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 испанская фирма Grauta, отличающаяся своими необычными и недорогими конструктивными решениями. В данном приложении приведена только небольшая часть полного каталога. Более подробную информацию Вы можете найти на сайте http://www.umd.ru/

11-91.jpg

11-92.jpg

11-93.jpg

11-94.jpg

11-95.jpg

11-96.jpg

11-97.jpg

11-98.jpg

11-99.jpg

11-910.jpg

11-911.jpg

11-912.jpg

11-913.jpg

11-914.jpg

11-915.jpg

Антенна DIAMOND A-144S5 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна DIAMOND CP-22E - технические характеристики

Изображение: 

Антенна DIAMOND CP-6 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна DIAMOND DP-CP5 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна DIAMOND F-22 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна DIAMOND F-23 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна DIAMOND MD-4020 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна DIAMOND W-8010 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна GRAUTA AH-15 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна GRAUTA DDK-10 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна SIRIO GP 3 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна SIRIO GP 3-E - технические характеристики

Изображение: 

Антенна SIRIO HP 2000 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна SIRIO SMA 2 - технические характеристики

Изображение: 

Антенна SIRIO SMA 2 mobile - технические характеристики

Изображение: 

12. Иллюстрированный обзор публикаций по антеннам и антенной технике.

12.1. КАК ПОСТРОИТЬ АНТЕННУ

12.1. КАК ПОСТРОИТЬ АНТЕННУ

Из множества антенн, описания которых появлялись последние годы на страницах различных радиолюбительский изданий, мы отобрали наиболее подходящие для желающих сделать их своими руками.

Ю. Виноградов. Проволочные Си-Би антенны. Радио, 1996, 9, с. 9. Одна из самых распространенных в Си-Би антенн - запитываемый в пучности напряжения жесткий полуволновый вибратор - в "мягком" исполнении может быть использована в качестве базовой антенны быстрого развертывания (рис. 12.1, а). Здесь 1 - вибратор; 2 - изолятор; 3 - оттяжка; 4 -согласующее устройство; 5 - коаксиальный кабель; 6 - ферритовые кольца.

12-11.jpg

Вибратор изготавливают из монтажного провода МГВ или МГШВ сечением 0,5...1 мм^2, длиной 5,37 м. Изолятор 2 - пластинка стеклотекстолита толщиной 2...3 мм с двумя отверстиями: в одном крепится верхний конец вибратора, в другом - оттяжка 3 - капроновый шнур или толстая леска.

Высокое сопротивление антенны (0,8...1 кОм) согласуют с 50-омным коаксиальным кабелем П-контуром C1L1C2. Его бескаркасная катушка L1, имеющая внутренний диаметр 8 и длину 19 мм, содержит 9 витков провода ПЭВ-2 1,6. Конденсаторы С1 и С2 -типа КСО.

Коаксиальный кабель 5 - любой 50-омный, например, РК50-2-16. Его длину рекомендуется взять кратной lк=L/(2*e^0.5) где е - диэлектрическая постоянная изоляции кабеля. Для сплошного полиэтилена e^0.5= 1,52 и, соответственно, для L= 10,95 м (канал 40 сетки С в Си-Би) lк =10,95/2 1,52=3,60 м. Линия связи длиной 7,20 или 10,80 м бывает, как правило, вполне достаточной.

На конец кабеля, подключаемого к П-контуру, рекомендуется надеть 5...10 ферритовых колец, они будут препятствовать "затеканию" ВЧ тока на его оплетку. Магнитная проницаемость колец некритична - n=50...2000

Антенну устанавливают вертикально, перебросив оттяжку, например, через сук дерева (рис. 12.1, б). Рекомендуемая высота подвеса (по изолятору 2) - 11 м.

Антенна имеет вертикальную поляризацию и круговую (если ее опора непроводящая) диаграмму направленности. Полоса пропускания,- не менее 400 кГц (по КСВ<1,5). С обычными в Си-Би мощностью передатчика (4 Вт) и чувствительностью приемника (0,5...1 мкВ) она позволит установить надежную связь с корреспондентом, находящимся на расстоянии до 35...40 км.

Малый вес (300...400 г вместе с фидером), малоразмерность упаковки и быстрота развертывания делают такую антенну удобной в качестве базовой при организации связи в условиях даже непродолжительной туристической стоянки.

Антенна может найти себе применение и в городских условиях. Для этого нужно лишь уложить ее вибратор, согласующее устройство и начало фидера вдоль раздвинутого пластикового удилища длиной 6...7 м и выставить такую "радиоудочку" почти вертикально за окно ("пятка" - на оконной раме, угол по отношению к стене 15...20°). Даже расположенная на высоте 10...15 метров над уровнем земли, такая антенна позволяла держать связь с корреспондентами в пределах Москвы и ближайшего Подмосковья, а на "проходе" - со станциями европейской части России.

Другая антенна с проволочным вибратором - "полуромб" - предназначена для работы в канале связи "дача-город" на дачном его конце (рис. 12.2). Здесь 1 - вибратор; 2 - изоляторы; 3 - оттяжки; 4 - нагрузочный резистор; 5 -согласующее устройство; 6 - коаксиальный кабель; 7 - забитые в грунт металлические стержни.

Вибратор 1 изготавливают из монтажного провода МГВ или МГШВ сечением 0,5...1,5 мм^2; его общая длина должна быть кратна 20,80 м (20,80=1,9L, где L=300/27,4=10,95 м - длина волны, соответствующая середине разрешенного в нашей стране диапазона Си-Би).

Изолятор 2, отделяющий конец вибратора от оттяжки 3, должен выдерживать усилие в 3...5 кг и более (в длинных "полуромбах").

12-12.jpg

Оттяжка 3 - шнур из капрона или нейлона.

Нагрузочный резистор 4 сопротивлением 600...800 Ом при мощности передатчика, не превышающей 10... 15 Вт, можно составить из 3-4-х включенных последовательно резисторов типа МЛТ-2 200 (на нагрузочном резисторе рассеивается почти половина отдаваемой передатчиком мощности). Из резисторов этого типа можно составить нагрузку, рассеивающую и большую мощность, - до 40...50 Вт. Важно лишь чтобы проводящий слой резисторов не был бы спиральным, поскольку в этом случае к их активному сопротивлению добавится и индуктивное.

Согласующее устройство 5 - П-контур L1C1C2, понижающий высокое сопротивление "полуромба" (0,6... 1 кОм) до волнового сопротивления коаксиального кабеля 6, такое же, как и у "полволны".

Стержни 7 длиной ~0,5 м изготавливают из металлического уголка:

нижнюю часть срезают наискосок, а в верхней делают два отверстия:

диаметром 6...7 мм для крепления оттяжки, и с резьбой М4 - для электрического подключения. Стержень, забитый в грунт, будет и опорой антенны, и ее "землей".

Поскольку П-контур и нагрузочный резистор остаются "на улице", их следует поместить в герметичные боксы подходящих размеров.

Мачтой "полуромба" может служить дерево (лучше сухое), имеющее на высоте 7...15 м подходящую развилку, или шест, укрепленный на доме или каком-либо другом дачном строении. Поскольку перегибу вибратора в "полуромбе" соответствует пучность напряжения, эта его часть должна иметь хорошую высокочастотную изоляцию. Во всяком случае "мокрый" контакт металлической жилы вибратора с опорой недопустим. На место перегиба можно дополнительно натянуть заметную издалека виниловую или фторопластовую трубку.

В качестве мачты для не слишком тяжелого "полуромба" может быть использовано 6...10-метровое пластиковое удилище.

"Полуромб" - антенна вертикальной поляризации, имеющая явно выраженную направленность в горизонтальной плоскости: на корреспондента, с которым намерены держать связь, должен "смотреть" его нагрузочный резистор. Усиление "полуромба" в этом направлении увеличивается по мере увеличения длины его вибратора - 1,9L, 3,8L, 5,7L. и т.д.

