таблица 4. 5 Размеры двухэлементных рамочных антенн метровых волн, мм

4-42.jpg

В своей книге "Антенны любительских радиостанций" (М.: ДОСААФ, 1962) В. П. Шейко приводит другие размеры двухэлементных рамочных антенн, которые можно вычислить по следующим формулам:

В =0,26L, Р =0,31L, А =0,18L,

где L - длина волны канала изображения Lи или средняя длина волны принимаемого частотного канала Lс, которые приведены в табл. 1. 1. Остальные размеры антенны берутся такими же, как указано в табл. 4. 5. Для антенны таких размеров В. П. Шейко указывает, что коэффициент усиления составляет 9... 11 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала в 2, 8... 3, 5 раз по сравнению с напряжением сигнала на выходе полуволнового вибратора. Входное сопротивление такой антенны около 100 Ом.

Исходя из приведенных значений коэффициента усиления, можно сделать вывод о том, что по усилению двухэлементная рамочная антенна эквивалентна пятиэлементной антенне "Волновой канал" или немного эффективнее ее, но имеет меньшие габариты и лишена ее недостатков, так как не нуждается в настройке, хорошо согласуется с фидером и обладает хорошей повторяемостью параметров. Это объясняется тем, что активной приемной частью каждой рамки являются ее верхняя и нижняя горизонтальные части. Получается, что двухэлементная рамочная антенна содержит четыре элемента и эквивалентна двухэтажной синфазной решетке, собранной из двухэлементных антенн "Волновой канал". Влияние дополнительных двух элементов второго этажа оказывается сильнее, чем добавление двух директоров к двухэлементной антенне "Волновой канал", за счет сужения диаграммы направленности в вертикальной плоскости, а это очень важно в условиях дальнего приема, когда сигнал приходит с линии горизонта - д малым углом места. Наличие же всего двух элементов, взаимодействующих в каждом этаже, обеспечивает стабильность параметров антенны и их независимость от естественных разбросов в размерах. Благодаря этому

отпадает необходимость индивидуальной настройки каждой антенны и обеспечивается хорошее согласование ее с фидером.

В качестве наружной антенны можно также использовать трехэлементную рамочную антенну, аналогичную показанной на рис. 3. 6. Отличие наружной антенны от комнатной лишь в том, что ее рамки для большей прочности должны быть выполнены из металлической трубки или прутка диаметром 6... 10 мм, а стрелы и пластина изолятора - более толстыми. Остальные размеры для антенны дециметрового диапазона волн должны соответствовать указанным в табл. 3. 2. В связи с тем, что полоса пропускания антенны в дециметровом диапазоне охватывает сразу несколько частотных каналов, размеры даются не для одного канала, а для группы каналов, соседних по частоте.

Трехэлементную рамочную антенну также можно использовать в диапазонах метровых волн. Размеры такой антенны для любого из 12 частотных каналов приведены в табл. 4. 6.

Таблица 4. 6 Размеры трехэлементных рамочных антенн метровых волн, мм

4-43.jpg

Рамки и верхнюю стрелу антенны метровых волн для достаточной прочности выполняют из трубки диаметром 10... 15 мм, а расстояние между концами вибраторной рамки увеличивают до 50 мм.

Как отмечалось, коэффициент усиления трехэлементной рамочной антенны указанных размеров по данным В. П. Шейко составляет 14... 15 дБ, что значительно превышает коэффициент усиления многоэлементных антенн "Волновой канал". Для сравнения напомним, что коэффициент усиления семиэлементной антенны "Волновой канал" равен 10 дБ, одиннадцатиэлементной - 12 дБ, шестнадцатиэлементной - 13, 5 дБ. Причем эти значения соответствуют точно настроенным антеннам. При изготовлении же антенн "Волновой канал" в любительских условиях без их тщательной настройки указанные значения коэффициентов усиления в лучшем случае следует уменьшить на 3 дБ. Если учесть, что трехэлементная рамочная антенна не нуждается в настройке, ее преимущества очевидны.

Большой коэффициент усиления рамочных антенн указывает на достаточно малую ширину лепестка диаграммы направленности. Поэтому такие антенны необходимо ориентировать на передатчик более тщательно. Можно рекомендовать следующий способ. Регулятором контрастности телевизора установить минимальную контрастность, при которой еще сохраняется синхронизация. Затем подстроить соответствующими регуляторами частоты строчной и кадровой разверток и вновь уменьшить контрастность до срыва синхронизации. После этого скорректировать ориентировку антенны до восстановления синхронизации. Можно вновь уменьшить контрастность и под ориентировать антенну. На равнинной местности, как правило, достаточно ориентировать антенну только по азимуту при сохранении горизонтального положения ее оси. В условиях же горной местности часто приходится также ориентировать антенну и по углу места, наклоняя ее ось, когда сигнал приходит не с линии горизонта, а с вершины какой-либо горы, являющейся его переизлучателем.

Двухэлементную антенну можно использовать на расстоянии до передатчика, примерно равном 70 % расстояния прямой видимости, а трехэлементную - вплоть до границы прямой видимости, конечно, при достаточной мощности передатчика. Если же принимается сигнал от передатчика малой мощности и даже в ближней части зоны прямой видимости, полуволновый вибратор или трехэлементная антенна "Волновой канал" не обеспечивает хорошего приема, двухэлементная рамочная антенна (а тем более трехэлементная рамочная антенна) позволит достичь увеличения уровня сигнала на входе телевизора. Иногда либо из-за удаленности от передатчика, либо из-за недостаточной мощности этого передатчика контрастность изображения на экране телевизора оказывается недостаточной, а на экране цветного телевизора получается только черно-белое изображение и получить цветное изображение не удается. В этих случаях использование рамочных антенн также позволяет получить хороший эффект.

Рис. 4.5. Двухэлементная рамочная антенна

Изображение: 

Таблица 4.5 Размеры двухэлементных рамочных антенн метровых волн, мм

Изображение: 

Таблица 4.6 Размеры трехэлементных рамочных антенн метровых волн, мм

Изображение: 

4.5. ЗИГЗАГООБРАЗНЫЕ АНТЕННЫ

4. 5. ЗИГЗАГООБРАЗНЫЕ АНТЕННЫ

4-51.jpg

Если антенны типа "Волновой канал" и рамочные узко полосные, то зигзагообразные антенны широкополосные и могут работать в широком диапазоне частот. В пределах того диапазона частот, на который рассчитана зигзагообразная антенна, она обладает сравнительно постоянными параметрами, удовлетворительно согласуется с фидером, а ее коэффициент усиления изменяется в небольшой степени. Еще одно из достоинств этих антенн - возможность легкого изготовления в домашних условиях, так как зигзагообразные антенны могут быть выполнены из подручных материалов. Впервые зигзагообразная антенна описана в радиолюбительской литературе К. П. Харченко в журнале "Радио", 1961 г., № 3, а ее разновидности многократно публиковались в последующие годы. Одна из простейших зигзагообразных антенн показана на рис. 4. 6. В качестве мачты 1 используется деревянный брусок сечением 60 х 60 мм, к которому крепятся под углом 90° две рейки 2, выполненные из деревянных брусков сечением 40 х 40 мм. Рейки необходимо врезать в мачту заподлицо, а затем скрепить с пей болтами с гайками. В верхней и нижней частях мачты к ней крепятся гвоздями или шурупами две планки 3 из листовой меди, латуни или белой жести размерами 20 х 300 мм. Еще четыре такие же планки устанавливаются на концах реек, но эти планки изолируют от реек прокладками из гетинакса. К мачте посредине между рейками крепится пластина 4 из гетинакса размерами 80 х 300 мм, а к пей -две металлические пластинки 5 в форме сегментов радиусом 340 мм, хордой 300 мм и стрелой 35 мм. Ширина просвета между пластинками в наиболее узкой части должна получиться равной 10 мм.

Полотно антенны выполняется обмоточным, монтажным проводом или антенным канатиком произвольного диаметра, который в точках изгиба припаивается к планкам 3 и пластинкам 5. Полотно образовано тремя параллельными проводами с точками питания на пластинках 5. Верхняя и нижняя планки при работе антенны оказываются в точках нулевого потенциала во всем диапазоне принимаемых волн, что позволяет не изолировать их от мачты и обойтись без ССУ при использовании в качестве фидера 75-омного коаксиального кабеля. Кабель проходит по мачте вверх до нижней планки, затем прокладывается между проводами левой части зигзага к точкам питания. Здесь оплетка кабеля припаивается к левой пластинке, а центральная жила - к правой.

Размеры, показанные на рис. 4. 6 без скобок, относятся к антенне, рассчитанной на прием телевизионного сигнала в диапазоне с первого по пятый телевизионный канал (диапазоны I и II). При этом согласование антенны с фидером характеризуется коэффициентом бегущей волны в фидере, превышающим 0, 45, что соответствует передаче мощности сигнала к телевизору не менее 85 %. Коэффициент усиления антенны по диапазону изменяется в пределах 4, 3... 7, 9 дБ с максимумом вблизи 3-го частотного канала.

Такая же антенна может быть выполнена для приема сигнала в диапазоне III (6-12-й каналы). Размеры такой антенны показаны на рисунке в скобках. Длина планок берется равной 150 мм, изоляционная пластина 4 -размерами 80 х 150 мм, а металлические пластины 5 в форме сегментов радиусом 97 мм, хордой 150 мм и стрелой 35 мм. В связи с тем, что относительная ширина этого диапазона меньше, согласование антенны с фидером получается лучше: коэффициент бегущей волны в фидере превышает 0, 65 (к телевизору передается более 96 % принятой антенной мощности сигнала). Коэффициент усиления антенны изменяется по диапазону в пределах 4, 8... 6, 9 дБ.

Антенна таких же размеров и с такими же характеристиками может быть получена, если вместо каждой из шести металлических планок установить на мачте и рейках по три ролика от электропроводки. При этом у каждой группы роликов провода полотна необходимо замкнуть между собой припайкой проволочных перемычек. Наконец, полотно антенны можно выполнить из металлической полосы шириной 120 мм (1-5-й каналы) или 70 мм (6-12-й каналы). Размеры антенны остаются прежними. Полотно этой конструкции может быть образовано из восьми полос, которые соединяются

по углам зигзага пайкой, или одной длинной полосой, которая перегибается по углам зигзага. От реек полосы по-прежнему изолируются.

Другой вариант зигзагообразной антенны показан на рис. 4. 7. Антенна представляет собой металлическое кольцо или деревянный обруч с проложенным по поверхности обруча проволочным кольцом. Проволоку можно закрепить к поверхности деревянного обруча скобками. Кольцо или

4-52.jpg

обруч крепят на деревянной мачте. В центре кольца к мачте на изоляционном основании устанавливают две полукруглые металлические пластины, выполненные из листовой меди, латуни или белой жести радиусом 50 мм. Каждую пластину соединяют с кольцом пятью лучами, расположенными под одинаковыми углами. Затем лучи соединяют между собой пятью перемычками, расположенными также на одинаковом расстоянии одна от другой. Проволочное кольцо, лучи и перемычки можно изготовить из антенного канатика или медного провода диаметром 1, 5... 3, 0 мм. Все соединения нужно тщательно пропаять. Прокладка и подключение кабеля, которое производится также без ССУ, показаны на том же рисунке.

Кольцевая зигзагообразная антенна указанных размеров способна принимать сигналы всех 12 каналов метрового диапазона волн. Антенна удовлетворительно согласуется с 75-омным коаксиальным кабелем: на каналах с третьего по двенадцатый согласование хорошее, на первом и втором - несколько хуже. Коэффициент усиления антенны плавно нарастает при увеличении номера канала примерно от 0, 5 дБ на первом канале до 11, 5 дБ на двенадцатом. Такое изменение коэффициента усиления соответствует необходимости, так как с уменьшением длины волны сигнала при постоянных напряженности поля и коэффициенте усиления антенны

напряжение сигнала на выходе антенны должно пропорционально уменьшаться.

4-53.jpg

Рассмотренные конструкции зигзагообразных антенн имеют два одинаковых лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, максимумы которых направлены перпендикулярно плоскости полотна антенны. Таким образом, эти антенны принимают сигнал как спереди, так и сзади, подобно одиночному полуволновому вибратору, что создает опасность приема помех с заднего направления. Значительно улучшить работу зигзагообразной антенны можно за счет ее усложнения добавлением рефлектора (рис. 4. 8). Рефлектор образован горизонтальными металлическими трубками, прикрепленными к мачте, а полотно антенны отодвинуто от плоскости рефлектора на некоторое расстояние А. В точках нулевого потенциала в верхней и нижней частях полотно антенны металлическими стойками крепят к мачте, которая также может быть металлической. В средней части такими же двумя стойками к мачте крепят изоляционную пластину, на которой закреплены углы полотна антенны в точках питания. Диаметр трубок рефлектора можно выбирать произвольно, а их длина Р для антенны 1-5-го каналов должна составлять 3100 мм, для антенны 6-12-го каналов 890 мм, расстояние между полотном антенны и плоскостью рефлектора А для 1-5-го каналов 600 мм, для 6-12-го каналов - 340 мм, расстояние между трубками рефлектора Б для антенны 1-5-го каналов должно быть 290 мм, для антенны 6-12-го каналов 193 мм. Размеры полотна антенны такие же, как на рис. 4. 6. Таким образом, рефлектор содержит 14 трубок. Размеры изоляционной пластины выбирают произвольно. Кабель к этой антенне прокладывают следующим образом: по мачте вверх, по нижней стойке, затем по левой части антенного полотна до точек питания. Здесь оплетку припаивают к углу левой части полотна, а центральную жилу - к углу правой части.

Диаграмма направленности этой антенны имеет только один главный лепесток, а задний практически отсутствует. Согласование антенны 1-5-го каналов с фидером получается не очень хорошим, так как для его улучшения следовало бы увеличить расстояние А, но это конструктивно сложно. У антенны 6-12-го каналов согласование значительно лучше. Коэффициент усиления антенны l-5-ro каналов плавно нарастает от 7, 8 дБ на первом канале до 14 дБ на пятом, а антенны 6-12-го каналов изменяются в меньших пределах от 7, 8 до 10 дБ.

Еще одна зигзагообразная антенна показана на рис. 4. 9. Она также содержит рефлектор и обладает такими же характеристиками, как и предыдущая, но рассчитана на вертикальную поляризацию сигнала. Рефлектор этой антенны образован металлической рамой, закрепленной на металлической мачте. К раме припаивают 15 вертикально натянутых проводов диаметром 0, 8... 1, 2 мм. Для улучшения согласования антенны с фидером ее размеры целесообразно выбирать конкретно для того частотного канала, сигнал которого будет приниматься этой антенной. При выборе размеров антенны под конкретный канал удается также получить больший коэффициент усиления антенны, чем при выполнении широкополосной антенны. Это особенно важно для антенны вертикальной поляризации, где напряженность поля обычно бывает меньше, чем при горизонтальной поляризации. Размеры антенны, показанной на рис. 4. 9, приведены в табл. 4. 7.

Таблица 4. 7 Размеры зигзазообразной антенны с рефлектором, мм

4-54.jpg

Если полотно антенны выполнено из металлической трубки диаметром 8... 16 мм для 1-5-го каналов и 4... 8 мм для 6-12-го каналов, по данным К. П. Харченко коэффициент усиления антенны составляет 9 дБ.

Сравнение зигзагообразных антенн с рамочными позволяет сделать следующие выводы. Конструктивно зигзагообразные антенны проще, легко могут быть изготовлены в домашних условиях из подручных материалов и не нуждаются в согласующем устройстве. Основное достоинство зигзагообразных антенн в том, что они могут быть выполнены широкополосными для использования там, где возможен прием нескольких телевизионных программ. Однако рамочные антенны имеют значительно меньшие габариты и при сравнимых размерах более эффективны.

Рис. 4.6. Проволочная зигзагообразная антенна

Изображение: 

Рис. 4.7-4.8. Кольцевая зигзагообразная антенна и зигзагообразная антенна с рефлектором

Изображение: 

Рис. 4.9. Зигзагообразная антенна с рефлектором

Изображение: 

Таблица 4.7 Размеры зигзазообразной антенны с рефлектором, мм

Изображение: 

4.6. АНТЕННЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ

4.6. АНТЕННЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ

Антеннами бегущей волны принято называть направленные антенны, вдоль геометрической оси которых распространяется бегущая волна принимаемого сигнала. Обычно антенна бегущей волны состоит из собирательной линии, к которой подключено несколько вибраторов, расположенных на одинаковом расстоянии один от другого. Наведенные электромагнитным полем ЭДС в вибраторах складываются в собирательной линии в фазе и поступают в фидер. Коэффициент усиления антенны бегущей волны определяется длиной собирательной линии и пропорционален отношению этой длины к длине волны принимаемого сигнала. Кроме того, коэффициент усиления антенны зависит от направленных свойств вибраторов, подключенных к собирательной линии. Хотя по определению к антеннам бегущей волны должны относиться и такие антенны, как антенны типа "Волновой канал", однако обычно их выделяют в отдельную группу. У

антенны "Волновой канал" один вибратор активный, остальные - пассивные, лишь переизлучающие принятую ими энергию сигнала, которая частично аккумулируется активным вибратором. У антенны бегущей волны все вибраторы активные, принятая ими энергия сигнала передается в собирательную линию. Если антенны "Волновой канал" являются узкополосными и способны эффективно принимать сигнал только по одному определенному частотному каналу, которому соответствуют их размеры, то антенны бегущей волны широкополосные и совершенно не нуждаются в настройке.

Одна из возможных конструкций телевизионных антенн бегущей волны, предложенная В.Д. Кузнецовым, показана на рис. 4.10. Собирательная линия образована двумя металлическими трубками диаметром 22...30 мм и

4-61.jpg

представляет собой двухпроводную линию переменного волнового сопротивления. Для этого она выполнена расходящейся под небольшим углом, что обеспечивается установкой небольших изоляционных пластинок из оргстекла между трубками собирательной линии у ее концов и в середине. К каждой из трубок собирательной линии под углом 60° присоединены трубки такого же диаметра, которые образуют шесть вибраторов, согнутых под углом 120°. Такие вибраторы обеспечивают значительное уменьшение заднего лепестка диаграммы направленности антенны, благодаря чему в большей части рабочего диапазона КЗД антенны оказывается не менее 14 дБ. Трубки собирательной линии скреплены между собой расположенными сверху и снизу пластинами из изоляционного материала, средняя из которых используется для укрепления антенны на мачте.

Фидер подключают к антенне с помощью короткозамкнутого шлейфа.

образованного двумя металлическими трубками с перемычкой в нижней части. Фидер в виде 75-омного кабеля входит внутрь левой трубки шлейфа снизу. К его концу подключен отрезок 50-омного кабеля, который служит трансформатором. Другой конец этого отрезка кабеля выходит через верхний конец левой трубки шлейфа. Здесь оплетка кабеля припаивается к левой трубке шлейфа, а центральная жила - к правой. Длина шлейфа 1100 мм и трансформатора 700 мм выбраны так, что в диапазоне l-5-ro каналов они соответствуют примерно 1/4 длины волны, а в диапазоне 6-12-го каналов - 3/4 длины волны, если брать среднюю длину волны этих диапазонов. Это обеспечивает приемлемое согласование антенны с фидером. Диаметр трубок, из которых выполнен короткозамкнутый шлейф, может быть произвольным. Антенна является 12-канальной с коэффициентом усиления на 1-2-м каналах 3,5 дБ, на 3-5-м каналах 4,6 дБ и на 6-12-м каналах 8 дБ.

Рис. 4.10. Антенна бегущей волны

Изображение: 

4.7. ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ

4.7. ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ

4-71.jpg

Направленные свойства большинства антенн изменяются при изменении длины волны принимаемого сигнала. У узкополосных антенн резко падает коэффициент усиления, а у широкополосных его изменение носит монотонный характер. Один из типов антенн с неизменной формой диаграммы направленности в широком диапазоне частот - антенны с логарифмической периодичностью структуры ЛПА. Эти антенны отличаются широким диапазоном: отношение максимальной длины волны принимаемого сигнала к минимальной превосходит десять. Во всем диапазоне обеспечивается хорошее согласование антенны с фидером, а коэффициент усиления практически остается постоянным.

Внешний вид ЛПА показан на рис. 4.11,а. Она образована собирательной линией в виде двух труб, расположенных одна над другой, к которым крепятся плечи вибраторов поочередно через один. Схематически такая антенна показана на рис. 4.11,6. Сплошными линиями изображены плечи вибраторов, соединенные с верхней трубой собирательной линии, а штриховой линией - соединенные с нижней трубой. Рабочая полоса частот антенны со стороны наибольших длин волн зависит от размеров наиболее длинного вибратора В1, а со стороны наименьших длин волн - от размера, наиболее короткого вибратора. Вибраторы вписаны в равнобедренный треугольник с углом при вершине а и основанием, равным наибольшему вибратору. Для логарифмической структуры полотна антенны должно быть выполнено определенное соотношение между длинами соседних вибраторов, а также между расстояниями от них до вершины структуры. Это соотношение носит название периода структуры т:

4-72.jpg

Таким образом, размеры вибраторов и расстояния до них от вершины треугольника уменьшаются в геометрической прогрессии. Характеристики антенны определяются периодом структуры и углом при вершине описанного треугольника. Чем меньше угол а и чем больше период структуры т (который всегда остается меньше единицы), тем больше коэффициент усиления антенны и меньше уровень заднего и боковых лепестков диаграммы направленности. Однако при этом увеличивается число вибраторов структуры, растут габариты и масса антенны. Поэтому при выборе угла и периода структуры приходится принимать компромиссное решение. Наиболее часто угол а выбирают в пределах 30... 60°, а период структуры т -в пределах 0, 7... 0, 9.

Подключение фидера к ЛПА, показанной на рис. 4. 11, а, производится без специального симметрирующего и согласующего устройства следующим образом. Кабель с волновым сопротивлением 75 Ом вводится внутрь нижней трубы с конца А и выходит у конца Б. Здесь оплетка кабеля припаивается к концу нижней трубы, а центральная жила - концу верхней трубы. В зависимости от длины волны принимаемого сигнала в структуре антенны возбуждаются несколько вибраторов, размеры которых наиболее близки к половине длины волны сигнала. Поэтому ЛПА по принципу действия напоминает несколько антенн "Волновой канал", соединенных вместе, каждая из которых содержит вибратор, рефлектор и директор. На данной длине волны сигнала возбуждается только одна тройка вибраторов, а остальные настолько расстроены, что не оказывают влияния на работу антенны. Это приводит к тому, что коэффициент усиления ЛПА оказывается меньше, чем коэффициент усиления антенны "Волновой канал" с таким же числом элементов, но зато полоса пропускания получается значительно шире.

Как видно из приведенных конструкций антенн бегущей волны и логопериодических, для достижения широкополосности используется принцип взаимной расстройки элементов антенны подобно тому, как в широкополосных усилителях расширение полосы пропускания достигается взаимной расстройкой контуров. Как для усилителей, так и для антенн можно считать общим принципом постоянство для данной конструкции произведения коэффициента усиления на полосу пропускания. Чем шире полоса пропускания, тем меньше коэффициент усиления при данных габаритах антенны.

В радиолюбительской литературе проводилось много различных вариантов ЛПА. Здесь можно предложить конструкцию ЛПА, рассчитанной на работу в диапазоне 12-метровых каналов, размеры которой сведены в табл. 4. 8.

Таблица 4. 8 Размеры 12-канальной ЛПА, мм

4-73.jpg

В таблице приводится длина В каждого вибратора в соответствии с рис. 4. 11, 6, а также расстояние от данного вибратора до следующего - А. Собирательная линия образована двумя трубами диаметром 30 мм при расстоянии между осевыми линиями труб 45 мм. Антенна содержит 10 вибраторов (20 половинок), которые выполнены из трубок диаметром 8... 15 мм. Расчет антенны проведен, исходя из значении угла при вершине описанного треугольника а = 45° и периода структуры т = 0, 84. Расчетный коэффициент усиления антенны составляет 6 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала на выходе этой антенны в 2 раза по сравнению с полуволновым вибратором. Коэффициент усиления практически не изменяется по диапазону. Длина труб собирательной линий составляет 2900 мм. Трубы немного выступают за точки установки самых коротких полувибраторов. Для обеспечения параллельности труб собирательной линии и их стяжки используют три пары брусков из оргстекла высотой 120 мм, шириной 50 мм и толщиной 25 мм, в которых делаются полуцилиндрические проточки глубиной 14 мм на расстоянии, соответствующем расстоянию между трубами. Каждая пара брусков стягивается винтами с гайками. Среднюю пару этих брусков устанавливают в центре тяжести антенны и крепят к мачте.

Антенна приведенной выше конструкции является плоской. Существуют также объемные конструкции логопериодических антенн, которые характеризуются тем, что трубы собирательной линии не параллельны, а разведены под некоторым углом. Вместо жестких вибраторов полотно антенны может быть выполнено из провода или антенного канатика. Описание конструкций двух таких антенн приводилось в журнале "Радио", 1960 г., № 8, а описание плоской упрощенной проволочной ЛПА - в журнале "Радио", 1963 г., № 5.

Но самая простая логопериодическая антенна может быть быстро выполнена из подручных материалов. Такая антенна показана на рис. 4. 12 и рассчитана на прием телевизионных передач дециметрового диапазона с 24-го по 51-й канал. Несущая конструкция треугольной формы собирается из деревянных брусков квадратного сечения 15х15 мм. Бруски скрепляются между собой треугольными фанерными косынками, прибитыми к брускам с одной стороны треугольника гвоздиками. С другой стороны в бруски 1 и 2 вбиваются гвоздики на расстояниях от точки А, указанных на рисунке. Полотно антенны образуют два куска медного провода 6 диаметром 1-1, 5 мм. Один кусок прямой формы прокладывается по бруску 4 до точки А, а второй, огибая гвоздики зигзагом, припаивается к прямому проводу в точке А и на пересечениях с ним. К вершине треугольника гвоздиками прибивается диск 5 из белой жести диаметром 40 мм с маленьким отверстием в центре. Антенна крепится к мачте из дерева или металла в центре тяжести, лежит в горизонтальной плоскости и вершиной треуголь-

4-74.jpg

Рис. 4. 12. Логопериодическая антенна ДМВ

ника направлена на передатчик. Полотно антенны располагается на верхней поверхности треугольника. Телевизионный кабель поднимается по мачте, подходит к середине бруска 3, подвязывается к бруску 4 по его нижней поверхности капроновой леской. В вершине треугольника оплетка кабеля припаивается к точке А, а центральная жила - к центру диска.

Антенну можно выполнить комнатной или наружной. В комнатном варианте вместо мачты применяется вертикальная стойка на тяжелой подставке. Антенну в комнате необходимо тщательно ориентировать и подобрать место установки, так как часто, сдвигая антенну, удается значительно улучшить изображение. На равнинной местности такая наружная антенна обеспечивает уверенный прием телепередач на расстоянии до 30 км от телецентра, хотя имеются сообщения телезрителей, принимающих этой антенной дециметровые программы Останкинского телецентра на расстоянии 80 км при хорошем качестве изображения.

Период структуры

Изображение: 

Рис. 4.11. Логопериодическая антенна

Изображение: 

Рис. 4.12. Логопериодическая антенна ДМВ

Изображение: 

Таблица 4.8 Размеры 12-канальной логопериодической антенны, мм

Изображение: 

4.8. АНТЕННЫ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

4. 8. АНТЕННЫ ВЕРТИКАЛЬНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ

В нашей стране и в большинстве других стран мира для телевизионного вещания принята горизонтальная поляризация излучаемых радиоволн. Поляризация излучаемой волны определяется положением передающей антенны, так как направление электрических силовых линий электромагнитного поля (вектор Е) совпадает с направлением тока в передающей антенне. В свободном пространстве один вид поляризации не имеет каких-либо преимуществ перед другим, они равноценны. Реальные же условия распространения электромагнитных волн горизонтальной или вертикальной поляризации оказываются не одинаковыми. При горизонтальной поляризации радиоволны легче преодолевают препятствия и проникают за линию горизонта за счет дифракции. Это приводит к увеличению радиуса уверенного приема сигнала. В условиях городской застройки, изобилующей вертикальными отражающими объектами в виде стен зданий, металлических и железобетонных столбов, водосточных труб, пожарных лестниц,

деревьев, сигналы горизонтальной поляризации претерпевают меньше отражении, вызывающих повторы на экранах телевизоров. Системы зажигания двигателей внутреннего сгорания автомототранспорта создают помехи с преобладанием вертикально поляризованной составляющей. Да и конструкции антенн для приема сигнала с горизонтальной поляризацией оказываются проще.

Тем не менее в последние годы все чаще вводят в строй телевизионные ретрансляторы, излучающие сигнал с вертикальной поляризацией. Это связано с тем, что для многопрограммного телевизионного вещания выделенных диапазонов частот уже не хватает, так как во избежание взаимных помех передатчики, работающие на одинаковых частотных каналах, должны располагаться один от другого на значительном расстоянии, около 500 км. Тогда, находясь в зоне уверенного приема одного передатчика, окажется невозможен прием помехи, создаваемой другим. Если же второй передатчик будет излучать сигнал другого вида поляризации, это расстояние можно значительно сократить. Ведь антенна горизонтальной поляризации принимает сигнал с вертикальной поляризацией во много раз слабее.

В принципе, любая антенна, рассчитанная на горизонтальную поляризацию сигнала, может принимать вертикально поляризованный сигнал, если эту антенну повернуть на 90° вокруг воображаемой оси, представляющей собой направление на передатчик. Так, вибраторы антенн "Волновой канал" для горизонтальной поляризации сигнала должны располагаться горизонтально. Для приема же сигнала с вертикальной поляризацией достаточно повернуть антенну так, чтобы ее вибраторы заняли вертикальное положение.

Трудности при приеме сигнала с вертикальной поляризацией состоят в том, что вблизи антенны в этом случае не должно находиться вертикально расположенных проводящих предметов. Поэтому, например, мачта, которая может быть металлической для антенны горизонтальной поляризации, в случае установки антенны вертикальной поляризации должна быть выполнена из хорошего диэлектрика, по крайней мере, если не вся мачта, то ее верхняя часть размером не менее длины волны принимаемого канала. Другой способ - установка антенны вертикальной поляризации на Г-образной опоре, что обеспечивает удаление антенны от вертикальной мачты. Фидер, симметрирующее и согласующее устройство поблизости от антенны также не должны быть расположены вертикально.

4.9. АНТЕННЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

4.9. АНТЕННЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Некоторые заводы нашей промышленности выпускают телевизионные антенны коллективного и индивидуального пользования. Телевизионные антенны коллективного пользования в розничную продажу не поступают, а продаются оптом предприятиям, которые занимаются установкой этих антенн на крышах зданий жилого и общественного фонда, а также монтажом антенных распределительных систем. Заявки на установку коллективных антенн подаются владельцам зданий. Коллективные антенны устанавливают только в зоне уверенного приема телевизионной передачи. В зависимости от напряженности поля в точке приема и от числа абонентов коллективной антенны ее комплектуют специальным усилительным устрой

ством для того, чтобы обеспечить достаточно высокий уровень напряжения сигнала в магистрали, к которой подключены абонентские отводы. Это необходимо в связи с тем, что во избежание взаимных помех между телевизионными приемниками каждый абонентский отвод должен иметь слабую связь с магистралью коллективной антенны. Конструкции коллективных антенн могут быть рассчитаны на прием одной или нескольких программ в зависимости от того, сколько программ можно принимать в данной местности.

Телевизионные антенны индивидуального пользования поступают в розничную продажу в магазины радиотоваров или культтоваров. Там же можно приобрести коаксиальный кабель. В комплект наружной индивидуальной антенны обязательно входят руководство по эксплуатации и описание антенны с инструкцией по ее монтажу, включающее порядок сборки, установки и ориентирования антенны, рекомендации по срокам профилактических осмотров и ремонтов, а также указания по безопасности. В комплект может также входить опора (мачта) для установки антенны на крыше здания и коаксиальный кабель с номинальным значением волнового сопротивления 75 Ом длиной 15... 25 м.

Наружные антенны коллективного и индивидуального пользования выпускают в соответствии с действующим стандартом ГОСТ 11289-80 "Антенны телевизионные приемные. Типы, основные параметры и общие технические требования". Условное обозначение всех антенн начинается с букв AT - антенна телевизионная. В обозначении наружных антенн третья буква указывает назначение антенны: К - коллективная или И - индивидуальная. Четвертая буква указывает исполнение антенны: Г - для горизонтальной поляризации сигнала или В - для вертикальной поляризации. Если в обозначение входят буквы Г(В), это означает, что данная антенна пригодна для приема сигнала как с горизонтальной поляризацией, так и с вертикальной, если ее повернуть при установке на 90° относительно указанного в инструкции положения. Иногда в инструкции приводится рисунок, показывающий, как должна быть установлена такая антенна при той или другой поляризации. Далее через тире следует группа цифр: первая цифра указывает тип антенны, вторая - категорию сложности условий приема, третья - номер частотного канала, в полосе которого работает антенна, четвертая -порядковый номер разработки. Антенны подразделяют на 7 типов в зависимости от числа принимаемых радиоканалов или диапазонов частот:

1 - одноканальные антенны, работающие в полосе частот одного телевизионного канала, расположенного в I, II или III диапазоне частот; 2 - многоканальные антенны, работающие в полосах частот двух или нескольких каналов; 3 - широкополосные антенны, работающие в I и II диапазонах частот; 4 - широкополосные антенны, работающие в III диапазоне частот; 5 - широкополосные антенны, работающие в IV и IV диапазонах частот; 6 - широкополосные антенны, работающие в I-III диапазонах частот; 7 - широкополосные антенны, работающие во всех диапазонах. Условия приема делятся на три категории сложности: 1 -наиболее легкая, 2 - средней степени сложности и 3 - наиболее сложная. Конструкция и электрические параметры антенны соответствуют степени сложности приема. ГОСТ регламентирует значения коэффициента усиления и КЗД для каждого типа антенны и для каждой категории приема раздельно

для коллективных и индивидуальных антенн. Требования к индивидуальным антеннам ниже, значения коэффициента усиления для индивидуальных антенн категории приема 1 не нормированы. Согласно этим требованиям наибольшим усилением должны обладать индивидуальные антенны типа 1 для категории приема 3: в диапазонах I и II - не менее 6, 5 дБ, в диапазоне III - не менее 9, 5 дБ.

В связи с тем, что индивидуальные телевизионные антенны промышленного изготовления обладают сравнительно небольшим коэффициентом усиления, их можно использовать только в зоне прямой видимости, но не далее чем на расстоянии, составляющем примерно 70 % расстояния, соответствующего границе прямой видимости. Для уверенного приема телевизионных передач в дальней части зоны прямой видимости и в зоне полутени антенны промышленного изготовления непригодны из-за недостаточного коэффициента усиления. В этих условиях любители дальнего приема телевидения используют самодельные антенны с повышенным коэффициентом усиления.

Рассмотрим еще одну антенну промышленного изготовления, которая была разработана до введения ГОСТ 11289-80, поэтому ее обозначение отличается от установленного этим стандартом, - АТВК-7/6-12 (антенна телевизионная "Волновой канал" семиэлементная, рассчитанная на прием передач в диапазоне 6-12-го каналов). Внешний вид антенны и ее размеры показаны на рис. 4. 13. Антенна содержит широкополосный петлевой

4-91.jpg

Рис. 4. 13. Антенна типа АТВК-7/6-12

вибратор из трех параллельных трубок, рефлектор и четыре директора. Конструкция вибратора расширяет полосу пропускания антенны, а также увеличивает ее входное сопротивление, что благотворно сказывается на согласовании антенны с фидером. Сдвоенный рефлектор значительно увеличивает КЗД антенны. Фидер подключается к концам вибратора с

помощью симметрирующей петли длиной 480 мм. Коэффициент усиления этой антенны во всем диапазоне частот оказывается не менее 8 дБ, неравномерность коэффициента усиления по диапазону не превышает 1, 6 дБ. Коэффициент защитного действия антенны не менее 30 дБ. Согласование антенны с фидером характеризуется коэффициентом бегущей волны в фидере, который находится в пределах 0, 7... 0, 8, что соответствует передаче мощности сигнала, принятого антенной, в фидер не менее 97 %. Антенну АТВК-7/6-12 широко используют в качестве коллективной в тех случаях, когда имеется возможность приема нескольких телевизионных программ, которые передаются в диапазоне III, т. е. на каналах с шестого по двенадцатый. Антенну можно также использовать и в качестве индивидуальной в аналогичных условиях приема.

4-92.jpg

Наконец, необходимо рассмотреть широкополосную 12-канальную антенну ТАИ-12, показанную на рис. 4. 14, которая представляет собой веерный вибратор с симметрирующим коротко замкнутым мостиком. Плечи вибратора образованы парами металлических трубок, расположенных одна относительно другой под углом 40°. Если бы оба плеча вибратора лежали в одной плоскости, антенна принимала бы сигналы с двух противоположных направлений, перпендикулярных плоскости антенны. Кроме того, из-за того, что полная длина вибратора на 6-12 каналах превышает длину волны этих каналов, происходило бы раздвоение главного лепестка диаграммы направленности с образованием боковых лепестков. Это привело бы к ослаблению сигнала, поступающего с главного направления, и к увеличению помех с других направлений. Для устранения этих явлений плечи веерного вибратора поворачиваются в направлении на передатчик так, чтобы при виде сверху они образовали угол в 120°. Фидер из 75-омного кабеля заводится внутрь одной из трубок мостика и подключается к точкам питания вибратора через трансформатор, выполненный из отрезка коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 92 Ома длиной 700 мм для улучшения согласования. В нижней части трубки мостика замыкаются между собой металлической перемычкой, передвигая которую, добиваются лучшего приема.