Преимущества направленных антенн при организации связи между двумя неподвижными объектами очевидны: при передаче излучаемая мощность концентрируется в нужном направлении, а на приеме такая антенна имеет повышенную чувствительность к сигналам, идущим со стороны корреспондента, и пониженную - к другим, мешающим.

Очевидный минус "полуромба" - его растянутость. Но это не так ощутимо в сельской местности. Там, где важнее дешевизна и доступность исходных материалов, возможность все сделать своими руками, обойтись подручными средствами и т.п. Всему этому отвечает "полуромб" - антенна, не требующая даже настройки.

Виноградов Ю. Дисковая антенна в диапазоне 27 МГц. Радио, 1997, 2, с.70. Основное назначение антенны - работа в радиоканале охранной сигнализации*.

Антенну изготавливают из магнитного диска от старой ЭВМ, имеющего внешний диаметр 355 мм и внутренний - 170. В нем нужно лишь сделать радиальный разрез шириной I... 1,5 мм.

Схема включения диска показана на рис. 12.3, а. Конденсаторы С1 и С2 -элементы настройки антенны, а согласующим П-контуром L1C3C4 сопротивление настроенного диска приводится к обычному в технике связи 50-омному стандарту.

Все элементы монтируют на печатной плате 40х40 мм, изготовленной из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм (рис. 12. 3, б). Плату крепят винтами М2, резьба - в "теле" диска. Поскольку антенны такого рода относятся к "низкоомным", необходимо позаботиться о высоком качестве всех соединений, прежде всего - непаяных.

Конденсаторы: С1 - подстроечный типа КПК-МН, С2-С4 - КСО. Полоса пропускания антенны - 600 кГц. Как и всякая "магнитная" она замечательна своей малой чувствительностью к расположенным поблизости предметам. Заметим, кстати, что ферролак никак не влияет на параметры описываемой антенны; его может и не быть.

Если антенну устанавливают вне помещения, элементы ее настройки и согласования должны быть защищены от влаги. Можно, например, заварить в полиэтилен весь диск.

12-13.jpg

Хотя эффективность такой антенны уступает, конечно, полноразмерному излучателю, но потери здесь не так велики, как можно было бы ожидать. Обычная Си-Би радиостанция (4 Вт, 0,5 мкВ), подключенная к такой антенне, позволяла вести двустороннюю связь на расстоянии до 20 км.

*) В нашей стране разрешены лишь два радиоканала для передачи сигналов охранной сигнализации: 26,945 МГц - для автомобильных систем, и 26,960 МГц - для всех других.

Виноградов Ю. Антенна для портативной Си-Бн радиостанции. Радио, 1998, 1, с. 69.

Общий вид антенны показан на рис. 12. 4. Здесь 1 -штырь, изготовленный из упругой, т.н. рояльной стальной проволоки диаметром 2...2.4 мм, 2 - устройство настройки и согласования, 3 - штеккер, соответствующий антенному гнезду радиостанции.

Принципиальная схема устройства настройки и согласования показана на рис. 12. 5, а. Здесь L1C1C2 -П-контур, трансформирующий активное сопротивление антенной системы в Ra=50 Ом, a L2 - удлиняющая катушка, понижающая резонансную частоту антенны до 27 МГц.

Катушка L1 - бескаркасная. Ее наматывают проводом ПЭВ-2 0,8 на оправке диаметром 6 мм. Число витков - 9. Длина намотки - 12 мм. Катушку L2, содержащую 40 витков, наматывают плотно в ряд проводом ПЭВ-2 0,41 на каркасе диаметром 6 мм. В качестве каркаса можно использовать резистор типа СЗ-14-0,01. Конденсаторы С1 и С2 - типа КД, КТ или КСО.

Все элементы монтируют на односторонней стеклотекстолитовой печатной плате толщиной 2,5 мм. К верхнему и нижнему ее концам приклепывают дюралюминиевые уголки, на одном из которых крепят гнездо от разъема типа ШР , имеющее внутренний диаметр 2...2,4 мм (по диаметру штыря), а на другом - "ответную" часть антенного разъема радиостанции. Во избежание повреждения катушек и конденсаторов, для защиты их от непогоды и дополнительного укрепления гнезда антенного штыря, печатную плату помещают в бокс (его надвигают сверху), склеенный из листового ударопрочного полистирола толщиной 2...3 мм. Бокс скрепляют с печатной платой одним-двумя винтами; резьба - в плате (рис. 12. 5, б).

Правильность настройки антенны можно проверить, включив между нею и радиостанцией КСВ-метр (лучше небольшого размера): КСВ должен достигать минимума в диапазоне рабочих частот. Если этот минимум смещен в область более низких или более высоких частот (в многоканальных радиостанциях это легко проверить), число витков в L2 несколько уменьшают или увеличивают.

На КСВ антенны влияет и настройка П-контура (точнее - расстройкой этого контура можно компенсировать неточность настройки самой антенны). Это делают, сдвигая-раздвигая витки в L1. Опыт показывает, что этими процедурами в середине диапазона рабочих частот может быть получен КСВ< 1,1. Полоса пропуская антенны - не менее 1,2 МГц (по КСВ < 1,5).

Как показали полевые испытания описанной антенны, выполненные на радиостанции Dragon SY-101, ее эффективность была выше эффективности штатной антенны Dragon'a на 11 дб.

Гордиенко В. Вертикальная колинеарная антенна UT1IA. KB журнал, 1996, 2, с.38.

Антенна работает в диапазоне частот 144...146 Мгц. Она состоит из четырех полуволновых вибраторов: верхнего, изготовленного из дюралюми-

12-14.jpg

12-15.jpg

ниевой трубки диаметром 10 мм, и трех нижних - включенных последовательно отрезков коаксиального кабеля РК75 (рис. 12. 6).

Фидер - 50-омный коаксиальный кабель - подключают к антенне через J-согласователь, изготовленный из отрезков коаксиального кабеля длиной 290 и 50 мм.

Полоса пропускания антенны (по КСВ < 1,5) около 2 МГц. Коэффициент усиления ~6 дб получен за счет сжатия лепестка излучения в вертикальной плоскости. В горизонтальной плоскости антенна имеет круговую диаграмму направленности.

Все элементы антенны крепят на диэлектрической опоре длиной около 3 м, установленной на металлической мачте. Если опора будет длиннее, то число коаксиальных вибраторов можно увеличить. Коэффициент усиления такой антенны будет еще выше.

Во избежание быстрой порчи под дождем и снегом, необходимо принять меры по влагозащите антенны. Можно, например, надвинуть на нее длинный "чулок" из полиэтилена.

УКВ антенна с вертикальной поляризацией. Радио, 1980, 3, с.58. Диапазон частот - 144...146 МГц. Антенна представляет собой 4-элементный волновой канал, полуволновый вибратор которого возбуждается через J-согласователь (рис. 12.7). Такой способ возбуждения и согласования позволяет использовать верхнюю часть сплошной металлической мачты в качестве вибратора и части U-колена. Немалое удобство J-согласования состоит и в том, что высокое входное сопротивление полуволнового вибратора (он возбуждается в пучности напряжения) приводится к волновому сопротивлению кабеля простым перемещением места его подключения к U-колену. С заземленной мачтой антенна становится и грозозащищенной.

Вибратор антенны выполнен из дюралюминиевой трубки диаметром 12 мм (это конец мачты). Директоры и рефлектор изготавливают из трубки диаметром 6 мм. Несущая траверса - фиберглассовая или стеклотекстолитовая трубка диаметром 10...12 мм. Для лучшей фиксации траверсу можно

12-16.jpg

подтянуть к верхней точке мачты леской диаметром 0,8...1 мм (показана пунктиром).

Четвертьволновое U-колено формируют с помощью отрезка дюралюминиевой трубки, также имеющей диаметр 12 мм. Внизу ее соединяют d мачтой металлическим мостиком, вверху - диэлектрическим (стеклотекстолит, ударопрочный полистирол и т.п.).

Основные размеры антенны показаны на рисунке. Точку подключения кабеля РК50 к U-колену уточняют по КСВ-метру: точному согласованию настроенной антенны должен соответствовать КСВ= 1.