На каналах с первого по пятый веерный вибратор аналогичен простейшему полуволновому вибратору, а на каналах с шестого по двенадцатый его коэффициент усиления составляет около 1, 5 дБ.

Простота конструкции антенны ТАИ-12 допускает ее изготовление самостоятельно. Трубки веерного вибратора и мостика с наружным диаметром в пределах от 15 до 20 мм могут быть из любого металла, но предпочтительнее использовать медь или латунь, которые легче подвергаются пайке. Антенна устанавливается на деревянной или металлической мачте и крепится к ней за правую трубку мостика хомутиками. При этом мачта не должна находиться между трубками мостика. Самодельную антенну можно выполнить без трансформатора: 75-омный кабель фидера пропускается внутри правой трубки мостика доверху, где оплетка кабеля припаивается к правой трубке мостика, а центральная жила - к левой.

Антенна "ТАИ-12"

Изображение: 

Рис. 4.13. Антенна типа АТВК-7/6-12

Изображение: 

4.10. УСТАНОВКА НАРУЖНЫХ АНТЕНН

4.10. УСТАНОВКА НАРУЖНЫХ АНТЕНН

При установке наружных антенн необходимо неукоснительно соблюдать меры техники безопасности. Люди, устанавливающие антенны, должны быть обучены приемам освобождения человека, попавшего под напряжение, уметь практически применять приемы искусственного дыхания, оказывать первую помощь при несчастных случаях. При наличии ограждении на крутых (более 30°) крышах необходимо проверять прочность этих ограждений. Выход на такие крыши разрешается в галошах или резиновых сапогах с надетыми предохранительными поясами с прочной веревкой, закрепленной одним концом к поясу, а другим - к прочным стропилам. При этом обязательно наличие на чердаке второго человека, который должен страховать находящегося на крыше поддержанием веревки в натянутом состоянии и при и необходимости оказать ему немедленную помощь. Выход на крыши, не имеющие ограждений, без предохранительных поясов и страховочных веревок запрещается. Выход на некрутые крыши, имеющие ограждения, допускается без предохранительных поясов в резиновой обуви. Такая обувь необходима по двум причинам: если крыша металлическая, резиновая обувь предохранит от поражения электрическим током при случайном прикосновении к токонесущим проводам, а также от скольжения по любой наклонной кровле. Работа на крышах во время грозы, при сильном ветре или морозе запрещена.

При работах на чердаках запрещается пользоваться открытым огнем (спичками, свечами) и курить. При необходимости освещения следует использовать переносные электролампы или электрические фонари.

При использовании лестниц и стремянок каждый раз перед работой необходимо проверять их прочность и исправность. Все металлические и деревянные лестницы должны иметь на концах брусьев резиновые башмаки. Длина лестницы должна быть такой, чтобы работающий мог стоять не выше третьей ступеньки, считая сверху. При работе на лестнице или стремянке необходимо следить, чтобы под ними не было людей. Вести работу, стоя вдвоем на одной лестнице, запрещено.

Питание электроинструмента и переносных ламп пониженного напряжения должно осуществляться через понижающий трансформатор с заземленными корпусом и вторичной обмоткой. Использование автотрансформаторов не допускается. Корпус электроинструмента, работающего при напряжении выше 36 В, должен быть заземлен. Заземление допускается выполнять подключением к зачищенным поверхностям труб водопроводной сети и к

металлическим конструкциям лифтов. Подключение заземления к трубам газовой сети категорически запрещается.

При выборе места установки антенны на крыше необходимо избегать близости дымовых и вентиляционных труб, так как выходящие газы оказывают разрушающее действие на металл антенны. Мачта антенны должна быть расположена на скате крыши, обращенном к двору, а не к улице. Место установки антенны должно быть выбрано так, чтобы при случайном падении антенны мачта не коснулась проводов электросети, радиотрансляции или телефона.

4-101.jpg

Антенну на крыше рекомендуется устанавливать так, как показано на рис. 4. 15 с использованием подпятника и шарнирного соединения с ним мачты. Подпятник и опоры оттяжек крепят через кровлю к стропилам. Оттяжки винтовыми стяжными устройствами крепят к кольцу, установленному на уступе мачты. Это позволяет поворачивать антенну при ее ориентировании. Для этого мачту выполняют составной, чтобы верхнюю часть можно было бы вращать внутри нижней, а после ориентирования закреплять в установленном положении.

Шарнирное соединение антенной мачты с подпятником позволяет легко поднять мачту на крыше, как это показано на рис. 4. 16. После

4-102.jpg

Рис. 4. 16. Подъем мачты с антенной

установки мачты в вертикальное положение ее предварительно крепят оттяжками, а затем их натягивают стяжными устройствами при контроле вертикального положения мачты.

В сельской местности мачту антенны можно устанавливать непосредственно на земле вблизи от дома. При этом мачта обычно имеет значительную высоту и массу, что сильно затрудняет ее подъем. В этом случае также удобно использовать подобие шарнира. Мачту укладывают на землю так, чтобы ее нижний конец находился в точке установки. Если мачта

металлическая, к этому концу приваривается кусок трубы перпендикулярно мачте. При деревянной мачте к ней скобками крепят круглое полено и четыре оттяжки, две из них в натянутом состоянии крепят к металлическим штырям, забитым в землю с противоположных сторон от точки установки мачты. Эти штыри должны располагаться на одной прямой линии с точкой установки мачты в направлении, совпадающем с направлением приваренной к мачте трубы или прибитного полена. Эти две оттяжки будут препятствовать мачте валиться вбок при ее подъеме. После этого за одну из свободных оттяжек с помощью стрелы мачту поднимают, вращая вокруг опоры. Придерживая мачту за вторую свободную оттяжку, ее предохраняют от падения в противоположную сторону. Чтобы опора не смещалась при подъеме мачты в направлении приложения силы, ее фиксируют двумя колышками, забитыми в землю. При подъеме тяжелой мачты для тяги можно использовать трактор.

При установке антенны на высокой мачте в сельской местности необходима ее грозозащита, иначе имеется опасность поражения молнией антенны и телевизионного приемника, а иногда и людей. Если элементы антенны гальванически соединены между собой и с металлической мачтой, для грозозащиты достаточно надежно заземлить мачту у ее основания. Для этого рядом с мачтой выкапывается узкая траншея глубиной 0, 5... 0, 8 м и длиной 2... 3 м. В траншее забиваются в землю штыри длиной не менее 1, 5 м, изготовленные из стальной трубы. Мачта соединяется со штырями стальной полосой толщиной не менее 2 мм с помощью сварки. После этого в траншею засыпается несколько килограммов поваренной соли, наливается ведро воды, а затем траншея закапывается.

При деревянной мачте для соединения антенны с заземлением можно использовать оплетку коаксиального кабеля, который служит фидером. При этом необходимо проверить, соединена ли оплетка кабеля с элементами антенны, так как в некоторых конструкциях такое соединение отсутствует. Так, при использовании полуволновой симметрирующей петли или U-колена оплетку фидера можно соединить с точкой нулевого потенциала петлевого вибратора. Надежней все же вместо использования оплетки кабеля проложить вдоль мачты отдельную медную шину, заземлив ее с одной стороны и соединив со стрелой антенны. Если используется диэлектрическая стрела антенны, элементы антенны нужно специально соединить между собой в точках нулевого потенциала.

Лучшая грозозащита осуществляется установкой на вершине мачты металлического вертикально расположенного заостренного штыря такой длины, чтобы его острие располагалось хотя бы на 1, 5 м выше антенны.

Рис. 4.15. Установка антенны на крыше

Изображение: 

Рис. 4.16. Подъем мачты с антенной

Изображение: 

5. Наружные антенны для дальнего приема.

5.1. ОСОБЕННОСТИ ДАЛЬНЕГО ПРИЕМА

5.1. ОСОБЕННОСТИ ДАЛЬНЕГО ПРИЕМА

Основная особенность дальнего приема телевизионных передач состоит в низком уровне напряженности поля принимаемого сигнала из-за большого расстояния между передающей и приемной антеннами в дальней части зоны прямой видимости и из-за затенения поверхностью земли за границей зоны прямой видимости - в зоне полутени. По мере удаления от передатчика напряженность поля монотонно уменьшается, но в зоне полутени это уменьшение становится более резким. В зоне прямой видимости увеличение расстояния от передатчика сопровождается уменьшением плотности потока мощности сигнала (уменьшается густота силовых линий поля) просто хотя бы потому, что увеличивается длина окружности с увеличением ее радиуса. За границей зоны прямой видимости напряженность поля определяется почти исключительно дифракцией и нормальной рефракцией радиоволн.

Другая особенность дальнего приема заключается в наличии помех от других телевизионных передатчиков, работающих на том же или на соседнем частотном канале. Для ослабления таких помех действующими нормами установлены минимальные расстояния между передатчиками:

около 500 км между передатчиками, работающими на одинаковых каналах, и около 300 км между передатчиками, работающими на соседних по частоте каналах. Тем не менее в условиях дальнего приема такие помехи имеют место и приходится использовать специальные меры для их ослабления.

В условиях дальнего приема сильное влияние на уровень напряженности поля оказывает погода. В случае тумана, дождя или снега резко увеличивается поглощение энергии сигнала в пространстве, особенно в диапазоне дециметровых волн, и прием иногда вообще становится невозможен.

Важное значение имеет поверхность на трассе, над которой распространяется сигнал. Сплошные и протяженные леса ухудшают условия распространения, над равниной, болотами и особенно над морем сигнал распространяется лучше. Очень плохими оказываются условия приема телевизионных передач в горных условиях, где границы зоны прямой видимости не зависят от расстояния до передатчика, а целиком определяются местным рельефом. Естественно, что и на равнинной местности встречаются холмы и долины. При этом даже на сравнительно близком расстоянии от передатчика, когда пункт приема расположен в долине, напряженность поля может оказаться достаточно низкой. Поэтому нельзя ориентироваться исключительно на расстояние до телецентра или ретранслятора, а следует учитывать рельеф местности.

Одна из особенностей дальнего приема - наличие замираний сигнала, т. е. регулярных изменений напряженности поля. В зоне полутени, где уровень напряженности поля сильно зависит от нормальной рефракции,

наблюдаются суточные и сезонные изменения напряженности поля. При ясной погоде в дневное время рефракция радиоволн возрастает, и напряженность поля увеличивается. Как правило, напряженность поля увеличивается также летом. Такие медленные замирания особенно заметны на высокочастотных каналах: в диапазоне 6-12-го каналов и в дециметровом диапазоне. Помимо медленных наблюдаются также и быстрые замирания, период которых не превышает часа. Такие замирания связаны с наличием местных возмущении атмосферы на трассе при порывах ветра, наличием отдельных облаков или, наоборот, просветов в сплошной облачности. Быстрые замирания в условиях дальнего приема бывают достаточно глубокими, порой напряженность поля может изменяться в десятки раз.

Низкий уровень напряженности поля сигнала в условиях дальнего приема телевизионных передач диктует необходимость установки высокоэффективной антенны с большим коэффициентом усиления, так как напряжение принимаемого сигнала на выходе антенны определяется произведением напряженности поля на коэффициент усиления антенны. В связи с тем, что радиус зоны прямой видимости определяется высотой расположения приемной антенны, в дальней части зоны прямой видимости и в зоне полутени напряженность поля в точке приема зависит от высоты расположения антенны, причем зависимость эта оказывается примерно пропорциональной: при увеличении высоты антенной мачты вдвое напряженность поля также увеличивается в 2 раза. Поэтому всегда целесообразно использовать антенную мачту максимально возможной высоты. Установка приемной антенны с большим коэффициентом усиления на высокой мачте обеспечит увеличение напряжения сигнала на выходе антенны как при устойчивом уровне напряженности поля, так и в условиях замираний.

Для борьбы с замираниями сигнала все радиоприемники, радиовещательные и телевизионные, снабжаются системой автоматической регулировки усиления АРУ, которая уменьшает усиление приемного тракта при увеличении сигнала на входе и увеличивает усиление при его уменьшении. Однако система АРУ способна противостоять замираниям только в тех случаях, когда минимальный сигнал оказывается все-таки больше порога чувствительности приемника. Такой уровень напряжения сигнала на входе телевизионного приемника и должна обеспечить используемая антенна.

5.2. МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЕ АНТЕННЫ "ВОЛНОВОЙ КАНАЛ"

5.2. МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЕ АНТЕННЫ "ВОЛНОВОЙ КАНАЛ"

Ранее уже были рассмотрены достоинства и недостатки многоэлементных антенн типа "Волновой канал" и в любительских условиях не рекомендовалось заниматься изготовлением таких антенн. В условиях дальнего приема допустимо использование многоэлементных антенн "Волновой канал" промышленного производства. Тогда есть вероятность того, что антенна настроена заводом-изготовителем.

В радиолюбительской литературе часто публикуются описания конструкций самодельных многоэлементных антенн "Волновой канал", приводятся их коэффициенты усиления и рекомендуются такие антенны для использования в условиях дальнего приема. Не подвергая сомнениям результаты, полученные авторами этих конструкций, хотелось бы заме

тить, что оценка пригодности той или иной конкретной конструкции антенны может быть сделана только при многократном повторении этой конструкции, а не по единичному результату. Отклики же радиолюбителей, которые пытались изготовить и установить подобные антенны, в большинстве случаев оказываются отрицательными, что свидетельствует о плохой повторяемости этих конструкций антенн. Кроме того, необходимо учесть, что отнюдь не все эксперименты по созданию многоэлементных антенн заканчиваются соответствующими публикациями. Естественно, что в тех случаях, когда получались плохие результаты, они не находили отражения в литературе. В то же время по многочисленным откликам повторяемость рамочных антенн оказывается очень высокой, да и коэффициент усиления этих антенн значительно больше. Это и вынуждает рекомендовать в условиях дальнего приема применение рамочных антенн вместо антенн "Волновой канал".

5.3. МИФЫ О "ЧУДЕСНЫХ" АНТЕННАХ

5.3. МИФЫ О "ЧУДЕСНЫХ" АНТЕННАХ

Телевизионные антенны, предназначенные для дальнего приема передач, как правило, отличаются большими габаритами и сравнительно сложной конструкцией. Особенно большие габариты имеют антенны, рассчитанные на прием сигнала по первому и второму частотным каналам, которые являются самыми длинноволновыми в диапазоне, отведенном для телевидения. Поэтому каждый любитель дальнего приема телевизионных программ стремится найти такую конструкцию антенны, которая обладала бы большим коэффициентом усиления и в то же время имела минимальные габариты и простейшую конструкцию. Подобные требования противоречивы и не могут быть выполнены, так как в природе за все приходится "платить": в данном случае за увеличение коэффициента усиления приходится платить увеличением габаритов антенны. Кроме того, возникает естественное возражение: если бы можно было создать такую антенну, кто бы стал строить крупногабаритные антенны?

Тем не менее некорректный спрос рождает соответствующие предложения. Поэтому время от времени в периодической литературе появляются статьи с описаниями чудодейственных антенн, позволяющих получить уверенный прием телевизионных передач на очень больших расстояниях от телецентра при малых размерах и простой конструкции антенн. Некоторые конструкции таких антенн содержат жидкую ртуть или металлические опилки. Подобные сообщения вызваны заблуждением или недобросовестностью авторов статей и технической неграмотностью редакторов. Благодаря поверхностному эффекту высокочастотные токи сигнала, принятого антенной, протекают исключительно по тончайшему поверхностному слою металла антенны, толщина которого не превышает сотых долей миллиметра. Свойства глубинных слоев материала совершенно не влияют на работу антенны. Антенны, элементы которых выполнены из сплошного прутка, из трубок или даже из тонкой фольги, наклеенной на деревянные бруски, работают совершенно одинаково при одинаковых наружных размерах. При проверках указанных сообщений оказывается, что конструктор такой антенны принимал сигнал близкорасположенного ретранслятора, который транслировал передачу далеко расположенного телецентра, или имел место

случайный сверхдальний прием благодаря благоприятно сложившимся условиям распространения сигнала. Когда же такая антенна проверялась на прием известного телевизионного передатчика, никаких чудес, естественно, не обнаруживалось.

Предпринимались также попытки добиться резкого уменьшения размеров антенны по сравнению с длиной волны принимаемого канала. В одной из статей предлагалось поместить приемную антенну в коробку из оргстекла, наполненную дистиллированной водой. Исходя из того, что вода обладает диэлектрической проницаемостью, равной 80, длина волны в воде должна быть в 9 раз короче, чем в воздухе. Поэтому размеры такой антенны должны быть также в 9 раз меньше, чем в воздухе. Однако при этом упускалось из виду, что для действительного проявления такого эффекта антенна должна находиться в свободной и равномерной среде, а для этого размеры сосуда с водой должны быть хотя бы в несколько раз больше длины волны. Тогда действительно в сосуд можно поместить малогабаритную антенну.

В периодической печати иногда приводятся самые разные конструкции антенн нетрадиционного устройства с использованием различных цилиндрических или конических пружин, а также и других экзотических элементов. Телевизионный прием на такие антенны, конечно, возможен, как возможен он на любой кусок обычного провода. Но ожидать каких-то улучшенных характеристик подобных антенн или какого-то эффекта от их применения не следует. Всегда затраты времени и средств на изготовление и установку таких антенн оказываются напрасными.

Часто некоторые радиолюбители или любители дальнего приема телевизионных программ спрашивают, можно ли установить телевизионные антенны нетрадиционной конструкции, не противоречит ли их установка действующим законам и положениям. В нашей стране, как впрочем и во всем мире, никаких запретов на конструкции приемных антенн нет. Можно устанавливать антенны любой конструкции, если вообще разрешается установка индивидуальных антенн на крыше. Дело в том, что на крышах зданий, оборудованных коллективными телевизионными антеннами, установка индивидуальных антенн запрещена, исходя из архитектурно-эстетических соображений. В отдельных же случаях по ходатайствам местного радиоклуба зарегистрированным радиолюбителям районный архитектор может разрешить установку индивидуальной антенны, необходимой для работы.

Отдельно следует предостеречь радиолюбителей от постройки телевизионных антенн с использованием ртути. Дело в том, что работа с открытой ртутью чрезвычайно опасна. Ртуть легко испаряется на воздухе при комнатной температуре даже через значительный слой воды. Пары ртути очень ядовиты, и их вдыхание даже при малых концентрациях приводит к опасным отравлениям. Хранение ртути допускается только в герметических металлических сосудах. Использовать сосуды из стекла категорически запрещается, так как они легко бьются. Пролитую ртуть нужно тщательно собрать, не касаясь ее руками, так как она всасывается в кожу. Особенно необходимо беречь детей от контактов с ртутью, так как они могут трогать ее руками и даже брать в рот.

5.4. СИНФАЗНЫЕ АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ

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

5-41.jpg

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

5-42.jpg

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.

5-43.jpg

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.

5-44.jpg

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

5-45.jpg

Рис. 5. 4. Двухэтажная синфазная рамочная антенна

5-46.jpg

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

5-47.jpg

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

5-48.jpg

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.

Рис. 5.1. Двухрядная синфазная антенна

Изображение: 

Рис. 5.2. Синфазная решетка с повышенным КЗД

Изображение: 

Рис. 5.2. Четырехэтажная синфазная решетка

Изображение: 

Рис. 5.4. Двухэтажная синфазная рамочная антенна

Изображение: 

Рис. 5.5. Вариант согласования двухэтажной антенны

Изображение: 

Рис. 5.6. Двухэтажная двухрядная рамочная антенна

Изображение: 

Рис. 5.7. Трехэтажная рамочная антенна

Изображение: 

Таблица 5.1 Размеры двухрядной трехэлементной антенны

Изображение: 

5.5. ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ СИНФАЗНЫХ РЕШЕТОК

5.5. ДИАГРАММЫ НАПРАВЛЕННОСТИ СИНФАЗНЫХ РЕШЕТОК

Диаграмма направленности синфазной антенной решетки определяется диаграммой направленности самих антенн, входящих в решетку, и, кроме того, параметрами решетки. Если решетка сформирована в вертикальном направлении, то есть построена в два или несколько этажей, сужается диаграмма направленности в вертикальной плоскости. Если же решетка сформирована в горизонтальном направлении, сужается диаграмма направленности в горизонтальной плоскости. Наконец, большое значение имеет расстояние между антеннами в решетке.

5-51.jpg

Рассмотрим формирование диаграммы направленности решетки, состоящей из двух полуволновых вибраторов, расположенных рядом, на расстоянии Н между ними (рис. 5. 8). Если сигнал приходит с направления, перпендикулярного плоскости, в которой лежат антенны, фазы наведенных в антеннах ЭДС одинаковы и мощности принятых сигналов арифметически складываются. Если же сигнал поступает под углом я, отличающимся от 90°, как показано на рисунке, сигнал к антенне 2 поступает позже, чем к антенне 1 благодаря тому, что появляется разность хода d=Hcosa. Запаздывание сигнала, приходящего к антенне 2, приводит к сдвигу фазы ЭДС, наведенной в антенне 2 по отношению к ЭДС, наведенной в антенне 1. Этот угол сдвига фазы (в) так относится к полному углу 2*3.14, как разность хода d относится к длине волны:

5-52.jpg

На рис. 5.10 приведена диаграмма направленности указанной синфазной решетки в одной горизонтальной полуплоскости (диаграмма во второй полуплоскости аналогична) для пяти разных значений К. Видно, что при разносе между антеннами, равном половине длины волны (К =0,5) диаграмма имеет один лепесток с шириной по уровню 0,7 (уровень половинной мощности) немного меньше 50°. Для сравнения можно указать, что ширина диаграммы направленности одиночного полуволнового вибратора на том же уровне составляет чуть больше 100°. Это означает значительное увеличение коэффициента усиления антенной решетки по сравнению с одиночной антенной. Улучшается также пространственная избирательность антенны. При поступлении помехи под углом а=45° наведенная ЭДС в решетке составляет 0, 28 от максимума, а в одиночном полуволновом вибраторе 0, 63. Таким образом, по напряжению помеха ослабляется в 2, 25 раз, а по мощности - в 5 раз, то есть на 7 дБ.

Диаграмма показывает, что при разносе между антеннами, превышающем половину длины волны, появляются боковые лепестки. Если разнос равен 0, 75 длины волны, диаграмма содержит два боковых лепестка с уровнем 0, 19 от максимума. С дальнейшим увеличением разноса растет и уровень боковых лепестков, достигая 0, 7 при К=1,5. Если же разнос превышает 1,5 длины волны, вместо двух диаграмма приобретает четыре боковых лепестка. Так, при К = 2 два лепестка имеют уровень 0, 29 (а =27°) и два других - 0, 83 (а =61°). Боковые лепестки большого уровня крайне вредны, так как сильно ухудшают пространственную избирательность антенны не только к индустриальным помехам, но и к отраженным сигналам, что может привести к повторам на экране телевизора. Правда, при этом главный лепесток получается очень

5-53.jpg

Рис. 5. 10 Диаграммы направленности синфазной решетки

узким: его ширина на уровне 0, 7 не превышает 15°. Однако интенсивные боковые лепестки сводят это достоинство на нет. Поэтому рекомендуется выбирать разнос между антеннами в пределах от 0, 5 до 0, 75 длины полны принимаемого канала. В крайнем случае, если нужен особенно большой коэффициент усиления решетки, можно увеличить разнос до длины волны, что приведет к сужению главного лепестка диаграммы направленности до 28°. Небесполезно напомнить: чем уже диаграмма направленности антенны, тем больше ее коэффициент усиления. Увеличивать разнос между антеннами сверх значения, равного длине волны, не рекомендуется.

Приведенные диаграммы направленности были рассчитаны для синфазной решетки, собранной из двух полуволновых вибраторов, как простейшей антенны, для которой и аналитическое выражение диаграммы является наиболее простым. Однако основные свойства диаграмм направленности остаются такими же и для синфазных решеток из более сложных узкополосных антенн, рассчитанных на прием одного определенного частотного канала. Если же узкополосная антенна способна принимать несколько соседних по частоте каналов, как, например, в диапазоне дециметровых волн, необходимо предусмотреть, чтобы для самого высокочастотного канала разнос между антеннами не превышал длины волны.

Весьма характерно, что на всех приведенных диаграммах направленности, независимо от значения разноса между антеннами (при любом значении К), отсутствует прием с боковых направлений (а=0). Это объясняется тем, что

теоретически у полуволновых вибраторов (как и у большинства других телевизионных антенн) прием с боковых направлений отсутствует. Тем не менее на практике из-за того, что невозможно абсолютно точно изготовить антенну, слабый прием сбоку может иметь место. И, если в боковом направлении близко расположен мощный телевизионный передатчик, работающий на том же или на соседнем частотном канале, он может создавать заметную помеху приему основного сигнала. Такая помеха может выражаться в сбоях синхронизации или в накладке на основное изображение слабой посторонней картинки, перемещающейся в горизонтальном или вертикальном направлении. Для резкого ослабления такой помехи целесообразно использовать вместо одной антенны синфазную решетку из двух таких же антенн, расположенных рядом на расстоянии, равном половине длины волны того частотного канала, на котором работает передатчик, создающий помеху. В связи с тем, что помехи приходят к антеннам решетки не одновременно, а со сдвигом во времени на половину периода, их фазы сдвинуты на 180°. Если антенны совершенно одинаковы, такой сдвиг приводит при сложении к взаимному уничтожению принятых антеннами помех. К обеим антеннам с помощью симметрирующе-согласующих устройств, предназначенных для данного типа антенн, подключаются линии одинаковой длины из 75-омного коаксиального кабеля, а соединение линий с фидером осуществляется с помощью четвертьволнового трансформатора из отрезка 50-омного кабеля, как показано на рис. 5. 4, длина которого Т соответствует четверти длины волны в кабеле для основного канала. Кроме ослабления помехи, такая решетка обеспечит увеличение уровня полезного сигнала примерно па 3 дБ за счет увеличения коэффициента усиления и ослабит прием отраженных сигналов за счет сужения диаграммы направленности антенной решетки по сравнению с шириной диаграммы одной, ранее использованной антенны.

Создание такой двухрядной синфазной решетки с расстоянием между рядами, равным половине длины волны, может быть связано с трудностями при использовании антенн типа "Волновой канал". Дело в том, что длина рефлектора у этих антенн превышает половину длины волны, и необходимый разнос между антеннами оказывается неосуществимым. Поэтому такую решетку можно собирать только из антенн, максимальный горизонтальный размер которых меньше половины длины волны. В качестве примера на рис. 5. 11 показана синфазная двухрядная решетка из двухэлементных рамочных антенн. Все размеры этой решетки можно взять из таблицы 4. 5. Такую же решетку можно собрать из трехэлементных рамочных антенн с размерами согласно таблице 4. 6 для метрового диапазона или таблице 3. 2 для дециметрового диапазона. Однако для дециметровой решетки расстояние между антеннами берется равным половине длины волны канала изображения (таблица 1. 2) мешающего телевизионного передатчика.

Широкое распространение получили синфазные решетки, содержащие два или более этажа. Поэтому важно знать, как влияет разнос между этажами на форму диаграммы направленности в вертикальной плоскости. В условиях дальнего приема на равнинной местности необходимо, чтобы антенна лучше всего принимала сигнал с линии горизонта - при угле места, равном нулю. Независимо от количества этажей решетки и разноса между этажами при угле места, равном нулю, диаграмма направленности имеет максимум. Однако в условиях холмистой или горной местности, а также при сверхдальнем приеме

5-54.jpg

Рис. 5. 11 Двухрядная фазированная решетка

(при использовании отражении от ионосферы) сигнал может поступать и под другими углами места. Если (как и для диаграммы направленности в горизонтальной плоскости) провести анализ формы диаграммы двухэтажной решетки из двух полуволновых вибраторов, в этих условиях оптимальным оказывается разнос между этажами, равный половине длины волны принимаемого частотного канала. Диаграмма направленности такой двухэтажной решетки содержит один лепесток с нулевым приемом из зенита (угол места 90°), а уровень половинной мощности соответствует углу места 30°. Достаточно широкая диаграмма направленности при этом благоприятствует приему сигнала с направлений под углами относительно линии горизонта. Когда же требуется обеспечить дальний прием за счет увеличения коэффициента усиления антенной решетки, есть смысл увеличить разнос между этажами. При разносе в 3/4 длины волны в диаграмме появляется боковой лепесток под углом места 90° и сужается главный лепесток - угол места половинной мощности около 20°, а нулевой прием соответствует углу места 42°. Еще более узкий главный лепесток диаграммы направленности можно получить при разносе между этажами, равном длине волны. В этом случае также образуется боковой лепесток, направленный в зенит, угол места, соответствующий половинной мощности составляет 14, 5°, а нулевого приема

- 30°. Наконец, допустимо увеличить разнос до полутора длин волн. При этом боковой лепесток имеет максимум под углом места около 42°, половинная мощность главного лепестка соответствует углу места 9, 6°, а нулевого приема

- 20°. Увеличивать разнос сверх этого значения не следует, так как появляются два боковых лепестка. Так, при разносе между этажами в 2, 5 длины волны главный лепесток, направленный на линию горизонта (угол места равен нулю) оказывается очень узким: половинной мощности главного лепестка диаграммы соответствует угол места, равный всего 5, 7°, но диаграмма направленности решетки в этом случае оказывается изрезана боковыми лепестками. Ближний к главному боковой лепесток имеет максимум под углом места 23, 6° и отделен

от главного лепестка направлением пулевого приема под углом места 11, 5°. Второй боковой лепесток имеет максимум под углом места 53° и отделен от первого бокового лепестка вторым направлением пулевого приема под углом места 37°. Если на трассе имеются даже небольшие холмы, нельзя Отрицать возможность поступления сигнала под небольшим углом места, который попадет в зону диаграммы направленности, соответствующую пулевому приему. В этом случае сигнал не сможет быть принят или будет значительно ослаблен.

Хотя приведенный анализ диаграмм направленности в вертикальной плоскости относился к двухэтажной антенной решетке из двух полуволновых вибраторов, такой же характер должны иметь диаграммы решеток, собранных из более сложных антенн, например, из антенн типа "Волновой канал" или из рамочных антенн. Разница будет лишь в значениях углов места, соответствующих половинной мощности, нулевому приему и максимумам боковых лепестков. Поэтому при выборе величины разноса между этажами синфазной решетки, собранной из самых разных (но одинаковых!) антенн, можно руководствоваться приведенными выше соображениями.

Рис. 5.10 Диаграммы направленности синфазной решетки

Изображение: 

Рис. 5.11 Двухрядная фазированная решетка

Изображение: 

Рис. 5.8. К определению разности хода

Изображение: 

Рис. 5.9. Сложение векторов

Изображение: 

5.6. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СКАНИРОВАНИЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ АНТЕНН

5.6. ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СКАНИРОВАНИЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ АНТЕНН

Сканированием антенны называют управляемое пространственное перемещение по определенному закону направления максимального приема, при котором последовательно "просматривается" заданный сектор или другая зона обзора. Так, антенна радиолокационной станции кругового обзора вращается вокруг вертикальной оси и за каждый оборот позволяет обследовать все окружающее пространство. Такое сканирование является механическим - механическое вращение антенны обеспечивает обзор заданной зоны. В отличие от механического в радиолокации в последние годы часто используют электрическое сканирование, при котором антенна представляет собой неподвижную решетку, а изменение направления главного лепестка диаграммы направленности достигается соответствующим фазированием антенн решетки. Если, например, сигналы, принятые двумя антеннами, складываются непосредственно, максимум главного лепестка диаграммы направлен перпендикулярно линии, соединяющей антенны. Но если перед сложением сигналов один из них задержать на часть периода, то есть сдвинуть его по фазе относительно сигнала, принятого другой антенной, диаграмма направленности повернется на некоторый угол, для которого разность хода будет скомпенсирована введенной задержкой. При главном и непрерывно меняющемся сдвиге фаз максимум диаграммы направленности так же плавно и непрерывно изменяет свое направление.

В технике телевизионного приема подобие механического сканирования использовалось давно. Антенна при этом устанавливалась на поворотной мачте и либо вручную, либо с применением электродвигателя, оснащенного редуктором, ее поворачивали в направлении нужного телевизионного передатчика. Такие устройства использовались любителями телевизионного приема достаточно редко, так как были громоздкими и дорогими.

Принцип электрического сканирования позволяет очень просто поворачивать максимум диаграммы направленности неподвижной антенной решетки за

счет фазирования ее антенн. Вернемся к рассмотрению рис. 5. 8. Пусть антенны 1 и 2 - ненаправленные. Если направление на передатчик перпендикулярно линии, соединяющей антенны, принятые ими сигналы будут синфазны, и максимум диаграммы будет направлен па передатчик. Если же передатчик находится под углом а, между принятыми сигналами возникает сдвиг фаз в, соответствующий разности хода, и прием произойдет на склоне диаграммы направленности. Но достаточно задержать сигнал, принятый антенной 1, сдвинув его по фазе на тот же угол в, чтобы оба сигнала оказались в фазе. В результате максимум диаграммы повернется и окажется в направлении а. При использовании направленных антенн зависимость угла максимального приема от сдвига по фазе одного из сигналов становится сложной. Форма диаграммы направленности фазированной двухрядной решетки из полуволновых вибраторов при расстоянии между ними, равном половине длины волны описывается формулой:

5-61.jpg

В этой формуле угол в соответствует необходимой задержке сигнала, принятого антенной 1, для того чтобы максимум диаграммы направленности решетки оказался повернут в направлении а.

Диаграммы направленности рассмотренной решетки для пяти значений фазирования антенн приведены на рис. 5. 12. При рассмотрении диаграмм

5-62.jpg

можно сделать следующие выводы. Фазирование решетки приводит к раздвоению диаграммы на два лепестка. С увеличением угла фазирования главный лепесток уменьшается, а боковой - увеличивается. Когда угол фазировапия достигает 180°, лепестки становятся одинаковыми!. Расчет показывает, что при дальнейшем увеличении угла фазирования боковой лепесток становится главным, что равносильно фазированию другой антенны. В связи с тем, что полуволновый вибратор принимает сигналы одинаково спереди и сзади, диаграмма направленности в противоположной полуплоскости аналогична приведенной.

Отсутствие аналитического выражения диаграмм направленности других антенн не дает возможности проследить результаты их применения в фазированной решетке, но можно считать, что качественно они будут такими же.

Для примера можно рекомендовать использование фазированной решетки при необходимости приема программ двух телевизионных передатчиков, работающих на одинаковых или соседних по частоте каналах и расположенных в разных направлениях.

Фазирование антенны в решетке легко осуществить за счет разной длины линий, например, показанных на рис. 5. 11. Увеличение длины одной линии относительно другой производится на величину z, которая находится в зависимости от необходимого угла фазирования в (в градусах) и длины волны сигнала L, в кабеле (в мм) по следующей формуле (длина волны в кабеле в 1, 52 раз меньше, чем в свободном пространстве).

5-63.jpg

Рис. 5.12. Диаграммы направленности рассмотренной решетки

Изображение: 

Увеличение длины одной линии относительно другой

Изображение: 

Форма диаграммы направленности фазированной двухрядной решетки

Изображение: 

5.7. ПАССИВНЫЕ РЕТРАНСЛЯТОРЫ

5.7. ПАССИВНЫЕ РЕТРАНСЛЯТОРЫ

Встречаются такие условия, когда уверенный прием телевизионных передач оказывается невозможен из-за чрезмерно низкого уровня напряженности поля в точке приема. Это может быть связано с большим расстоянием до телевизионного передатчика, но иногда причина состоит в том, что неблагоприятен рельеф местности и точка приема расположена в ложбине. При этом прямому прохождению сигнала препятствует наличие холма или горной преграды. В таких условиях прибегают к использованию активного или пассивного ретранслятора.

Активный ретранслятор представляет собой совокупность приемной антенны, радиоприемника полного телевизионного сигнала, преобразователя частотного спектра, радиопередатчика преобразованного сигнала и передающей антенны. Преобразователь частотного спектра необходим для того, чтобы передача сигнала ретранслятором производилась на другом частотном канале относительно того канала, по которому сигнал был принят. Это требуется для устранения помех для тех телевизоров, которые могут попасть в зону, где возможен прием и основного сигнала, и ретранслируемого. В первые годы развития массового телевидения, когда число телевизионных центров было невелико, некоторые радиолюбительские коллективы создавали активные ретрансляторы для обеспечения возможности уверенного приема телевизионных передач в своем населенном пункте. В настоящее время сеть действующих

телевизионных центров и государственных активных ретрансляторов стала настолько густой, что выбрать свободный номер канала, не создающий помех сигналам окружающих передатчиков, порой оказывается невозможно. Поэтому органами министерства связи категорически запрещена постройка любительских активных ретрансляторов. Установка же государственных активных ретрансляторов производится по плану, с учетом уже действующих передатчиков в каждом регионе и их частотных полос. При этом зачастую для установки нового ретранслятора приходится изменять номера каналов действующих телецентров и ретрансляторов.

Пассивный ретранслятор отличается тем, что не содержит приемопередающей или усилительной аппаратуры, а прием и передача осуществляются исключительно антенными системами.

Различают пассивные ретрансляторы трех типов: преломляющего, отражающего и препятствия.

Ретранслятор преломляющего типа в простейшем случае представляет собой комбинацию двух остронаправленных антенн, одна из которых ориентирована па антенну передатчика, а вторая направлена в точку приема. Таким образом, производится переизлучение сигнала в нужном направлении.

Ретранслятор отражающего типа выполняется в виде одного или двух плоских антенных зеркал, которые обеспечивают изменение направления распространения сигнала. Антенны ретрансляторов преломляющего и отражающего типов должны быть выполнены с высокой точностью рабочих поверхностей при больших размерах полотен этих антенн, доходящих до сотен квадратных метров в телевизионном диапазоне частот. Кроме того, должна быть обеспечена жесткая фиксация рабочих поверхностей антенн в пространстве, что требует использования сверхжестких опор. Поэтому ретрансляторы преломляющего и отражающего типов в последнее время редко находят применение на государственных линиях связи и совершенно неприемлемы в радиолюбительских условиях для приема телевизионных передач.

Пассивный ретранслятор типа препятствия был предложен в 1954 г. Г. 3. Айзенбергом и А. М. Моделем. Такой ретранслятор представляет собой металлическую поверхность, расположенную между передатчиком и приемником, находящимся относительно передатчика в зоне тени (рис. 5. 13). В отсутствие ретранслятора антенна передатчика, установленная в точке А, практически не создает в точке приема Б электромагнитного поля, так как точка приема затенена. При установке на пути распространения сигнала в точке В препятствия, в точке Б возникает поле. Это связано с тем, что

5-71.jpg

Рис. 5. 13. К пояснению установки пассивного ретранслятора

препятствие в соответствии с принципом Гюйгенса возбуждается падающей на него волной и становится источником вторичного излучения. При соответствующем выборе формы и размеров препятствия напряженность поля в точке Б может оказаться значительной и достаточной для уверенного приема телевизионного сигнала. Роль препятствия в том, что на трассе распространения сигнала образуются поверхность с нулевой напряженностью поля на той стороне, которая обращена к пункту приема.

Деформации рабочей поверхности ретранслятора типа препятствия, вызванные ветром, или отклонения ее из-за неточности изготовления не влияют на интенсивность излучения и на уровень напряженности поля в точке приема. Это - основное преимущество ретрансляторов типа препятствия перед ретрансляторами преломляющего и отражающего типов. Поэтому полотно ретранслятора типа препятствия может быть выполнено не в виде жесткой металлической конструкции, а в виде проволочной сетки, жесткость же конструкции рамы такой сетки определяется исключительно необходимой механической прочностью. Отпадает также необходимость выполнения юстировки рабочей поверхности ретранслятора после его установки, обязательной для ретрансляторов преломляющего и отражающего типов. Все это указывает на то, что пассивные ретрансляторы типа препятствия могут найти широкое применение для уверенного приема телевизионных передач в сложных рельефных условиях при их установке радиолюбителями.

Оптимальная форма полотна ретранслятора типа препятствия - дугообразная. Однако практически из-за того, что горизонтальные размеры полотна значительно меньше расстояния до ретранслируемого передатчика, дуга вырождается в прямую, и такие же результаты дает полотно прямоугольной формы. Полотно ретранслятора устанавливают в вертикальной плоскости, перпендикулярной линии, соединяющей точки А и Б. Установка полотна ретранслятора на опорах показана на рис. 5. 14. Наибольшая высота полотна равна высоте зоны Френеля и может быть определена по формуле

5-72.jpg

Наибольшая ширина полотна определяется допустимой расфазировкой полей, излученных серединой и краями полотна:

5-73.jpg

5-74.jpg

Рис. 5. 14. Полотно Пассивного ретранслятора

В этих формулах L - длина волны принимаемого телевизионного канала, а -угол между направлениями падающего на полотно поля и излученного поля на пункт приема, R2 - наклонное расстояние между полотном ретранслятора и приемной антенной. Формулы справедливы, когда расстояние между передающей антенной и ретранслятором значительно больше расстояния между ретранслятором и приемной антенной. В противном случае вместо R2 следует подставлять в формулу значение R1R2/(R1 + R2). Размеры полотна получаются в метрах, если также в метрах выражены расстояния.

При расчете размеров пассивного ретранслятора следует учесть, что полученные размеры являются максимально допустимыми: увеличение этих размеров приводит к снижению эффективности ретранслятора. Фактически в диапазонах I и II метровых волн эти размеры могут оказаться реально невыполнимыми. Приведем следующий пример. Допустим, расстояние от передатчика до ретранслятора R1 =30 км, расстояние от ретранслятора до приемной антенны R2 = 1 км, а угол между этими направлениями а = 10°. Тогда для первого телевизионного канала с длиной волны L = 6 м наибольшая высота полотна получится равной 17, 3 м, а наибольшая ширина полотна 132 м. В таких условиях полотно может быть выполнено меньших размеров, хотя эффективность ретранслятора, которая пропорциональна площади поверхности полотна, уменьшится. Для тех же условий, если ведется прием передач по 12-му каналу с длиной волны 1, 32 м, размеры полотна оказываются уже ближе к реальности: высота -3, 7 м, ширина - 61, 3 м. Наконец, для 33-го канала дециметрового диапазона волн при длине волны 0, 53 м размеры полотна получаются еще меньше: высота - 1, 5 м, и ширина - 39, 1 м.

Эффективность пассивного ретранслятора типа препятствия можно характеризовать отношением напряженности поля в точке размещения ретранслятора к напряженности поля в точке приема:

5-75.jpg

напряженность поля в точке приема окажется в 5, 3; 11, 2 и 18 раз меньше напряженности поля в точке установки ретранслятора соответственно для 1, 12 и 33-го каналов.

Из преобразованной формулы видно, что при малых углах а напряженность поля в точке приема обратно пропорциональна этому углу, а ее зависимость от расстояния до ретранслятора и от длины волны слабее,

поскольку их значения входят в формулу под знаком радикала, если размеры полотна выбраны максимально допустимыми. В то же время максимальные размеры полотна зависят от длины волны, с уменьшением длины волны они также уменьшаются, особенно высота полотна, которая зависит от длины волны в первой степени. Таким образом, эффективность ретранслятора при уменьшении длины волны можно было бы увеличить, если бы можно было увеличить размеры полотна сверх максимально допустимых. Это оказывается возможно, если полотно сделать не сплошным, а состоящим из нескольких горизонтальных полос, перекрывающих зоны Френеля через одну, т. е. одного знака. В связи с тем, что в дециметровых диапазонах волн максимально допустимая высота полотна оказывается небольшой, можно выполнить полотно из двух или трех полос, причем высота каждой полосы и расстояние между ними по высоте берутся равными найденному значению максимальной высоты полотна. Такие ретрансляторы называются многоэлементными.

Эффективность многоэлементного ретранслятора типа препятствия возрастает пропорционально квадрату числа полос. Таким образом, если в приведенном примере выполнить полотно ретранслятора для 33-го канала из трех полос высотой 1, 5 м каждая с расстоянием между ними по высоте также 1, 5 м, эффективность ретранслятора увеличится в 9 раз. При этом напряженность поля в точке приема окажется уже не в 18 раз меньше напряженности поля в точке установки ретранслятора, а всего в два раза.

На равнинной местности при большой протяженности трассы использование радиолюбительских пассивных ретрансляторов типа препятствия становится нереальным по следующим причинам. Установка ретранслятора должна производиться в такой точке трассы, где напряженность поля достаточно велика, а эта точка обычно находится за десятки километров от точки приема. С увеличением этого расстояния падает эффективность ретранслятора при равной эффективной поверхности полотна. Угол между направлениями падающего на ретранслятор поля и излученного на пункт приема уменьшается до долей градуса, что приводит к увеличению максимально допустимой высоты полотна. При этом установка многоэлементного ретранслятора даже для дециметрового диапазона становится нереальной в связи с тем, что у ретрансляторов в таких условиях высота каждой полосы и расстояний между ними по высоте оказываются недопустимо большими.

Пассивные ретрансляторы типа препятствия целесообразно устанавливать в условиях, когда точка приема закрыта в направлении на передатчик близкорасположенной высокой преградой, а на вершине этой преграды, на которой будет установлен ретранслятор, напряженность поля сигнала достаточно велика. Тогда полотно ретранслятора удается выполнить максимально допустимых размеров даже для первого телевизионного канала, а для 12-го канала ретранслятор может быть выполнен многоэлементным.

Рассмотрим теперь практическое исполнение полотна ретранслятора. Теория пассивных ретрансляторов основана на предположении, что препятствие представляет собой сплошной металлический лист. Однако на практике полотно выполняют в виде проволочной сетки. Такие сетки хорошо отражают электромагнитные волны, если поляризация падающего поля параллельна проводам сетки. Тогда при горизонтальной поляризации сигнала полотно должно быть выполнено в виде горизонтальных проводов, а при вертикальной

поляризации - вертикальных. Расстояние между проводами должно быть значительно меньше рабочей длины волны. Можно считать достаточным, если их отношение будет не менее 20. Диаметр проводов также имеет значение: чем больше диаметр проводов, тем меньше просачиваемая мощность и тем лучше работает полотно. Хорошие результаты при изготовлении полотна ретранслятора дает антенный канатик. Для обеспечения прочности провода полотна можно скрепить поперечными проводами любого диаметра, пропояв все точки пересечений. Расстояния между поперечными проводами выбирается произвольно из соображений механической прочности. Полотно ретранслятора устанавливают на двух или нескольких опорах. Если используются промежуточные опоры, все части полотна должны находиться в одной плоскости. Прямоугольная форма полотна обеспечивается его подвеской к капроновому шнуру. Изолировать полотно от опор нет необходимости. Высота нижней кромки полотна над поверхностью земли должна быть не менее нескольких длин волны принимаемого канала.

При использовании пассивного ретранслятора приемная антенна должна быть ориентирована в направлении на его полотно не только по азимуту, но также и по углу места. Поэтому геометрическая ось антенны оказывается не горизонтальной, как обычно, а должна располагаться под соответствующим углом к горизонту.

Наибольшая высота полотна равна высоте зоны Френеля

Изображение: 

Наибольшая ширина полотна определяется допустимой расфазировкой полей, излученных серединой и краями полотна

Изображение: 

Рис. 5.13. К пояснению установки пассивного ретранслятора

Изображение: 

Рис. 5.14. Полотно пассивного ретранслятора

Изображение: 

Эффективность пассивного ретранслятора

Изображение: 

5.8. ОСОБЕННОСТИ СВЕРХДАЛЬНЕГО ПРИЕМА ТЕЛЕВИДЕНИЯ

5.8. ОСОБЕННОСТИ СВЕРХДАЛЬНЕГО ПРИЕМА ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Как уже отмечалось, сверхдальний прием телевизионных передач наблюдается сравнительно редко, сеансы его непродолжительны и не поддаются прогнозированию. Сверхдальний прием возможен при случайно сложившихся благоприятных условиях распространения сигнала. Рассмотрим, каковы же эти условия и чем объясняется сверхдальний прием телевидения?

Как известно, основой распространения радиоволн длинноволнового и средневолнового диапазонов является земная волна, которая характеризуется тем, что энергия электромагнитного поля огибает земную поверхность за счет преломления в атмосфере. Это преломление происходит благодаря уменьшению плотности воздуха с высотой. Радиоволны коротковолнового диапазона слабо преломляются в атмосфере, но способны отражаться от верхних ионизированных ее слоев.

Долгое время считалось, что радиоволны метрового диапазона не огибают поверхность земли (не подвержены рефракции) и не отражаются ионосферой. Это, однако, оказалось не так. Степень ионизации слоев ионосферы резко возрастает в годы солнечной активности, а также и по другим причинам. Это приводит к образованию условий, способствующих отражению волн метрового диапазона. Наиболее важными в этом отношении являются слой Е, расположенный на высоте 95... 120 км над поверхностью земли, и слой F2, расположенный на высоте 230... 400 км. Считается, что образование слоя Е связано с ионизацией молекул азота и кислорода рентгеновским и ультрафиолетовым излучением Солнца, а образование слоя F2 - ионизацией тех же газов ультрафиолетовым и корпускулярным излучениями Солнца. Слой Е характеризуется большим постоянством электронной концентрации изо дня в день, которая возрастает днем и уменьшается ночью, а слой F является неустойчивым образованием. В этом слое как электронная концентрация, так и высота расположения ее максимума в разные дни колеблются в значительных пределах. Однако днем концентрация электронов в этом слое также выше, чем ночью, и, кроме того, зимой она значительно больше, чем летом. В предрассветные часы наблюдается глубокий минимум электронной концентрации слоя F2.

Время от времени в области Е образуется сильно ионизированный слой, который называют "спорадическим слоем Е". Интенсивность спорадического слоя Е во много раз выше интенсивности нормального слоя Е. Исследования показали, что спорадический слой Е представляет собой скопление электронных облаков, которые имеют горизонтальную протяженность в десятки и сотни километров и движутся со скоростью до 300 км/ч. Время существования этого слоя колеблется в широких пределах, но не превышает нескольких часов. Спорадический слой Е может возникать в любое время суток и года, однако в средних широтах он чаще образуется в летние дни. Предполагается, что образование спорадического слоя Е связано с просачиванием заряженных частиц из выше расположенных слоев и с потоками метеоров. Подобно тому как радиоволны длинноволнового и средневолнового диапазонов преломляются в атмосфере, радиоволны У К В диапазона преломляются в ионосфере. Степень преломления зависит от электронной концентрации слоя и от длины радиоволны или ее частоты.

Чем больше частота волны, тем более высокая концентрация электронов требуется для того, чтобы за счет преломления и полного внутреннего отражения волна вернулась на Землю. Кроме того, доказано, что в точке отражения волны электронная концентрация обязательно должна возрастать с высотой. Отражение не может происходить в области максимума и тем более в области уменьшения электронной концентрации с высотой. Непостоянство электронной концентрации в ионизированных слоях, ее изменения в течение года и в течение суток, кратковременность и случайность спорадического слоя Е приводят к тому, что условия достаточного преломления и полного внутреннего отражения, необходимые для возврата радиоволн на землю, возникают также случайно, длятся кратковременно и не прогнозируются.

Измеренные с помощью геофизических ракет электронные концентрации различных слоев в разное время объясняют, почему сверхдальний прием телевидения наблюдается только в пределах первого диапазона (1-й и 2-й телевизионные каналы). Частота волн последующих диапазонов больше и требует для возврата волны на землю таких электронных концентраций, которых в слоях не бывает. Волны этих диапазонов от ионосферы не отражаются, а пронизывают ее насквозь. Сверхдальний прием телевизионных программ обусловлен появлением слоя F2 и спорадического слоя Е. Однако электронная концентрация нормального слоя Е недостаточна для отражения волн телевизионного диапазона, следовательно, и сверхдальнего приема не происходит.

Согласно законам преломления луч, падающий на преломляющую поверхность нормально (под прямым углом), не преломляется. Чем более полого падает луч на преломляющую поверхность, тем больше вероятность того, что будут достигнуты условия для полного внутреннего отражения, тем меньшая электронная концентрация для этого потребуется. Поэтому сверхдальний прием телевидения наблюдается только на больших расстояниях (около 1000 км и более) от телевизионного передатчика, а меньшие расстояния для сверхдальнего приема образуют мертвую зону.

Протяженность электронных облаков и электронная концентрация ионизированных слоев изменяются в широких пределах. Поэтому также в широких пределах изменяется напряженность поля телевизионного сигнала при появлении сверхдальнего приема. Эти пределы настолько широки, что иногда оказывается возможен сверхдальний прием с хорошим качеством изображения даже при использовании комнатных антенн, как это наблюдалось в 1957 г. Тем не менее вероятность получения устойчивого изображения при сверхдальнем приеме увеличивается при использовании высокоэффективных антенн и высокочувствительных телевизионных приемников. Из числа таких приемников можно рекомендовать телевизор для дальнего приема Н. Швырина, описание которого приводилось в журнале "Радио" 12 за 1972 г. Этот телевизор пригоден для приема сигналов с разными стандартами разложения изображения. Однако следует учесть, что постройка такого телевизора, а особенно его налаживание и настройка доступны лишь очень опытным радиолюбителям. К тому же в журнале приводилось недостаточно подробное описание, Для опытов по сверхдальнему приему можно использовать и обычный телевизионный приемник черно-белого изображения промышленного производства, приняв меры к улучшению его чувствительности.

В качестве антенн целесообразно использовать узкополосные антенны с большим коэффициентом усиления, например, двухрядную синфазную решетку из трехэлементных рамочных антенн, построенную по размерам для первого канала. Установить антенну желательно на высокой мачте, а если длина фидера превысит 50 м, использовать малошумящий антенный усилитель, установив его на мачте в непосредственной близости от антенны. В связи с тем, что заранее неизвестно, с какого направления окажется возможным осуществить сверхдальний прием при сложившихся благоприятных условиях распространения сигнала, необходимо иметь возможность быстро и оперативно ориентировать антенну. Для этого антенну устанавливают на поворотной мачте, которая может вращаться с приводом от реверсивного электродвигателя, оснащенного редуктором с большим коэффициентом передачи. Благодаря такому редуктору мощность двигателя может быть небольшой, так как момент вращения с вала двигателя увеличивается пропорционально коэффициенту передачи редуктора. Естественно, что выходные шестерни редуктора должны быть рассчитаны на большие усилия. Во избежание скручивания фидера система поворота антенной мачты должна быть оснащена концевыми выключателями питания электродвигателя, которые ограничивают поворот мачты. Эти же концевые выключатели могут быть использованы для сигнализации о достижении предельного поворота антенны. Некоторые радиолюбители дополняют систему дистанционного поворота антенны парой сельсинов. Это дает возможность по шкале, установленной на оси сельсина-приемника, определять направление антенны в любом ее положении.

Конечно, в тех случаях, когда установка для сверхдальнего приема предназначена для приема телевизионных передач одного определенного телецентра, нет нужды антенну выполнять поворотной. В этом случае антенна ориентируется по направлению на передатчик раз и навсегда при ее установке.

АНТЕННЫ ДЛЯ ПРИЕМА НАЗЕМНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ ИЗ КАТАЛОГА ФИРМЫ "БЕЛКА"

Приложение 1

АНТЕННЫ ДЛЯ ПРИЕМА НАЗЕМНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ ИЗ КАТАЛОГА ФИРМЫ "БЕЛКА"

Антенны для приема наземного телевидения предназначены как для индивидуального приема, так и для оборудования систем коллективного приема телевизионных передач от телевизионных центров и наземных ретрансляторов. Эти антенны подразделяются на одноканальные, однодиапазонные, двухдиапазонные и широкодиапазонные. Одноканальные антенны рассчитаны на прием только одной определенной программы, передаваемой по тому частотному каналу, на который настроена данная антенна. Однодиапазонные антенны рассчитаны на прием нескольких программ, которые передаются на частотах одного определенного диапазона: I метрового (1, 2 каналы), II метрового (3... 5 каналы), III метрового (6... 12 каналы) или IV-V дециметрового (21... 80 каналы). Двухдиапазонные антенны способны принимать сигналы нескольких программ в каких-либо двух указанных диапазонах, а широкодиапазонные - более, чем в двух диапазонах. Антенны, рассчитанные на прием сигналов диапазона II (3... 5 каналы), могут также принимать сигналы УКВ-ЧМ радиовещания.

Все перечисленные ниже антенны являются пассивными за исключением антенн типа АЭЗ-07 и 20/6-12/21-60, которые содержат широкодиапазонные антенные усилители. В приводимых данных каждой антенны значение коэффициента усиления дается по отношению к полуволновому вибратору. Коэффициент защитного действия показывает отношение уровней главного лепестка диаграммы направленности антенны к уровню ее заднего лепестка. Большей частью указаны две марки каждой антенны: по номенклатуре корпорации "Белка" и по номенклатуре изготовителя (например: АЭ1-01 и DIPOL 5/3-5).

5-91.jpg

АНТЕННА ОДНОДИАПАЗОННАЯ

Номера каналов 3... 5 Коэффициент усиления, дБ 3... 8 Вид поляризации сигнала горизонтальная Количество элементов 5 Коэффициент защитного действия, дБ 8 Входное сопротивление, Ом 300 Масса, кг 1.6 Марка изготовителя DIPOL 5/3-5

АНТЕННА ОДНОДИАПАЗОННАЯ

Номера каналов 6...12 Коэффициент усиления, дБ 6 Вид поляризации сигнала горизонтальная Количество элементов 4 Коэффициент защитного действия, дБ 8 Входное сопротивление. Ом 300 Масса, кг 0.6 Марка изготовителя DIPOL 4/6-12

5-92.jpg

5-93.jpg

5-94.jpg

5-95.jpg

5-96.jpg

5-97.jpg

АНТЕННА ОДНОДИАПАЗОННАЯ АЭ1-01

Изображение: 

Антенны однодиапазонные по номенклатуре корпорации "Белка" (окончание)

Изображение: 

Антенны однодиапазонные по номенклатуре корпорации "Белка" (продолжение)

Изображение: 

Антенны однодиапазонные по номенклатуре корпорации "Белка" (продолжение)

Изображение: 

Антенны однодиапазонные по номенклатуре корпорации "Белка" (продолжение)

Изображение: 

Антенны однодиапазонные по номенклатуре корпорации "Белка"

Изображение: 

Сводная таблица параметров антенн наземного телевидения

Изображение: 

6. Спутниковое телевидение.

6.1. АНТЕННЫ ДЛЯ ПРИЕМА СПУТНИКОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

6.1. АНТЕННЫ ДЛЯ ПРИЕМА СПУТНИКОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Наибольший интерес в настоящее время представляет прием телевидения в диапазоне II... 12 ГГц, для которого наиболее применимы параболические антенны, так как параболоид вращения отражает все падающие на его апертуру и параллельные его оси лучи в одну точку, называемую фокусом. Апертурой же называется часть плоскости, ограниченной кромкой параболоида. На этом свойстве, в частности, основан принцип прожектора. Таким образом, антенный параболоид, строго говоря, не представляет собой антенну в ее понимании преобразователя напряженности электромагнитного поля в напряжение сигнала. Параболоид представляет собой лишь отражатель радиоволн, концентрируя их в фокусе, куда и должна быть помещена сама антенна.

6-11.jpg

На частоте 12 ГГц длина волны равна 2,5 см. Так как коэффициент усиления антенны пропорционален длине волны, обычные антенны в этом диапазоне имеют очень малый коэффициент усиления. Так, антенны той же конструкции, что на первом частотном канале (длина волны 600 см) в диапазоне 12 ГГц будут иметь коэффициент усиления в 240 раз меньше (на 48 дБ). Кроме того, мощность передатчиков ИСЗ, ограниченная источниками энергии, массой и габаритами, во много раз меньше мощности наземных телевизионных передатчиков. Наконец, при большом расстоянии до спутника напряженность поля в точке приема весьма мала. Все это требует использования приемных антенн, обладающих очень большим коэффициентом усиления. Параболический отражатель решает эту задачу, концентрируя энергию сигнала на антенне (называемой по аналогии с передающей антенной облучателем), помещенной в фокус параболоида. Отсюда, чем больше диаметр апертуры параболоида, тем больше коэффициент усиления антенны.

Параболоид вращения, используемый в качестве отражателя антенны, образуется вращением плоской параболы вокруг ее оси. Основное свойство (определение) параболы: параболой называется геометрическое место точек, равноудаленных от заданной точки (фокуса) и заданной прямой (директрисы). На рис. 6.1. показаны точка F - фокус и линия АВ - директриса. Точка М с координатами (х, у) - одна из точек параболы. Расстояние между фокусом и директрисой называется параметром параболы и обозначается буквой р. Тогда координаты фокуса будут (р/2, 0).

Начало координат (точка 0) называется вершиной параболы.

6-12.jpg

При постоянном значении параметра, задаваясь координатами х, находят значение правой части уравнения параболы и, после извлечения квадратного корня получают координату у.

6-13.jpg

Парабола - кривая линия, симметричная относительно оси абсцисс (рис. 6.2), называемой осью параболы. Проведем касательную НК к параболе в точке М и нормаль MD к той же точке, перпендикулярную касательной. Можно доказать, что отрезки КО и Ох равны. Тогда КЕ = ЕМ и равны между собой треугольники РЕМ и KEF, При этом равны также РЕ и EF и по равенству трех сторон равны треугольники РЕМ и EMF. Из их равенства следует, что равны углы РМЕ и EMF, а значит и углы НМС и EMF. Отсюда очевидно равенство углов CMD и DMF - угла падения и угла отражения. Это доказывает, что все лучи, падающие на параболу параллельно ее оси, пересекаются в фокусе. Наконец, благодаря тому, что сумма отрезков CM + МР равна сумме отрезков CM + MF, следует вывод:

электромагнитные волны, падающие на апертуру параболоида параллельно оси, поступают к фокусу синфазно. Это крайне важно для антенны, так как иначе лучи, отраженные разными точками поверхности параболоида, сходились бы в фокусе с разными фазами, и сложение сигналов получалось бы с меньшим результатом.

Самостоятельное изготовление параболического отражателя достаточно трудоемко. В промышленных условиях параболоид вытягивается из дюралевого листа с помощью мощных гидравлических прессов. Одновременно в поверхности параболоида вырубается большое количество маленьких отверстий, которые не влияют на его работу, но значительно уменьшают парусность. К другой разновидности относятся параболоиды, изготовленные из пластических масс методом литья с последующей металлизацией поверхности напылением. В любительских условиях ни тот, ни другой метод невозможны. Однако, в радиолюбительской литературе неоднократно приводились достаточно простые технологии изготовления самодельных параболоидов методом выклейки стеклотканью по шаблону с последующей оклейкой

фольгой. В некоторых источниках также приводятся готовые таблицы вычисленных координат параболы одного определенного параметра, что позволяет избавиться от несложного, но громоздкого расчета. Если же окажется целесообразным использование параболы с другим значением параметра, такой расчет придется выполнить.

Выбор параметра параболы определяет глубину параболоида, то есть расстояние между вершиной и фокусом. При одинаковом диаметре апертуры короткофокусные параболоиды обладают большой глубиной, что делает крайне неудобным установку облучателя в фокусе. Кроме того, в короткофокусных параболоидах расстояние от облучателя до вершины зеркала значительно меньше, чем до его краев, что приводит к неравномерности амплитуд у облучателя для волн, отразившихся от кромки параболоида и от зоны, близкой к вершине. Длиннофокусные параболоиды имеют меньшую глубину, установка облучателя оказывается удобнее и амплитудное распределение становится равномернее. Так, при диаметре апертуры 1, 2 м и параметре параболы 200 мм глубина параболоида оказывается равной 900 мм, а при параметре 750 мм - всего 240 мм. Если параметр превышает радиус апертуры, фокус, в котором должен находиться облучатель, располагается вне объема, ограниченного параболоидом и апертурой. Оптимальным как раз считается выбор параметра несколько большим, чем радиус апертуры.

В качестве облучателя обычно используется открытый конец круглого волновода, конический (или более сложной формы) рупор, если принимается сигнал линейной поляризации, а также спиральный облучатель при круговой поляризации.

Наконец, антенна должна быть оснащена юстировочным устройством для точного наведения на ИСЗ по двум координатам: азимуту и углу места. Геостационарные ИСЗ размещены на круговой орбите, плоскость которой совпадает с экваториальной плоскостью Земли, и характеризуются только одной координатой - восточной или западной долготой. Если бы точка приема находилась на экваторе, ориентировать антенну на спутник достаточно было бы также только по одной координате - по углу места, поворачивая антенну в той же плоскости. Когда точка приема находится не на экваторе, при разных значениях долготы спутников направления на них отличаются уже как углами места, так и азимутами. Зная с достаточной точностью долготу конкретного ИСЗ и координаты точки приема (широту и долготу) можно сравнительно просто вычислить необходимое направление антенны на этот спутник по азимуту и углу места. Тем не менее, по самым разным причинам абсолютно точно определить необходимое направление антенны на спутник невозможно. К таким причинам относятся неточность известных координат наземной точки приема, неточность отсчета азимутального направления антенны из-за неточности направления на географический Север (использование компаса недопустимо из-за наличия магнитного склонения и влияния магнитных масс), наконец, неточностей выполнения антенного отражателя и установки облучателя. Ширина главного лепестка диаграммы направленности параболоида очень мала. Поэтому без предварительного определения необходимого направления антенны на спутник методом вычисления практически невозможно "поймать" его сигнал, а после ориентирования по результатам вычислений необходимо осуществить тонкую юстировку направления антенны непосредственно по приему сигнала спутникового ретранслятора.

Определение направления антенны на спутник путем вычисления азимута и угла места оси параболоида производится в следующем порядке. Сначала вычисляется разность долгот:

6-14.jpg

Азимут отсчитывается от направления на Север по часовой стрелке, угол места - над горизонтальным направлением вверх. Все углы выражаются в градусах и их десятичных долях. Если известна координата, выраженная в градусах, минутах и секундах, ее переводят в градусы таким способом:

6-15.jpg

Координаты точки приема используют с максимальной точностью. Крупные города достаточно протяженны. К примеру Москва в пределах МКАД простирается от 55°34'30" до 55°55'00" северной широты и брать какое-то усредненное значение широты не следует. То же относится и к долготе. Лучше всего определять координаты точки приема по топографической карте.

Таблица 6 Программа для ориентирования антенны

6-16.jpg

Вычислить азимут и угол места антенны можно с помощью программируемого микрокалькулятора. В таблице 6. 1 приведена программа для микрокалькулятора МЗ-34 или аналогичных ему. Если спутник восточнее точки приема, при загрузке программы команду 11 нужно заменить на "минус", а у вычисленного азимута поменять знак. После загрузки программы заносятся операнды: азимут точки приема в1 - в регистр 1, азимут спутника с положительным знаком при восточной долгот или с отрицательным знаком при западной в2 - в регистр 2, широта точки приема а - в регистр 3, 180 - в регистр 4, 0,15105 - в регистр 5. После нажатия клавиш В/О и С/П вычисляется азимут А и высвечивается на дисплее. При повторном нажатии клавиши С/П вычисляется угол места М, также отображаемый на дисплее.

Приведем несколько примеров для контроля программы.

6-17.jpg

В приведенных примерах результаты округлены до второго знака после запятой.

Рассмотренный метод ориентирования антенны по направлению на ИСЗ называется азимутально-угломестным, так как оно производится по двум координатам: по азимуту и по углу места. Отличительная особенность этого метода ориентирования состоит в том, что для ориентирования по азимуту антенна вращается вокруг оси, расположенной вертикально относительно поверхности Земли, которая называется азимутальной осью опорно-поворотного устройства антенны. Поэтому на любой широте точки приема за исключением северного и южного полюсов азимутальная ось пересекает плоскость экватора и, соответственно плоскость геостационарной орбиты под острым углом. Это приводит к тому, что каждому спутнику, размещенному на геостационарной орбите, соответствуют для данной точки приема персональные значения азимута и угла места направления антенны. Естественно, что при переориентировании антенны с одного спутника на другой приходится изменять направление антенны, как по азимуту, так и по углу места.

В отличие от азимутально-угломестной ориентации существует метод полярной ориентации, который позволяет производить переориентирование антенны с одного спутника на другой только по одной координате. Для этого вращение антенны по азимуту должно происходить не вокруг вертикальной азимутальной оси, а вокруг дополнительной оси, параллельной оси вращения Земли, соединяющей северный и южный географические полюсы. В связи с тем, что в направлении оси вращения Земли находится Полярная звезда, эта дополнительная ось называется полярной осью. Конструкция такого опорно-поворотного устройства антенны показана на рис. 6.3. Для полярной

6-18.jpg

ориентации по-прежнему требуется наличие механизма вертикальной оси и поворота антенны вокруг этой оси, а также механизма поворота антенны по углу места. Однако, эти механизмы используются только один раз, при установке антенны. В дальнейшем переориентирование антенны с одного спутника на другой осуществляется только поворотом вокруг полярной оси.

На рис. 6.4 показано взаимное положение точки М, находящейся на плоскости геостационарной орбиты, точки приема А, имеющей широту а , и оси вращения Земли, направленной на Полярную звезду и наклоненной относительно плоскости земной орбиты, называемой эклиптикой. Тогда при вращении антенны вокруг полярной оси максимум диаграммы направленности будет описывать круглый прямой конус, ось которого перпендикулярна экваториальной плоскости, то есть плоскости орбиты всех геостационарных спутников. Очевидно, что при этом для ориентирования на любой геостационарный спутник, не затененный Землей, достаточно повернуть антенну только вокруг полярной оси.

6-19.jpg

Установка антенны производится следующим образом. Сначала необходимо как можно точнее определить в точке приема направление Север-Юг. Для этого на горизонтальной плоскости, выверенной по уровню, устанавливают по отвесу вертикальный штырь. В солнечную погоду следят за тенью штыря на плоскости, отмечая на ней длину тени. Наиболее короткая тень получается в истинный полдень, когда тень направлена на Север. В связи с тем, что вблизи полудня длина тени изменяется мало, удобнее отметить две равноудаленные от штыря точки конца тени и провести линию Север-Юг посредине между этими точками. Такой метод удобнее, чем предлагаемый иногда, при котором отмечают направление тени в момент истинного полудня, для чего нужно знать этот момент для данной точки приема и учитывать декретное время, а также вошедшие в моду регулярные переходы на "зимнее" и "летнее" время.

Затем по отвесу устанавливают азимутальную ось вертикально, поворачивают вокруг нее антенну на Юг и регулировкой угла места устанавливают полярную ось под углом к горизонту, равным географической широте точки приема &. Тогда ось параболоида, вертикальная и полярная оси окажутся в одной плоскости, соответствующей плоскости рисунка 6. 4.

Если ось параболоида перпендикулярна полярной оси, она лежит в плоскости географической параллели. Чтобы параболоид "смотрел" в точку М, его нужно довернуть относительно полярной оси на корректирующий угол у.

Определим угол коррекции у по рис. 6. 4. Обозначим средний радиус Земли -г =6370 км и радиус геостационарной орбиты ОМ - R =35875+ 6370= 42245 км. Тогда:

6-110.jpg

В зависимости от широты точки приема угол коррекции можно определить по графику, приведенному на рис. 6. 5.

В условиях полярной ориентации антенны часто допускается ошибка, когда считают, что достаточно на валу полярной оси установить шкалу отсчета разности долгот точки приема и спутника (в1-в2), и по этой шкале антенна будет точно ориентирована на спутник. Ошибка обусловлена предположением о том, что траектория точки пересечения луча антенны с плоскостью геостационарной орбиты совпадает с самой орбитой. В действительности это не так. Центр окружности геостационарной орбиты расположен в центре Земли, а центр окружности основания конуса лучей антенны на плоскости геостационарной орбиты смещен относительно центра Земли на расстояние rcosa, что например на широте 45° составляет более 4500 км. Указанные две окружности сливаются только на долготе точки приема, а на других долготах

6-111.jpg

6-112.jpg

окружность лучей антенны расположена внутри окружности геостационарной орбиты. Чем больше разница долгот, тем больше отклонение. Поэтому если ИСЗ находится восточнее или западнее точки приема, к указанной разности долгот необходимо прибавить поправку S, которую можно вычислить по формуле:

6-113.jpg

или найти по графику рис. 6.6. Поправка, вычисленная по формуле, берется с тем знаком, который получился при вычислении. При использовании графика поправка берется с минусом, если долгота ИСЗ больше долготы точки приема. В обоих случаях результирующий угол поворота антенны на спутник получается по абсолютной величине больше разности долгот. Приведем несколько примеров для контроля.

6-114.jpg

Если известна координата, выраженная в градусах, минутах и секундах, ее переводят в градусы таким способом:

Изображение: 

К определению угла коррекции полярной оси

Изображение: 

К определению угла поправки

Изображение: 

Несколько примеров для контроля программы.

Изображение: 

Несколько примеров для контроля.

Изображение: 

Расчет параболы на спутник

Изображение: 

Рис. 6.1. К определению параболы.

Изображение: 

Рис. 6.2. Сходимость лучей в фокусе параболоида

Изображение: 

Рис. 6.3. Основы конструкции антенны

Изображение: 

Рис. 6.4. К установке антенны полярной ориентации

Изображение: 

Рис. 6.5. График зависимости угла коррекции

Изображение: 

Рис. 6.6. График поправок

Изображение: 

Таблица 6. Программа для ориентирования антенны

Изображение: 

Формулы к определению параболы

Изображение: 

АНТЕННЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ ПРИЕМА СПУТНИКОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ ИЗ КАТАЛОГА ФИРМЫ "БЕЛКА"

Приложение II

АНТЕННЫ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ ПРИЕМА СПУТНИКОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ ИЗ КАТАЛОГА ФИРМЫ "БЕЛКА"

Антенны промышленного производства для непосредственного приема телевизионных передач, которые транслируются передатчиками геостационарных искусственных спутников Земли, подразделяются на осесимметричные и офсетные. В свою очередь, осесимметричные параболические отражатели в зависимости от габаритов выполняются либо цельными, либо в виде сборной конструкции, что облегчает их упаковку и транспортировку. Некоторые антенны поставляются в комплекте с опорно-поворотным устройством (при этом указан тип подвески). Полярная подвеска гарантирует возможность переориентирования антенны с одного геостационарного спутника на другой путем ее поворота только вокруг одной оси, параллельной оси вращения Земли. Поворот же вокруг горизонтальной оси является настроечным и осуществляется только один раз в зависимости от географической широты точки приема. Это достигается усложнением конструкции опорно-поворотного устройства. При азимутально-угломестной подвеске переориентирование антенны с одного спутника на другой приходится каждый раз выполнять путем поворота антенны вокруг двух осей: вертикальной (по азимуту) и горизонтальной (по углу места). Это усложняет переориентирование антенны, но упрощает ее конструкцию.