Примечание. Для лучшей механической балансировки всей конструкции автор удалил рефлектор от вибратора больше, чем следовало бы. Усиление антенны увеличится, если расстояние между вибратором и рефлектором с 508 мм уменьшить до 400 ...420 мм.

Двухэлементная KB антенна. Радио, 1982, 5, с.58.

Отличается от классической DELTA LOOP тем, что верхние углы ее треугольных рамок - рефлектора и излучателя - сведены вместе (рис. 12. 8). Их механическое сцепление (электрически эти узлы эквипотенциальны) делает антенну конструктивно более жесткой, способной без каких-либо растяжек выдерживать значительные ветровые нагрузки.

12-17.jpg

12-18.jpg

В таблице 12.1 даны размеры элементов антенны для трех любительских диапазонов. Расстояние между проводниками шлейфа в рефлекторе и проводниками Г-согласующего устройства в излучателе равно 2,5 см. Конденсатор согласующего устройства можно изготовить из отрезка коаксиального кабеля.

Таблица 12.1

12-19.jpg

Основанием антенны служат диэлектрические плита и распорки. Они, как и мачта, могут быть выполнены из дерева, пропитанного каким-либо водоотталкивающим диэлектриком (смола, парафин и т.п.). В качестве растяжек можно взять леску диаметром 0,8...1 мм. Излучатель и рефлектор изготавливают из антенного канатика диаметром 2...3 мм. Или какого-либо другого провода, содержащего наряду с медными и стальные жилы.

Компактная KB антенна. Радио, 1984, 4, с.58.

Представляет собой одновитковую рамку (рис. 12. 9), способную работать на прием и передачу в диапазоне частот 3,5... 15 МГц.

Сама рамка выполнена из медной трубки диаметром 25 мм. Петлю связи изготавливают из 50-омного коаксиального кабеля (он же - фидер антенны) и прикрепляют непосредственно к рамке в верхнем ее углу.

Конденсатор переменной емкости С, которым рамку настраивают на рабочую частоту, должен быть рассчитан на работу под напряжением 3 кВ (при выходной мощности передатчика 100 вт).

Конденсатор и открытые части петли связи тщательно герметизируют. Антенну устанавливают на мачте из изолирующего материала высотой около 2м.

КСВ антенны: 2 (3,5 МГц), 1,5 (7 и 14 МГц). Полоса пропускания - 20 кГц.

Две простые КВ антенны. Радио, 1979, 6, с.61.

Одна из них, предложенная W9LZX, представляет собой горизонтально расположенную квадратную рамку с периметром 172 м (рис. 12.10).

Фидер - 50-омный коаксиальный кабель -подключают к антенне через широкополосный симметрирующий трансформатор с коэффициентом преобразования по напряжению 4:1 (повышение - в сторону антенны).

В любительских диапазонах от 80 до 10 метров такая рамка работает без

каких-либо переключении, ее КСВ не превышает 1,5. На 160-метровом диапазоне антенна потребует, возможно, дополнительного согласования.

Очередная всеволновая. КВ журнал, 1995, 2, с. 19-20.

Антенна T2FD (Top Termianated Folded Dipole), показанная на рис. 12.11, может работать в широком диапазоне частот. Это петлевой вибратор треугольной формы с встроенным в верхнюю его часть активным сопротивлением-нагрузкой. Антенна отличается небольшими размерами и значительной широкополосностью.

Основание петли - нижняя часть вибратора - составлено из труб, закрепленных хомутами на стеклотекстолитовой пластине. Две другие стороны треугольника, его верхняя часть, проволочные, они соединяют концы труб с нагрузочным резистором Rн=500 Ом, находящимся в герметичном боксе. Расстояние между стеклотекстолитовой пластиной и боксом - ~0,5 м.

Сопротивление антенны - ~450 Ом. Для ее согласования с 50-омным коаксиальным кабелем используется согласующее и симметрирующее устройство, выполненное на трех одинаковых трансформаторах (рис. 12. 12 ). Они намотаны на ферритовых кольцах, имеющих магнитную проницаемость 20...50, и диаметр не менее 20 мм (для передатчиков мощностью до 100 Вт). Каждая из обмоток содержит 10 витков провода диаметром 1 мм. Согласующее устройство также помещают в бокс.

Мощность нагрузочного резистора Rн=500 Ом - 0,3...0,5 от выходной мощности передатчика. Он может быть составлен из последовательно-параллельно включенных резисторов типа МЛТ-2 подходящих номиналов. Но не любых: проводящий слой резистора не должен иметь вид спирали. Такие

12-110.jpg

12-111.jpg

резисторы имеют не только активное, но и значительное индуктивное сопротивление.

Как показал опыт, в диапазоне частот 10... 30 МГц КСВ антенны оставался в пределах 1,3...2.

KB антенна "Т-диполь". Радио, 1975, 5, с. 61.

Конфигурация антенны показана на рис. 12.13. Ее размеры для Си-Би:

А=11,55м, Б=2,88м, В=2,88м, Г>1,9м.

Антенна излучает как вертикально, так и горизонтально поляризованные волны и имеет круговую диаграмму направленности.

Для того, чтобы уменьшить влияние земли при небольшой высоте подвеса антенны, нужно несколько укоротить плечо Б и, изменяя В, уточнить настройку всей антенной системы по мнимому КСВ.

Рамочная УКВ антенна из—фольги. Радио, 1983, 10, с. 62. Рамочная антенна на диапазон 88...108 МГц показана на рис. 12.14. Материал рамки - фольга, которую наклеивают на диэлектрическое основание:

пластик, стекло и т.п.

12-112.jpg

Антенну настраивают надвигаемой на разрез рамки кусочком фольги (с другой стороны диэлектрического основания, показан пунктиром). Если рамка удалена от приемника, то сигнал с нее снимают коаксиальным кабелем: его оплетку подключают к точке "З", а центральный проводник - к точке "А".

Для диапазона 66...73 МГц рамка имеет другие размеры:

155х155 мм при ширине полосы 18 мм. Расстояние 3-А - 40 мм. Конденсатор - 24х24 мм.

Фольга может быть латунной или медной. Или алюминие

12-113.jpg

12-114.jpg

вой, если подключение к рамке обходится без пайки или пайка алюминия уже освоена.

Антенна X-BEAM. KB журнал, 4993, б, с.29-30.

Основой антенны служат четыре дюралюминиевых трубы, укрепленные на опоре, изготовленной из толстого стеклотекстолита (рис. 12.15). Одна пара с удлиняющими ее проволочными усами образует М-образный вибратор, другая - такой же директор. Отрезками капроновой лески диаметром 0,8-1 мм, соединяющими усы вибратора и директора, все элементы антенны стягиваются в единую жесткую конструкцию.

Антенна может быть выполнена в полноразмерном или укороченном вариантах. Ее

размеры в Си-Би для полноразмерного варианта: длина труб - 2,17 м, длина уса излучателя - 1,19м, длина уса директора - 1,03 м; для укороченного: длина труб - 1,98 м, длина уса излучателя - 1,39 м, длина уса директора - 1,22 м.

Сопротивление полноразмерной антенны близко к 50 Ом, и она не требует согласования с 50-омным коаксиальным кабелем. В укороченном варианте согласование может потребоваться.

Настройку антенны можно провести на земле, установив ее на временную мачту высотой 3...5 м. Ее ведут по КСВ-метру, откусывая по 1 см от усов вибратора и директора (от обоих концов; их длину берут с некоторым

12-115.jpg

запасом). Лучшей настройке соответствует минимальное показание КСВ-метра. Следует иметь в виду, что с увеличением высоты подвеса резонансная частота антенны несколько увеличивается.

Для того, чтобы сделать Х-ВЕАМ антенной вертикальной поляризации (обычной в Си-Би) ее плоскость должна быть перпендикулярна поверхности земли, а директор направлен в сторону корреспондента, В этом случае мачта -в верхней своей части обязательно диэлектрическая - не пропускается сквозь отверстие в опоре-изоляторе, как это показано на рисунке, а крепится к ней хомутами.