6-21.jpg

6-22.jpg

6-23.jpg

6-24.jpg

6-25.jpg

6-26.jpg

6-27.jpg


Спутниковые антенны промышленного производства по номенклатуре корпорации "Белка" (окончание)

Изображение: 

Спутниковые антенны промышленного производства по номенклатуре корпорации "Белка" (продолжение)

Изображение: 

Спутниковые антенны промышленного производства по номенклатуре корпорации "Белка" (продолжение)

Изображение: 

Спутниковые антенны промышленного производства по номенклатуре корпорации "Белка" (продолжение)

Изображение: 

Спутниковые антенны промышленного производства по номенклатуре корпорации "Белка" (продолжение)

Изображение: 

Спутниковые антенны промышленного производства по номенклатуре корпорации "Белка" (продолжение)

Изображение: 

Спутниковые антенны промышленного производства по номенклатуре корпорации "Белка"

Изображение: 

7. Чувствительность приемника и антенные усилители.

7.1. ПОНЯТИЕ О ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИЕМНИКА

7.1. ПОНЯТИЕ О ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО ПРИЕМНИКА

Чувствительность телевизионного приемника - одна из главных его характеристик, которая определяет возможность дальнего приема передач. Чем меньше чувствительность, тем "дальнобойнее" приемник. Поэтому применительно к чувствительности обычно пользуются выражениями лучше-хуже вместо больше-меньше, понимая под лучшей чувствительностью такую, которая выражается ее меньшим значением. Существует несколько определений чувствительности, и во избежание путаницы всегда необходимо знать, о какой чувствительности идет речь. Приняты следующие определения: чувствительность, ограниченная усилением; чувствительность, ограниченная синхронизацией; чувствительность, ограниченная шумами.

Чувствительность, ограниченная усилением, представляет собой минимальное напряжение сигнала на антенном входе телевизионного приемника, при котором обеспечивается нормальный уровень сигнала на модулирующем электроде кинескопа. Номинальным уровнем принят размах напряжения, соответствующий уровням белого и черного на экране кинескопа.

Чувствительность, ограниченная синхронизацией, - это минимальное напряжение сигнала на антенном входе телевизора, при котором еще достигается устойчивая синхронизация генераторов развертки телевизора.

Чувствительность, ограниченная шумами, - это минимальное напряжение сигнала на антенном входе телевизора, при котором обеспечивается номинальный уровень сигнала на модулирующем электроде кинескопа при его превышении над уровнем собственных шумов на 20 дБ, т. е. в 10 раз по напряжению. Во всех случаях имеется в виду чувствительность телевизионного приемника по каналу изображения.

Видно, что чувствительность, ограниченная усилением, характеризует лишь коэффициент усиления приемно-усилительного тракта телевизора без учета качества изображения и устойчивости синхронизации. Эту чувствительность можно получить, разделив напряжение номинального уровня сигнала на модуляторе кинескопа на коэффициент усиления тракта. Поэтому чем больше коэффициент усиления, тем меньше (т. е. лучше) чувствительность, ограниченная усилением. В связи с тем, что коэффициент усиления тракта можно увеличивать неограниченно наращиванием числа усилительных каскадов, можно добиться чувствительности, ограниченной усилением, сколь угодно малой. Это приводит к наиболее распространенному заблуждению, когда в условиях дальнего приема пытаются его улучшить за счет использования различных усилительных приставок к телевизору. Но дело в том, что чувствительность, ограниченная усилением, отнюдь не характеризует возможность приема телевизионным приемником слабых

сигналов, так как не учитывает влияния его собственных шумов. Ведь элементы схемы любого каскада, особенно электронные лампы и транзисторы, создают определенный уровень собственных шумов. Шум каждого каскада усиливается последующими каскадами наравне с сигналом, поэтому наиболее сильно усиливается шум первого каскада приемника. Вот почему наиболее важен уровень шумов именно первого каскада телевизионного приемника, а шумами последующих каскадов можно пренебречь. По этой причине именно первый каскад стремятся собирать с использованием малошумящих электронных ламп и транзисторов. Если напряжение собственных шумов на выходе приемника разделить на его коэффициент усиления, получится уровень напряжения шумов, приведенных ко входу этого приемника. В связи с тем, что в основном шумит первый каскад, очевидно, что напряжение шумов, приведенное ко входу приемника, не зависит от числа каскадов и коэффициента усиления приемного тракта. Конечно, чем больше коэффициент усиления тракта, тем меньший уровень сигнала нужно подать па вход приемника, чтобы получить на его выходе нужное напряжение. Однако должно быть ясно, что при подаче па вход приемника сигнала, уровень которого меньше напряжения шумов, приведенных ко входу, такой слабый сигнал окажется забит шумами. Шумы будут усилены вместе с сигналом, и на экране телевизора вместо передаваемого изображения появятся шумы в виде хаотически мерцающих белых и черных точек. В таком случае говорят, что на экране виден "снег".

Чтобы получить изображение на экране телевизора, напряжение сигнала на входе телевизора должно превышать напряжение шумов, приведенных ко входу. Чем больше напряжение сигнала на входе телевизора по сравнению с напряжением шумов, приведенных ко входу, тем лучше будет качество изображения. Для оценки соотношения между напряжением сигнала и напряжением шумов принято брать их отношение.

Чувствительность, ограниченная шумами, как раз и учитывает наличие определенного уровня собственных шумов телевизионного приемника и характеризует его способность принимать слабые сигналы, т. е. работать в условиях дальнего приема. Чувствительность, ограниченная шумами, измеряется при отношении сигнал-шум на модуляторе кинескопа, равном 10, что соответствует 20 дБ. Напомним, что отношение двух напряжений, выраженное в децибелах, получается путем взятия десятичного логарифма этого отношения и умножением его на число 20. В связи с тем, что в телевидении кроме несущей частоты сигнала изображения передается только одна боковая полоса частот, а вторая полоса подавляется, коэффициент передачи амплитудного детектора и, стало быть, коэффициент усиления сквозного тракта для сигнала в 2 раза меньше, чем для шумов. По этой причине для получения на выходе телевизионного приемника отношения сигнал-шум, равного 10, это отношение на входе приемника должно быть вдвое больше, т. е. 20, что соответствует 26 дБ.

Указанное отношение сигнал-шум при определении чувствительности условное, так как оно соответствует очень плохому качеству изображения, при котором обеспечивается различимость лишь крупных деталей. Для получения же на экране телевизора изображения хорошего качества отношение сигнал-шум на входе должно быть не менее 40 дБ, т. е. на 14 дБ (в 5 раз) больше, чем при определении чувствительности, ограниченной шумами. Это связано с тем, что максимальный уровень сигнала при негативной модуляции соответствует уровню черного, а уровень белого значительно меньше, и для получения хорошего качества изображения именно уровень белого должен быть больше уровня шумов. Поэтому, если. например, известно, что чувствительность, ограниченная шумами, для какого-то телевизора составляет 70 мкВ, подача на антенный вход этого телевизора сигнала с таким уровнем обеспечит лишь получение различимого изображения, а для получения изображения хорошего качества напряжение входного сигнала должно быть в 5 раз больше, т. е. 350 мкВ.

Сравнивая чувствительности, ограниченные шумами, для разных типов телевизора оказывается возможным выбрать такой из них, который обладает наилучшей чувствительностью и наиболее подходит для условий дальнего приема передач. Сравнение чувствительностей, ограниченных усилением, такой возможности не дает. Все разработанные после 1979 г. отечественные черно-белые и цветные телевизионные приемники в соответствии с ГОСТом должны обладать чувствительностью канала изображения, ограниченной шумами, не хуже 100 мкВ в диапазонах метровых каналов и не хуже 140 мкВ в диапазонах дециметровых каналов. Однако указанные значения предельные: фактическая чувствительность разных типов телевизоров может быть лучше.

Телевизионный сигнал, принятый антенной, как и всякий радиосигнал, подвержен замираниям (колебаниям уровня) из-за непостоянства условий распространения сигнала в атмосфере. Для компенсации таких замираний коэффициент усиления приемного тракта телевизора должен автоматически изменяться в соответствии с уровнем принятого сигнала. С этой целью телевизионный приемник должен быть оснащен автоматической регулировкой усиления (АРУ). Для нормальной работы телевизора, оснащенного системой АРУ, телевизионный приемник должен иметь запас усиления. Поэтому коэффициент усиления приемно-усилительного тракта должен быть больше того, который необходим для получения необходимой чувствительности, ограниченной шумами. Таким образом, обычно чувствительность, ограниченная усилением, оказывается меньше (лучше) чувствительности, ограниченной шумами.

Чувствительность, ограниченная синхронизацией, которая характеризуется минимальным напряжением сигнала на входе телевизора, обеспечивающим синхронизацию генераторов развертки, не учитывает необходимости наличия различимого изображения на экране телевизора или его качества. Как правило, чувствительность, ограниченная синхронизацией, представляет собой промежуточную величину: она хуже чувствительности, ограниченной усилением, и лучше чувствительности, ограниченной шумами.

Следует иметь в виду, что если не оговорено, о какой чувствительности идет речь, подразумевается чувствительность, ограниченная усилением.

У нас в стране во избежание конкуренции сложилась практика, при которой в паспортах телевизионных приемников, выпускаемых разными заводами, стали указывать чувствительность без пояснения условий ее определения. Понятно, что при этом указывалась чувствительность, ограниченная усилением, хотя потребитель заинтересован в информации о чувствительности, ограниченной шумами. В последние годы под давлением

общественности паспортные данные телевизоров стали содержать значения чувствительности, ограниченной синхронизацией.

Путаница в понятиях чувствительности часто приводит к парадоксам. У некоторых владельцев телевизоров вызывает недоумение то, что телевизор, характеризуемый в паспорте лучшей чувствительностью по сравнению с другим, фактически слабые сигналы принимает хуже. Это объясняется именно тем, что сравнивались значения чувствительности, ограниченной усилением, а не чувствительности, ограниченной шумами.

В условиях дальнего приема, когда изображение на экране телевизора получается бледным и малоконтрастным, встает вопрос о возможности улучшения чувствительности телевизионного приемника. При наличии современного телевизора улучшать чувствительность, ограниченную усилением, не имеет смысла, так как она и так достаточно мала. Если же речь идет о телевизорах устаревших марок, выпущенных до появления унифицированных моделей, такое улучшение можно считать целесообразным. Для этого достаточно увеличить коэффициент усиления приемно-усилительного тракта телевизора.

Возникает вопрос, в каких случаях следует добиваться улучшения чувствительности, ограниченной усилением, в условиях дальнего приема, а в каких это не имеет смысла. Рассмотрим следующие примеры.

Допустим, что имеется телевизионный приемник с чувствительностью, "ограниченной усилением, равной 200 мкВ. Уровень входных шумов для всех телевизоров можно считать равным 5 мкВ. При подаче на вход этого телевизора сигнала напряжением 200 мкВ, равного чувствительности, на модуляторе кинескопа будет получено необходимое напряжение. Вместе с тем отношение сигнал-шум на входе составит 200: 5=40. Это практически соответствует отсутствию шумов на экране. Различимое изображение, пусть даже плохого качества, что допустимо в условиях дальнего приема, можно было бы получить при меньшем уровне входного сигнала, равном 100 мкВ, при котором отношение сигнал-шум оказалось бы равным 20. Однако при уменьшении входного сигнала вдвое также вдвое уменьшится сигнал па модуляторе кинескопа, и картинка получится бледной. Если же увеличить коэффициент усиления тракта также в 2 раза, задача будет решена: при подаче на антенный вход сигнала напряжением 100 мкВ уровень выходного сигнала окажется номинальным, достаточным для получения нормальной контрастности, а отношение сигнал-шум на входе будет равно 20, так как уровень входных шумов не зависит от коэффициента усиления тракта.

В качестве другого примера возьмем телевизионный приемник более позднего выпуска, например, черно-белый унифицированный телевизор УЛПТ-61-II, чувствительность которого, ограниченная усилением, 50 мкВ. При уровне сигнала 50 мкВ и уровне входных шумов 5 мкВ отношение сигнал-шум на входе равно 10, т. е. меньше допустимого. Для получения различимого изображения придется увеличить уровень входного сигнала до 100 мкВ, но при этом напряжение сигнала на модуляторе кинескопа окажется вдвое больше номинального и контрастность изображения окажется чрезмерной. Поэтому с помощью регулятора контрастности телевизора придется также вдвое уменьшить коэффициент усиления приемно-усилительного тракта. В результате будет получено номинальное напряжение сигнала на модуляторе кинескопа и отношение сигнал-шум на

входе, равное 20. Отсюда ясно, что в этом примере увеличивать каким-либо способом коэффициент усиления нет смысла, так как одновременно пришлось бы регулятором контрастности во столько же раз его уменьшить. Таким образом, можно сделать следующий вывод: если чувствительность телевизора, ограниченная усилением, хуже 100 мкВ, можно ее улучшить за счет увеличения коэффициента усиления тракта. Дополнительное усиление определяется делением паспортной чувствительности, ограниченной усилением, на 100 мкВ. Естественно, что этот вывод справедлив только в тех случаях, когда уровень собственных шумов телевизионного приемника, приведенных ко входу, составляет 5 мкВ. При этом реально достижимая чувствительность, ограниченная шумами, равна чувствительности, ограниченной усилением, и составляет 100 мкВ.

Возможность улучшения дальнего приема за счет улучшения чувствительности, ограниченной усилением, путем увеличения коэффициента усиления тракта легко установить также экспериментально по изображению на экране телевизора: если изображение просматривается на фоне шумов (на экране виден "снег"), значит, коэффициент усиления достаточно велик и его увеличение не даст улучшения приема, если же изображение бледно и малоконтрастно даже в крайнем положении регулятора контрастности, а шумы на экране не просматриваются, можно улучшить прием за счет улучшения чувствительности, ограниченной усилением, т. е. за счет увеличения коэффициента усиления тракта.

Увеличение коэффициента усиления приемного тракта может быть достигнуто разными способами. Простейший из них - использование антенного усилителя между выходом фидера и антенным гнездом телевизора. Такие усилители выпускают у нас в стране, и они имеются в продаже. Следует, однако, помнить, что уровень собственных шумов таких антенных усилителей примерно такой же, как у телевизионных приемников. Поэтому выигрыша в чувствительности, ограниченной шумами, использование этих антенных усилителей не даст. Можно было бы улучшить чувствительность только в том случае, если бы антенный усилитель обладал уровнем собственных шумов, меньшим уровня собственных шумов телевизора за счет использования в его схеме малошумящего транзистора. Но при этом трудно получить выигрыш больше, чем на 1-2 дБ, т. е. в 1, 12... 1, 26 раз по напряжению. Таким образом, этим путем можно улучшить чувствительность, ограниченную шумами, до 90... 80 мкВ.

В ламповых телевизорах можно увеличить коэффициент усиления усилителя промежуточной частоты канала изображения за счет установки ламп с повышенным значением крутизны характеристики анодного тока. Так, вместо ламп 6Ж1П можно установить лампы 6Ж38П. Такая замена очень удобна, так как эти лампы имеют одинаковую цоколевку и не требуют каких-либо переделок в схеме. Замена ламп 6Ж1П в трехкаскадном усилителе промежуточной частоты лампами 6Ж38П увеличивает коэффициент усиления примерно в 2 раза. Возможна также установка более эффективных ламп, скажем, ламп 6Ж9П, но это требует замены ламповой панельки, и придется заново подобрать режим питания лампы.

Коэффициент усиления приемного тракта ламповых телевизоров, оснащенных блоком ПТК, можно увеличить за счет установки приставки дополнительного усиления по промежуточной частоте между выходом

блока ПТК и входом первого каскада усилителя промежуточной частоты. Для этого используется имеющийся разъем и не требуется выполнять монтажные работы. Такие приставки типа "Каскад" выпускались и подробно описаны в журнале "Радио", 1966 г., № 7, с. 28-29.

Если телевизионный приемник имеет достаточный запас усиления (чувствительность, ограниченная усилением, не превышает 50 мкВ), для улучшения изображения в условиях дальнего приема полезный эффект может дать только снижение уровня шумов, приведенных ко входу. Уменьшить уровень шумов черно-белого телевизора можно только за счет некоторого ухудшения качества изображения, что в условиях дальнего приема вполне допустимо. Для этого необходимо сузить полосу пропускания приемного тракта. Сужение полосы пропускания в 2 раза приводит к ухудшению четкости по горизонтали примерно до 250 элементов, что соответствует удовлетворительному качеству картинки, и к уменьшению уровня шумов на 3 дБ/Соответственно на 3 дБ или в 1, 41 раз по напряжению улучшается чувствительность, ограниченная шумами. Сужение полосы пропускания достигается путем увеличения сопротивлений нагрузки видеодетектора и видеоусилителя в 1, 5... 2 раза. Можно ли улучшить чувствительность до 1... 3 мкВ? Применив новейшие лампы или транзисторы, можно снизить уровень шумов до 3 мкВ и, сузив полосу пропускания в 4 раза, еще вдвое, до 1, 5 мкВ. Тогда чувствительность, ограниченная шумами, составит 30 мкВ, но четкость ухудшится до 137 элементов, что соответствует уже плохо различимому изображению. Это - предел!

 

7.2. ПРИМЕНЕНИЕ АНТЕННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

7.2. ПРИМЕНЕНИЕ АНТЕННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Выше уже отмечалось, что установка антенного усилителя около телевизора между фидером и антенным входом телевизионного приемника обеспечивает увеличение коэффициента усиления приемного тракта, т. е. улучшает чувствительность, ограниченную усилением. Было показано, что при использовании современных телевизоров такой метод не приводит к улучшению изображения в условиях дальнего приема, так как требуется улучшение чувствительности, ограниченной не усилением, а шумами. Антенный же усилитель, обладая примерно таким же уровнем собственных шумов, как и телевизионный приемник, не улучшает чувствительности, ограниченной шумами.

Тем не менее использование антенного усилителя в некоторых случаях позволяет улучшить прием, но для этого он должен быть установлен не около телевизора, а около антенны, на мачте между антенной и фидером или в разрыв фидера, в непосредственной близости от антенны. В чем тут разница? Дело в том, что сигнал, проходя к фидеру, претерпевает затухание, уменьшается его уровень. Затухание зависит от марки кабеля, из которого выполнен фидер. Кроме того, затухание тем больше, чем больше длина фидера и чем больше частота сигнала, т. е. номер канала, по которому принимается передача. Когда антенный усилитель установлен около телевизора, на его вход поступает сигнал, уже ослабленный прохождением по фидеру, и отношение уровня сигнала к уровню шумов на входе антенного усилителя оказывается меньше, чем если бы антенный усилитель был установлен около антенны, когда сигнал не ослаблен фидером. При этом,

конечно, проходя по фидеру, сигнал также ослабляется, но во столько же раз ослабляются и шумы. В результате отношение сигнала к уровню шумов не ухудшается.

Телевизионные кабели разных марок характеризуются зависимостью удельного затухания от частоты. Удельным затуханием коаксиального кабеля принято называть такое, которое претерпевает сигнал определенной частоты, проходя по кабелю длиной 1 м. Удельное затухание измеряется в дБ/м и приводится в справочниках в виде графических зависимостей удельного затухания от частоты или в виде таблиц. На рис. 2. 1 приводятся такие кривые для некоторых марок коаксиального 75-омного кабеля. Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле при определенной его длине на любом частотном канале метрового или дециметрового диапазона. Для этого нужно умножить полученное из рисунка значение удельного затухания на длину фидера, выраженную в метрах. В результате получится затухание сигнала в децибелах.

Наиболее распространенный тип кабеля для фидера - РК 75-4-11, удельное затухание его 0, 05... 0, 08 дБ/м в диапазоне 1-5-го каналов, 0, 12... 0, 15 дБ/м в диапазоне 6-12-го каналов и 0, 25... 0, 37 дБ/м в диапазоне 21-69-го каналов. Отсюда, при длине фидера 20 м затухание сигнала в фидере на 12-м канале составит всего 3 дБ, что соответствует уменьшению напряжения сигнала в 1, 41 раза, а при длине фидера 50 м затухание на 12-м канале составит 7, 5 дБ (уменьшение в 2, 38 раз). В дециметровом же диапазоне при длине фидера 20 м затухание окажется равным 5, 0... 7, 4 дБ в зависимости от номера канала, что соответствует уменьшению напряжения сигнала в 1, 78... 2, 34 раза, а при длине фидера 50 м - 12, 5... 18, 5 дБ (уменьшение сигнала в 4, 22... 8, 41 раза).

Таким образом, при длине фидера 50 м даже на 12-м канале сигнал, проходя по фидеру, уменьшается более чем вдвое, и отношение сигнал-шум на входе телевизора окажется уменьшенным также более чем вдвое. Если установить антенный усилитель до поступления сигнала в фидер, при этом же уровне входных шумов антенного усилителя, что и у телевизора, получится выигрыш в отношении сигнал-шум более чем вдвое. Еще более существенный выигрыш получится при большей длине фидера или при приеме сигнала в дециметровом диапазоне. Необходимый и вполне достаточный коэффициент усиления антенного усилителя должен быть равен затуханию сигнала в фидере. Использовать антенные усилители с коэффициентом усиления больше требуемого нет смысла.

Выпускается несколько типов антенных усилителей. Наибольшее распространение получили антенные усилители метрового диапазона типа УТДИ-I-III (усилитель телевизионный диапазонный индивидуальный на частоты I-III диапазонов). Они рассчитаны на все 12 каналов метрового диапазона и содержат встроенный блок питания от сети переменного тока напряжением 220 В. Конструкция усилителя позволяет устанавливать его на мачте около антенны с питанием по фидеру без прокладки дополнительных проводов. Коэффициент усиления усилителя УТДИ-I-III не менее 12 дБ (4 раза по напряжению), а уровень его собственных шумов немного меньше уровня собственных шумов черно-белых и цветных телевизионных приемников.

Если усилители УТДИ-I-III диапазонные и рассчитаны на усиление

телевизионного сигнала по любому из 12 каналов метрового диапазона, то антенные усилители типа УТКТИ (усилитель телевизионный канальный транзисторный индивидуальный) одноканальные и рассчитаны па усиление сигнала только одного, вполне определенного частотного канала метрового диапазона. Номер канала указывается после обозначения типа усилителя. Так, УТКТИ-1 означает, что усилитель рассчитан на усиление сигнала по первому частотному каналу, а УТКТИ-8 на усиление сигнала по восьмому каналу. Усилители типа УТКТИ также имеют встроенный блок питания от сети переменного тока напряжением 220 В. Коэффициент усиления УТКТИ-1 - УТКТИ-5 не менее 15 дБ, а УТКТИ-6 - УТКТИ-12 не менее 12 дБ. Уровень собственных шумов усилителей этого типа несколько меньше, чем типа УТДИ-I-III. Мощность, потребляемая от сети переменного тока УТДИ-I-III, не превышает 7 Вт, а УТКТИ - 4 Вт.

В связи с тем, что в настоящее время все более широкое распространение получает телевизионное вещание в дециметровом диапазоне, а затухание сигнала в фидере на этом диапазоне повышено, актуальным становится использование антенных усилителей, рассчитанных на этот диапазон. Например, усилителя типа УТАИ-21-41 (усилитель телевизионный антенный индивидуальный, рассчитанный на 21-41 каналы) с коэффициентом усиления не менее 14 дБ в диапазоне частот 470... 638 МГц.

Ранее, несмотря на выпуск промышленных антенных усилителей, в журналах "Радио" и в сборниках "В помощь радиолюбителю" приводилось большое количество описаний и схем антенных усилителей для самостоятельного изготовления. В последние годы такие публикации стали редкими. Так, в сборнике "В помощь радиолюбителю" выпуск 101, с. 24-31 приводится очень подробное описание узкополосного антенного усилителя с перестраиваемой амплитудно-частотной характеристикой О. Пристайко и Ю. Позднякова. Настройка усилителя на один из каналов метрового диапазона осуществляется подстроечным конденсатором, полоса пропускания усилителя составляет 8 МГц, а коэффициент усиления 22... 24 дБ. Питание усилителя производится постоянным напряжением 12 В. Такой усилитель имеет смысл использовать только в том случае, когда осуществляется прием передач по одному определенному каналу, так как перестраивать усилитель, установленный на мачте нет возможности.

Значительно чаще возникает потребность в широкополосном антенном усилителе, способном усилить сигналы всех телевизионных программ, принимаемых антенной. На рис. 7. 1 показана принципиальная схема

7-21.jpg

антенного усилителя, рассчитанного на усиление всех 12 метровых каналов, разработанного И. Нечаевым. При напряжении 12 В коэффициент усиления составляет 25 дБ при токе потребления 18 мА. Усилитель собран на малошумящих транзисторах с коэффициентом шума около 3 дБ. Встречно-параллельно включенные диоды на входе предохраняют транзисторы усилителя от повреждения грозовыми разрядами. Оба каскада собраны по схеме с общим эмиттером. Конденсатор С6 обеспечивает коррекцию частотной характеристики усилителя в области высших частот. Для стабилизации режима транзисторов усилитель охвачен отрицательной обратной связью с эмиттера второго транзистора на базу первого. Во избежание самовозбуждения усилителя из-за паразитной обратной связи между каскадами через источник питания используется развязывающий фильтр R4, С1. Входными клеммами усилитель подключается к фидеру в непосредственной близости от антенны, где сигнал еще не ослаблен прохождением по фидеру. Выход усилителя подключается к фидеру, идущему к телевизору. По центральной жиле этой части фидера к усилителю подается питающее напряжение через дроссель L1. Через такой же дроссель к центральному проводнику антенного гнезда телевизора подводится напряжение+ 12 В. Сигнал с антенного гнезда в телевизоре на вход селектора каналов при этом должен подаваться через разделительный конденсатор емкостью 3000 пФ. Дроссели наматывают на ферритовых цилиндрических сердечниках диаметром 3 мм и длиной 10 мм проводом ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0, 2 мм виток к витку. Каждый дроссель содержит по 20 витков. Перед намоткой сердечник нужно обернуть двумя слоями лавсановой пленки, а после намотки витки закрепляются полистироловым лаком или эмалитом. Более подробное описание усилителя, чертеж печатной платы и размещение на ней деталей приводятся в журнале "Радио", 1992 г., № 6, с. 38-39.

Другой антенный усилитель, рассчитанный па дециметровый диапазон 470... 790 МГц (21... 60 каналы), предложил А. Комок. Его принципиальная схема показана на рис. 7. 2. Коэффициент усиления этого усилителя в полосе

7-22.jpg

Рис. 7. 2. Схема антенного усилителя ДМВ

пропускания составляет 30 дБ при питании напряжением 12 В, а ток потребления не превышает 12 мА. Оба каскада собраны по схеме с общим эмиттером на сверхвысокочастотных транзисторах с низким уровнем собственных шумов. Нижняя граница полосы пропускания усилителя

ограничена входным фильтром верхних частот, а верхняя - паразитными емкостями транзисторов и монтажа. Благодаря резисторам R1 и R3 обеспечивается температурная компенсация режима транзисторов. Катушка фильтра верхних частот L1 наматывается проводом ПЭВ-2 диаметром 0, 8 мм и содержит 2, 5 витка. Намотка производится на оправке диаметром 4 мм виток к витку, после чего катушка снимается с оправки. Питание, как и для усилителя Нечаева, подается по фидеру через дроссели описанной выше конструкции. Автор использовал в усилителе бескорпусные транзисторы, требующие тщательной герметизации. Можно рекомендовать также применение корпусных транзисторов КТ399А, более доступных и устойчивых при изменениях климатических условий. Подробное описание этого усилителя помещено в журнале "Радиолюбитель", 1993 г., № 5, с. 2.

Как было отмечено, основное назначение антенного усилителя -компенсация затухания сигнала в фидере. При использовании антенного усилителя чувствительность, ограниченная шумами, т. е. способность принимать слабый сигнал, определяется отношением сигнал-шум уже не на входе телевизионного приемника, а на входе антенного усилителя. Поэтому при установке антенного усилителя около антенны для получения определенного значения чувствительности, ограниченной шумами, потребуется меньший уровень входного сигнала, чем при установке его около телевизора. Таким образом, удается с лучшим качеством принимать более слабый сигнал.

Применение антенного усилителя позволяет сознательно использовать фидеры такой большой длины, которые в отсутствие усилителя ослабили бы уровень сигнала до недопустимого. Необходимость применения длинного фидера иногда возникает в условиях закрытой местности, когда телевизионный приемник располагается в ложбине и приемная антенна, установленная около дома, оказывается закрыта находящимися на пути к передатчику холмами. В то же время телевизионные антенны, установленные на расстоянии 100... 200 м от этого здания, обеспечивают вполне уверенный прием с хорошим качеством изображения за счет того, что они не закрыты местной преградой. В таких условиях добиться нормального приема можно одним из двух способов: либо увеличением высоты антенной мачты, что обычно представляет собой очень трудную задачу, либо установкой антенны на открытой местности, на расстоянии 100... 200 м от дома. Тогда для подключения антенны к телевизионному приемнику потребуется использование длинного фидера. Легко подсчитать, что при фидере длиной 200 м кабель марки РК 75-4-11 на частоте 12-го канала создает затухание 30 дБ, что соответствует уменьшению напряжения сигнала в 31, 6 раз, который, как правило, оказывается ниже порога чувствительности телевизионного приемника. Установка антенного усилителя, обладающего хотя бы таким же усилением, на выходе антенны позволит скомпенсировать затухание сигнала в длинном фидере и обеспечить нормальную работу телевизора. Если усиления одного усилителя недостаточно, можно включить два усилителя последовательно один за другим. При этом результирующий коэффициент усиления будет равен сумме коэффициентов усиления усилителей, если они выражены в децибелах.

При очень большой длине фидера и необходимости усиления сигнала более чем на 30 дБ, когда приходится использовать два или несколько

антенных усилителей, во избежание перегрузки или самовозбуждения не следует устанавливать все усилители в одном месте. В этих условиях первый усилитель устанавливают на выходе антенны, т. е. на входе фидера, а последующие - вразрыв фидера примерно на одинаковых расстояниях один от другого. Эти расстояния выбирают так, чтобы затухание сигнала в отрезке фидера между двумя усилителями примерно равнялось коэффициенту усиления усилителя.

Из зависимостей удельного затухания от частоты для коаксиальных кабелей разных марок (рис. 2. 1) можно сделать определенные выводы. Кабели марок РК 75-2-13 и РК 75-2-21 обладают достаточно большим удельным затуханием даже в метровом диапазоне волн, использовать их в дециметровом диапазоне не следует. Кабели марок РК 75-7-15, РК 75-9-13, РК 75-13-11 и РК 75-17-17 обладают меньшим удельным затуханием но сравнению с РК 75-4-11 особенно в дециметровом диапазоне. Если при длине фидера 50 м на частоте 620 МГц (39-й канал) кабель РК 75-4-11 вносит затухание 16 дБ (ослабление напряжения сигнала в 6, 3 раз), то при тех же условиях кабель марки РК 75-9-13 вносит затухание 9, 5 дБ (ослабление в 3 раза), а РК 75-13-11 - 7, 25 дБ (ослабление в 2, 3 раз). Таким образом, удачный выбор марки кабеля для фидера в дециметровом диапазоне может поднять уровень сигнала на входе телевизора в несколько раз даже без использования антенного усилителя.

Можно предложить достаточно простой совет по выбору кабеля: чем больше диаметр кабеля, тем меньшее затухание он вносит. В качестве телевизионного фидера всегда используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом.

Рис. 7.1. Принципиальная схема антенного усилителя МВ

Изображение: 

Рис. 7.2. Схема антенного усилителя ДМВ

Изображение: 

8. Вспомогательные устройства.

8.1. ДЕЛИТЕЛИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА

8.1. ДЕЛИТЕЛИ ТЕЛЕВИЗИОННОГО СИГНАЛА

В настоящее время нередко семья располагает двумя или несколькими телевизорами, каждый из которых необходимо подключить к наружной антенне. При наличии телевизионной антенны коллективного пользования проще всего сделать заказ на подключение второго или третьего абонентского отвода от стандартной разветвительной коробки, установленной на лестничной клетке. При этом исключается взаимное влияние между телевизорами, обеспечивается хорошее согласование входного сопротивления телевизионного приемника с фидером и не уменьшается уровень сигнала на входах телевизоров. Однако это требует значительного расхода коаксиального кабеля. Если же используется индивидуальная наружная антенна, то и разветвительная коробка отсутствует. Тем не менее, разветвительную коробку можно изготовить самостоятельно.

8-11.jpg

На рис. 8. 1, а приведена принципиальная схема разветвительной коробки на два отвода от абонентского кабеля коллективной антенны, а на рис. 8. 1, 6 - на три отвода. Коробка устанавливается в удобном месте квартиры, ее вход подключается к уже имеющемуся кабелю от разветвительной коробки коллективной антенны, а выходы соединяются телевизионными кабелями с телевизорами. К каждому выходу подключается один телевизор. Если по каким-то причинам к одному из выходов телевизор не будет подключен (например, его увезли на дачу или отправили в ремонт), к штекеру, предназначенному для подключения к антенному гнезду телевизора, нужно подключить резистор сопротивлением 75 Ом. В противном случае произойдет рассогласование, и изображения на экранах других телевизоров начнут двоиться. По этой же причине не следует делать в коробке лишние отводы, а если они имеются, к каждому из них нужно подключить резистор на 75 Ом.

Как видно из схемы, коробка на два выхода содержит три резистора, коробка на три выхода - четыре резистора. Количество резисторов всегда будет на один больше числа выходов. Все резисторы в коробке, имеют одинаковое сопротивление, которое зависит от количества выходов и определяется по формуле:

8-12.jpg

где п — количество выходов разветвительной коробки. Точные значения сопротивлений резисторов, найденные по этой формуле, подбирать не следует, можно взять ближайший стандартный номинал: 24 Ома для двух выходов, 36 Ом для трех, 43 Ома для четырех и т. д.

Конструкция разветвительной коробки достаточно проста. Корпус коробки выполняется из листовой меди, латуни или даже белой жести от консервной банки. Оплетки всех кабелей припаиваются к корпусу коробки, а центральные жилы - к резисторам. Резисторы могут быть типа ОМЛТ мощностью 0, 25 Вт. Коробка закрывается крышкой, выполненной из того же металла, которая в нескольких точках припаивается к корпусу коробки. После этого коробка крепится к стене.

Недостатком такого способа разветвления сигнала является уменьшение напряжения сигнала на входе каждого телевизора во столько же раз, сколько аппаратов подключено к коробке, за счет потерь энергии сигнала в резисторах коробки. Обычно антенны коллективного пользования обеспечивают вполне достаточный уровень сигнала на абонентских отводах лестничной разветвительной коробки порядка 1 мВ. Поэтому при уменьшении такого напряжения сигнала в несколько раз разветвительной коробкой остается достаточный уровень для получения хорошего изображения на экране телевизора.

Часто возникает вопрос: зачем нужны резисторы в коробке, приводящие к уменьшению уровня сигнала на ее выходах. Если бы, например, антенные гнезда трех телевизоров были непосредственно подключены к фидеру, он оказался бы сильно рассогласован с нагрузкой: ведь входное сопротивление каждого телевизора по антенному входу составляет 75 Ом, входное сопротивление трех параллельно соединенных - 25 Ом или втрое меньше сопротивления, необходимого для согласования фидера. В результате значительная часть энергии сигнала отразится обратно в фидер и не попадет на вход телевизоров. Более того, при неточном согласовании фидера с антенной, что обычно неизбежно, отраженный сигнал вновь отразится от антенны и поступит на входы телевизоров с задержкой, что приведет к двоению и многоконтурности изображения. При наличии резисторов в коробке легко подсчитать, что при любом количестве отводов с подключенными к ним телевизорами, фидер остается согласован с нагрузкой.

Случается и так, что при использовании индивидуальной антенны подключенный к ней один телевизор работает хорошо, но когда к ней присоединяется разветвительная коробка с двумя или тремя телевизорами, уровень сигнала на их входах оказывается уже недостаточным, контрастность изображения на экранах становится слабой и просматриваются шумы. В таких условиях следует между антенным фидером и разветвитель-

8-13.jpg

нон коробкой включить антенный усилитель. Следует напомнить, что в том случае, когда уровень сигнала недостаточен даже для работы одного телевизора, нужно использовать более эффективную антенну, а при длинном фидере антенный усилитель должен быть установлен на мачте поблизости от антенны.

Другой вариант разветвительной коробки, аналогичной тем, которые используются в сетях антенн коллективного пользования, показан на рис. 8. 2. Эту коробку можно использовать для подключения двух телевизоров к индивидуальной наружной антенне. Коробка этого типа обеспечивает согласование фидера с нагрузкой независимо от того, подключены ли к обоим выходам телевизоры, а также незначительно ослабляет сигнал на выходах относительно уровня сигнала на входе коробки. Коробка содержит

две одинаковые катушки из медной голой посеребренной проволоки диаметром 1 мм. Катушки наматываются на оправке диаметром 4 мм и содержат по 3 витка. После намотки катушки снимаются с оправки и растягиваются в спираль с шагом 2 мм (расстояние между витками равно диаметру провода).