В антенне вертикальной поляризации фидер рекомендуется выводить по биссектрисе излучателя, или вбок, перпендикулярно полотну антенны.

Антенна на 160-метровый диапазон. Радио, 1981, 11, с. 19. Предложена UA1DZ. Антенна представляет собой диполь длиной А, натянутый горизонтально, например, между домами ( рис. 12.16). Фидер -любой 75-омный коаксиальный кабель. Высокочастотные потери в нем легко измерить обычным тестером: КПД=1-Rкаб/75, где Rкаб - омическое сопротивление замкнутого на конце кабеля. sKCB антенны близок к 1.

12-116.jpg

Самофалов В. Антенна на 28 и 144 МГц. Радио, 1975, 4, с. 31. Основные размеры антенны, работающей в диапазоне 144 Мгц, показаны на рис. 12.17. Вибратор, рефлектор и директоры изготавливают из латунных или медных трубок . Размеры U-колена, связывающего симметричную антенну с несимметричным фидером - 75-омным коаксиальным кабелем -показаны на рис. 12.18. КСВ антенны не превышает 1,1.

Примечание. Хотя траверса в такой антенне могла бы

12-117.jpg

12-118.jpg

быть и металлической, автор использует здесь, по-видимому, диэлектрик.

Антенна на 144 Мгц. KB журнал, 1996,3,с.11-12.

Антенна представляет собой два фазосмещенных 5/8L-вибратора (рис. 12.19). К основанию нижнего, под углом 45° к нему, подключены еще два излучателя, которые значительно расширяют полосу рабочих частот. Чуть более длинные противовесы "смотрят" вниз, под углом 45° к мачте. С фидером - 50-омным коаксиальным кабелем - антенна согласуется контуром L1 C1.

На рис. 12.20 показана конструкция антенны. Фазосдвигатель - две "встречно" включенных катушки индуктивности - наматывают на диэлектрической вставке, разделяющей вибраторы (параметры фазосдвигателя - число витков и др. - не приведены). Бескаркасную катушку L1 наматывают проводом диаметром 1,5 мм, ее внутренний диаметр -16 мм, число витков - 2.

В антенне заводского изготовления (USN STAR GP ANTENNA VHF) вибраторы выполнены коническими. В любительском варианте они могут быть сделаны из трубок постоянного диаметра.

Усиление антенны по отношению к полуволновому вибратору - 5...6 дб.

Двухдиапазонная УКВ антенна. KB журнал, 1997, 2, с. 18-19. Конфигурация антенны, способной работать в диапазонах 144 и 430 Мгц без какой-либо перестройки, показана на рис. 12.21. Она состоит из L/4-штыря на диапазон 144 Мгц, вставленного в "стакан" высотой L/4 для диапазона 430 МГц. Влияние "стакана" при работе на 144 МГц невелико, вносимая им небольшая индуктивность компенсируется укорочением штыря. На диапазоне 430 Мгц длина выступающей из "стакана" части штыря близка к 5/8L. В этом диапазоне частот "стакан" работает как согласующий трансформатор.

Конструктивно антенна может быть выполнена так, как показано на рис. 12. 22. Ее опорой служит накидная часть коаксиального разъема, того же PL-259. Штырь рекомендуется сделать составным: из латунного прутка диаметром 4 мм в нижней, "внутристаканной" его части и надвигаемой на него при настройке трубки, имеющей внешний диаметр б мм. "Стакан" изготавливают из трубки диаметром 8 мм и толщиной стенки 0,5 мм. Его "дно" представляет собой впаянную металлическую втулку, имеющее отверстие под центральный

вывод разъема. Их скрепляют боковым винтом. Но механически такое соединение недостаточно прочно и его следует усилить. Например, надвигаемой на "стакан" и разъем стеклотекстолитовой обоймой. Вкладыш, фиксирующий положение штыря в верхней части "стакана" и препятствующим попаданию в него влаги, можно сделать из менее прочного диэлектрика, например, из полистирола.

"Землей" антенны может служить любая металлическая поверхность или противовесы, но их должно быть не менее трех на каждый диапазон.

Настройку антенны - по минимуму КСВ в каждом из диапазонов -осуществляют изменением длины штыря и, в небольших пределах, перемещением самого "стакана".

12-119.jpg

Две такие антенны могут составить дипольный излучатель. Буторин Г. Механически прочная KB антенна. Радио, 1990, 5, с. 24-27. Антенны, в которых нужная диаграмма направленности достигается суммированием излучения нескольких пространственно разнесенных вибраторов, каждый из которых имеет персональную задержку, имеют лучшие параметры по сравнению с одновибратолрными.

Конфигурация антенны с двумя активными вибраторами, с обеспечивающей их работу фазосдвигающей цепочкой, показана на рис. 12.23. Ее размеры для Си-Би и 2-метрового диапазона приведены в таблице 12.2. Кабель фидера

12-120.jpg

12-121.jpg

12-122.jpg

Рис. 12. 23. Антенна с двумя вибраторами

и фазосдвигающей цепочки - РК-75-9-13. Диаметр труб вибратора - 30 мм.

Усиление антенны с двумя активными вибраторами на 3,4 дб превышает усиление антенны с пассивным рефлектором. Подавление обратного лепестка может достигать 40...50 дб, против 25 дб в рефлекторной антенне.

Таблица 12.2

12-123.jpg

Пеленгационные антенны, позволяющие определить направление на работающий передатчик, когда-то представляли интерес лишь для спецслужб и радиолюбителей-"лисоловов". В настоящее время к пеленгационной технике возник и "пользовательский" интерес: резко возросшее число работающих в эфире, уровень вольно или невольно привносимых ими помех вынуждает искать их источники.

К пеленгационным относятся следующие четыре антенны.

1. Присяжнюк В. Приемники "лисолова" на интегральных схемах. Радио, 1974, 9. 2. Гречихин А. Соревнования "Охота на лис". ДОСААФ, М., 1973.

Антенна, показанная на рис. 12.24, представляет собой четырехэлементный волновой канал на диапазон частот 144-146 Мгц. Ее несущая штанга выполнена из диэлектрика - стекловолоконной трубки, ударопрочного полистирола и т.п. Рефлектор, вибратор и директоры антенны изготавливают из профилированной, жолобообразной стальной ленты (от рулетки). Антенный вход приемника включен в разрыв вибратора.

12-124.jpg

Диаграмма направленности антенн такого рода показана на рис. 12.25. Уровень сигнала достигает максимума, если на корреспондента "смотрят" директоры антенны.

Конструкция пелегационной антенны, способной работать в диапазоне частот 27...28 МГц, показана на рис. 12.26.

Электростатический экран антенны (в рамке пеленгатора он обязателен) изготавливают из алюминиевой трубки диаметром 8 мм, согнутой в незамкнутое кольцо диаметром 300 мм . В него вводят провод в полихлоровиниловой изоляции диаметром 0,8 мм, принимая меры к тому, чтобы он занял в трубке центральное положение. Этот виток -рамка антенны*.

Диаграмма направленности рамочной антенны показана на рис. 12.27. Для того, чтобы убрать двузначность пеленга, к рамочной антенне добавляют еще одну - штыревую. Это может быть, например, полуметровый

12-125.jpg

отрезок стальной профилированной ленты от рулетки. Если суммировать сигналы этих двух антенн, то изменением амплитуды одного Из них за счет смещения фаз "рамочного" и "штыревого" сигналов можно получить диаграмму направленности, близкую к кардиоиде (рис. 12.28).

Хотя рамочно-штыревая антенна дает однозначный пеленг, но ее минимум не так четко выражен, как в рамочной антенне. Поэтому в пеленгаторе нередко ставят переключатель, которым после определения истинного направления на передатчик штыревую антенну отключают и в дальнейшем ориентируются лишь по "рамочному" минимуму.