8-27.jpg

К определению числа резисторов

Изображение: 

Рис. 8.1. Разветвительные коробки на резисторах

Изображение: 

Рис. 8.2. Вариант разветвительной коробки

Изображение: 

Рис. 8.6. Схема коммутации антенн

8.2. УСТРОЙСТВА СЛОЖЕНИЯ СИГНАЛОВ

8.2. УСТРОЙСТВА СЛОЖЕНИЯ СИГНАЛОВ

При отсутствии телевизионной антенны коллективного пользования, особенно в сельской местности, часто возникает необходимость установки двух или нескольких раздельных антенн. Это может быть связано с необходимостью использования узкополосных одноканальных антенн для приема разных программ от одного и того же телецентра или ретранслятора, когда требуются антенны с большим коэффициентом усиления. В других случаях необходимо принимать разные программы от телевизионных передатчиков, расположенных в разных направлениях, а каждый раз заниматься поворотом антенны вручную или конструировать специальное поворотное устройство нежелательно. В таких условиях обычно от каждой антенны спускается отдельный фидер, что нецелесообразно, так как при переходе с приема одной программы на другую приходится переставлять штекеры фидеров в антенное гнездо телевизора. Установка переключателя фидеров у телевизора также не решает проблемы: не устраняется большой расход дорогостоящего кабеля, а при слабом сигнале для компенсации затухания сигнала в фидерах пришлось бы у каждой антенны устанавливать отдельный антенный усилитель. Эти проблемы могут быть решены исключительно путем объединения сигналов, принятых антеннами, с канализацией их к телевизору по одному общему фидеру. Однако, непосредственно соединять между собой разные антенны невозможно в

связи с тем, что нарушится их согласование с фидерами: сигнал, принятый одной антенной, будет разветвляться и лишь частично поступать в фидер. Другая антенна, подключенная параллельно фидеру, может, представлять собой такую нагрузку, что уровень сигнала от первой антенны, поступающий в фидер, окажется недопустимо малым. Поэтому необходимо специальное устройство для сложения сигналов, которое не нарушало бы согласования антенн.

На рис. 8. 3 показана схема фильтра сложения сигналов (ФСС) метрового диапазона. Назначение фильтра состоит в том, чтобы сигнал, принятый

8-21.jpg

Рис. 8. 3. ФСС с использованием ФНЧ и ФВЧ

антенной 1, полностью поступил в фидер и не ответвлялся в цепь антенны 2, а сигнал, принятый антенной 2, также полностью поступил в фидер и не ответвлялся в цепь антенны 1. Эта задача реализуется использованием двух фильтров. Фильтр, образованный элементами LI, Cl, L2, С2 и С5, представляет собой фильтр нижних частот (ФНЧ), а фильтр, образованный элементами L3, СЗ, L4, С4 и L5, - фильтр верхних частот (ФВЧ). Если антенна 1 рассчитана на прием сигнала с меньшим номером канала, то есть с меньшей частотой, чем антенна 2, то сигнал от антенны 1 свободно проходит через ФНЧ и поступает в фидер, не ответвляясь в цепь антенны 2, так как ФВЧ представляет для него большое сопротивление. Аналогично, сигнал, принятый антенной 2, беспрепятственно проходит через ФВЧ и поступает в фидер, а ФНЧ, имеющий для этого сигнала большое сопротивление, не пропускает его к антенне 1. Во избежание отражения сигналов, принятых антеннами, от ФСС характеристические сопротивления обоих фильтров должны приблизительно составлять 75 Ом.

Катушки индуктивности фильтра наматываются проводом ПЭВ-2 диаметром 0, 6 мм виток к витку на каркасах из полистирола или оргстекла диаметром 5 мм. Катушки L1... L4 располагаются на одном общем каркасе, расстояния между катушками должны быть не менее 8 мм. Катушка L5 наматывается на отдельном каркасе и конструктивно размещается так, чтобы ее ось была перпендикулярна оси других катушек. Количество витков катушек и емкости конденсаторов для разных комбинаций каналов приведены в таблице 8. 1.

В связи с тем, что некоторые читатели могут испытать затруднения при намотке катушек, содержащих нецелое число витков, на рис. 8. 4 показан способ намотки двух катушек, где катушка L1 содержит 4 витка, а катушка

L2 - 3, 5 витка. При монтаже ФСС необходимо обеспечить минимальную длину соединительных проводников, особенно концов катушек.

Таблица 8. 1

8-22.jpg

8-23.jpg

Рассмотренный вариант ФСС компактен и дешев в изготовлении, но страдает одним недостатком: в любительских условиях невозможно учесть паразитные емкости монтажа и индуктивности выводов катушек, конденсаторов и соединительных проводов, которые на частоте десятков и сотен мегагерц оказывают существенное влияние на работу. Поэтому добиться паспортных значении ослабления сигнала не более, чем па 1 дБ и развязки между антеннами не

менее, чем на 15 дБ в любительских условиях трудно. По этой причине нельзя предложить ФСС по этой схеме, который позволил бы подключить к общему фидеру две антенны, работающие в диапазоне 6-12 каналов.

Более широкими возможностями обладает ФСС, схема которого показана на рис. 8. 5. Он собран из шести отрезков коаксиального кабеля той же марки, что и фидеры. Работа этого фильтра основана на трех важнейших выводах теории длинных линий:

1. Входное сопротивление линии длиной в четверть длины волны, короткозамкнутой на конце, бесконечно велико.

8-24.jpg

2. Входное сопротивление линии длиной в половину длины волны, короткозамкнутой на конце, равно нулю.

3. Входное сопротивление линии длиной, равной целому числу полуволн, короткозамкнутой па обоих концах, относительно точек,. находящихся внутри линии, бесконечно велико.

Фильтр рассчитан па подключение двух антенн: антенны с меньшим номером канала - "а" и антенны с большим номером канала - "б". Размеры отрезков кабеля выбираются следующим образом. Длина отрезка 2 равна половине длины волны в кабеле для капала "б", длина отрезка 3 - четверти длины волны в кабеле для канала "б", длина отрезка 4 - четверти длины волны в кабеле для канала "а", а длина отрезка 6 - половине длины волны в кабеле для канала "а". Длина отрезков 1 и 5 выбирается так, чтобы суммарная длина отрезков 1 и 2 составляла половину длины волны в кабеле для канала "а", а суммарная длина отрезков 5 и 6 - несколько полуволн в кабеле для канала "б".

Рассмотрим прохождение сигнала от антенны канала "а". Поступая по фидеру к точке соединения отрезков 1 и 2, сигнал свободно проходит через отрезок 3 и далее в фидер к телевизору, так как отрезки 1 и 2 в сумме имеют длину в полволны для этого канала, и их сопротивление бесконечно велико. Сигнал не ответвляется в отрезок 4 в связи с тем, что отрезок 6 для него равен половине длины волны и замыкает накоротко конец отрезка 4, а длина этого отрезка составляет четверть длины волны для канала "а", так что входное сопротивление отрезка 4 бесконечно велико. Аналогично проходит сигнал от антенны канала "б" с тем лишь различием, что в сумме длина отрезков 5 и 6 равна нескольким половинам длины волны для канала "б". Размеры отрезков 2, 3, 4 и 6 для разных каналов сведены в табл. 8. 2, а размеры отрезков 1 и 5 - в табл. 8. 3. Здесь выше диагонали приводятся размеры В, а ниже диагонали - Г.

Таблица 8. 2

8-25.jpg

Таблица 8. 3

8-26.jpg

Приведем пример определения элементов фильтра для подключения антенны 2-го канала и антенны 7-го канала к общему фидеру. Тогда индекс "а" соответствует каналу 2, а индекс "б" - каналу 7. Из табл. 8. 2 находим размеры отрезков: 2 - 529 мм, 3 - 265 мм, 4-791 мм, 6 - 1581 мм. Из табл. 8. 3 в строке для канала 2 и столбце для канала 7 находим длину отрезка 1 (В) - 1052 мм, а в строке для канала 7 и столбце для канала 2 -длину отрезка 5 (Г) - 535 мм.

Из табл. 8. 3 видно, что в диапазоне 6-12 каналов антенны соседних каналов соединять с помощью ФСС нельзя, но и в тех случаях, когда номера каналов отличаются на 2, длина некоторых отрезков оказывается малой, меньше 50 мм, а такой фильтр будет работать хуже обычного, так как погрешность длины отрезка составит значительный процент от его длины. По этой же причине не удается создать ФСС для дециметровых каналов или для сочетания метрового и дециметрового каналов. В этих случаях проблема может быть решена коммутацией антенн с помощью электромагнитного реле.

На рис. 8. 6 показана схема такой коммутации двух антенн на один общий фидер. При этом реле располагается на мачте поблизости от антенн и управляется дистанционно от телевизора с помощью тумблера. Питание реле осуществляется от источника питания телевизора и подается по фидеру. Резистор R предназначен для гашения излишнего напряжения, а конденсаторы препятствуют замыканию постоянного напряжения питания реле антеннами и входной цепью телевизора, пропуская без потерь высокочастотный сигнал. В схеме используется электромагнитное реле РЭС15 паспорт РС4. 591. 001П2 или РС4. 591. 008П2. Можно также использовать реле РЭС10 паспорт РС4. 524. 301П2 или РС4. 524. 313П2, но при этом сопротивление резистора R необходимо уменьшить до 6, 8 кОм.

Используя схему коммутации, можно подключать к общему фидеру две раздельные дециметровые антенны или метровую и дециметровую антенны. Если же совместить схему коммутации с ФСС,

можно подключить к общему фидеру три или четыре метровые антенны, а также две метровые и одну дециметровую антенны. При этом пара антенн подключается к входам ФСС, а выход ФСС - к схеме коммутации.

8-27.jpg

Рис. 8.3. Фильтр сложения сигнала (ФСС) с использованием ФНЧ и ФВЧ

Изображение: 

Рис. 8.4. Способ намотки катушек

Изображение: 

Рис. 8.5. ФСС из отрезков кабеля

Изображение: 

Рис. 8.6. Схема коммутации антенн

Изображение: 

Таблица 8.1

Изображение: 

Таблица 8.2

Изображение: 

Таблица 8.3

Изображение: 

8.3. ОСОБЕННОСТИ АНТЕНН ДЛЯ ИМПОРТНЫХ ТЕЛЕВИЗОРОВ

8.3. ОСОБЕННОСТИ АНТЕНН ДЛЯ ИМПОРТНЫХ ТЕЛЕВИЗОРОВ

8-31.jpg

В последние годы российский рынок наполнился большим количеством моделей цветных телевизоров импортного производства из Японии, Южной Кореи и стран Западной Европы. Как правило, эти телевизоры являются многостандартными и дают возможность принимать телевизионные передачи по отечественному стандарту и по системе цветного телевидения СЕКАМ. Поэтому в принципе никаких особенных требований к антеннам для этих телевизоров не предъявляется: пригодны те же самые антенны, которые используются совместно с отечественными телевизорами. Однако, иногда возникает затруднение при необходимости приема телевизионных передач метрового и дециметрового диапазонов. Дело в том, что отечественные телевизоры обычно оснащены двумя раздельными антенными гнездами: одно -для антенны метрового диапазона волн, а второе - для дециметрового, что достаточно удобно при использовании раздельных антенн для этих диапазонов. Однако, многие современные телевизоры зарубежного производства имеют только одно антенное гнездо, и при наличии раздельных антенн метрового и дециметрового диапазонов для их подключения к таким телевизорам требуется предварительно сложить сигналы антенн. Для сложения можно использовать устройство, схема которого показана на рис. 8. 7. Оно обеспечивает поступление сигналов от обеих антенн к телевизору практически без ослабления и, в то же время, не допускает проникания сигнала

от одной антенны в фидер другой. Для этого устройство содержит фильтр нижних частот (L2, L3, СЗ) и фильтр верхних частот (Cl, L1, C2).

Катушки L1 и L3 одинаковые - они наматываются на каркасах диаметром 4 мм и содержат по 2 витка провода ПЭТВМ диаметром 0, 475 мм. Индуктивность каждой катушки 0, 03 мкГн. Катушка L2 наматывается на таком же каркасе тем же проводом, но содержит 3 витка, а ее индуктивность 0, 056 мкГн. Намотка всех катушек рядовая, виток к витку. Оси катушек должны быть взаимно перпендикулярны. Все соединительные проводники должны быть минимальной длины. Устройство помещается в металлическую коробочку, к которой припаиваются оплетки кабелей. Можно также использовать высокочастотные разъемы.

Антенны могут быть любыми - одноканальными или многоканальными. Не исключено также использование нескольких антенн с применением ФСС, рассмотренных в разделе 8. 2, однако, к одному входу данного устройства должны поступать только сигналы метрового диапазона, а к другому -дециметрового.

Другой путь решения указанной проблемы состоит в использовании всеволновой антенны, принимающей сигналы всех метровых и дециметровых каналов, которую устроит наличие у телевизора одного антенного гнезда. Одна из таких универсальных всеволновых антенн, размеры которой

8-32.jpg

Рис. 8. 8 Универсальная всеволновая антенна

предложены В. В. Пясецким, перекрывает диапазон 1-5, 6-12 и 21-41 частотных каналов, а в метровом диапазоне пригодна для приема сигналов, как с горизонтальной, так и с вертикальной поляризацией. Автор отмечает хорошие характеристики антенны, подтвержденные многочисленными опытными данными. Антенна показана на рис. 8. 8. Она состоит из двух антенн: метровой и дециметровой, соединенных в точках В и Г параллельно и подключенных к общему фидеру. При этом отсутствует влияние одной антенны на другую. Сигналы, принятые антенной метровых волн, поступают в фидер и не ответвляются в цепь дециметровой антенны, а сигналы, принятые дециметровой антенной, поступают в фидер и не ответвляются в цепь метровой антенны. Такое соединение обеспечивает хорошее согласование антенн с фидером. Еще одно интересное свойство этой антенны состоит в том, что она в диапазоне метровых волн способна принимать сигналы как с горизонтальной, так и с вертикальной поляризацией.

Антенна метрового диапазона в развернутом на плоскость виде показана па рис. 8. 9. Она состоит из широкополосного веерного вибратора и симметрирующего короткозамкнутого мостика. Подобно антенне ТАИ-12, описанной в разделе 4. 9, во избежание раздвоения главного лепестка диаграммы направленности на 6-12 каналах плечи веерного вибратора повернуты в направлении на передатчик, образуя при виде сверху угол 120°. Это также устраняет прием с заднего направления. Симметрирующий мостик образован изогнутой двухпроводной линией, которая замкнута на конце петлевым вибратором дециметровой антенны, входное сопротивление которого в диапазоне метровых волн достаточно мало. Длина двухпроводной линии соответствует 1/4 длины волны на средней частоте диапазона 1-5 каналов и 3/4 длины волны на средней частоте диапазона 6-12 каналов. Благодаря этому мостик для сигналов метрового диапазона представляет собой очень большое сопротивление. Фидер вводится в отверстие петлевого вибратора в точке нулевого потенциала (точка 0), пропускается внутри трубки

8-33.jpg

Рис. 8. 9 Метровая часть антенны в развернутом виде

правой части петлевого вибратора и правой трубки двухпроводной линии до отверстия в точке В. Здесь оплетка кабеля припаивается к точке В, а центральный проводник - к точке Г на другой трубке линии.

Прием сигналов дециметрового диапазона осуществляется семиэлементной антенной типа "Волновой канал". Она состоит из петлевого вибратора, сдвоенного рефлектора и четырех директоров. Сигналы, принятые петлевым вибратором, поступают по двухпроводной линии к точкам В-Г и далее в фидер. Два следующих отрезка двухпроводной линии: первый между точками В-Г и А-Б и второй между точками А-Б и Ж-3 препятствуют ответвлению дециметровых сигналов в цепь веерного вибратора по следующей причине. Каждый из этих двух отрезков имеет длину, равную четверти длины волны средней частоты дециметрового диапазона. Второй отрезок относительно точек А-Б представляет собой разомкнутую на конце линию, входное сопротивление которой близко к нулю. Поэтому первый отрезок в точках А-Б замкнут накоротко и со стороны точек В-Г представляет собой очень большое сопротивление.

Размеры вибраторов дециметровой антенны и расстояния между ними показаны на рис. 8. 10. Элементы антенны крепятся на стреле, выполненной из металлической трубки диаметром 20 мм, но можно использовать и деревянный брусок сечением 40 х 40 мм. Веерный вибратор выполняется из трубок диаметром 12-10 мм. Петлевой вибратор дециметровой антенны и двухпроводную линию выполняют из целого куска трубки точно по размерам, показанным на рис. 8. 9. Для поддержания постоянного расстояния между трубками двухпроводной линии можно использовать распорки из материала с низкими потерями на высокой частоте и небольшой диэлектрической проницаемостью (полистирол, фторопласт, оргстекло). Радиус закруглений при переходе от линии к вибратору не должен превышать 30 мм. Рефлектор и директоры дециметровой антенны - из трубок диаметром 8-12 мм. Расстояние между осями трубок сдвоенного рефлектора по вертикали составляет 240 мм. Веерный вибратор в точках А-Б приваривается или припаивается твердым припоем к двухпроводной линии и крепится к изоляционной пластине, выполненной из фторопласта, полистирола или оргстекла толщиной 10 мм.

8-34.jpg

К ней же крепится конец стрелы. Стойка сдвоенного рефлектора может быть металлической или неметаллической. Крепление стойки и вибраторов к стреле производится любым доступным способом, важно лишь обеспечить параллельность всех вибраторов. Стрела антенны устанавливается на мачте в центре тяжести. Мачта может быть металлической, но при приеме сигналов с вертикальной поляризацией верхняя часть мачты длиной 1, 5-2 метра должна быть неметаллической.

Если принимаются лишь сигналы горизонтальной поляризации, антенну можно упростить, выполнив каждое плечо веерного вибратора из двух трубок с углом между ними, равным 45°.

Всеволновая антенна обладает следующими характеристиками. Коэффициент усиления на каналах 1-5-0 дБ, на каналах 6-12-1, 3 дБ, на каналах 21-41 -8 дБ. При необходимости увеличить коэффициент усиления в дециметровом диапазоне можно добавить несколько директоров длиной по 195 мм каждый на расстоянии 149 мм (по осям) один от другого.

Устройство, собранное по схеме рис. 8. 7, является обратимым. Оно может быть применено в случае использования всеволновой антенны, способной принимать сигналы метровых и дециметровых каналов, и телевизора, имеющего раздельные антенные гнезда для подключения метровой и дециметровой антенн. При этом точки А и В устройства подключаются к антенным входам телевизора, а к точке Б подключается антенный фидер.

Рис. 8.10 Размеры вибраторов дециметровой антенны и расстояния между ними

Изображение: 

Рис. 8.7. Схема устройства для сложения сигналов МВ и ДМВ

Изображение: 

Рис. 8.8. Универсальная всеволновая антенна

Изображение: 

Рис. 8.9 Метровая часть антенны в развернутом виде

Изображение: 

9. Антенны для приема радиовещания.

9.1. АНТЕННЫ ДЛЯ ДАЛЬНЕГО ПРИЕМА ДВ, СВ И KB

9.1. АНТЕННЫ ДЛЯ ДАЛЬНЕГО ПРИЕМА ДВ, СВ И KB

Наиболее распространенной антенной для приема радиовещания в диапазонах ДВ, СВ и KB является длинный вертикальный провод. Если входные клеммы радиоприемника подключить к нижнему концу такого вертикального провода и к хорошему заземлению, антенна будет представлять собой несимметричный вибратор. Диаграмма направленности такой антенны в горизонтальной плоскости получается круговой: антенна одинаково принимает со всех азимутальных направлений. В вертикальной плоскости диаграмма направленности похожа на разрезанную пополам лежащую восьмерку: максимум приема осуществляется с горизонтального направления вдоль поверхности Земли, с увеличением угла места прием ослабевает, а с направления, соответствующего зениту, отсутствует.

В теории антенн известен принцип взаимности, согласно которому все параметры приемной антенны можно определить по известным параметрам этой же антенны в режиме передачи. Тогда можно представить себе рассматриваемую антенну, как передающую, подключенную к выходу радиопередатчика. Излучение сигнала антенной происходит под воздействием тока высокой частоты, протекающего в проводе антенны. В нижней части вертикального провода антенны ток максимален, по мере продвижения вверх за счет излучения сила тока уменьшается, а на верхнем конце равна нулю. Из-за этого наиболее эффективна нижняя часть этой антенны, а самая верхняя часть практически не используется. Для повышения эффективности антенны необходимо добиться излучения не только нижней, но и верхней частью за счет более равномерного распределения тока вдоль провода. Это достигается подключением верхнего конца провода к каким-либо дополнительным проводникам, которые за счет емкости между ними и поверхностью Земли обеспечат появление тока в этой точке антенны.

Наиболее просто к верхнему концу вертикального провода антенны подключить горизонтальный провод. Такие антенны получили название Г-образных и Т-образных, если вертикальный провод подключен соответственно к концу или к середине горизонтального. Обе антенны обладают одинаковыми параметрами и свойствами, а выбор одной из них зависит исключительно от возможностей конструктивного исполнения. Горизонтальную часть антенны лучше всего выполнять из антенного канатика как можно большей длины. Концы с помощью орешковых изоляторов крепятся к каким-либо высоким предметам на местности: к стенам зданий, деревьям, дымовым трубам. Использовать в качестве опор мачты линий электропередач телеграфные столбы или столбы энергоснабжения категорически запрещается. Горизонтальная часть антенны не должна располагаться под или над проводами телефонных линий, линий радиотрансляции или электроосветительной сети, так как при случайном обрыве того или иного

провода возможна аварийная ситуация. К горизонтальной части антенны в удобном месте припаивается провод снижения - лучше всего многожильный медный провод с резиновой или пластмассовой изоляцией с хлопчатобумажной лакированной оплеткой марки БПВЛ или ЛПРГС сечением не менее 1, 5 мм. При наличии выбора предпочтение следует отдавать проводу БПВЛ, жила которого состоит из медных луженных проволок, что удобнее для пайки. Жила провода ЛПРГС состоит из нелуженых медных проволок, поверхность которых из-за контакта с резиновой изоляцией сильно окислена и перед пайкой требует тщательной зачистки каждой проволоки жилы. Можно, конечно, использовать и другие марки провода для снижения. Внутрь здания провод снижения пропускается через специально просверленные отверстия в рамах окна, куда предварительно вставляются трубчатые фарфоровые изоляторы. Снижение не должно касаться краев крыши, иначе под воздействием ветра изоляция провода протрется и прикосновение оголенной жилы к железной крыше или выполненной из другого материала, но мокрой во время дождя, будет сопровождаться тресками в приемнике. Конец провода снижения заправляется в однополосную вилку для подключения к антенному гнезду радиоприемника.

Гнездо заземления приемника должно быть надежно присоединено к Земле. При наличии в здании водопровода его можно соединить с водопроводной трубой таким же проводом, который используется для снижения антенны. При отсутствии водопровода необходимо сделать специальное заземление. Для этого под окном выкапывается яма, желательно глубиной до уровня грунтовых вод. В яму закапывается какой-нибудь массивный металлический предмет, к которому припаивается провод заземления, насыпается один-два килограмма поваренной соли и заливается ведром воды, после чего яма закапывается. В летнее сухое время желательно время от времени поливать это место водой.

В сельской местности для защиты от грозовых разрядов необходимо снабдить снижение антенны разрядником. Он представляет собой две металлические зубчатые пластинки, расположенные зубцами одна к другой с расстоянием между остриями зубцов в 2-3 мм. Пластинки крепятся к основанию из изоляционного материала в виде пластинки оргстекла, которая устанавливается на стене. С одной зубчатой пластинкой соединяется провод заземления, с другой - провод снижения антенны. Полезно также во время грозы соединять между собой накоротко пластинки разрядника, заземляя антенну.

Часто отсутствует возможность крепления горизонтальной части антенны достаточной длины. В этих случаях можно рекомендовать установку антенны типа "Метелка". Конструкция такой антенны достаточно проста. Верхняя часть антенны выполняется в виде пучка проводов, расходящихся под углом от 45 до 90 градусов. Этот угол практически не влияет на работу антенны. Пучок собирают из 19, 37 или 61 куска голого медного провода. Длина проводов для пучка берется в пределах от 500 до 1000 мм, а диаметр провода от 1, 5 до 5 мм. Чем длиннее провода, тем больше должен быть их диаметр для получения достаточной жесткости конструкции. Каждый провод правят для получения ровного и прямого куска. Один конец каждого провода зачищают на длину 50 мм и залуживают окунанием в расплавленный припой с использованием канифольного флюса.

В результате залуживания на поверхности проводов не должно быть излишков припоя. Затем все провода собирают в пучок, который должен представлять собой правильный шестигранник. Конец пучка из залуженных проводов обматывается медным луженым проводом диаметром 1, 5 мм, чтобы получить бандаж шириной примерно 30 мм. Намотка ведется плотно, с натягом виток к витку. Концы бандажного провода скручивают, после чего бандаж нужно пропаять, либо погрузив его в расплавленный припой, либо паяльной лампой, так как мощности паяльника не хватит. Запаянный конец пучка крепят на фарфоровом изоляторе, который укрепляют на шесте. Свободные концы проводов пучка разводят равномерно в стороны, чтобы получить объемный конус. К бандажу припаивается провод снижения, а шест устанавливается на крыше. При этом необходимо предусмотреть, чтобы при случайном падении шеста он не коснулся каких-либо проводов. При большой длине шеста его можно крепить одним или двумя ярусами растяжек, которые изготовляются из стальной оцинкованной проволоки. Каждый ярус обычно содержит по три растяжки.

Эффективность рассмотренных антенн определяется длиной вертикальной части. Напряжение сигнала на антенном входе радиоприемника определяется произведением напряженности электромагнитного поля в точке приема на действующую высоту антенны. При наличии горизонтальной части или метелки действующей высотой антенны можно приближенно считать геометрическую длину вертикальной части. Поэтому для улучшения приема далеко расположенных радиовещательных станций необходимо стремиться к удлинению вертикальной части антенны. В отличие от телевизионных антенн, когда в условиях дальнего приема важна высота расположения антенны над поверхностью Земли, здесь имеет значение высота расположения горизонтальной части или метелки над уровнем размещения радиоприемника, так как прием осуществляется именно вертикальной частью антенны.

9.2. КОМНАТНЫЕ АНТЕННЫ ДЛЯ ДИАПАЗОНОВ ДВ, СВ И KB

9.2. КОМНАТНЫЕ АНТЕННЫ ДЛЯ ДИАПАЗОНОВ ДВ, СВ И KB

Порой задача приема радиопередач дальних радиостанций не ставится и вполне можно ограничиться комнатной антенной. Простейшая комнатная антенна представляет собой кусок голого или эмалированного медного провода диаметром 0, 4... 0, 8 мм, протянутый под потолком от одной стены к другой, к которому припаян другой кусок такого же провода, подключенный к антенному гнезду приемника. При этом использовать гнездо заземления нет необходимости. Нужно заметить, что не только все современные радиовещательные приемники, но и приемники, выпущенные 10 и 20 лет назад, оснащены ферритовой магнитной антенной для приема передач в диапазонах длинных и средних волн. Многие приемники имеют ручку поворота магнитной антенны, что позволяет выбрать ее оптимальное положение, соответствующее наилучшему приему при минимуме помех. Портативные переносные приемники также оборудованы ферритовыми магнитными антеннами для работы в диапазонах ДВ и СВ, а некоторые, такие как "Украина-201" и "Меридиан-201" дополнительно магнитной антенной с ферритовым сердечником для работы в диапазоне КВ.

Помимо магнитной антенны все радиоприемники имеют гнездо для подключения наружной антенны, но если речь не идет о дальнем приеме, использование комнатной антенны не дает преимуществ перед имеющейся магнитной антенной. Дело в том, что не только комнатные, но и наружные антенны, доступные для изготовления рядовым владельцем радиоприемника, в диапазонах ДВ, СВ и KB являются ненаправленными из-за того, что их размеры для диапазона KB значительно меньше, а для диапазонов СВ и ДВ несоизмеримо меньше длины волны. Магнитная же антенна является направленной и, поэтому обладает пространственной избирательностью, что позволяет, поворачивая ее, ослабить уровень помех, поступающих к антенне с других направлений, и выбрать положение, соответствующее максимуму полезного сигнала. Наконец, благодаря использованию в магнитных антеннах ферритовых сердечников, их действующая высота больше, чем у комнатных антенн доступных размеров.

В те времена, когда эфир, особенно в диапазонах коротких волн, был напичкан радиостанциями специального назначения (глушилками), использование направленных магнитных антенн иногда позволяло избавиться от этих специально создаваемых помех или в какой-то степени их ослабить. Когда эти радиостанции были упразднены, проявился недостаток направленных свойств магнитных антенн, так как при приеме радиовещания желательно иметь ненаправленную антенну: заранее неизвестно, с какого направления осуществится прием той или иной радиостанции. Однако, до настоящего времени промышленность не выпускает радиовещательных приемников, оборудованных ненаправленной встроенной антенной. В диапазонах KB радиоволны имеют, как правило, горизонтальную поляризацию. Поэтому в тех случаях, когда прием ведется переносным или портативным радиоприемником, проще всего поставить приемник набок, так чтобы встроенная в него ферритовая антенна оказалась вертикальной. Тогда в горизонтальной плоскости ее диаграмма направленности станет круговой - ненаправленной. Стационарный радиоприемник кантовать практически невозможно. Тем не менее, если конструируется самодельный приемник или есть желание переделать уже готовый, этот недостаток можно устранить.

Имеется возможность горизонтально расположенную магнитную антенну сделать ненаправленной. Для этого используют два взаимно-перпендикулярных ферритовых стержня прямоугольного сечения длиной по 50-60 мм, склеив их клеем БФ-2 или эпоксидным клеем. Перед склейкой необходимо тщательно притереть торец одного к поверхности другого, чтобы получилась Г-образная конструкция. Антенную катушку необходимо равномерно намотать по всей длине Г-образного стержня.

Существуют и более сложные рекомендации, когда предлагается наматывать на каждом стержне раздельные антенные катушки и катушки связи, а антенные катушки настраивать отдельными конденсаторами переменной емкости. При этом требуется обеспечить сдвиг фаз между катушками связи, равный 90°. Это достигается включением в цепь одной из катушек связи нескольких витков, размещенных на другом стержне магнитной антенны.

Прием сигналов удаленных радиостанций в условиях современного города связан с наличием значительного уровня индустриальных помех за счет электрического и автомобильного транспорта, работы коллекторных электродвигателей, кассовых аппаратов, электромедицинской аппаратуры и других

потребителей электроэнергии. В этих условиях улучшить прием может применение широкополосной рамочной помехозащищенной антенны. Одна из таких антенн была предложена киевлянином В. Андриановым в журнале "Радио", 1991 г., № 1. Антенна представляет собой одну или две экранированные рамки, выполненные каждая из одного витка коаксиального кабеля длиной 11 м с фидером, из такого же кабеля. Связь антенны с фидером осуществляется с помощью трансформатора с объемным витком, обеспечивающим согласование в широкой полосе частот, включающей диапазоны длинных, средних, коротких волн и даже УКВ. Конструкция этого трансформатора автором подробно описана в статье. Антенна была установлена на лоджии третьего этажа панельного дома и использовалась совместно с радиоприемником Ишим-003-1. Приемник обеспечивал уверенный прием радиостанций в диапазоне от 150 кГц до 18 МГц, а также в диапазоне УКВ на расстоянии 7 км от передатчика при полном затенении трассы высотными зданиями.

Оригинальная самодельная рамочная антенна средневолнового диапазона была предложена известным специалистом радиоприема В. П. Поляковым в журнале "Радио", 1994 г., № 1. Антенна реагирует на магнитную составляющую электромагнитного поля и может служить заменой ферритовой антенны, а ее электрические параметры могут быть даже лучше, чем у ферритовой. Рамка антенны выполнена на каркасе диаметром 125 мм корзиночной намоткой и настраивается стандартным конденсатором переменной емкости. Обмотка содержит 37 витков провода литцендрат ЛЭШО 21х0, 07. Добротность этой рамочной антенны изменяется по диапазону в пределах от 200 до 280 при полосе пропускания до 6 кГц. Напряжение на выводах контура рамочной антенны, наводимое полем центральных радиостанций, составило от 15 до 300 мВ на 9 этаже панельного дома в Москве. Автор предлагает располагать антенну вне радиоприемника, на небольшом от него расстоянии. Входным каскадом радиоприемника рекомендуется истоковый повторитель на транзисторе КПЗ0ЗВ.

9.3. СУРРОГАТНЫЕ АНТЕННЫ

9.3. СУРРОГАТНЫЕ АНТЕННЫ

Достаточно хороший прием радиовещания в диапазонах ДВ, СВ и KB достигается при использовании в городских условиях суррогатных антенн, в качестве которых можно применить трубы центрального отопления или водопровода. Хотя они обычно заземлены, их разветвленная сеть внутри здания обеспечивает наведение электромагнитным полем достаточно высокого уровня сигнала. В результате прием на такую суррогатную антенну оказывается значительно лучше, чем на комнатную. Единственный недостаток этих антенн состоит в повышенном уровне индустриальных помех из-за того, что они воспринимают излучения, возникающие при искровых разрядах от включения и выключения различных потребителей электроэнергии в здании. Подключать к радиоприемнику заземление при использовании такой антенны не требуется.

Необходимо предостеречь от использования в качестве суррогантной антенны проводов электроосветительной сети. Некоторые авторы дают такие рекомендации, предлагая подключать антенное гнездо радиоприемника к одному из проводов электросети через разделительный конденсатор, рассчи танный на рабочее напряжение не менее 250 В Обычно действительно прием на такую антенну возможен, но не всегда. Дело в том, что некоторые радиоприемники с сетевым питанием содержат сетевой фильтр помех. Конденсаторы этого фильтра замыкают каждый провод сетевого питания на корпус приемника, что сильно ослабляет уровень наведенных сигналов в проводах электросети. Однако, главная причина, препятствующая использованию электросети в качестве антенны, заключается в опасности электрического пробоя конденсатора, который рекомендуют включать между проводом электросети и антенным гнездом приемника. При этом возможно перегорание контурных катушек в приемнике и даже поражение электрическим током при прикосновении к металлическим элементам конструкции аппарата. Об уровне помех радиоприему от такого суррогата антенны можно судить по тому, что каждое включение-выключение потребителя энергии в доме приводит к сильному щелчку, не говоря уж о электробритвах, электрических утюгах с терморегуляторами и холодильниках.

9.4. АНТЕННЫ ДЛЯ ДИАПАЗОНА УКВ

9.4. АНТЕННЫ ДЛЯ ДИАПАЗОНА УКВ

Диапазон, отведенный для радиовещания на ультракоротких волнах, характеризуется теми же особенностями, что и отведенный для телевидения. Поэтому дальность приема радиопередач в этом диапазоне, как и в телевидении, определяется зоной прямой видимости и зоной полутени, в которой уровень напряженности поля значительно меньше. Отличие от приема телевизионных сигналов состоит в том, что для приема радиопередач требуется меньшая напряженность поля. Как указывалось в разделе 2. 1, уровень собственных шумов телевизионного приемника составляет примерно 5 мкВ при полосе пропускания 6 МГц. Полоса пропускания радиовещательного УКВ приемника, определяющая уровень шумов, составляет всего 200 кГц, т. е. в 30 раз меньше, чем у телевизионного приемника. В связи с тем, что напряжение собственных шумов пропорционально корню квадратному из полосы пропускания, напряжение собственных шумов на входе радиоприемника УКВ в 5, 5 раз меньше, чем у телевизора, т. е. менее 1 мкВ. Соответственно можно считать, что и напряженность поля для приема радиопередач может быть в 5, 5 раз меньше, чем для приема телевидения. Отсюда, при одинаковых напряженностях поля для приема радиовещания требуется менее эффективная антенна, чем для приема телевидения.

За исключением приведенных соображений антенна для приема радиовещания в диапазоне УКВ ничем не отличается от телевизионной антенны. Поэтому для изготовления такой антенны можно пользоваться приведенными выше описаниями телевизионных антенн. Необходимо лишь правильно выбрать размеры элементов антенны, для чего берется среднее арифметическое из размеров каждого элемента телевизионной антенны для второго и третьего телевизионных каналов. Это связано с тем, что радиовещание осуществляется как раз в частотном промежутке между полосами частот этих двух каналов. В связи с тем, что любая телевизионная антенна рассчитана на прием широкой полосы частот телевизионного канала не менее 6 МГц, а полоса пропускания многих одноканальных телевизионных антенн даже шире, одной антенной можно принимать все радиовещательные станции, работающие в диапазоне УКВ. Если же для приема телевидения используется широкополосная антенна, рассчитанная на диапазон, включающий в себя 2-й и 3-й каналы телевидения, эта же самая антенна может служить и для приема радиовещания. Достаточно установить разветвительную коробку, один из выходов которой соединить телевизионным кабелем с антенным входом УКВ-приемника. Так же можно поступить при наличии телевизионной антенны коллективного пользования, если она рассчитана на прием 2-го и 3-го телевизионных каналов. Использование уже имеющейся телевизионной антенны для приема радиовещания в диапазоне УКВ возможно также и потому, что радиопередатчики этого диапазона территориально совмещены с телецентрами и телевизионными ретрансляторами.

При отсутствии телевизионной антенны для приема УКВ-ЧМ передач в зоне прямой видимости пригодны разрезной полуволновый вибратор (рис. 4. 1) и петлевой вибратор (рис. 4. 2), а в зоне полутени - трехэлементная антенна "Волновой канал" (рис. 4. 3) или одинарная двухэлементная рамочная антенна (рис. 4. 5). При пересчете размеров прежними остаются диаметры трубок, расстояния между концами вибраторов в точках подключения фидера и расстояние между шлейфом и фидером для рамочной антенны.

9.5. ГДЕ ПРОКОНСУЛЬТИРОВАТЬСЯ ПО АНТЕННЕ

9.5. ГДЕ ПРОКОНСУЛЬТИРОВАТЬСЯ ПО АНТЕННЕ

По вопросам выбора и изготовления антенны для приема спутниковых программ радиовещания, Си-Би или телевидения, а также по любым другим вопросам радиотехники, телевидения и электроники можно обращаться в Письменную радиотехническую консультацию Центрального радиоклуба имени Э. Т. Кренкеля Российской Федерации по адресу: 123459, Москва, Походный проезд, 23.

Радиотехническая консультация, помимо конкретных советов, может рекомендовать также литературу по интересующему заказчика вопросу и выслать ксерокопии соответствующей статьи из журнала или из книги. Даются разъяснения работы каскадов, узлов и радиоаппарата в целом, рекомендации по замене радиодеталей, в том числе радиоламп, транзисторов или микросхем, а также электронно-лучевых трубок или кинескопов. Сообщаются цоколевки радиоламп, транзисторов, диодов, микросхем, электронно-лучевых трубок, а также их технические параметры или характеристики. Даются советы по устранению возникшей неисправности в радиоаппарате. Выполняются простейшие радиотехнические расчеты.

Для получения консультации заказчик должен как можно подробнее изложить свой вопрос. Для получения совета по устранению неисправности нужно подробно описать, как эта неисправность проявляется, при каких условиях, что уже предпринималось для ее устранения и чем эти попытки закончились. Желательно, также сообщить режимы ламп, транзисторов или интегральных микросхем, при которых неисправность проявляется. При неисправности телевизора, необходимо описать искажения на его экране, которые нужно устранить. При невозможности фотографирования достаточно нарисовать наиболее характерные части таблицы с замеченными искажениями.

Радиотехническая консультация располагает принципиальными схемами большинства отечественных радиоприемников, телевизоров, магнитофонов.

 

10. Антенны Си-Би связи.

10.1. ГРАЖДАНСКАЯ СВЯЗЬ В ДИАПАЗОНЕ 27 МГц, ЧАСТОТНЫЕ РАДИОКАНАЛЫ И РАДИОСТАНЦИИ

10.1. ГРАЖДАНСКАЯ СВЯЗЬ В ДИАПАЗОНЕ 27 МГц, ЧАСТОТНЫЕ РАДИОКАНАЛЫ И РАДИОСТАНЦИИ

С чего следует начать "цивилизованное" освоение Си-Би? Очевидно, прежде всего ознакомиться с техническими требованиями к Си-Би радиостанциям и частотными радиоканалами, выделенными для гражданского диапазона. Перечень характеристик радиостанции диапазона 27 МГц приведен в таблице 10. 1. В таблице 10. 2 приведены условная нумерация и номинальные значения частотных каналов радиостанции диапазона 27 МГц, а в таблице 10. 3 публикуются все частотные радиоканалы международного Си-Би стандарта. В настоящее время на территории России разрешен радиообмен в поддиапазонах С, D. Для удобства читателей их частотные каналы сведены в таблицу 10. 4.

Каналам, обозначенным звездочкой, присвоены номера не по порядку, а в национальной нумерации 56, 62, 68, 70. Их среди Си-Би пользователей называют "дырками". Каналы 23, 24 и 25 расположены не на своих порядковых местах, но здесь нет опечатки. Их частоты растут в соответствии с шагом сетки частот.

Решением ГКРЧ, при участии "Ассоциации-27", в гражданском диапазоне упорядочено использование частотных радиоканалов специального назначения. Они предназначены для передачи экстренных сообщений.

Канал 9 С Международного стандарта (27, 065 МГц) является каналом бедствия и безопасности. Он служит для передачи сообщений о пожарах, авариях, несчастных случаях, автомобильных пробках.

В этом канале, а также в канале 19 С, в Москве организовано круглосуточное дежурство операторов "Служба спасения". В канале 3 С круглосуточно функционирует служба "Крик" (позывной "Петровка"), в канале 9 D (частота 27, 515 МГц) также круглосуточно дежурят операторы службы

Таблица 10. 1

Перечень типовых характеристик радиостанций диапазона 27 МГц

Приложение 1 к решению ГКРЧ России от 29. 08. 94.

10-11.jpg

Примечания: 1. Условная нумерация и значения частотных каналов радиостанций приведены в приложении 2 (таблица 10. 2).

2. Допускается разработка радиостанций с мощностью передатчика менее 10 Вт, а также радиостанций с классом излучения только АЗЕ, только J3E, только F3E или с несколькими классами излучений.

3. В режиме J3E может использоваться верхняя или нижняя боковая полоса частот.

4. В одноканальных радиостанциях может использоваться любая радиочастота соответствующего диапазона, кроме номинала частоты 27065 кГц.

5. В многоканальных радиостанциях типа БЗЕ/СВ обязательно наличие частоты 27065 кГц (канал 9 - бедствия и безопасности).

Таблица 10. 2

Условная нумерация и номинальные значения частотных каналов радиостанции диапазона 27 МГц,

Приложение 2 к решению ГКРЧ России от 29. 08. 94.

10-12.jpg

Примечания: 1. Частотные каналы с 1 по 40 - соответствуют международной нумерации, а каналы 56, 62, 68, 70, 74 - национальной нумерации.

2. Канал 9 (27065 кГц) станций БЗЕ/СВ является каналом бедствия и безопасности.

3. Канал 19 (27185 кГц) станций БЗЕ/СВ рекомендуется использовать в качестве информационного канала для автомобилистов.

"Полет-27". Они всегда готовы помочь пользователю отыскать в эфире нужного корреспондента, дать справку, консультацию. В этом канале активисты "Ассоциация-27" еженедельно обсуждают различные вопросы Си-Би радиосвязи, дают технические консультации, передаются последние новости в мире Си-Би.

Аналогичные диспетчерские службы организованы в Зеленограде, Клину, Твери, Можайске, Дубне, Рязани, Ступино, Коломне, Торжке, С. -Петербурге, Нижнем Новгороде, Саратове, Тольятти, Краснодаре, Туле и многих других городах России. На конец 1997 г. число городов, в которых функционировали диспетчерские службы, превышало 50 и число их растет с каждым днем.

Для информации корреспондента об условиях приема его сигналов и о качестве самих сигналов во время телефонной радиосвязи передается комби-

Таблица 10. 3 Частоты каналов международного стандарта ( в МГц)

10-13.jpg

нация из трех символов (RSM), оценивающая разбираемость сигнала (R - англ. readability) по пятибальной шкале, силу сигналов (S - англ. strength) по девятибальной шкале и качество модуляции ( М - англ. modulation) по пятибальной шкале.

Таблица 10. 4 Условная нумерация каналов и их частоты по Российскому стандарту (в МГц)

10-14.jpg

Шкала R.

1 - Неразборчиво, прием невозможен; 2 - Едва разборчивы отдельные слова, прием практически невозможен; 3 - Разборчиво с большим трудом (30 -50 %); 4 - Достаточно разборчиво (50 - 80 %); 5 - Совершенно разборчиво ( 100 %).

Шкала S.

1 - Едва слышно, прием невозможен; 2 - Очень слабые сигналы, прием практически невозможен; 3 - Очень слабые сигналы, прием с большим напряжением; 4 - Слабые сигналы, прием с небольшим напряжением; 5 -Удовлетворительные сигналы, прием почти без напряжения; 6 - Хорошие сигналы, прием без напряжения; 7 - Умеренно громкие сигналы; 8 - Громкие сигналы; 9 - Очень громкие сигналы.

Шкала М.

1 - Очень большие искажения, прием невозможен; 2 - Большие искажения, прием с большим трудом; 3 - Заметные искажения; 4 - Небольшие искажения;

5 - Искажения отсутствуют В большинстве случаев пользователи Си-Би аппаратуры, как правило, дают цифровую оценку только по шкале S, остальное словами.

В большинстве случаев пользователи Си-Би аппаратуры, как правило, дают цифровую оценку только по шкале S, остальное - словами.

Таблица 10.1 Перечень типовых характеристик радиостанций диапазона 27 МГц

Изображение: 

Таблица 10.2 Условная нумерация и номинальные значения частотных каналов радиостанции диапазона 27 МГц,

Изображение: 

Таблица 10.3 Частоты каналов международного стандарта ( в МГц)

Изображение: 

Таблица 10.4 Условная нумерация каналов и их частоты по Российскому стандарту (в МГц)

Изображение: 

10.2. ДАЛЬНОСТЬ РАДИОСВЯЗИ

10.2. ДАЛЬНОСТЬ РАДИОСВЯЗИ

Можно указать целый комплекс факторов, влияющих на дальность и надежность связи в Си-Би диапазоне.

В первую очередь дальность связи, как и в телевидении, определяется максимальным расстоянием прямой видимости (рис. 10.1), которое зависит

10-21.jpg

Рис. 10.1. К вопросу о дальности радиосвязи

от высоты расположения передающей и приемной антенн над поверхностью Земли:

10-22.jpg

где D - максимальная дальность прямой видимости, км; Н - высота передающей антенны, м; h - высота приемной антенны, м.

В связи с тем, что длина волны в Си-Би диапазоне почти вдвое больше, чем в длинноволновом участке телевизионного диапазона, заметнее

сказываются явления дифракции и тропосферной рефракции, благодаря чему зона радиовидимости простирается несколько дальше:

10-23.jpg

Так, при установке передающей антенны на крыше 9-этажного дома

(H = 30 м), а приемной антенны - на даче (h = 10 м) дальность связи оказывается равной 35,5 км.

Вторым по важности фактором, определяющим дальность связи, является выбор антенны, которая характеризуется своей эффективностью -шириной главного лепестка диаграммы направленности или коэффициентом усиления, а также тем, насколько этот лепесток прижат к линии горизонта в вертикальной плоскости. Следует отметить, что многообещающие характеристики некоторых антенн не реализуются сами по себе. Владельцу радиостанции следует соблюсти целый ряд требований (именно этот набор "ноу-хау" отличает специалиста от начинающего), специфичных для конкретных типов антенн. К ним относятся надежное заземление, максимальная высота установки автомобильных антенн, выбор материала и длины мачты, согласование и симметрирование антенны и др. Поскольку высота мачты, несущей антенну вашей радиостанции, ограничена реалиями окружающей действительности, выбор антенны зачастую приобретает решающее значение.

Значительное влияние на дальность связи оказывает мощность передатчика. Максимальная разрешенная мощность передатчика в Си-Би диапазоне составляет 10 Вт. Такое ограничение объясняется опасностью взаимных помех между радиостанциями, а также созданием помех телевидению и радиовещанию из-за внеполосных излучений радиопередатчиков. Начинающие Си-Би пользователи иногда думают: если при мощности передатчика 4 Вт они связались на расстоянии 20 км, то при мощности 100 Вт гарантируется связь на расстоянии 100 км. Это -заблуждение! Если в зоне радиовидимости увеличение расстояния в 2 раза приводит к уменьшению уровня сигнала в 4 раза, то за границей этой зоны затухание сигнала возрастает значительно сильнее. Более подробно этот вопрос рассмотрен в разделе 1.3 настоящей книги.

Трудно переоценить влияние на дальность связи марки кабеля, которым радиостанция соединяется с антенной. Основным фактором здесь является удельное затухание, которое для разных марок кабеля различно. Опытные радиолюбители предпочитают кабель с наименьшим удельным затуханием, что особенно важно при его длине в десятки метров. Аппаратура Си-Би обычно выпускается для работы на кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Для 50-омных кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией удельное затухание на частоте 27 МГц можно оценить с помощью табл. 10.5

Таблица 10.5 Удельвое затухание кабеля на частоте 27 МГц

10-24.jpg

При покупке кабеля для радиостанции часто не известна его марка, однако, приведенная таблица позволяет оценить его удельное затухание, а волновое сопротивление можно определить, разделив диаметр внутренней изоляции на диаметр центральной жилы так, как рекомендуется в разделе 2. 2.

Наконец, дальность связи зависит от вида используемой модуляции. Обычный модулированный сигнал содержит несущую частоту и две боковые полосы. Несущая частота не несет никакой информации о передаваемом сообщении, которая распределена поровну между двумя боковыми полосами. Поэтому излучаемая передатчиком мощность бесполезно тратится на излучение несущей частоты, а наличие двух боковых полос соответствует избыточности информации. Если в передатчике подавить несущую частоту и одну боковую полосу, в другой можно сосредоточить всю разрешенную мощность. Кроме того, для приема одной боковой полосы частот можно вдвое сузить полосу пропускания приемника, что сопровождается уменьшением уровня его собственных шумов и улучшением чувствительности. При однополосной модуляции (SSB) эффективная излучаемая мощность возрастает на 9 дБ, т. е. в 8 раз. Таким образом, однополосный передатчик мощностью 4 Вт эквивалентен двухполосному с несущей мощностью 32 Вт. Дальность уверенной связи при работе SSB возрастает на 50-75 %.

Кроме упомянутых факторов нельзя недооценивать значение согласования антенны с фидером и фидера с радиостанцией. При идеальном согласовании вся энергия передатчика передается фидером в антенну и вся принятая антенной энергия сигнала передается фидером на вход приемника. Для согласования волновое сопротивление фидера должно быть равно входным сопротивлениям антенны и радиостанции. При рассогласовании часть энергии передатчика отражается от фидера, а та часть, которая поступает в фидер, отражается от антенны. В режиме приема часть энергии сигнала, принятого антенной, отражается от фидера, а та часть, которая поступает в фидер, отражается от радиостанции. В фидере помимо прямой волны возникает отраженная, вместо "бегущей волны" возникает "стоячая волна". Степень рассогласования количественно характеризуется либо коэффициентом стоячей волны КСВ, либо коэффициентом бегущей волны КБВ, произведение которых равно единице. Чем лучше согласование, тем меньше КСВ и больше КБВ. Признаком идеального согласования является равенство КСВ=КБВ=1, хотя при КСВ<1, 5 дополнительные потери оказываются достаточно малы.

Приведенные выше рекомендации и оценки факторов, влияющих на дальность связи относятся к связи поверхностной волной, распространение которой слабо зависит от времени суток, года и состояния солнечной активности. По нашим наблюдениям достаточно уверенная связь поверхностной волной в Си-Би диапазоне даже при благоприятных условиях ограничивается расстоянием в 75 км. Для увеличения дальности следует использовать высокорасположенные узконаправленные антенны, однополосную модуляцию, фидер минимальной длины из кабеля с малым удельным затуханием.

На дальность распространения радиоволн Си-Би диапазона влияет также явление тропосферной рефракции (преломления). Показатель преломления тропосферы обычно убывает с высотой, что приводит к некоторому

искривлению радиолуча. При этом он отклоняется к земле, огибая ее выпуклость, что ведет к увеличению дальности связи. Предельная дальность связи Си-Би станций, соответствующих требованиям стандартов, даже с учетом рефракции, не может превышать 250 км. Поэтому, если Вы принимаете сигнал более удаленной станции, можете быть уверены, что он достиг вашего приемника, отразившись от ионосферы. Этот эффект называют ионосферным отражением, или "дальним прохождением радиоволн", а на сленге радиолюбителей "проходом". Отражение зависит от степени ионизации слоев ионосферы, поэтому сильно меняется с периодами солнечной активности (11-летний цикл), временами года и временем суток. Главное свойство отражения в Си-Би диапазоне - непредсказуемость дальней связи. Летом активность дальнего прохождения выше, чем зимой. По утрам более вероятно услышать дальние станции с восточных направлений, а вечером - с западных, хотя нередки и исключения. В периоды активного солнца дальние станции могут быть слышны в течение целых суток. Дальность связи при этом может быть от нескольких сотен до нескольких тысяч км, а сигналы дальних станций могут быть очень сильными.

К сожалению, в периоды "прохождения" сильно затрудняются ближние связи поверхностной волной, т. к. сигналы местных станций тонут в грохоте эфира и сигналах от дальних станций. Именно это обстоятельство послужило в пользу Российского стандарта в момент принятия самого первого постановления ГКРЧ, легализовавшего радиосвязь на частотах диапазона 27 МГц. Смещение российских каналов относительно международных позволило на некоторое время защитить россиян от прохождения радиосигналов из насыщенной Си-Би электроникой Западной Европы. За прошедшие годы разногласия между приверженцами стандартов постепенно сокращались за счет активного насыщения аппаратурой территорий бывшего СССР, в том числе Урала, Западной Сибири, Дальнего Востока. Вполне вероятно, что в результате роста популярности Си-Би диапазона пользователи российского стандарта окажутся столь же уязвимы, как их западные коллеги. В июне-июле 1995 г. в ходе эксперимента, в котором состоялось около 10 тысяч радиоконтактов, выяснилось, что использование российского стандарта (по крайней мере в канале 27) предпочтительнее.

Зависимость дальности связи от высоты расположения передающей и приемной антенн над поверхностью Земли:

Изображение: 

Зона радиовидимости с учетов дифракции

Изображение: 

Рис. 10.1. К вопросу о дальности радиосвязи

Изображение: 

Таблица 10.5 Удельное затухание кабеля на частоте 27 МГц

Изображение: 

10.3. БАЗОВЫЕ АНТЕННЫ

10.3. БАЗОВЫЕ АНТЕННЫ

Среди радиолюбителей известен афоризм: "Лучший усилитель -хорошая антенна", и это справедливо. Антенна в отличие от усилителя мощности передатчика обеспечивает выигрыш как при передаче, так и при приеме. Нет смысла увеличивать мощность передатчика, если из-за малоэффективной антенны ответ корреспондента не будет услышан. От диаграммы направленности антенны зависит как уровень сигнала, так и уровень помех, поступающих на входе приемника. Все существующие антенны можно разделить на две группы: ненаправленные антенны, обладающие круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, и направленные антенны, имеющие более или менее узкую диаграмму направленности в определенном направлении. В зависимости от назначения базовая антенна может относиться к первой или второй группе.

Если она предназначена для связи с разными корреспондентами или с подвижными объектами, требуется ненаправленная антенна. Если же назначение антенны состоит в осуществлении связи с постоянным неподвижным объектом (например, связь между домом и дачным участком), используется узконаправленная антенна. Такие антенны обладают пространственной избирательностью. В режиме передачи узконаправленная антенна концентрирует излучаемую энергию в определенном направлении, а в режиме приема избавляет приемник от поступления помех с других направлении.

 

10.4. АВТОМОБИЛЬНЫЕ АНТЕННЫ

10.4. АВТОМОБИЛЬНЫЕ АНТЕННЫ

Установка антенны на автомобиле имеет ряд особенностей и от ее правильности сильно зависит дальность связи. Уровень помех от системы зажигания двигателя серьезно влияет на чувствительность станции, поэтому желательно располагать антенну как можно дальше от двигателя, а питание станции осуществлять через фильтр или непосредственно от аккумуляторной батареи. Добейтесь того, чтобы уровень шума приемника при отключенной антенне не изменялся после включения двигателя. Это будет означать, что по цепям питания не проникает помех. В большинстве современных автомобильных станций используются фильтры по питанию и они не требуют дополнительной фильтрации. В этом случае подключать станцию к борт сети автомобиля можно в любой удобной точке. Постарайтесь провод к корпусу автомобиля не делать особенно длинным и тонким.

К автомобильной антенне предъявляются настолько жесткие требования по механическим, электрическим, эстетическим и эксплуатационным параметрам, что подавляющее большинство автомобилистов используют антенны промышленного изготовления. Рынок предоставляет широкий выбор антенн, различных по цене и внешнему виду. Все типы автомобильных антенн относятся к классу антенн "Ground plane", роль заземляющей поверхности которой (противовеса) выполняет металлический кузов автомобиля. При установке на кузов из диэлектрика эти антенны утрачивают свои функциональные характеристики. Проблема может быть решена с помощью металлического листа или металлической сетки, расстилаемых на крыше кузова, но существуют и фирменные рекомендации.

Для автомобилей с пластмассовым кузовом, пластиковых катеров и мотоциклов разработаны специальные антенны типа "вертикальный полуволновый вибратор", оба плеча которого укорочены согласующими индуктивностями (рис. 10. 26).

Следует иметь в виду, что наилучшие результаты по дальности связи дает полноразмерная антенна длиной L/4 (2, 75 м). Однако антенна такой длины задевает за ветки деревьев, арки, въездные ворота и т. п., поэтому изготовители антенн используют различные методы их укорочения (согласующая индуктивность в основании штыря, в середине штыря или распределенная по всей длине антенны (рис. 10. 27, 10. 28). Это позволяет сократить длину антенны без катастрофического ухудшения характеристик. Но и для укороченных антенн справедливо общее правило: более длинные антенны обычно эффективнее. Во всяком случае, не рассчитывайте на

10-41.jpg

Рис. 10. 26. Автомобильные Си-Би антенны: 1 - MIDLAND 18-2983 (диапазон 26, 5-27, 5 МГц, длина 1, 1 м); 2 - BLACK MAGIC (диапазон 26, 5-27, 5, длина 1, 22 м); 3 - MIDLAND 18-400 (диапазон 26-30 МГц, длина 1 м).

хорошие результаты при использовании антенн длиной менее 1, 2 м, какой бы сложной ни была их конструкция и что бы там ни писали в рекламных проспектах. '

Металлические и пластиковые (фиберглассовый или угле пластиковый штырь с медным проводником внутри) антенны работают одинаково эффективно. Антенны на магнитном основании, широко представленные на рынке, имеют то преимущество, что легко убираются внутрь машины на стоянке, что предохраняет их от похищения, а сила магнита обеспечивает надежное крепление при любой скорости. Относительно длины этих антенн справедлива прежняя рекомендация. Вместе с тем, их эффективность при прочих равных условиях несколько снижена, поскольку связь экрана подводящего кабеля с кузовом-противовесом осуществляется через электрическую емкость основания на кузов, а не за счет непосредственного гальванического контакта. Для этих антенн изменение длины кабеля абсолютно недопустимо так же, как и для сдвоенных антенн (рис. 10. 29, 10. 30).

10-42.jpg

Рис. 10. 27. Варианты крепления автомобильных антенн: 1 - в отверстие кузова; 2 - на кронштейне наружного зеркала; 3 - на магнитной подошве.

Автомобильная антенна должна быть настроена в резонанс на средней частоте диапазона. В большинстве случаев, настройка в резонанс достигается регулировкой длины штыря, обеспечивающей минимум КСВ в центре диапазона. Если КСВ больше на верхнем краю диапазона, длину штыря необходимо уменьшить, если на нижнем - увеличить. Антенны, электрическое укорочение которых обеспечивается распределенной по длине индуктивностью, настраиваются путем последовательного удаления витков.

Устанавливать антенну на автомобиле желательно как можно выше: на крыше или, в крайнем случае, на переднем или заднем крыле, бампер с этой точки зрения является наихудшим местом. От места установки антенны зависит ее диаграмма направленности (рис. 10. 31).

При установке антенны в середине крыши, диаграмма направленности приближается к круговой. Если антенна установлена на правом краю

10-43.jpg

Рис. 10. 28. Варианты размещения согласующей индуктивности: 1, 3, 7 - в основании антенны; 2 - в основании и средней части антенны; 4, 5, б - в средней части антенны.

крыши, большее усиление она дает в направлении влево от оси автомобиля, если на левом краю, то вправо.

На крупногабаритных грузовиках и фургонах часто используются системы из двух антенн, соединяемых сфазированным V-образным кабелем (рис. 10. 29). Из теории антенн известно, что два одинаковых вибратора, размещенных на расстоянии полволны (5, 5 м) друг от друга, дают диаграмму направленности в форме восьмерки. При этом в направлениях линии размещения антенн наблюдается резкий минимум, а в перпендикулярных направлениях наблюдается усиление на 3 дБ. Если разместить эти антенны на расстоянии, равном четверти длины волны (2, 75 м) друг от друга, что соответствует максимальной ширине автомобиля (например, на зеркалах заднего вида грузовика или на крыше фургона), то эффект сложения сигналов существенно ослабляется, в результате чего такие двойные антенны работают не намного лучше идеально установленных одинарных (рис. 10. 32). Вместе с тем, применение сдвоенных антенн ослабляет затенение, создаваемое высоким и широким кузовом грузовика,

10-44.jpg

Рис. 10. 29. Сдвоенная автомобильная антенна

благодаря чему несколько улучшается диаграмма направленности в направлении маршрута движения. Кабели, соединяющие двойные антенны с радиостанцией, обеспечивают согласование и фазировку антенн. Поэтому изменение их длины и волнового сопротивления недопустимо.

Виды крепления антенн можно разделить на 3 основные группы:

крепление в отверстии кузова; крепление кронштейнами, устанавливаемыми на водосливной бортик крыши, багажник или зеркало; магнитные подошвы. Промышленностью выпускается широкий ассортимент аксессуаров и принадлежностей, включающих разнообразные скобы, зажимы и фиксаторы (рис. 10. 33). Однако, при любых способах установки необходимо обеспечить надежный контакт антенны с кузовом, отсутствие ненадежных контактов при заделке коаксиального кабеля в разъемах (в том числе в разъемах и подпружиненных контактах салазок при съемном монтаже трансивера). Вот почему, при установке антенны в отверстии кузова необходимо зачищать краску в окрестности монтажного отверстия, а при монтаже антенны на кронштейне, фиксируемом на водосливном бортике

10-45.jpg

Рис. 10. 30. Подключение сдвоенных автомобильных антенн: 1 - к разъему SO-239; 2 - к разъему RL-259; 3 - коаксиальный кабель (RG 59/U) к антенне;

4 - коаксиальный кабель (RG 59/U) ко второй антенне

10-46.jpg

Рис. 10. 31. Размещение антенн на автомобиле и их диаграммы направленности (точками обозначены места установки антенн)

10-47.jpg

Рис. 10. 32. Размещение сдвоенных антенн и их диаграммы (точками обозначены места установки антенн)

10-48.jpg

Рис. 10. 33. Аксессуары для установки автомобильных антенн: 1 - магнитные подошвы; 2 - зажимы для багажника; 3 - зажимы для кронштейна наружного зеркала; 4 - крепеж для отверстий в кузове; 5 - скобы для водостока

крыши автомобиля нужно обеспечить хорошее электрическое соединение кронштейна с кузовом, зачищая краску или просверлив отверстие в водосливном бортике.

Рис. 10.26. Автомобильные Си-Би антенны: 1 - MIDLAND 18-2983 (диапазон 26, 5-27, 5 МГц, длина 1, 1 м); 2 - BLACK MAGIC (диапазон

Изображение: 

Рис. 10.27. Варианты крепления автомобильных антенн: 1 - в отверстие кузова; 2 - на кронштейне наружного зеркала; 3 - на магнитн

Изображение: 

Рис. 10.28. Варианты размещения согласующей индуктивности: 1, 3, 7 - в основании антенны; 2 - в основании и средней части антенн

Изображение: 

Рис. 10.29. Сдвоенная автомобильная антенна

Изображение: 

Рис. 10.30. Подключение сдвоенных автомобильных антенн: 1 - к разъему SO-239; 2 - к разъему RL-259; 3 - коаксиальный кабель (RG

Изображение: 

Рис. 10.31. Размещение антенн на автомобиле и их диаграммы направленности (точками обозначены места установки антенн)

Изображение: 

Рис. 10.32. Размещение сдвоенных антенн и их диаграммы (точками обозначены места установки антенн)

Изображение: 

Рис. 10.33. Аксессуары для установки автомобильных антенн: 1 - магнитные подошвы; 2 - зажимы для багажника; 3 - зажимы для кронш

Изображение: 

10.5. АНТЕННЫ ПОРТАТИВНЫХ РАДИОСТАНЦИЙ

10.5. АНТЕННЫ ПОРТАТИВНЫХ РАДИОСТАНЦИЙ

Антенны портативных радиостанций имеют, как правило, минимальные размеры. Это делает радиостанцию компактной и удобной в эксплуатации. Однако, ограничение геометрической длины таких антенн приводит к существенным потерям их эффективности по сравнению с полноразмерным четвертьволновым штырем и, естественно, требует хорошего согласования антенны с трансивером. Кроме того, в отличие от автомобильных антенн и, тем более, антенн базовых радиостанций, "землей" которых является металлический кузов автомобиля, мачта или противовесы, антенны портативных радиостанций не имеют полноценного заземления. Фактически роль "земли" у этих антенн выполняет тело пользователя, которое характеризуется некоторыми значениями емкостного и активного сопротивлений. Качество подобной "земли" существенно отражается на дальности радиосвязи. Так, если радиостанция находится не в руках пользователя, а расположена на поверхности стола, дальность существенно сокращается. В таких случаях желательно иметь подобие противовеса, хотя бы в виде куска провода.

Существенное значение также имеет конструкция корпуса. Материалом корпусов современных портативных радиостанций является диэлектрик -ударопрочная пластмасса. Гальванический контакт между радиостанцией и ее пользователем достигается благодаря наличию на задней стенке корпуса металлической скобы для ношения аппарата на ремне, когда скоба соединена с "землей" радиосхемы.

Согласование антенны с портативной радиостанцией обеспечивается уже описанными выше методами. Наиболее типичными конструктивными вариантами согласования входящих в стандартный комплект поставки антенн являются распределенная по длине индуктивность или индуктивность в основании антенны. Подобные антенны обеспечивают уверенную радиосвязь на расстоянии 1, 0-1, 5 км. Для увеличения дальности радиосвязи используют специальные удлиненные антенны, размер которых доходит до одного метра и более, чем достигается также прирост уровня принимаемого сигнала на 1-2 балла.

10.6. КОАКСИАЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ АППАРАТУРЫ РАДИОСВЯЗИ

10.6. КОАКСИАЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ ДЛЯ АППАРАТУРЫ РАДИОСВЯЗИ

Коаксиальный кабель, изобретенный в начале столетия для прокладки трансатлантической подводной телеграфной линии связи, был модифицирован в начале тридцатых годов для использования в области радио. В настоящее время ассортимент выпускаемого кабеля насчитывает сотни различных марок.

В любительской радиосвязи используется, как правило, кабель, обладающий волновым сопротивлением 50 Ом. Современный кабель средней жесткости состоит из центрального медного проводника, окруженного слоем диэлектрика, внешняя поверхность которого покрыта медной

оплеткой (вторым проводником) и защитной оболочкой из пластика, защищающей кабель от воздействия окружающей среды. В большинстве типов кабеля в качестве диэлектрика используется полиэтилен, а в качестве внешней оболочки - поливинилхлорид (рис. 10.34). Кабель обладает обычно

10-61.jpg

Рис. 10. 34. Конструкция коаксиального кабеля

достаточной гибкостью, однако его перегибы под острыми углами (при радиусе кривизны изгиба менее 15-кратного радиуса кабеля) способны приводить, с течением времени, к усталостным изменениям центральной жилы, ее постепенному проникновению через слой диэлектрика и короткому замыканию с оплеткой. Не рекомендуется также свободное подвешивание больших участков кабеля, провисающего под собственным весом.

Хотя оболочка кабеля защищает его от воздействия влаги окружающей среды, на практике целостность оболочки не может быть проконтролирована с абсолютной надежностью. Мельчайшие повреждения поверхности приводят к капиллярному прониканию влаги внутрь кабеля и к потере его электрических характеристик. Поэтому радиолюбителям следует избегать прокладки кабеля как под водой, так и под землей, тогда как пребывание кабеля под дождем вполне допустимо. Наиболее слабым местом кабеля, подверженного воздействию влаги, являются его концы или точки соединения, в том числе разъемы. Капиллярное проникание влаги приводит к окислению и постепенному разрушению оплетки и центральной жилы. Для герметизации стыков кабеля используются как специальные герметики (например Coax Seal), так и обычный пластилин. Существуют также влагозащищенные (но не водостойкие) коаксиальные разъемы UG-21/U, которые могут быть использованы вместо популярных, но не защищенных от влаги разъемов PL-259 и SO-239.

Следует отметить, что паяные соединения отрезков кабеля обладают измененным волновым сопротивлением и являются источником отраженных волн. Поэтому разъемные соединения (PL-259 - PL-258 - PL-259) выглядят предпочтительнее.

Для спецификации коаксиального кабеля используется система кодов и/или обозначений стандартов оборонной промышленности. Марки кабеля, удовлетворяющие требованиям американской военной промышленности (стандарт (MIL-C-17D), маркируются аббревиатурой "RG" (означающей Radio Guide, т. е. "волновод"), за которой указывается числовой код, и далее, возможно, символ "U" ("Utility" - для прикладных задач). Перечень наиболее известных типов кабеля приведен в таблицах 10. 8 и 10. 9, в том

числе широко распространенный RG-8/U и более современный кабель RG-213/U, разработанный в соответствии с современными требованиями стандартов NATO (волновое сопротивление 50 Ом). Несколько большими потерями характеризуется семейство кабелей RG-58/U (волновое сопротивление 50 Ом или 53, 5 Ом), выпускаемых с различными типами оплетки и наружной оболочки. Наибольшими потерями вплоть до 1 ГГц характеризуется подсемейство модели RG-8/U, обладающее волновым сопротивлением 50 Ом ("Duobond", 9913, CQ 1001, CQ 1002). Для прокладки под землей может быть рекомендована марка кабеля "Bury-8", а для подключения к вращающимся элементам антенн - сверхгибкий кабель "Flexi-4XL".

Важным компонентом кабеля является материал его оболочки. Оболочка большинства моделей кабеля изготовлена из черного поливинил-хлорида, обеспечивает срок службы кабеля 5 лет и маркируется Class I. Более дорогой материал, также относящийся к ПВХ, обеспечивает долговечность не менее 10-15 лет, защиту от ультрафиолетового излучения и маркируется Class IIA. Маркировка оболочки Class IX означает высокую устойчивость к воздействию окружающей среды, химическую инертность и термостойкость до 200 градусов (материал оболочки - разновидность тефлона). В качестве диэлектрика в различных моделях кабеля используется пенополиэтилен (Foamed РЕ) или вспененный полиэтилен (Air РЕ), обеспечивающий улучшенную влагозащищенность.

Таблица 10.8 Коаксиальные кабели, выпускаемые отечественной промышленностью

10-62.jpg

Таблица 10. 9 Коаксиальные кабели, выпускаемые за рубежом

10-63.jpg

Рис. 10.34. Конструкция коаксиального кабеля

Изображение: 

Таблица 10.8 Коаксиальные кабели, выпускаемые отечественной промышленностью

Изображение: 

Таблица 10.9 Коаксиальные кабели, выпускаемые за рубежом

Изображение: 

10.7. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

10.7. ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Двусторонний радиообмен требует тщательной настройки антенно-фидерной системы, обеспечивающей ее согласование с выходными каскадами трансивера. Настроечным элементом антенн является их электрическая длина, для изменения которой регулируется геометрическая длина излучателя, либо параметры согласующей индуктивности. Для контроля этой процедуры используются разнообразные измерительные приборы, регистрирующие коэффициент стоячей волны антенно-фидерной системы (КСВ, SWR - standing wave ratio), мощность сигнала, излучаемого трансивером, напряженность электрического поля. Наряду с перечисленными устройствами в радиолюбительской практике находят широкое применение нагрузки-эквиваленты, устройства измерения девиации частоты или глубины амплитудной модуляции, частотомеры, устройства согласования, антенные усилители и коммутаторы, фильтры внеполосных излучений и др.

Простейшие измерители КСВ представляют собой компактный одношкальный прибор со стрелочным индикатором, применяемый как при установке базовых и автомобильных радиостанций, так и для профилактического контроля состояния их антенно-фидерных систем. Абсолютная точность измерений подобных изделий довольно низка (погрешность не менее 15-25 %), однако ее вполне достаточно для настройки антенны, обеспечивающей минимальный уровень КСВ. Для более точной настройки

используют приборы более высокого класса точности (и стоимости). Как правило, они дополнительно обеспечивают регистрацию мощности выходного сигнала трансивера в диапазоне до 100 Вт и более при погрешности измерения КСВ в пределах 10 %.

Чрезвычайно полезной функцией является регистрация уровня напряженности поля излучения антенны, поскольку именно эта величина, в конечном счете, влияет на дальность радиосвязи и качество радиосигнала.

Следует отметить, что отклонения КСВ от идеального значения (КСВ= 1, 0) сравнительно слабо влияют на "отдачу" излучателя.

10-71.jpg

Указанные потери мощности на слух практически неощутимы. Однако, рассогласование антенны существенно влияет на режим работы трансивера и/или антенно-согласующих устройств. Вот почему, тщательная настройка антенны и контроль ее состояния -обязательный ритуал, соблюдение которого способно уберечь владельцев аппаратуры персональной радиосвязи от дорогостоящего ремонта.

Наиболее предусмотрительные пользователи придерживаются постоянного включения контрольно-измерительной аппаратуры в антенно-фидерный тракт трансивера, что позволяет избежать последствий различного рода неприятных сюрпризов, которыми столь богата окружающая жизнь (снятие антенны "радиолюбителями" трофеев, повреждения кабеля при ремонте крыши и сбрасывании снега, падение мачты из-за ветра и обледенения -всего не перечислить). При этом открывается возможность подстройки антенно-фидерной системы с помощью антенно-согласующих устройств непосредственно с рабочего места оператора радиостанции (компенсация дрейфа КСВ, обусловленного метеоусловиями или изменением диапазона частот радиосвязи).