*) Индуктивность круглого витка из сплошного медного провода:

L=0,013 R(ln(R/d)+0,079], где L - индуктивность, мкГн;

In - натуральный логарифм;

R - радиус витка, см;

d - диаметр провода, см.

Калачев В. , Верхотуров В. Трехдиапазонный приемник для "охоты на лис". Радио, 1969, 4, с. 20.

Конструкция еще одного волнового канала такого же назначения показана на рис. 12.29. Здесь корпус приемника является и частью траверсы: на одном его конце крепят рефлектор, на другом - вибратор. Корпус приемника удлиняют 15...20мм диэлектрической трубкой, на которой монтируют оба директора. Диапазон частот антенны - 144...146 МГц.

Направленные антенны с "поглощающим" элементом. Радио, 1983, 2, с. 62. Пеленгационная антенна другого типа на диапазон 144...146 МГц показана на рис. 12.30, б. На рис. 12.30, в показана ее диаграмма направленности. Она формируется за счет рефлектора, в разрыв которого включен безиндукционный резистор сопротивлением ~ 10 Ом мощностью 0,5...2 Вт. Рефлектор имеет

12-126.jpg

те же размеры, что и вибратор.

Настраивают антенну по находящемуся в отдалении контрольному радиопередатчику, добиваясь небольшими перемещениями рефлектора и изменением сопротивления поглощающего резистора минимального Uмин/Uмах, где Uмах и Uмин - наибольший и наименьший уровни сигналов на выходе антенны (на выходе УРЧ или УПЧ приемника с выключенной АРУ), возникающие при ее повороте.

Направление на передатчик здесь определяют, очевидно, по минимуму принимаемого сигнала.

Полоса частот, в которой такая антенна работает достаточно эффективно, примерно равна полосе пропускания обычного полуволнового диполя. При тщательной ее настройке ослабление "назад" может достигать 75 дб.

Ротхаммель К. Антенны. "Бояныч", С-П., 1998. Антенна DDRR в Си-Би (с. 351).

Антенна замечательна тем, что несмотря на малую свою высоту (рис. 12.31), является антенной вертикальной поляризации.

Ее основанием служит жестяной диск (это может быть и какая-либо другая металлическая поверхность, например, крыша автомобиля), над которым на опорах-изоляторах установлен кольцевой излучатель. Размеры элементов:

12-127.jpg

D=751 MM, H=84 мм (или 89 мм, если отсчет вести от центра проводника излучателя), А =50 мм, d=10 мм, Х=17 мм (примерное положение отвода, зависящее от Н, d, волнового сопротивления кабеля, уточняется при настройке), С1 =27 пФ.

Антенна имеет круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости. В вертикальной плоскости угол возвышения над горизонтом зависит от диаметра диска: при его увеличении излучение антенны прижимается к земле. В любом случае диаметр диска должен быть несколько больше диаметра излучателя. Эффективность антенны может быть увеличена подключением к диску возможно большего числа радиальных проводников.

Настраивают антенну в два приема: сначала в резонанс подстроечным конденсатором С1 по ГИРу, а затем - под контролем КСВ-метра, стремясь к КСВ= 1 - ищут наилучшую точку подключения гамма-согласователя.

Несмотря на то, что по своей эффективности антенна уступает четвертьволновому вибратору (-2,5 дб), ее геометрия оказалась настолько привлекательной, что DDRR была запатентована фирмой Нортроп (ее автор - радиолюбитель W6UYH) и поставлена в массовое производство.

12-128.jpg

При соответствующем изменении размеров антенна может работать и на других частотах. В диапазоне 144-146 Мгц, например, ее размеры должны быть: D = 160 мм, Н>=15 мм, А=10 мм, d=5...10 мм, С1=5 пФ. Точку присоединения кабеля Х находят экспериментально. Диаметр диска - не менее 500 мм.

4-элементныи волновой канал на 430

Мгц (с. 409).

Основные размеры антенны показаны на рис. 12.32. Диаметр вибратора, рефлектора, директоров - 8 мм. Диаметр траверсы - 15 мм. Диаметр посеребренного провода гамма-согласователя - 2 мм. Входное сопротивление антенны - 50...60 Ом.

В качестве линии связи используется коаксиальный кабель, внутренний проводник которого включают последовательно с подстроечным конденсатором, а оплетку соединяют с серединой вибратора.

Коэффициент усиления антенны - ~6,5 дб. Обратное ослабление - ~ 14 дб. Горизонтальный угол раскрыва - ~60°, вертикальный - ~ 100°.

15-элементный волновой канал на 430 Мгц (с. 411-412).

Основные размеры антенны показаны на рис. 12.33, а, а ее согласующее устройство (под 52-омный коаксиальный кабель) - на рис. 12.33, б. Диаметр проводника гамма-согласователя - 1 мм. Оплетку кабеля припаивают к середине вибратора, а его внутренний проводник - к гамма-согласователю.

Директоры антенны изготавливают из дюралюминиевых прутков диаметром 4 мм. Все они имеют длину 300 мм. Вибратор и рефлектор -дюралюминиевые прутки диаметром 6 мм. Траверсу антенны изготавливают из дюлалюминиевой или стальной трубы диаметром 10 мм.

12-129.jpg

12-130.jpg

Входное сопротивление антенны - 50...60 Ом. Коэффициент усиления - ~ 15 дб. Обратное ослабление - ~22 дб. Горизонтальный угол раскрыва - ~28°, вертикальный - ~ 30°.

Диско-конусная антенна на 85...500 Мгц (с. 416-418).

Основные размеры антенны приведена на рис. 12.34. Конус и диск антенны изготавливают из меди, латуни или жести. Внутренний проводник 60-омного коаксиального кабеля оголяют на длине 100 мм и припаивают к центру диска,

а его оплетку - к конусу.

Механически диск скрепляют с конусом с помощью 3-4-х диэлектрических

опор.

В полосе частот 85...500 МГц КСВ антенны не превышает l,5. Рабочий диапазон частот диско-конусной антенны может быть смещен в ту

или другую сторону в соответствии с графиком на рис. 12.35.

Двойной квадрат на 144 Мгц (с. 473-474).

Основные размеры антенны показаны на рис. 12.36. Ее входное сопротивление Rвx=70 Ом. При подключении коаксиального кабеля, имеющего волновое сопротивление Z=Rвх, рекомендуется воспользоваться каким-либо симметрирующим устройством. Коэффициент усиления антенны 5 дб. Обратное ослабление 13 дб. КСВ на частоте 144,5 Мгц - 1,035, на частоте 146 Мгц - 1,23.

Для вычисления размеров антенны для других рабочих частот в диапазоне УКВ можно воспользоваться следующими формулами (длина - в миллиметрах, частота f - в МГц):

общая длина излучателя - 304635/f, сторона его квадрата - 76150/f;

общая дина рефлектора - 334000/f, сторона его квадрата - 83500/f;

расстояние излучатель-рефлектор (при Rвх = 70 Ом) - 25720/f. Приняв такие размеры, можно обойтись без какой-либо подстройки вибратора и рефлектора антенны.

Сушко С. Спиральная антенна для портативных радиостанций. Радиолюбитель, 1992, 5, с. 14.

Каркас антенны изготавливают из не слишком хрупкого высокочастотного диэлектрика, например, из полиэтилена или ударопрочного полистирола (рис. 12.37, а).

Намотку антенны ведут так, как показано на рис. 12.37, б. Обмотка 1

12-131.jpg

12-132.jpg

содержит 80 витков провода ПЭВ-2 диаметром 0,4 мм, намотанного виток к витку на участке длиной 34 мм, обмотка 2 - 29 витков того же провода, расположенного с шагом, равномерно на участке длиной 150 мм. Нижний конец обмотки 1 выводят через отверстие в нижней части каркаса и распаивают в штырьке разъема СР-50-74ФВ, верхний лишь как-то фиксируют - приклеивают, вжигают и т.п.