Менее обязательны для повседневной практики, однако чрезвычайно удобны для обладателей аппаратуры, работающей в различных частотных стандартах (например, "российском" и "международном"), компактные частотомеры, включаемые последовательно с антенной и позволяющие фиксировать с точностью до сотен герц частоту выходного сигнала трансивера.

Применение антенных предусилителей (усилителей принимаемого сигнала) может быть рекомендовано в удаленных районах, где дальность радиосвязи определяется преимущественно затуханием передаваемого радиосигнала. В крупных городах и индустриальных районах дальность радиосвязи ограничивается преимущественно промышленными и бытовыми радиопомехами, в том числе, внеполосным излучением других корреспондентов, работающих в эфире. В этих условиях антенные предусилители сравнительно малоэффективны, поскольку, пропорционально усиливая как сигнал, так и шум, они не обеспечивают заметного улучшения радиосвязи.

Таблица 10.10. Влияние КСВ на излучаемую мощность

Изображение: 

10.8. ПОМЕХИ ТЕЛЕВИДЕНИЮ

10.8. ПОМЕХИ ТЕЛЕВИДЕНИЮ

Помехи, создаваемые Си-Би станциями приему телевидения, как с ними бороться.

Си-Би радиостанции, работающие в диапазоне 27 МГц, могут создавать помехи как другим службам связи, так и теле- и радиовещанию в диапазоне УКВ. Наибольшие нарекания обычно вызывают помехи от Си-Би станций приему телевидения. Некоторые пользователи, чтобы не портить отношения с соседями, вынуждены отказываться от проведения связей во время передачи любимых соседями телесериалов. Что является причиной этих помех?

Сигнал передатчика, работающего на частоте близкой к 27 МГц, содержит гармонические составляющие (связанные с искажениями колебаний несущей частоты). Вторая гармоника имеет удвоенную частоту и близка по частоте к 54 МГц, т. е. попадает в полосу первого канала телевидения, третья гармоника примерно равна 81 МГц, т. е. поражает третий телевизионный канал, четвертая гармоника - 108 МГц, попадает в диапазоне FM радиовещания. Более высокие гармоники в сигнале передатчика обычно уже настолько ослаблены, что помех не вызывают.

Кроме гармонических составляющих в сигнале передатчика могут присутствовать также побочные частоты, вырабатываемые синтезатором, но они имеют весьма малую амплитуду и частоту, близкую к частоте несущей, так что, в худшем случае, могут помешать только близким соседям, работающим в соседних каналах Си-Би диапазона, и о них мы сейчас говорить не будем.

Максимальная разрешенная мощность передатчика Си-Би радиостанции, равная 10 Вт, и требования к допустимым внеполосным излучениям были выбраны с учетом гарантированного отсутствия помех телевидению и радиовещанию. Однако большинство пользователей гражданского диапазона для увеличения дальности связи используют усилители мощности или форсируют выходные каскады своих радиостанций с обычного уровня 4 Вт до 10 Вт и более (как кому удастся)... При изменении режимов выходных каскадов внеполосное излучение передатчика может сильно возрасти, превышая допустимые нормы, а усилители, особенно самодельные, могут иметь непредсказуемый уровень гармоник.

Очевидным способом ослабления гармоник передатчика является применение фильтров нижних частот, пропускающих без ослабления частоты ниже 30 МГц, но сильно ослабляющих все частоты выше 40 МГц.

Примером такого фильтра промышленного изготовления может служить фильтр нижних частот модели YA-1 фирмы Bencher (США), имеющийся в продаже в большинстве магазинов, торгующих Си-Би техникой. Он имеет следующие характеристики:

полоса прозрачности - от 1, 8 до 29, 7 МГц,

потери в полосе прозрачности - менее 0, 2 дБ,

КСВ в полосе прозрачности - не хуже 1, 2,

ослабление на частоте 54 МГц - не менее 80 дБ.

Те из наших читателей, кто хочет сберечь 30 долларов для покупки более важных вещей, могут изготовить подобный фильтр самостоятельно, это не очень сложно. Наиболее простой и эффективный фильтр нижних частот показан на рис. 10. 35.

10-81.jpg

Особенностью этого фильтра является то, что он не трансформирует сопротивление, подключенное ко входу. Это означает, что если фильтр подключить к передатчику, рассчитанному на нагрузку 50 Ом, то к выходу фильтра следует подключать нагрузку с таким же сопротивлением. В этом проявляется сходство этого фильтра с отрезком линии передачи длиной в половину длины волны. Именно поэтому такой фильтр называют полуволновым фильтром нижних частот. Расчет элементов полуволнового фильтра очень прост:

10-82.jpg

где f - частота среза фильтра.

Для нашего случая Rвх = Rвых = 50 Ом, f= 30 МГц, L = 0,26 мкГн, С1 = 100 пФ,С2=200пФ.

Количество звеньев фильтра выбирается, исходя из требуемого ослабления в полосе запирания. На рис. 10.35 показан трехзвенный фильтр, но, добавляя дополнительные катушки L и конденсаторы С2, можно набрать любое количество звеньев. Теоретически трехзвенный ФНЧ должен иметь ослабление 52,7 дБ на частоте, равной удвоенной частоте среза. Практические значения ослабления получаются несколько меньшими из-за неидеальной экранировки. Впрочем, слишком много звеньев (более 5-7) использовать не следует, т. к. при этом возрастут потери в полосе прозрачности. Рекомендуется ограничиться таким числом звеньев, при котором исчезают помехи телевидению.

Эффективность работы фильтра зависит от его конструктивного выполнения. Необходимо поместить элементы фильтра в металлический корпус, лучше всего фрезерованный латунный или спаянный из медного листа (вполне приемлемые результаты получаются, если корпус спаять из двусторонне фольгированного стеклотекстолита). Между звеньями фильтра нужно сделать перегородки, хорошо припаяв их к стенкам корпуса. Катушки лучше всего соединять между собой через проходные конденсаторы, установленные на перегородках (но можно и через выходные изоляторы любого типа), корпуса входных и выходных разъемов нужно хорошо соединить с корпусом. Даже при использовании очень хорошего фильтра помехи телевизорам могут сохраняться, если, например, плохо заделаны разъемы кабеля, соединяющего передатчик с фильтром.

В антенный тракт фильтр гармоник следует включать после измерителей мощности и КСВ, т. к. они сами являются источниками гармоник. После фильтра перед антенным кабелем могут быть только согласующие устройства и переключатели.

В качестве примера приведем описание практической конструкции фильтра. Было выбрано число звеньев равным 6. Катушки намотаны на оправку диаметром 18 мм эмалированным проводом диаметром 2 мм виток к витку.

10-83.jpg

Рис. 10.36. Характеристики фильтра

Число витков - 5. Конденсаторы - керамические или слюдяные любого типа. Характеристики фильтра, измеренные с помощью ИЧХ, приведены на рис 10.36.

Как видно из графика, затухание на частоте 54 МГц достигает 90 дБ. Это означает, что затухание трехзвенного фильтра реально будет не хуже 45 дБ.

Гармоники передатчика могут попадать в телевизоры соседей и через сеть. Чтобы сделать простейший сетевой фильтр, намотайте сетевой шнур блока питания вашей радиостанции (оба провода вместе) на ферритовое кольцо подходящего диаметра. Достаточно намотать 4-6 витков, чтобы результат был заметен. Годится феррит любой марки, а нужный размер кольца определяется толщиной сетевого шнура. Если помехи уменьшились, но не исчезли полностью, можно сделать такой же фильтр на проводах питания между радиостанцией и блоком питания.

Но вот Вы обзавелись фильтром гармоник, навели полный порядок в фидерном тракте своей радиостанции, изолировали аппаратуру от сети, но помехи на телевизионном экране не исчезли... Что делать дальше? Откуда они берутся, ведь в эфир гармоники не излучаются?! Такая ситуация возникает чаще всего в условиях сельской местности, на границе уверенного приема сигналов телецентра, но иногда и в городе, если ваша антенна расположена рядом с телевизионной, помехи фильтром не убираются... Объясняется это тем, что большой по уровню сигнал частоты 27 МГц, наводимый на телевизионную антенну, рождает опасные гармоники на любых нелинейностях, имеющихся в телевизионном приемном тракте. Телевизионные антенны под влиянием атмосферных условий подвергаются коррозии и плохие контакты в местах соединений могут приобретать диодные свойства. Это первая причина гармоник. Вторая возможная причина - недостаточная селективность входных цепей телевизора или антенного усилителя коллективной телевизионной антенны. Для устранения помех в этом случае достаточно установить на входе телевизора или антенного усилителя фильтр верхних

10-84.jpg

частот, который пропускает частоты выше 50 МГц, но задерживает все частоты ниже 30 МГц. Наиболее просто такой фильтр можно изготовить, используя свойства магнитных рамок малого размера. Схема такого фильтра изображена на рис. 10. 37.

Телевизионный кабель перед входом телевизора разрезается, па концах срезается 5 мм оплетки и изоляции и центральные жилы припаиваются к оплетке кабеля (зачистить внешнюю изоляцию на расстоянии 150 мм от концов) таким образом, чтобы образовать петли диаметром около 50 мм. Оплетка на концах не должна соединяться ни с чем. Петли накладываются друг на друга через изоляционные прокладки (например из картона, пенопласта и т. п.) такой толщины, при которой шумов (в виде снега на экране) при приеме самого низкого по частоте канала телевидения еще не появляется. Вся конструкция скрепляется изоляционной лентой. Чем меньше магнитная связь между рамками, тем большее ослабление вносит фильтр на частоте 27 МГц. Подобный фильтр весьма эффективен для защиты от помех, несмотря на свою простоту и дешевизну.

Расчет элементов полуволнового фильтра

Изображение: 

Рис. 10.35. Простой и эффективный фильтр нижних частот

Изображение: 

Рис. 10.36. Характеристики фильтра

Изображение: 

Рис. 10.37. Фильтр верхних частот

Изображение: 

10.9. КАК УВЕЛИЧИТЬ ДАЛЬНОСТЬ СВЯЗИ ПОРТАТИВНЫХ РАДИОСТАНЦИЙ С ПОМОЩЬЮ АНТЕНН

10.9. КАК УВЕЛИЧИТЬ ДАЛЬНОСТЬ СВЯЗИ ПОРТАТИВНЫХ РАДИОСТАНЦИЙ С ПОМОЩЬЮ АНТЕНН

По-видимому, один из основных вопросов, которым интересуются владельцы портативных радиостанций, - возможно ли и насколько увеличить дальность связи доступными среднему пользователю методами. Их разработчики предусмотрели для этого ряд мер, в том числе и сменные удлиненные антенны. Речь идет здесь, естественно, о радиостанциях, которые достаточно широко представлены на российском рынке: DRAGON SY-101, SY-101 +, SS-201 (Seung Yong, Korea), ALAN 95 PLUS (CTE International, Italy), АН-27, SH-27 (MAYCOM Inc., Korea), MEGAJET 5501 (включает УКВ радиоприемник).

Как правило, все они содержат центральный процессор, обеспечивающий следующие функции:

- синтез до 200 каналов (PRO 200 N, MAYCOM. AH-27), до 400 (DRAGON SY-101, ALAN 95 PLUS) (т. е. от 5 до восьмого 40-канальных поддиапазонов);

- электронное переключение стандарта частоты, на котором ведется радиообмен ("российский" и "международный" стандарты частоты): DRAGON SY-101, ALAN 95 PLUS;

- запоминание номера канала, предшествующего выключению питания (MAYCOM АН-27, DRAGON SY-101, ALAN 95 PLUS);

- быстрое переключение каналов - подекадно (ALAN 95 PLUS) или по поддиапазонам (DRAGON SY-101, MAYCOM АН-27);

- параллельное прослушивание пары независимых каналов (DRAGON SY-101, MAYCOM АН-27);

- блокировку клавиатуры.

- подсветку индикатора;

- S-метр принимаемого сигнала;

- переключение уровня выходной мощности.

Подобные модели обладают рациональной схемотехникой, достаточно хорошей экранировкой (снижающей влияние наводок от окружающих источников электромагнитного излучения), хорошей избирательностью. Последнее обеспечивается наличием в высокочастотном (на первой промежуточной частоте) тракте узкополосного кварцевого фильтра, эффективно подавляющего сигналы за пределами канала, на который настроена радиостанция. Этим достигается то, что в кругу специалистов называется хорошей динамикой -нечувствительность приемного тракта к радиообменам, ведущимся корреспондентами в соседних каналах.

В связи с последним стоит упомянуть об устойчивой тенденции использования портативных радиостанций в режиме автомобильных или базовых. Подобная возможность легко реализуется благодаря специальным адаптерам, обеспечивающим подключение к радиостанции внешнего источника питания и внешней антенны. Однако, схемотехника, селективность и чувствительность портативных радиостанций ориентированы, в первую очередь, на использование штатных спиральных антенн, эффективность которых, по определению, исключительно низка. При подключении эффективных автомобильных или базовых антенн уровень шума в принимаемом сигнале заметно возрастает, что может требовать регулировки (уменьшения) чувствительности.

Дальность радиосвязи с использованием носимых радиостанций -один из наиболее деликатных вопросов

Мощность передатчика здесь слабо влияет на дальность радиосвязи. Так, если в одной из упомянутых носимых радиостанций, паспортная мощность которой равна, например 3 Вт, отклонение от этого номинала в сторону уменьшения составит около 33%, то это приведет к снижению максимальной дальности на 7,5% (около 75 метров на 1 километр дальности и это является типичной среднестатистической оценкой).

Влияние на предельную дальность чувствительности радиостанций выражается значительно сильнее, однако, чувствительность является паспортной характеристикой, которая определяется схемотехническими особенностями аппаратуры. К тому же чувствительность большинства (если не всех) современных радиостанций приблизительно одинакова и составляет около 0,5 мкВ. Приведенная выше зависимость соответствует предельной дальности радиосвязи, ограниченной чувствительностью радиоприемного тракта и собственными шумами приемника. В условиях города с интенсивными бытовыми и промышленными помехами реальная дальность радиосвязи существенно меньше предельной и определяется конкретным уровнем шумов вблизи радиостанции, работающей в режиме приема. Поэтому изменение чувствительности принимающей радиостанции (даже если это выполнено квалифицированными специалистами) приведет к одновременному возрастанию сигнала и шума, практически не изменив их соотношения, а, следовательно, и дальности.

Здесь особую роль играет подъем высоты каждой из антенн, участвующих в радиообмене. Поэтому, если участника радиообмена имеют возможность изменить свое местоположение над поверхностью Земли, то этой возможностью следует воспользоваться (за счет естественного рельефа или зданий).

Однако, на практике возможность таких маневров довольно ограничена, если радиосвязь необходима в совершенно конкретном месте.

Вот почему наиболее эффективное увеличение дальности в практике достигается увеличением к. п. д. антенной системы.

Антенны носимых радиостанций, в большинстве случаев, представляют собой закрытую полимерной оболочкой спираль на гибком диэлектрическом стержне или сочетание фрагмента такой спирали с прямолинейным проводником, находящимся внутри гибкого диэлектрического стержня. Их длина совершенно несоизмерима с идеальной четвертьволновой антенной длиной около 2, 7 м. При типичных длинах штатных антенн портативных станций от 20 до 30 см их к. п. д., в лучшем случае составляет около 2-3% (примерно соответствует к. п. д. первых паровозов). Кроме того, штатные антенны нередко нуждаются в дополнительной настройке. Ширина их рабочего диапазона частот близка к 2, 5% от частоты несущей (27 МГц), то есть составляет около 700 кГц. Вот почему владельцы современных широкодиапазонных радиостанций, планирующие радиообмен на краях рабочего диапазона должны запастись набором сменных антенн, настроенных на различные участки спектра (такие антенны реально существуют и предлагаются фирмами).

Существенное влияние на эффективность антенн оказывает взаимное расположение радиостанций и тела оператора (а также окружающих предметов). Фактически оператор, в руках которого находится радиостанция, является одним из противовесов антенны. Электрические характеристики такого противовеса, помимо электрической проводимости и электрических потерь в человеческом теле, зависят от площади контакта руки оператора и корпуса радиостанции (лучше держать двумя руками), расстояния от корпуса до головы (целесообразно сократить до минимума, не касаясь самой антенны), ориентации оператора в пространстве. Стоит заметить, что оператор с радиостанцией в руках, расположенной перед головой, образует направленную антенну, максимум чувствительности которой направлен от антенны в сторону спины оператора. Находясь на пределе слышимости, попытайтесь изменить свою ориентацию - выигрыш в дальности может достигнуть 20% и более.

Другим популярным приемом для решения этой задачи является подключение к корпусу радиостанции дополнительного внешнего противовеса. Роль такого противовеса способен выполнить кусок медной проволоки.

Провод может быть выполнен в форме петли, одетой на шею оператора (человеческое тело при этом играет роль противовеса). Однако, более элегантное решение этой проблемы обеспечивается дополнительной внешней гарнитурой подключенной к радиостанции через стандартный разъем на верхней стороне корпуса (EXT. MIC). Наряду с увеличением предельной дальности радиообмена внешняя гарнитура, к тому же, создает дополнительный комфорт, поскольку содержит заключенные в одном малогабаритном корпусе динамик, микрофон и тангенту (в ряде моделей - еще и наушник) Необходимость манипулировать более весомым и объемным корпусом самой радиостанции при этом отпадает, радиостанция может быть размещена на

ремне или в верхнем боковом кармане.

Существенное увеличение дальности радиосвязи может быть также обеспечено применением специальных удлиненных антенн - гибких и телескопических. Такие антенны выпускаются изготовителями радиостанций в различных

вариантах.

СИ-БИ АНТЕННЫ ИЗ КАТАЛОГА ФИРМЫ "УМД Проект"

СИ-БИ АНТЕННЫ ИЗ КАТАЛОГА ФИРМЫ "УМД Проект"

Итальянская компания SIRIO Antenne S.r.1. — один из основных поставищков Си-Би антенн выбрала АО «УМД Проект. Средства Радиосвязи» своим предста- вителем в России /Тел: (095) 281-55-19/. SIRIO была основана в 1972 году господином Джузеппе Грациоли и её главной продукцией на протяжении многих лет были Си-Би-антениы, автомобильные и базовые. После двадцати лет плодотворной работы и исследований SIRIO смогла начать разработку и выпуск большой гаммы аксессуаров и антенн, работающих на частотах от 27 МГц до 900 МГц. Таким образом, компания SIRIO Antenne S.r.1., известная ранее как производитель одних из самых лучших в мире Си-Би-антенн, предлагает сейчас также широкий выбор любительских, профессиональных и сотовых антенн мирового качества, причем по цене на 20 — 40% ниже, чем у лидеров отрасли. Специалисты компании уверены, что SIRIO займёт своё место среди ведущих мировых производителей, таких, как Cushcraft Corp. Celwave, Procom, Diamond Antenna, Anli Antenna, благодаря именно относительно недорогой и качественной продукции.

10-101.jpg

10-102.jpg

10-103.jpg

10-104.jpg

10-105.jpg

10-106.jpg

10-107.jpg

10-108.jpg

10-109.jpg

10-1010.jpg

10-1011.jpg

10-1012.jpg

10-1013.jpg

10-1014.jpg

10-1015.jpg

Антенна BOOMERANG 27A - технические характеристики

Изображение: 

Антенна GPA27 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна GPS 27 1/2 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна ML 145 N INOX - технические характеристики

Изображение: 

Антенна SILWER MEGAWATT 4000 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна SIRIOSTAR 27 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна SPACE SHUTTLE 27 PL - технические характеристики

Изображение: 

Антенна SUPER CARBONIUM 27 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна SUPER TRUCK 27 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна SY 27-4 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна Sirio 827 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна TORNADO 27 5/8 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна TURBO 3000 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна Titanium 3000 PL/N - технические характеристики

Изображение: 

Антенна VECTOR 4000 - технические характеристики

Изображение: 

11. Коротковолновые и ультракоротковолновые антенны для любительской связи.

11.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

11.1 ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.

Хорошая антенна - лучший усилитель высокой частоты. Это правило было уже хорошо известно в те времена, когда радиолюбительство начинало только развиваться. Но и сегодня это высказывание не потеряло своей актуальности. Однако если раньше антенная техника находилась в компетенции небольшого круга специалистов - ученых и инженеров, то теперь ее знание тем более необходимо хотя бы в общих чертах для каждого технически грамотного человека, занимающегося профессиональной или любительской связью.

Радиолюбители уже давно оценили те результаты, которые дает применение высокоэффективных антенн. О том, насколько интенсивно велись разработки в области радиолюбительской антенной техники, можно судить по тому многообразию антенных систем, которое было предложено коротковолновиками и укавистами.

Начиная с того времени, когда великие изобретатели россиянин А.Попов, итальянец Г. Маркони и серб Н.Тесла в конце прошлого столетия провели первые опыты по осуществлению связи без проводов с использованием простейших, с позиции сегодняшнего уровня науки, приемо-передающих радиоустройств, антенна явилась главным излучателем электромагнитной энергии.

Направить эту энергию в нужном направлении - задача каждого владельца радиостанции, да так, чтобы были минимальные потери мощности от передатчика к антенне. Этой задаче и посвящается данный раздел книги.

В этом разделе будут кратко рассмотрены физические процессы. происходящие в антенне при передаче и приеме электромагнитного излучения.

Прежде чем рассмотреть физические процессы, происходящие в антенне, остановимся на распространении электромагнитных волн. Энергия, излучаемая передающей антенной, распространяется в пространстве в виде электромагнитных волн. Электромагнитные волны описываются следующими характеристиками.

Длина волны L - кратчайшее расстояние между двумя точками в прострaнстве, на котором фаза электромагнитной волны изменяется на 2*3.14. Частота f - число полных периодов изменения напряженности поля в единицу времени. Скорость распространения волны с - скорость распространения последовательности волн от источника энергии. Частота электромагнитных волн, скорость распространения и длина волны связаны соотношением L = c/f. Единицей измерения частоты является герц (Гц); 1 Гц - одно колебание в секунду, 1 кГц ( 1 килогерц ) - 1000 герц, 1МГц - ( 1 мегагерц ) - 1000 кГц -1000000 Гц. Скорость распространения электромагнитных волн в вакууме 300000000 м/с. Подставляя значение скорости распространения в формулу для длины волны L в метрах, получаем: L= 300000000 м/с / f , где f - частота, Гц.

11.2 ФИЗИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН.

11.2 ФИЗИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН.

Если в поле некоторого заряда Qo поместить пробные электрические заряды и рядом с ними пробные магниты (рис 11.2), то мы увидим, что при изменении величины или при перемещении основного заряда начнут перемещаться не только электрические заряды q, но и пробные магниты m. По характеру перемещения последних нетрудно убедиться, что оно произошло под действием магнитных сил, направление которых перпендикулярно направлению электрических сил,.

Отсюда можно сделать вывод, что любое изменение величины или положения электрических зарядов вызывает одновременное изменение электрического и магнитного полей, которое распространяется с очень большой, но конечной скоростью во все стороны от данной точки. Действие возникающих

11-21.jpg

11-22.jpg

при этом электрических и магнитных сил происходит в двух взаимно перпендикулярных направлениях, перпендикулярных направлению распространения данного возмущения.

Распространение изменяющегося поля связано с переносом энергии в пространстве. Эта энергия получила название энергии электромагнитного поля или просто электромагнитной энергии.

Если в некоторой точке пространства периодически изменяется электрический или магнитный заряд, то от него во все стороны распространяются периодические изменения электрического и магнитного полей, которые и принято называть электромагнитными волнами.

На рис. 11.3 показано распределение напряженности электрического поля Е и магнитного поля Н, создаваемых электромагнитной волной в пространстве в некоторый момент времени. Расстояние между двумя ближайшими точками пространства, в которых напряженность электрического или магнитного поля одинакова, (т.е. изменяется на 2*3.14), и есть длина электромагнитной волны L.

Если к линейному проводнику прикладывается переменная э.д.с. передатчика, то свободные электроны, содержащиеся в металле проводника, приходят в периодическое колебательное движение.

Такой линейный проводник, питающийся переменной э.д.с., является простейшей передающей антенной - устройством, преобразующим энергию источника переменной э.д.с. в энергию электромагнитных волн.

В приемном пункте необходимо решить обратную задачу, т.е. преобразовать энергию электромагнитной волны в энергию переменных токов. Для этого достаточно поместить в переменное электромагнитное поле линейный проводник. В этом случае линейный проводник будет являться приемной антенной, преобразующей энергию электромагнитной волны в энергию переменного тока.

Антенное устройство чаще всего является резонансной системой.

Как и у всякого преобразователя энергии, одним из основных параметров, характеризующих его работу, является к.п.д. Он позволяет судить о том, какая доля подводимой мощности электрических колебаний преобразуется в мощность электромагнитных волн.

Антенна излучает энергию не одинаково в различных направлениях или, иначе говоря, обладает известными направленными свойствами. Направленные свойства антенн принято характеризовать диаграммами направленности, показывающими в относительных единицах, с какой интенсивностью антенна излучает энергию в различных направлениях.

Антенна может располагаться по отношению к Земле горизонтально или вертикально, в связи с чем будут образовываться электромагнитные волны горизонтальной или вертикальной поляризации.

Вопрос о поляризации имеет в радиотехнике весьма существенное значение. Так, например, если в поле горизонтально поляризованных волн поместить вертикальную приемную антенну, то величина наведенной э.д.с. будет совсем незначительной.

Рис. 11.2. Направление движения электрических зарядов и пробных магнитов при перемещении заряда Q

Изображение: 

Рис. 11.3. Распределение напряженности магнитного H и электрического E полей в пространстве

Изображение: 

11.3 ФИДЕРНЫЕ ЛИНИИ.

11.3 ФИДЕРНЫЕ ЛИНИИ.

Только в переносных малогабаритных радиостанциях возможно непосредственное подключение антенны к приемо-передатчику, во всех остальных случаях между антенной и приемо-передатчиком необходимо включить фидерную линию, которая должна служить для передачи высокочастотной энергии с минимальными потерями и без паразитного излучения.

Применяемые в радиотехнике фидеры с электрической точки зрения являются длинными линиями.

Длинными линиями принято называть электрические линии, длина которых соизмерима с длиной распространяющихся вдоль них волн.Они могут быть длиной в несколько десятков сантиметров, а в некоторых случаях их длина может измеряться десятками метров.

Важнейшим электрическим параметром линии является ее комплексное сопротивление Z. Волновое сопротивление линии в режиме бегущей волны имеет чисто активный характер и обозначается р (ро). Линию можно представить в виде соединения индуктивностей и емкостей, распределенных по ее длине (рис. 11.4).

Индуктивность L и емкость С, приходящиеся на единицу длины линии, называются погонными индуктивностями и емкостями. Разбив условно всю линию на элементарные единичные участки, можно изобразить эквивалентную электрическую схему длинной линии в виде представленном на рис. 11.4.

Волновое сопротивление в основном зависит от поперечных размеров линии и вида применяемого диэлектрика между проводниками линии. Обычно встречаются волновые сопротивления от 30 до 600 Ом.

Высокочастотные линии, имеющие волновое сопротивление от 30 до 300 Ом, изготовляются промышленностью в виде ленточных и коаксиальных кабелей (рис. 11.5 и рис. 11.6). Волновое сопротивление коаксиального кабеля можно определить по формуле:

11-31.jpg

Линия, нагруженная на активное сопротивление. Если линия нагружена на активное сопротивление, то известная доля энергии всегда поглощается в нем, и вдоль линии происходит перенос энергии. Если сопротивление нагрузки

11-32.jpg

11-33.jpg

11-34.jpg

11-35.jpg

отличается от волнового сопротивления линии, то часть энергии падающей волны отражается обратно к источнику. При этом в линии возникают стоячие волны которые характеризуют потери в линии, и только часть энергии источника, выделяемая в сопротивлении нагрузки, является полезной. Конечная цель согласованной нагрузки - создать в линии бегущую волну, т.е. передать всю энергию источника в нагрузку, которой является антенна. Входное сопротивление линии может иметь активную и реактивную составляющие. Придавая различное значение величине Rн, можно легко построить картину распределения напряжения и тока в линии (рис. 11.8). При замыкании линии накоротко (рис. 11.8, а), где Rн = 0, коэффициент отражения равен максимуму и в линии образуются только стоячие волны. С увеличением сопротивления нагрузки до Rн = р, где р - волновое сопротивление линии, коэффициент отражения будет равен нулю, в линии установится только бегущая волна и вся энергия источника передается в нагрузку (антенну) рис. 11.8,6. Таким образом, условие согласования линии с нагрузкой состоит в том, что последняя должна иметь чисто активный характер и быть равной волновому сопротивлению линии. На рис. 11.8,в. рассмотрен вариант, когда нагрузка Rн=оо, т.е. отключена, и в линии образуются стоячие волны, как и в случае рис. 11.8,а., только фаза отраженной волны изменилась на 180° В результате максимумы и минимумы стоячих волн поменяются местами. На практике степень согласования фидерной линии с нагрузкой определяется с помощью измерительных приборов, которые будут рассмотрены в отдельной главе. Существуют два варианта измерений. В промышленности принято измерять коэффициент бегущей волны (КБВ ), а в любительской практике измеряют коэффициент стоячей волны (КСВ). В первом случае градация прибора от 0 до 1, где единице соответствует наилучшее согласование линии с нагрузкой, т.е. в линии образуется бегущая волна, а нулевое значение указывает максимальное значение стоячей волны. При пользовании любительским методом измерения КСВ прибор градуируется от 0 до 10 и после вычисления, о котором будет рассказано в описании КСВ-метра, показание, равное нулевому значению отраженной волны, соответствует наилучшему согласованию линии с нагрузкой.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля

Изображение: 

Рис. 11.4 Эквивалентная электрическая схема двухпроводной линии

Изображение: 

Рис. 11.5-6 Коаксиальная и двухпроводная линия

Изображение: 

Рис. 11.7. Определение волнового сопротивления Z

Изображение: 

Рис. 11.8. Линия, нагруженная на активное сопротивление.

Изображение: 

11.4 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ИЗЛУЧАЮЩИХ УСТРОЙСТВ.

11.4 ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ИЗЛУЧАЮЩИХ УСТРОЙСТВ.

При использовании проводов в качестве линии передачи всегда стремятся сделать так, чтобы система была не излучающей. Рассматривая противоположную задачу, разведем провода линии на некоторый угол и получим V-образную симметричную антенну, а разводя их дальше, получим ромбическую антенну. Если развернуть провода на 180 градусов - получим симметричный вибратор (диполь).

Исключая компенсирующее действие второго провода линии, укорачивая или вовсе ликвидируя его - получим так называемый несимметричный

вибратор. К этому классу антенн принадлежат Г-образные, Т-образные антенны и ряд других. При питании этих антенн второй зажим генератора (передатчика) заземляется, т. е. земля играет роль второго провода. Все антенны, использующие данный принцип работы, относятся к классу несимметричных антенн.

11.5 АНТЕННЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ.

11.5 АНТЕННЫ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИИ.

11-51.jpg

Симметричный вибратор. Симметричный вибратор можно представить как длинную линию, разомкнутую на конце, провода которой развернуты на 180 градусов. Простейшей, часто употребляемой антенной является полуволновый вибратор. Симметричный полуволновый вибратор показан на рис. 11. 9. Симметричный полуволновый вибратор требует симметричного питания. К нему может быть подключена несимметричная фидерная линия в виде коаксиального кабеля, но только через симметрирующее устройство, о котором будет рассказано в параграфе 11. 7.

Питание полуволнового вибратора производится в пучности тока (геометрическом центре) и входное сопротивление равно сопротивлению излучения. Теоретически входное сопротивление полуволнового вибратора равно 73 Ом, но это значение определено в предположении, что проводник антенны бесконечно тонкий и антенна расположена бесконечно высоко над Землей. На рис. 11. 10, а. дана диаграмма направленности полуволнового вибратора в горизонтальной плоскости. Она представляет восьмерку. Перпендикулярно к антенне два максимума излучения, а вдоль оси вибратора к 90-му и 270-му градусу - два минимума. С этих сторон не будет ни приема, ни излучения при передаче. В литературе обычно приводятся значения ослабления в этих направлениях, которые

достигают 38-40 дБ, что составляет ослабление в 80-100 раз. Угол излучения в вертикальной плоскости зависит от высоты подвеса антенны над Землей. При высоте расположения антенны L/4 (рис. 11.10,6.) излучение будет вертикально вверх, а при высоте L/2 (рис. 11.10,в.) излучение будет под углом 30 градусов к горизонту. Такая высота подвеса антенны является наилучшей. Увеличивая высоту расположения антенны до 1L, получим два лепестка, как на диаграмме рис. 11.10,г. Нижний лепесток, имеющий 12-15 градусов, будет обеспечивать связь с дальними корреспондентами, а тот, который имеет 45-50 градусов, - с ближними. Правда, мощность передатчика при этом будет делиться на два излучения.

Нередко перед радиолюбителями встает вопрос, как влияет металлическая и железобетонная крыша, на которой большей частью устанавливают

11-52.jpg

антенны, на диаграмму излучения в вертикальной плоскости. Влияют, но их нельзя рассматривать как идеальную Землю.

Чтобы можно было поставить знак равенства между крышей и идеальной Землей, эта поверхность должна иметь, как минимум площадь равную L^2.

В диапазоне KB и УКВ диаметр провода полуволнового вибратора редко бывает меньше 2 мм, при этом входное сопротивление антенны находится в интервале от 60 до 65 Ом. По графику (рис. 11.11) можно определить входное сопротивление RBX полуволнового вибратора в зависимости от отношения L/d. Обе величины берутся в одинаковых единицах, в метрах или сантиметрах.

Определяя геометрические размеры полуволнового вибратора, рассмотрим различие между "электрической" и "геометрической" длинами вибратора. Фактически электрическая и геометрическая длины вибратора равны только в том случае, когда проводник антенны становится бесконечно тонким. С помощью графика определяется коэффициент укорочения вибратора в зависимости от отношения L/d.

Антенна может быть выполнена не только из тонкого провода диаметром 2 - 4 мм, но и из медных или дюралюминиевых труб различного диаметра. При меньшем диаметре проводника антенны она более узкополосна, а при большем диаметре ее полоса пропускания увеличивается. Это необходимо учесть, когда диапазон перекрытия велик. Например, для диапазона 28,0 - 29,7 МГц или на УКВ участках 144 - 146 Мгц и 430 - 440 МГц.

Пример. Необходимо найти геометрическую длину полуволнового вибратора для частоты 145 МГц для трубки диаметром 20 мм, из которой будет изготовлена антенна. Для частоты 145 МГц, L = 206 см. Получаем соотношение L/d206:2,0= 103 По графику находим К =0,91 (на графике обозначено пунктиром ). Тогда требуемая длина полуволнового вибратора равна:

L/2 х К = 103 х 0,91 = 93,7 см. Антенны для диапазонов 160, 80, 40 и 30 метров, имеющие большую длину, можно изготовить из биметалла, который широко используется в проводном радиовещании. Стальная жила такого провода покрыта толстым слоем меди и провод имеет большую прочность. Такой провод бывает диаметром 3-4 мм. В Таблице 11.1 приведены размеры полуволновых вибраторов.

Таблица. 11. 1 Размеры полуволновых вибраторов

11-53.jpg

У полуволновых антенн с питанием в середине (рис. 11. 9) на концах вибратора образуются пучности напляжения U и минимумы тока I. Это свидетельствует о том, что на концах полуволнового вибратора большое сопротивление. При питании полуволнового вибратора с конца надо избрать другую схему питания. Антенна включается через согласующее устройство. В качестве согласующего устройства следует избрать П- образный контур, входное сопротивление которого может быть равно волновому сопротивлению коаксиального кабеля, т.е. 60 - 75 Ом. На рис. 11.13 приведена такая схема включения антенны.

В современном градостроении большей частью сооружаются дома повышенной этажности. Это можно использовать при сооружении антенного хозяйства радиолюбителя.

Для установки антенны на крыше дома необходимо получить разрешение от соответствующих служб.

11-54.jpg

Антенна для диапазона 160 метров. На рис. 11.12 изображены две антенны типа полуволновый вибратор, расположенные под углом 90 градусов. Переключая эти антенны, можно охватить все направления. Антенны А и Б имеют одинаковую длину.

Их длина по таблице 11.1 составляет 75,79 метров. Для согласования высокоомного входа полуволнового вибратора, питаемого с конца, с фидером, выполненным из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 60 - 75 Ом, необходимо построить согласующее устройство в виде П-образного контура, настроенного на среднюю частоту этого диапазона. П-образный контур размещается в металлической водонепроницаемой коробке, на которой устанавливаются: высокочастотный коаксиальный разъем для подключения коаксиального кабеля фидера, два или три высокочастотных проходных изолятора, рассчитанных на большое ВЧ напряжение, и клемма для подключения "противовеса", выполненного в виде прямоугольника по периметру крыши - Г. Его длина некритична. Фидер Д можно разместить в вентиляционном канале, идущем в вашу квартиру. На Рис. 11.13 изображена схема согласующего устройства. В металлической коробке размещаются: ВЧ дроссель, реле Р1, Р2, конденсаторы С1, С2, катушка L и диоды Д1, Д2. Реле постоянного тока низковольтное, любого типа, но его переключающие контакты должны быть высокочастотными, рассчитанными на коммутацию высокого напряжения. Такие реле использовались в радиостанциях РСБ-5 или другого типа. Питание реле осуществляется по коаксиальному кабелю. При подаче положительного напряжения включается реле Р1, а отрицательного -Р2. Реле Р2 можно использовать для подключения еще одной антенны, причем ее входное сопротивление должно быть низкоомным. Например, полуволнового вибратора с питанием в середине или четвертьволновой вертикальной антенны. Конденсатор С1 для диапазона 160 м - 1700 пФ, рассчитанный на соответствующую реактивную мощность. Конденсатор С2 - переменной емкости - до 300-350 пФ. Он должен иметь большой зазор между пластинами, так как между ними будет большое ВЧ напряжение. Ось конденсатора выводится за пределы коробки для удобства настройки согласующего устройства. Катушка индуктивности L - 20 мкГн. ВЧ дроссели намотаны на керамических каркасах диаметром 20 мм, проводом ПЭЛШО 0,3 - 0,35 мм. Длина намотки 120 мм виток к витку. Со стороны подключаемой к ВЧ линии

11-55.jpg

на длине 10-12 мм витки дросселя разрежены для уменьшения межвитковой емкости. Катушка L содержит 30 витков провода ПЭВ 2,0, намотанных на каркасе 100 мм из высокочастотного материала.

Настройка согласующего устройства производится следующим образом. На вход устройства от передатчика подводится мощность 8-10 Вт. Настройкой конденсатора С2 добиваются резонанса. Контроль можно осуществлять с помощью индикатора поля или по свечению неоновой лампы. Следует учесть, что настройка может быть на гармонику, т.е. на 80-метровый диапазон. Лучше всего контроль настройки вести с помощью гетеродинного измерителя резонанса (ГИРа), тогда ошибка сводится к минимуму.

Подобная антенна может быть выполнена и для других диапазонов, и не только полуволновой. Она может представлять собой гармониковую антенну. В таком случае ее длина должна быть равной некоторому количеству полуволн, что рассчитывается по формуле:

11-56.jpg

Из приведенного примера видно, что антенна 160-метрового диапазона может использоваться и как гармониковая антенна для других диапазонов, если установить дополнительный П-образный контур, настроенный на выбранный диапазон.

Антенны для диапазонов 80 и 40 метров. Уже многие годы у радиолюбителей популярна антенна Inverted Vee (перевернутая V) рис. 11.14.

Она может быть однодиапазонной или двухдиапазонной. При двухдиапазонном варианте она имеет два преимущества. Требуется только одна мачта и в отличие от диаграммы излучения полуволнового вибратора, расположенного горизонтально, имеет еще излучение и вдоль оси антенны с вертикальной поляризацией, поскольку наклонена к Земле.

11-57.jpg

Каждая из антенн является симметричным полуволновым вибратором и при питании их несимметричным коаксиальным кабелем требуется симметрирующее устройство. При его отсутствии диаграмма излучения искажается, КСВ становится большим, что свидетельствует о больших потерях в фидере и, кроме того, внешняя оплетка кабеля начинает излучать и создавать помехи TV. Обе антенны можно соединить параллельно, но лучшим вариантом является раздельное питание через реле, как в описании антенны для 160 - метрового диапазона. Части А и Б антенны 80 - метрового диапазона по 18,72 м, а В и Г по 9,65 м. Симметрирующий элемент Д располагается ближе к

месту подключения фидера к антеннам, там же могут размещаться и коммутирующие реле. Мачта имеет высоту 16 м, а расстояние между точками крепления оттяжек 80-метрового диполя указаны на рисунке. Желательно чтобы концы диполя находились на высоте не менее 1,5 м над поверхностью. Симметрирующий элемент изображен на рис. 11.27,в.

Для этих диапазонов и более высокочастотных может быть рекомендована многодиапазонная антенна, созданная радиолюбителем W3DZZ. Эта антенна является резонансным, симметричным вибратором на 80 и 40 м. В связи с тем, что любительские диапазоны кратны один другому, эта антенна возбуждается и на гармониках, т.е. на 20, 15 и 10 м диапазонах. Она простая, не очень большой длины и обеспечивает работу на всех любительских диапазонах, начиная с 80 м. Ее вид изображен на рис. 11.15. Индуктивность катушек L1 и L2 - 8,3 мкГн, а емкость конденсаторов - 60 пф. Контура L1 С1 и L2 С2 являются фильтр-пробками, настроенными на частоту 7050 кГц. Катушки L1 и L2 имеют диаметр 50 мм, намотаны проводом ПЭВ-2 диаметром 2 мм, и содержат 19 витков на длине 80 мм. Измерение резонансной частоты этих контуров можно проконтролировать с помощью ГИРа. Рабочее напряжение конденсаторов должно быть 3....5 киловольт. Роль фильтра-пробки заключается в том, что на частоте резонанса реактивное сопротивление контура составляет несколько килоом. Контур, включенный в разрыв провода антенны при работе на 40-метровом диапазоне, возбуждается и создает очень большое сопротивление, что как бы отключает часть антенны. В результате, рабочими участками остаются две половины вибратора по 10,07 м, что равно L/2 этого диапазона. На рис. 11.15,а. дана конструкция контура с самодельным высоковольтным конденсатором. Он состоит из дюралюминиевой трубки диаметром 30 мм и длиной 120 мм, являющейся первой обкладкой конденсатора, и стержня 4 диаметром 8 мм, имеющим на концах резьбу М8 мм. Изоляционные втулки 3 изготовляются из полистирола или фторопласта. С одной стороны на трубку надевается кольцо 5 из дюралюминия, к которому крепится один конец катушки L. Второй конец этой же катушки крепится к фланцу 2, соединяющемуся со стержнем 4. Стержень 4 стягивает втулки 3 и является второй обкладкой конденсатора. Зазор между фланцем 2 и торцом трубки должен быть большим 8-9 мм, т.к. между ними будет большое высокочастотное напряжение. Скоба 1 увеличивает расстояние между проводником антенны А и торцом стержня Б во избежании пробоя. Симметрирующий элемент В рассмотрен в параграфе 11.7. После завершения изготовления контура необходимо его настроить на частоту 7050 кГц. Это осуществляется растяжением или сжатием катушки L. Резонансные частоты антенны W3DZZ 3,7; 7,05;

14,1; 21,2 и 28,4 МГц. Для питания антенны используется коаксиальный кабель

11-58.jpg

11-59.jpg

Рис. 11. 16 Антенна АБВ и диаграммы излучения.

с волновым сопротивлением 75 Ом соответствующего типа, с учетом мощности передатчика.

Антенна бегущей волны. Радиолюбителями мало уделяется внимания антенне бегущей волны (Бевереджа) рис. 11.16. Эта антенна имеет и другое название - АБВ.

Она относится к числу малошумящих антенн направленного излучения. АБВ - антенну хорошо использовать в сельской местности, где имеется большая площадь для ее размещения. Антенна имеет длину 300 м. С небольшим ухудшением параметров на 160-м диапазоне ее можно укоротить до 200 м, а на 80 - метровом диапазоне до 100 - 120 м. В конце она нагружается на резистор сопротивлением 600 Ом соответствующей мощности. Высота подвеса 3 - 4 м. Противовес-заземление закапывается на небольшую глубину под антенной. Она может работать на всех любительских диапазонах. Входное сопротивление антенны 600 Ом. Ее подключают к передатчику непосредственно, а при использовании коаксиального кабеля - через согласующее устройство, как например при питании антенны 60 - метрового диапазона (рис. 11.13). В таблице 11.2 даны значения Cl C2 и индуктивности L для диапазонов 160 и 80 метров, на которых выгодно иметь направленное излучение для связи с DX кореспондентами.

При работе на эту антенну необходимо соблюдать осторожность, т.к. провод антенны находится под высоким высокочастотным напряжением. Диаграмма рис. 11.16,6. показывает угол излучения в горизонтальной, а рис. 11.16,в. в вертикальной плоскости.

Рамочные антенны. Переходя к рассмотрению рамочных антенн, остановимся на том, что представляют собой эти антенны. До этого было рассказано об однопроводных, одноэтажных антеннах. Диаграмма излучения в горизонтальной плоскости полуволнового вибратора изображена на рис. 11.17,в.(пунктиром).Теперь рассмотрим вариант, когда два полуволновых вибратора расположены один над другим на расстоянии L/4, которым подадим питание

Таблица 11.2

11-510.jpg

11-511.jpg

синфазно. В результате чего получим диаграмму направленности в горизонтальной плоскости более вытянутую рис.11.17,в., чем у одиночного вибратора Таким образом, усиление двух синфазных антенн больше. Диаграмма направленности этих синфазных антенн в вертикальной плоскости будет иметь меньший угол излучения (заштрихованные лепестки на рис. 11.17,г) , чем при одном вибраторе, у которого угол излучения равен 30 градусов. Преобразуем эти две антенны в квадрат, соединив концы полуволновых вибраторов, как на рис. 11.17,6. Параметры этой новой антенны повторяют двухэтажную синфазную антенну. Для нее характерно высокое усиление при малом угле излучения к горизонту, что обеспечит DX связи. На рис. 11.17, д. приведена модификации рамочной антенны. Она отличается только геометрическими формами и расположением в пространстве. Входное сопротивление рамочных антенн 110-120 Ом. Отдельно следует сказать о рамочной антенне, изображенной на рис. 11.17,е. Эта антенна обладает всеми параметрами, о которых было сказано, но отличается тем, что располагается не вертикально, а под углом 45 градусов к поверхности. Такой вариант расположения рамочной антенны может быть рекомендован для диапазонов 160, 80 и 40 метров. За счет наклона один из лепестков диаграммы больше прижимается к горизонту, и в том направлении, куда наклонена антенна, можно проводить DX связи. При расчете рамочных антенн их периметр равен: l=Lх1,02 Пример. Рассчитать периметр рамочной антенны для F = 3,65 МГц. L = 300000 : 3650 кГц = 82,19 м. l=82.19 м. х 1.02=83,83 м.

В радиолюбительской литературе была опубликована рамочная антенна английского радиолюбителя G3AQS для диапазона 80 метров, на частоту 3,8 МГц. На рис. 11.18 приведена такая антенна, пересчитанная на частоту 3,65 МГц. Ее размеры даны на рисунке. Симметрирующий широкополосный трансформатор имеет следующие данные.

На каркасе 60 мм из высокочастотного материала намотана катушка виток к витку в два провода диаметром 1,8 мм с второпластовой изоляцией. Количество витков 7. В симметрирующем трансформаторе выводы 1 и 3 -начало обмотки, 2 и 4 - концы.

Статичная многоэлементная антенна. Такую антенну можно установить, если расположение зданий удобно для этого. На рис. 11.19 изображена

семиэлементная проволочная антенна "волновой канал". В качестве активного элемента может быть выбран петлевой вибратор. Ее размеры на 40 - метровый диапазон: А - 21,91м; Б - 19,91м; В,Г,Д -по 18,38м; Е,Ж - по 17,91м. Расстояние между элементами: АБ - 8,51м, а между остальными по 5,1м. Симметрирующий элемент - С изображен на рис. 11.27 в. Активный вибратор может быть и другой конструкции,например, как на рис. 11.13. Тогда согласующее устройство будет иметь следующие параметры:

конденсатор С1 - 250 пф, индуктивность катушки L - 5,2 мкГн, конденсатор С2 - до 120-150 пФ. Противовес - заземление опускается вниз вдоль стены здания. В земле укладывается металлическая труба или лист металла, к которой и подсоединяется противовес-заземление. Такая антенна имеет коэффициент усиления 11-12 дБ, что значительно увеличит возможности связей с DX корреспондентами.

Антенны высокочастотных диапазонов. К ним относятся коротковолновые антенны для диапазонов 20,15, 11 и 10 м, а также любительские УКВ антенны. Антенны этих диапазонов имеют такие размеры, которые позволяют создавать вращающие антенны направленного излучения. Антенны вообще, а для высокочастотных диапазонов особенно, должны быть резонансными. Широкодиапазонные антенны UW4НW-"морковки", диполи Надененко и другие, которые были опубликованы в литературе, неэффективны. Они трудно согласуемы с фидером и имеют низкий КПД. Лучшим вариантом могут служить антенны направленного излучения. Они могут быть вращающимися или статичными с переключением диаграммы направленности.

11-512.jpg

11-513.jpg

Для получения направленного излучения в технике коротких и ультракоротких радиоволн используют системы пассивных элементов, определенным образом расположенных друг относительно друга. Токи в них протекают либо в фазе, либо в противофазе. Если провода, несущие противофазные токи, разнести на расстояние, соизмеримое с длиной волны, система станет излучающей. Однонаправленное излучение получается, когда в излучателях, расположенных на расстоянии в четверть волны друг от друга, токи сдвинуты по фазе один относительно другого на четверть периода. Пассивный вибратор может играть роль зеркала (рефлектор), либо наоборот, направлять излучение на себя. В этом случае пассивный элемент называют директором. Волна, излученная антенной и падающая на рефлектор, наводит в нем значительные токи. Если наведенный ток будет опережать по фазе на 90 градусов ток в антенне, то рефлектор будет выполнять свои функции, не требуя самостоятельного питания. Нужный сдвиг фаз всегда можно установить соответствующей настройкой рефлектора, заключающейся в подборе его длины. При этом рефлектор может представлять для наведенных токов активное, емкостное или индуктивное сопротивления, в результате чего токи в нем окажутся на тот или иной угол сдвинуты по фазе по отношению к возбуждающей волне. Однако вследствие того, что ток, наведенный в рефлекторе, всегда меньше тока в антенне, полной компенсации излучения назад достигнуть не удается. Поэтому диаграмма направленности антенны с таким рефлектором всегда будет несколько хуже диаграммы антенны с питаемым рефлектором.

Однодиапазонная многоэлементная антенна. Простейшая 3 - элементная антенна "волновой канал" изображена на рис. 11.20. Ее коэффициент усиления равен 8 дБ, а входное сопротивление - 75 Ом. Для того чтобы иметь такое входное сопротивление, удобное для согласования с коаксиальным кабелем такого же волнового сопротивления, потребовалось применение петлевого вибратора. Для некоторых диапазонов размеры даны в таблице 11.3.

Трехдиапазонная многоэлементная антенна. Эта антенна была предложена литовским радиолюбителем, бывшим UP2NK. Она работает на 20- 15-и 10-метровом диапазонах. Эта антенна чуть меньше полноразмерной. Общий вид антенны изображен на рис. 11.21:1,2,3 - элементы 15 - и 20 - метровых диапазонов; 4,5,6 - элементы 10 - метрового диапазона; 7 - траверса антенны; 8 - вертикальные стойки; А - у (гамма) согласующие элементы; Б, В - оттяжки; 9 -орешковые изоляторы; 10- двухпроводные линии; 11- конденсаторы у элементов; 12 - изоляторы; L - контур. Антенна на каждом диапазоне имеет по 3 элемента. Элементы 1, 2 и 3 (рис. 11.21,а.) представляют собой директор, вибратор и рефлектор диапазонов 20 и 15 метров. Директор 10 - метрового диапазона 4, активный вибратор 5 и рефлектор 6 размещены на траверсе отдельно. Каждая из антенн питается по отдельному кабелю с волновым

11-514.jpg

Таблица.11.3 Размеры антенн "волновой канал"

11-515.jpg

сопротивлением 50-75 Ом. У основания мачты устанавливается релейный переключатель, позволяющий подключать одну из антенн к общему фидеру, идущему к радиостанции. Конструкция активных элементов диапазонов 20 и 15 метров изображена на рис. 11.22,а. На траверсе в центре элементов 1,2 из рис. 11.21,а. устанавливаются вертикальные стойки 8 высотой 950 мм. Они предназначены для крепления оттяжек Б, В, которые выполнены из биметалла или медного провода диаметром 4-5 мм. Эти оттяжки являются частью элементов 20 - метрового диапазона. К стойкам директора и рефлектора оттяжки крепятся через орешковые изоляторы 9. Оттяжки Б и В на директоре и рефлекторе около изоляторов образуют двухпроводную линию длинной 300 мм с расстоянием между проводами 50 мм. В конце линии располагается перемычка 10, с помощью которой осуществляется настройка директора и рефлектора 20 - метрового диапазона. На активном элементе в верхней части стойки укрепляется площадка из изоляционного материала, на которой устанавливается катушка L, имеющая 7 витков диаметром 35 мм, намотанная проводом ПЭВ-2 диаметром 3 мм. Средний виток этой катушки заземлен. Центральная жила коаксиального кабеля этого диапазона подключается к концу катушки, а экран к стойке. Таким образом, активный элемент 20-метрового диапазона состоит из двух оттяжек, к концам которых подсоединены два отрезка длиной по 950 мм, выполненных из трубки диаметром 8 мм,

11-516.jpg

11-517.jpg

и удлиняющей катушки L. Активный элемент 15-метрового диапазона выполнен из дюралюминиевой трубки диаметром 20 мм. На концах вибратора укреплены изоляторы 12, изготовленные из текстолита. Их размер указан на рис. 11.22,а. Антенна этого диапазона подключена к фидеру через у согласующий элемент, размеры которого указаны на рис. 11.22. Конденсатор переменной емкости, с помощью которого осуществляется согласование фидера с антенной, должен быть помещен во влагонепроницаемую коробку. Таблица на рис. 11.22,г. показывает размеры директора и рефлектора 15-метрового диапазона. Размеры элементов 10-метрового диапазона указаны на рис. 11.22,в. Антенна этого диапазона подключается к фидеру также через у согласующий элемент А. Он выполнен из трубки диаметром 12 мм.

Траверса антенны изготовлена из дюралюминиевой трубы диаметром 50...70 мм. Установочные размеры элементов на траверсе указаны на рис. 11.21,6. Элементы 10- метрового диапазона обозначены Д'- директор, В'-активный вибратор, Р'- рефлектор.

По данным автора, коэффициент усиления антенны на 20 м - 7 дБ, на 15 м -7,5 дБ, на 10 м - 9 дБ. Отношение вперед - назад (front to back) на 20 м - 17 дБ, на 15 м - 19 дБ, на 10 м - 23 дБ. КСВ на всех диапазонах не хуже 1,2. Ширина диаграммы в горизонтальной плоскости 50-70 градусов.

Трехдиапазонная антенна "Двойной квадрат". Одной из "дальнобойных" рамочных направленных антенн является антенна "Двойной квадрат" (рис. 11.23). Она представляет собой двухэтажную синфазную антенну. Одна рамка этой антенны является активным вибратором, на которую подается питание, а вторая рамка - пассивный рефлектор. Автор этого раздела в течение нескольких десятилетий использовал такую антенну. В отличии от многих подобных конструкций предлагаемая антенна целиком выполнена из металла. Для антенны создаются два крестообразных основания. Вертикальная часть креста цельнометаллическая из дюралюминиевых труб диаметром 25 мм, а горизонтальная состоит из отдельных частей, выполненных из таких же труб,

11-518.jpg

соединенных между собой через текстолитовые изоляторы 4, внутри которых вставлены стальные стержни 16 диаметром 10 мм, создающие прочность этих изоляторов. Концы горизонтальных труб в середине креста крепятся к фланцам 6 через изоляционные вставки 5, изготовленные из текстолита. Фланцы 6 сделаны из твердого дюралюминия толщиной 10-12 мм и имеют размеры 300х300 мм, в центре устанавливаются цилиндрические бужи, которыми крепится фланец к траверсе. Разделение на части горизонтальных элементов конструкции необходимо для того, чтобы в поле горизонтальной поляризации не находились элементы конструкции, электрические длины которых близки к L/2 и L/4 выбранных диапазонов, т.к. нахождение таких

Таблица 11.4 Размеры трехдиапазонной антенны "Двойной квадрат"

11-519.jpg

величин в поле излучателей ухудшит диаграмму направленности, коэффициент усиления и отношение излучения вперед - назад. На рис. 11.23 приведены некоторые конструктивные данные этой антенны, а размеры рамок и установочные данные размещения изоляторов указаны в таблице 11.4. Приведенные в таблице размеры идентичны для всех сторон, т.к. A-А"=А"-Е, ОВ"=ОВ' и т.д. Диаметр трубы траверсы 70 мм. Расстояние между рамками 2,54 метра, т.е. на 20-метровом диапазоне 0,12L, на 15 метровом 0,18L, на 10 метровом 0,24L. Рамки антенн выполнены из биметалла диаметром 3 мм. Опорные изоляторы фарфоровые. Они используются на электрических силовых щитах. Концевые изоляторы самодельные, изготовленные из оргстекла толщиной 10-12 мм. На этих изоляционных площадках устанавливаются болты М8. Изоляционные площадки крепятся к трубе через выравнивающие М-образные подставки 14, изготовленные из дюралюминия, которые обеспечивают большую устойчивость этих площадок в момент ветровых нагрузок. Данная конструкция работала в течение 22 лет без профилактик и ремонтов. Антенна располагалась на мачте 11 высотой 5 м на крыше многоэтажного дома. К мачте прикреплены латунные подшипники скольжения 7. К вращающейся части мачты 18 крепится траверса антенны. Редуктор 8 находился у основания мачты и передавал вращение через шарнирное соединение 9. Около редуктора был установлены сельсин- датчик и ограничитель поворота антенны, который позволял совершать только один оборот антенны. Вал редуктора имел скорость 2 оборота в минуту. К каждой активной рамке подходит свой 75-омный коаксиальный фидер. Элементы настойки рефлектора (Л1,Л2,ЛЗ) представляют собой двухпроводную линию, выполненную из медного прохода диаметром 2 мм. Элемент настройки рефлектора 13 - это две медных пластины, перемыкающие двухпроводную линию. Они имеют направляющие канавки и соединены между собой пружинящими болтами. Эти направляющие позволяют перемещать замыкающую пластину вдоль линии. На пластинах имеется щелеобразная прорезь, в которую входит ключ, расположенный на конце настроечной штанги. С помощью такого устройства быстро осуществляется настройка рефлектора по лучшему отношению излучения вперед-назад. Процесс настройки будет изложен в главе измерения. Мачта имеет два яруса оттяжек с 4 сторон. Четырехстороннее расположение оттяжек облегчает подъем антенны. У основания мачты имеется шарнирное устройство .

УКВ антенны направленного излучения. На УКВ диапазонах мощность передатчиков невелика и, чтобы связь была надежной, необходимо излучаемую мощность направить на нужного корреспондента. Эту задачу позволяют решить направленные антенны с высоким коэффициентом усиления. Рассмотрим несколько антенн подобного типа. На рис.11.24,а. изображена 6-элементная антенна "волновой канал" для диапазона 145 МГц.. Активный вибратор и рефлектор выполнены в виде двойного квадрата. Эта антенна хорошо согласуется с 75-омным фидером без симметрирующего элемента. Экран кабеля подключается к точке А, а центральная жила к точке Б. Коэффициент усиления этой антенны 12 дБ, а входное сопротивление 75 Ом. Отношение вперед-назад более 30 дБ.

На рис.11.24,г,д. приведены некоторые размеры 14- элементной антенны "волновой канал" на частоту 435 МГц. Размеры элементов и расстояния между ними даны в таблице 11.5.

11-520.jpg

Она отличается от предыдущей тем, что в качестве активного элемента применен петлевой полуволновый вибратор. На рис. 11.24,г. показано включение симметрирующего элемента. Коэффициент усиления антенны 16 дБ. Входное сопротивление 75 Ом. Симметрирующее устройство представляет собой четвертьволновый цилиндр диаметром 30-40 мм. Его лучше изготовить из латуни или меди, но в крайнем случае можно применить тонкостенную дюралюминиевую трубку. Особое внимание следует уделить соединению цилиндра с оплеткой кабеля (А). Рефлектор может быть выполнен в виде изогнутого экрана рис.11.24,д. Это даст лучшие параметры отношения излучения вперед-назад. Крепление элементов этих антенн к траверсе можно осуществить, используя дюралюминиевые кубики (рис. 11.24,6).

волновой канал -3 элемента

Изображение: 

график кооэф.укорочения вибратора

Изображение: 

диаграмма антенны "длинный провод"

Изображение: 

диаграмма излучения полуволнового вибратора

Изображение: 

диаграмма направленности вибратора

Изображение: 

комбинированная УКВ антенна

Изображение: 

конструкция трехдиапазонной антенны

Изображение: 

многодиапазонная w3dzz

Изображение: 

рамочная антенна G3AQS

Изображение: 

расчет вибраторов.таблица

Изображение: 

семиэлементная антенна "волновой канал"

Изображение: 

схема подключения антенны

Изображение: 

таблица длин волн

Изображение: 

таблица ёмкостей

Изображение: 

типичный пример расположения антенны на 160 м

Изображение: 

трех диапазонной двойной квадрат

Изображение: 

трехдиапазонная антенна

Изображение: 

трехдиапазонный двойной квадрат.таблица

Изображение: 

формула пересчета в длину волны

Изображение: 

фото антенны Inverted veee

Изображение: 

11.6 ВЕРТИКАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ.

11.6 ВЕРТИКАЛЬНЫЕ АНТЕННЫ.

Эти антенны относятся к категории малоэффективных антенн, но имеют свои особенности. Такие антенны имеют вертикальную поляризацию и равномерную круговую диаграмму в горизонтальной плоскости. Малоэффективность вертикальных антенн, покажем на простом примере. Предположим, что к антенне подведена мощность передатчика 100 Вт. Поскольку антенна

11-61.jpg

имеет равномерную круговую диаграмму в горизонтальной плоскости, то на каждый градус окружности приходится 1/360 часть мощности, т.е. 100 : 360 = 0,277 Вт. Таким образом, в сторону корреспондента будет направлена эта мощность, а остальная 99,72 Вт будет бесполезной.

В зависимости от длины и высоты расположения вертикальной антенны над Землей угол излучения в вертикальной плоскости может быть малым к горизонту, что обеспечит дальние связи. На рис. 11.25 приведено несколько типов вертикальных антенн. На

практике большей частью вертикальные антенны имеют длину L/4. Это обусловлено тем, что четвертьволновая вертикальная антенна, имеющая входное сопротивление 37 Ом, может согласовываться с низкоомным коаксиальным кабелем. Рассмотрим несколько вертикальных антенн, которые могут использоваться радиолюбителями на KB, СИ-БИ и УКВ диапазонах. Одна из более удобосогласуемых четвертьволновых антенн это петлевая антенна. Ее входное сопротивление равно 73 Ом. Антенна изображена на рис. 11.25,а., а ее размеры для различных диапазонов даны в таблице 11.6. Коэффициент укорочения этой антенны равен 0,97 - 0,98 и мало зависит от диаметра труб. У этой антенны должны быть обязательно противовесы. Они могут быть выполнены на УКВ диапазонах из трубок, а на KB диапазонах из 3-4 мм медных или биметаллических проводов. Их длина равна длине вибратора, т.е. L/4. KCB этой антенны не хуже 1,2.

Хорошие результаты дает так называемая "коаксиальная антенна" (рис. 11.25,6). Ее входное сопротивление также 73 Ом. Она хорошо согласуется с несимметричным коаксиальным кабелем за счет того, что согласующим устройством является нижняя часть антенны. Такая антенна может быть рекомендована для диапазонов СИ-БИ, 28 , 145 и 435 МГц. Ее конструкция изображена на рис. 11.25,6. Нижняя часть антенны выполняется из дюралюминиевой трубы диаметром большим, чем толщина кабеля, а ее длина

Таблица. 11.6 Размеры петлевых антенн.

11-62.jpg

Таблица 11.7 Размеры антенны Бонч-Бруевича.

11-63.jpg

определяется по графику рис. 11.11 в зависимости от диаметра трубы. Длина верхнего вибратора также зависит от его диаметра и рассчитывается по тому же графику.

Незаслуженно забыта вертикальная антенна, предложенная в 30-е годы российским ученым профессором М.А.Бонч-Бруевичем. Эта антенна (рис. 11.25,в.) состоит из двухпроводной четвертьволновой линии и полуволнового вибратора. Данная модификация этой антенны имеет входное сопротивление 73 Ом. Она хорошо согласуется с 75-омным коаксиальным кабелем, включенным напрямую, но для лучшего КСВ желательно ввести симметрирующее устройство рис. 11.27,в. В таблице 11.7, даны размеры этой антенны для диапазонов 27, 145 и 435 МГц.

Для расчета такой антенны на другие частоты можно пользоваться формулами А =141: f МГц; Б =73: fМГц; В =L/4.

11-64.jpg

В некоторых случаях при вертикальной поляризации требуется осуществить направленное излучение на конкретного корреспондента. Антенна "волновой канал", установленная вертикально, имеет большие габариты и тогда можно воспользоваться оригинальной конструкцией, приведенной на рис. 11.26. Эта антенна представляет собой трех-элементную конструкцию, состоящую из четвертьволновых вертикальных вибраторов, один из которых является активным излучателем, а два других - пассивными элементами, директором и рефлектором. Причем, активный вибратор устанавливается постоянно, а директор и рефлектор могут поворачиваться вокруг оси активного элемента. От активного элемента радиально расходятся 8 противовесов длиной по L/4. Такая антенна для СИ -БИ диапазона на 27 МГц изображена на рис. 11.26. Для расчета элементов на другие частоты приводим данные. Длина активного элемента -L/4х0,965. Рефлектор - L/4х1,084. Директор - L/4 х 0,69. Активный элемент устанавливается на изоляторе. Конденсатор согласования С размещается в водонепроницаемой коробке, а его ось выводится наружу для удобства настройки. Этим конденсатором достигается согласование активного вибратора с фидером по минимальному КСВ. Расстояние между активным элементом и рефлектором 0,15L, а директор отстоит на 0,1L Усиление антенны - 7 дБ, а отношение излучения вперед-назад 20 дБ. Рефлектор и директор укреплены на

металлической штанге длиной - 2,77 м. Штанга имеет электрическое соединение с центром радиальных противовесов.

Рис. 11.25. Вертикальные антенны

Изображение: 

Рис. 11.26. Трехэлементная вертикальная антенна

Изображение: 

Таблица 11.7 Размеры антенны Бонч-Бруевича.

Изображение: 

Таблица. 11.6 Размеры петлевых антенн.

Изображение: 

11.7 ТРАНСФОРМИРУЮЩИЕ И СИММЕТРИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

11.7 ТРАНСФОРМИРУЮЩИЕ И СИММЕТРИРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Для согласования входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением фидерной линии в большинстве случаев требуются трансформирующие или симметрирующие элементы. Они изображены на рис. 11.27 Например для согласования отдельной симметричной полуволновой антенны, выполненной в виде петлевого вибратора, входное сопротивление которого около 300 Ом, с 75-омным коаксиальным кабелем применяется так называемое U-колено рис. 11.27,а. Это симметрирующее и трансформирующее устройство. Коэффициент трансформации равен 4. Длина U-колена равна L/2хК, где К=1/e^0.5 , где диэлектрическая постоянная e=2,3 (полиэтилен) ,из которого сделана изоляция коаксиального кабеля. Например, для частоты 145 Мгц длина U-колена равна 0,680 м. Для симметрирования полуволнового вибратора на УКВ диапазонах можно рекомендовать симметрирующий "стакан" рис. 11.27,6. На KB диапазонах симметрирование в широкой полосе частот можно осуществить с помощью ферритового кольца типа 1000НН. Намоткой коаксиального кабеля на ферритовое кольцо создается большое индуктивное сопротивление, как бы включенное во внешнюю оплетку кабеля (рис. 11.27,в). Габариты ферритового кольца зависят от диаметра кабеля и мощности передатчика. Еще один симметрирующий элемент показан на рис. 11.27,г. На коаксиальный кабель нанизываются ферритовые кольца 1000НН или 2000НН. Их количество также зависит от мощности, подводимой к антенне. Например, при мощности 100 Вт их число должно быть 20-25 штук.

11-71.jpg

Рис. 11.27. Симметрирующие элементы антенн

Рис. 11.27. Симметрирующие элементы антенн

Изображение: 

11.8 НАСТРОЙКА АНТЕНН И ИЗМЕРЕНИЯ.

11.8 НАСТРОЙКА АНТЕНН И ИЗМЕРЕНИЯ.

После постройки антенны необходимо определить ее согласование с фидерной линией. В начале раздела говорилось о том, что фидерная линия должна иметь минимальные потери. Надо стремиться, чтобы вся мощность передатчика без потерь в фидерной линии передавалась антенне. Степень согласования антенны и фидера выражается коэффициентом стоячей волны -КСВ. Следует стремиться, чтобы КСВ на одном из участков диапазона был равен 1. Практически в большинстве случаев КСВ= 1,01....1,5. При КСВ = 1,5 потери составляют 5% мощности передатчика, а при КСВ = 2 - 10%. При снятии характеристики согласования в пределах одного диапазона она может иметь вид рис.11.28,а. Для измерения КСВ, радиолюбители большей частью пользуются самодельными измерительными приборами.

Один из таких приборов несложно изготовить из отрезка коаксиального кабеля того же типа, что и фидерная линия. С кабеля длиной 260 мм снимается верхняя изоляция. Под экранирующей оплеткой продергивается провод с шелковой изоляцией ПЭЛШО 0,15 мм на длине 216 мм с отводом от середины ( см. рис. 11.28,6.). Провод на всей длине должен быть изолирован от экранной оплетки. Размер двух отрезков провода по 108 мм должен быть строго выдержан. От этой длины и симметричности зависит точность показания прибора и величина трансформируемого напряжения. Гальваноментр может быть на ток 60-100 мкА. Разъемы Kl K2 - коаксиального типа. Сопротивление резистора R1 подбирается при настройке прибора. Для проверки прибора после изготовления необходимо создать эквивалент нагрузки. Например, соединить параллельно 20 штук резисторов МЛТ 2 Вт сопротивлением по 1500 Ом. Полученный эквивалент будет иметь сопротивление 75 Ом мощностью 40 Вт. Этого вполне достаточно, чтобы кратковременно рассеять мощность 100 Вт. Подключить эквивалент нагрузки к K2, а к Kl подключить передатчик и произвести измерение КСВ. При правильно подобранном резисторе R1 получим КСВ, равный 1.Показания прибора КСВ-метра следует подставить в формулу:

11-81.jpg

Рис. 11.28 КСВ- метр.

11-82.jpg

Предположим, что прибор имеет шкалу с 10 делениями. Поставив переключатель в позицию "прямая" и подав на вход измерителя КСВ некоторую мощность передатчика, потенциометром R2 добиваются того, чтобы стрелка прибора остановилась на цифре 10. Затем переключатель устанавливают в позицию "рефл." и смотрят показания прибора (к примеру 2), тогда:

11-83.jpg

Для снятия характеристики согласования по диапазону, измерения проводят на нескольких частотах этого диапазона.

Настройку антенны по отношению излучения вперед-назад рассмотрим на примере антенны "двойной квадрат".Это можно осуществить с помощью самодельного резонансного индикатора поля рис. 11.27,д. Прибор смонтирован в металлической коробке. Устанавливается некоторое количество контурных катушек, по количеству диапазонов. Конденсатор переменной емкости должен быть с воздушным диэлектриком на 100 - 150 пф. Статор и ротор должны быть изолированы от корпуса прибора. Галванометр может быть на 100 - 200 мкА. Желательно с большой шкалой, чтобы было удобно проводить отсчет показаний. Выбирается частота настройки. К примеру, 14150 кГц. К антенне подводится мощность 50 - 100 Вт. Со стороны рефлектора на расстоянии 10 - 15 м и высоте 1,5 - 2 м устанавливают индикатор поля. Антенна прибора, изготовленная из двух отрезов стального или латунного провода диаметром 3-4 мм длиной по 1 м, должна располагаться горизонтально. Конденсатором С1 настраивают контур на данную частоту по максимальному показанию индикатора прибора. Чувствительность индикатора регулируют потенциометром R2, добиваясь расположения стрелки в центре шкалы. С помощью деревянной штанги, на конце которой имеется ключ, перемещают настроечную перемычку рефлектора 20- метрового диапазона до тех пор, пока показания прибора станут минимальными. В этот период передатчик поддерживается в настроенном состоянии. После окончания настройки рефлектора потенциометром R2 показание прибора устанавливают близким к нулю. Антенна поворачивается активной рамкой к индикатору поля. Показания индикатора увеличатся. Разность показаний прибора будет величиной, указывающей на отношение излучения вперед-назад. Так последовательно настраивают все диапазоны. Настроенные рамки рефлектора влияют друг на друга, поэтому после настройки последнего диапазона проверяют настройку предыдущих. Метод настройки антенны "волновой канал", у которых в качестве рефлектора применен полуволновый диполь, более сложен. Настройка отношения излучения вперед-назад достигается изменением длины рефлектора и директора, если он имеется.

Определение КСВ

Изображение: 

Рис. 11.28 КСВ- метр (принципиальная схема и диаграмма)

Изображение: 

Формула расчета КСВ

Изображение: 

КВ и УКВ антенны из каталога фирмы "УМД Проект"

Приложение IV

KB И УКВ АНТЕННЫ ИЗ КАТАЛОГА ФИРМЫ "УМД Проект"

Кроме итальянской компании SIRIO Antenne S.r.1. (о которой рассказывалось в приложении Си-Би Антенны) поставщиками антенн диапазонов HF, VHF и UHF у московской компании «УМД Проект. Средства Радиосвязи» /тел. (095) 281-55-19/являются: японская корпорация Diamond Antenna, известная своими отличным качеством и надёжностью; датская компания Procom A/S, выпускающая прекрасное оборудование для профессионалов, и и