Настройку антенны ведут отмоткой-домоткой витков со стороны разъема. Ее правильность лучше проверять при работе станции на передачу по индикатору поля, удаленному от нее на 5...10L

По окончании настройки обмотку антенны необходимо зафиксировать. Лучше это сделать, "осадив" на ней термоусадочную трубку, которая придаст антенне и привлекательный внешний вид.

Входное сопротивление антенны - 30...35 Ом.

Стасенко В. Автомобильная радиостанция для личной связи. Радиолюбитель, 1993, 4, с. 16.

Конструкция антенны показана на рис. 12.38, а, электрическая схема с согласующим устройством - на рис. 12.38, б.

В корпусе антенны, изготовлен

12-133.jpg

ном из ударопрочного полистирола, размещен достаточно мощный кольцевой магнит от динамической головки и элементы согласующего П-контура. Для предотвращения царапин и увеличения коэффициента трения снизу корпус оклеивают тонким слоем полиуретана.

Катушка L1 - бескаркасная. Она содержит 10 витков посеребренного провода ПСР-1,2 и намотана с шагом 1,5 мм. Удлиняющая катушка намотана на каркасе диаметром 10 мм (оргстекло, фторопласт и т.п.) проводом ПСР-1,( и имеет 20 витков. Шаг намотки - 2 мм.

После монтажа и обшей настройки антенны удлиняющая катушка должна быть как-то защищена от непогоды (чехлом, заливкой и т.п.).

Вибратор антенны выполнен из трубки нержавеющей стали диаметром 4

MM.

Соединительный кабель - РК50, его длина -4м. Внутренний проводник соединяют с катушкой L1, а оплетку - с кольцом, обрамляющим магнит Кабель выводят через боковое отверстие в корпусе антенны.

Настройка антенны (стоящей строго на отведенном ей месте) каких-либо особенностей не имеет: подстроечным конденсатором СЗ и, возможно изменением длины верхнего фрагмента вибратора минимизируют КСВ антенны в середине диапазона рабочих частот.

15-ти элементный волновой канал на 430 МГц (а)б согласующее устройство (б)

Изображение: 

2 элемента HB9CV

Изображение: 

2 элемента HB9CV.таблица по диапазонам

Изображение: 

4-х элементный волновой канал на 430 МГц

Изображение: 

9-элементов волновой канал на 144

Изображение: 

T2FD,на частоты 10-30мгц

Изображение: 

Автомобильная CB антенна (а), ее электрическая схема (б)

Изображение: 

Антенна "двойной квадрат" на 144-146 МГц

Изображение: 

Антенна DDRR

Изображение: 

Диско-конусная антенна на диапазон 85-500 Мгц

Изображение: 

Кардиоидная диаграмма рамка+ штырь, воолновой канал пеленгатора, антенна пеленгатора с поглощающим рефлектором

Изображение: 

Спиральная антенна для портативной CB радиостанции

Изображение: 

Т-диполь на СВ

Изображение: 

УКВ антенна для приема радиовещания

Изображение: 

антенна "пол-волны"

Изображение: 

антенна X-beam

Изображение: 

антенна полуромб

Изображение: 

вертикал на 144 и 430

Изображение: 

волновой канал пеленгатора

Изображение: 

дипольна 160 метров

Изображение: 

диск и схема включения

Изображение: 

кв-антенна "DELTA LOOP"

Изображение: 

коллиниарка на 144

Изображение: 

конструкция вертикала

Изображение: 

многодиапазонная рамочная антенна

Изображение: 

рамочная антенна пеленгатора

Изображение: 

рамочная антенна с петлей связи

Изображение: 

рамочная антенна с петлей связи.таблица

Изображение: 

симметрируующее U-колено

Изображение: 

согласующий трансформатор

Изображение: 

устройство настройки и согласования

Изображение: 

чертеж антенны на 144 и 430

Изображение: 

штыревая СВ антенна

Изображение: 

12.2. КАК НАСТРОИТЬ АНТЕННУ

12.2. КАК НАСТРОИТЬ АНТЕННУ

Среди антенн, в том числе и заводского изготовления, практически нет не требующих уточняющей настройки "по месту". Настоящий раздел посвящен радиолюбительским приборам, с помощью которых можно настроить антенну на диапазон рабочих частот и согласовать ее с приемо-передающей аппаратурой.

Виноградов Ю. КСВ-метр с согласующим устройством. Радио, 1996, 11, с. XIV-XV.

На рис. 12.39 приведена принципиальная схема прибора, включающего в себя КСВ-метр, с помощью которого можно настроить Си-Би антенну, и согласующее устройство, позволяющее привести сопротивление настроенной антенны к Ra = 50 Ом.

Элементы КСВ-метра: Т1 - трансформатор антенного тока, намотанный на ферритовом кольце М50ВЧ2-24 12х5х4 мм. Его обмотка I - продетый в кольцо

12-21.jpg

проводник с антенным током, обмотка II - 20 витков провода в пластиковой изоляции, ее наматывают равномерно по всему кольцу. Конденсаторы С1 и С2 - типа КПК-МН, SA1 - любой тумблер, РА1 - микроамперметр на 100 мкА, например, М4248.

Элементы согласующего устройства: катушка L1 - 12 витков ПЭВ-2 0,8, внутренний диаметр - 6, длина - 18 мм. Конденсатор С7 - типа КПК-МН, С8 -любой керамический или слюдяной, рабочее напряжение не менее 50 В (для передатчиков мощностью не более 10 вт). Переключатель SA2 - ПГ2-5-12П1НВ.

Устройство монтируют, минимизируя паразитные индуктивности и емкости ВЧ проводников.

Для настройки КСВ-метра его выход отключают от согласующего контура (в т. А) и соединяют с 50-омным резистором (два параллельно включенных резистора МЛТ-2 100 Ом), а ко входу подключают Си-Би радиостанцию, работающую на передачу. В режиме измерения прямой волны - в указанном на рис. 12.39 положении SA1 - прибор должен показать 70...100 мкА. (Это для передатчика мощностью 4 Вт. Если он мощнее , то "100" на шкале РА1 выставляют иначе: подбором резистора, шунтирующего РА1 при закороченном резисторе R5.)

Переключив SA1 в другое положение (контроль отраженной волны), регулировкой С2 добиваются нулевых показаний РА1.

Затем вход и выход КСВ-метра меняют местами (КСВ-метр симметричен) и эту процедуру повторяют, устанавливая в "нулевое" положение С1.

На этом настройку КСВ-метра заканчивают, его выход подключают к седьмому витку катушки L1.

КСВ антенного тракта определяют по формуле: КСВ=(А1+А2)/(А1-А2), где А1 - показания РА1 в режиме измерения прямой волны, а А2 - обратной. Хотя вернее было бы говорить здесь не о КСВ, как таковом, а о величине и характере антенного импеданса, приведенного к антенному разъему станции, о его отличии от активного Ra = 50 Ом.

Антенный тракт будет настроен, если изменениями длины вибратора, противовесов, иногда - длины фидера, индуктивности удлиняющей катушки (если она есть) и др. будет получен минимально возможный КСВ.

Некоторая неточность настройки антенны может быть компенсирована расстройкой контура L1C7C8. Это можно сделать конденсатором С7 или изменением индуктивности контура - например, введением в L1 небольшого карбонильного сердечника.

Как показывает опыт настройки и согласования Си-Би антенн самых разных конфигураций и размеров (0,1...3L), под контролем и с помощью этого прибора нетрудно получить КСВ = 1... 1,2 в любом участке этого диапазона.

Ротхаммель К. Антенны. "Бояныч", С-П., 1998, с. 567-570. Антенноскоп предназначен для измерения входного сопротивления антенно-фидерного тракта. Он представляет собой высокочастотный мост, в одно плечо которого включают исследуемый двухполюсник, а в другое - переменный безиндукционный резистор (рис. 12.40). Если сопротивление двухполюсника активно и равно Rx, то мост будет полностью сбалансирован при R3 = Rx и величина Rx может быть считана со шкалы проградуированного в омах резистора R3.

Номиналы резисторов R1=R2 (точность 1%) могут быть и другими, например, 150 или 240 Ом Нужную пару подбирают из 10- или 20%-ных резисторов по цифровому омметру.

Элементы антенноскопа разме щают в трех экранированных отсеках (экран показан штриховой). Все они должны иметь минимальную емкость (собственную и по отношению к экра ну) и индуктивность. Резистор R3=470 Ом устанавливают на опо рах-изоляторах. Его ось вводят в удлинитель, изготовленный из доста точно прочного диэлектрика, напри мер, стеклотекстолита, на конце кото рого крепят ручку-указатель.

Градуируют резистор R3 по циф ровому омметру. На его шкале реко мендуется отметить точки "50" и "75" - волновое сопротивление коаксиаль ных кабелей, с которыми обычно имеют дело. Если измерения предпо лагают вести лишь в низкоомных цепях, то сопротивление резистора R3 можно уменьшить до 100... 150 Ом. Это увеличит точность отсчета.

Микроамперметр М - типа М4248. Или какой-либо другой с током полного отклонения 50...200 мкА.

Антенноскоп питается от ВЧ генератора мощностью ~ 0,2 Вт. Это может

быть генератор стандартных сигналов, гетеродинный индикатор резонанса (ГИР) или радиостанция, работающая в режиме пониженной мощности. Диапазон частот - до 150...250 МГц.

Если антенноскоп не удается сбалансировать "под нуль", это значит, что в контролируемой цепи есть реактивная составляющая, т.е. - антенна расстроена. В таком случае, изменяя частоту ВЧ генератора, ищут ее действительный резонанс. Затем тем или иным способом (удлинением-укорочением вибратора, противовесов и др.) антенну приводят в диапазон рабочих частот. И лишь тогда измеряют ее входное сопротивление. Если оно отличается от принятого в связной технике стандарта (обычно - 50 Ом), его приводят к этому нормативу тем или иным согласующим устройством - широкополосным трасформатором, П-контуром и др.

Настройку и согласование антенны ведут, как правило, методом последовательных приближений: после настройки и согласования уточняют настройку и согласование и так до точной настройки антенны в диапазон с достижением равных и возможно меньших значений КСВ на его краях.

Виноградов Ю. Проект "Незабудка". Радио, 1997, 10, с. 6-7. Описанный здесь микромощный Си-Би передатчик после перевода его в

12-22.jpg

режим непрерывного излучения (рис. 12.41) может стать довольно удобным инструментом для сквозной настройки антенно-фидерного тракта (а при желании - и ВЧ каскадов приемника) и оценки "фигуры излучения" антенны - ее чувствительности к сигналам, приходящим с разных направлений.

Частоту кварцевого резонатора ZQ1 выбирают в середине диапазона рабочих частот. Важно, чтобы это была частота основного его резонанса (на корпусе такого резонатора частота будет указана в "кГц", на гармониковом - в "МГц").

Излучателем микропередатчика, его "магнитной" антенной, является дроссель L1 - 30...50 витков провода ПЭВШО 0,25...0,4, намотанные виток к витку или с шагом на пластине стеклотекстолита 40х10х2 мм. Если "дальнобойность" передатчика окажется недостаточной, дроссель можно намотать на пластине большего размера или подключить к коллектору транзистора VT1 15...30-сантиметровый отрезок монтажного провода.

Передатчик может работать и с гармониковым кварцем. Но в этом случае дроссель потребуется заменить настроенным на середину частотного диапазона колебательным контуром. Его включают автотрасфороматорно (1/2...1/4 по виткам катушки) в коллекторную цепь транзистора.

Для сохранения с настраиваемой антенной лишь "эфирной" связи, микропередатчик нужно отнести от нее не менее, чем на 10...15 длин волн.

1. Виноградов Ю. Антенный аттенюатор. Радио, 11, 1997, с. 80.

2. Рэд Э. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике. - "Мир", М.,1990, с. 229.

При наладке антенно-фидерного тракта нередко возникает необходимость внести в него дозированное ослабление сигнала. Принципиальная схема высокочастотного аттенюатора, которым можно выставить любое ослабление в пределах 1...47 дб с шагом 1 дб, показана на рис. 12.42. Его входное и выходное сопротивление - 50 Ом, диапазон рабочих частот - О...30 МГц.

12-23.jpg

12-24.jpg

Аттенюатор монтируют на полоске одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Со стороны фольги устанавливают в ряд шесть сдвоенных тумблеров типа П2Т-1-18. Резисторы отбирают с помощью цифрового омметра. Монтаж навесной - выводы резисторов укорачивают до 3...4 мм и подпаивают непосредственно к выводам тумблеров и к фольге.

Аттенюатор можно поместить в металлическую коробку-экран или накрыть согнутой по месту жестяной накладкой. Хотя металлические "щеки" тумблеров выполняют здесь и функции межсекционных экранов, их, при необходимости, можно усилить, уложив между тумблерами зигзагообразную полоску из жести.

Конечно, ослабление, вносимое каждой Т-секцией (рис. 12.42, б), может быть и другим. Руководствуясь таблицей 12.3 [2], можно выбрать нужные для этого резисторы. Но не следует стремиться к большому ослаблению в одной секции - влияние паразитных емкостей может повести к потере заявленной точности.

С. Румянцев. Коаксиальный элемент нагрузки. Радио, 1983, 3, с. 17.

При настройке радиопередающей аппаратуры вместо антенны используют, как правило, антенный эквивалент - резистор, активное сопротивление

Таблица 12.3

12-25.jpg

которого равно активному сопротивлению антенно-фидерного тракта -обычно 50 Ом, а реактивное сведено к пренебрежимо малой величине.

Антенный эквивалент можно изготовить самому, составив его из резисторов типа МЛТ-2 100 Ом. Например, в виде трех последовательно включенных секций, каждая из которых состоит из шести параллельно

включенных резисторов. Общее сопротивления такого эквивалента составит Ra=R 3/6= 100 3/6 =50 Ом. Рассеиваемая им мощность достигает номинальных 2 18=36 Вт лишь при принудительной вентиляции - плотный монтаж и экранировка резисторов заметно ухудшают их теплоотдачу.

Выполненный в виде коаксиальной конструкции, антенный эквивалент может работать на частотах до 600 Мгц (КСВ <= 1,2).

В качестве антенного эквивалента мощностью до 50 Вт, способного работать в полосе частот до 4 ГГц, можно использовать резистор типа Р 1-3-50.

Для относительно низких частот антенный эквивалент может быть выполнен планарно, например, на пластине фольгированного стеклотекстолита. Другими в нем могут быть число секций, число резистров в секции, сопротивление каждого резистора. Но при соблюдении обязательного условия: проводящий слой резистора, входящего в эквивалент, не должен иметь вид спирали. Такой резистор внесет в общее сопротивление индуктивную составляющую и может ухудшить КСВ эквивалента до совершенно неприемлемой величины.

В Си-Би в планарной технике могут быть выполнены не только антенные эквиваленты, но и 600...800-омные антенные нагрузки - те же "поглотители обратных лепестков" в антеннах бегущей волны (см. рис. 12.2).

Мешковец А. Высокочастотный амперметр. Радио, 1980, 5, с. 23. На рис. 12.43 приведена принципиальная схема амперметра для измерения токов высокой частоты. В его основе мост, измеряющий элемент которого -терморезистор R4 - изменяет свое сопротивление под действием тока высокой частоты. Степень разбалансировки моста, показанная включенным в его диагональ микроамперметром РА1, позволяет оценить величину этого тока.

Терморезистор R4 представляет собой железную проволоку диаметром 0,15 мм и длиной ~ 5 см, натянутую по центру стеклянной трубки - так, как это делают в плавких предохранителях.

12-26.jpg

Если измеряемый ток может содержать постоянную составляющую, вход амперметра шунтируют дросселем L2.

РА1 - микроамперметр с током полного отклонения 100 мкА и сопротивлением рамки 1 кОм. При использовании другого прибора потребуется подобрать резистор R2.

Если последовательно с амперметром (между ним и "землей") включить резистор сопротивлением 0,1 Ом с пренебрежимо малой реактивной составляющей, то его можно проградуировать по осциллографу, имеющему достаточную полосу пропускания и калиброванную шкалу.

12-27.jpg

Амперметр способен измерять токи до 1 А в полосе частот 2...30 Мгц.

Резонансные системы из коаксиального кабеля. Радио, 1981 5-6, с.25.

Высокодобротный контур, подключенный к антенному входу радиоприемника, способен существенно ослабить воздействие на него мощных радиостанций, работающих на близких частотах, снизить и даже полностью устранить интермодуляционные помехи.

Такой контур можно изготовить из двух отрезков коаксиального кабеля. Их включение и эквивалентная схема такого преселектора показаны на рис. 12.44. Добротность Q контура, выполненного из коаксиального кабеля типа РК-50-2-11, составит: на частоте 144 МГц -150, на частоте 432 МГц - около 400.

Подстроечные конденсаторы С1 и С2 - типа КПК-МН; их емкость на частоте 144 МГц - 5...25 пФ, на частоте 432 МГц - 2...7 пФ.

Суммарная длина кабеля, имеющего сплошную полиэтиленовую изоляцию, должна быть:

12-28.jpg

Измерители напряженности поля. KB журнал, 1996, 3, с. 31. Безразмерная, индикаторная оценка напряженности поля, создаваемого излучателем, дает возможность настроить и согласовать ВЧ тракт передающего устройства, выбрать лучшую линию передачи, выяснить способность антенны концентрировать излучение в нужном направлении и многое другое.

12-29.jpg

Принципиальная схема индикатора напряженности поля с диапазонной селекцией сигналов показана на рис. 12.45.

Катушки индуктивности индикатора наматывают проводом ПЭВ-2 диаметром 0,2 мм на каркасах диаметром 5 мм, имеющих отверстия с резьбой под подстроенные сердечники из карбонильного железа или высокочастотного феррита (n=100). Их данные для различных частотных диапазонов приведены в таблице 12.4.

Транзистор VT1 - практически любой не слишком низкочастотный n-р-n-транзистор. Если это будет кремниевый транзистор, например, КТ325, КТ3102,

Таблица 12.4

12-210.jpg

КТ315 (буквы любые) и др., то сопротивление резистора R2 следует уменьшить до ~150 кОм. Чувствительность индикатора увеличивается с увеличением ¦h21э¦ транзистора.

Диод VD1 - обязательно германиевый - Д9Б, Д20 и др.

Дроссель L11 - типа Д0,1 и др. индуктивностью 100...200 мкГн.

Антенна - штырь длиной 1 м.

Настройку индикатора на середину каждого частотного диапазона (их может быть и меньше) производят в режиме максимальной его чувствительности (движок R1 - в крайнем правом положении, R6 - в верхнем).

Антенноскоп

Изображение: 

Антенный аттенюатор (а), Т-секция аттенюатора (б)

Изображение: 

Высокочастотный амперметр

Изображение: 

Индикатор напряженности поля

Изображение: 

КСВ-метр с согласующим устройством

Изображение: 

Катушки для индикатора напряженности поля

Изображение: 

Микропередатчик для настройки антенны

Изображение: 

Подбор резисторов для аттенюатора

Изображение: 

Преселектор из коаксиального кабеля

Изображение: 

Формула расчета нагруженного сопротивления в точках а и б

Изображение: 

12.3. АНТЕННЫ И СВЯЗЬ.

12.3. АНТЕННЫ И СВЯЗЬ.

Этот раздел может быть полезен прежде всего радиолюбителю-конструктору, экспериментирующему с антенно-фидерным трактом, ищущему наилучшее в его условиях решение.

1. Виноградов Ю. А не интерференция ли это? Радио,1997, 8, с. 70.

2. Ротхаммель К. Антенны. "Бояныч" С.-П., 1998.

3. Виноградов Ю. О согласовании малогабаритных антенн. Радио, 1996, 4, с. 9

4. Улучшение соотношения излучения "вперед-назад". Радио, 1985, 4, с. 22 .

5. Шур А. Ближний и дальний прием телевидения. МРБ, "Энергия". М., 1980, с. 50.

6. Масанов Д. Задачник по радиотехнике. Воениздат, М., 1949, с. 11.

12-31.jpg

Интерференционные эффекты [I].

Отсутствие радиосвязи между близко расположенными корреспондентами, неустойчивый, резко колеблющийся уровень сигнала при взаимных их перемещениях, его зависимость от положения совершенно посторонних, казалось

бы, предметов, имеет, как правило, одну причину - неблагоприятное взаимодействие радиоволн в точке приема. Суть этого эффекта состоит в том, что радиоволны, излучаемые передающей антенной, идут к приемной не только самым коротким путем - по прямой, но - отражаясь и преломляясь в окружающей среде - и по другим маршрутам. Радиоволна, прошедшая более длинный путь, приходит с опозданием, зависящим от длины этого пути. Во взаимодействии множества по-разному задержанных радиоволн - в их интерференции - сформируется результирующий, суммарный сигнал, амплитуда и фаза которого будут зависеть от всех составляющих.

Рассмотрим в качестве примера ситуацию, изображенную на рис. 12. 46. Здесь: "Излучатель" и "Приемник" - позиции передающей и приемной антенн;

"ЗК" - здание-зеркало, отражающее радиоволны; S1 - путь прямой волны, S2 -отраженной, А1 и А2 - их амплитуды в точке приема.

12-32.jpg

Рассмотренный пример прост, но поучителен: связь, как мы видим, может быть плохой даже в условиях прямой видимости. Обычно же отраженных и переотраженных сигналов бывает много больше, особенно - в городе.

Свой вклад в общую интерференционную картину вносят и "зеркала" -дома, строительные краны, самолеты и др. - их конфигурация, материалы, конструктивные особенности влияют как на амплитуду отраженного сигнала, так и на его фазу.

Поворот фронта радиоволны может произойти не только при ее отражении от электропроводящего препятствия, но и за счет преломления в диэлектрической среде. Напомним, что коэффициент преломления, характеризующий торможение радиоволны в диэлектрике: n=е^0.5, где е - диэлектрическая проницаемость среды. В n раз более медленное распространение радиоволны в диэлектрике поведет, очевидно, и к дополнительному ее отставанию.

Интерференция, возникающая в "пучках" близких по интенсивности, но смещенных по фазе сигналов, - самое "частоточувствительное" явление в распространении радиоволн. Борьба с интерференционным ослаблением сигнала имеет свои особенности. Здесь не помогут ни расширение полосы пропускания антенны (причину ослабления сигнала корреспондента в другом

частотном канале чаще всего "видят" в каких-то особенностях АЧХ своей или чужой антенны), ни замена радиостанции другой, с лучшими параметрами ,- боль шей чувствительностью, избирательно стью и др.

Выйти из интерференционного мини мума можно не только сменой канала, но подчас и буквально - сделав лишь неско лько шагов. Смещение автомобиля или "портативки" лишь на долю длины волны нередко позволяет установить нормаль ную связь с корреспондентом, только что безнадежно "утопавшем" в шумах эфира. Наилучшие позиции для связи передвиж ной радиостанции со стационарной иногда "пристреливают" заранее.

У корреспондентов со стационарными антеннами свобод меньше, но и их доста точно. Это, во-первых, подъем антенны на возможно большую высоту, что обеспечи вает прохождение к корреспонденту пря мого сигнала, с которым не могут, как правило, сколько-нибудь ощутимо конку рировать ослабленные на некачественных проводниках и изоляторах отраженные и преломленные волны.

Рассмотренный выше пример подсказывает еще один способ борьбы с интерференционным ослаблением сигнала. Очевидно, с помощью узконаправленной антенны, снабженной поворотным механизмом, можно усилить сигналы одного направления, ослабив до пренебрежимо малых все остальные. Но в выбранном направлении не должно быть, конечно, фазосмещенных сигналов.

Интерференционные эффекты в Си-Би, особенно в каналах связи с подвижными объектами, безусловно заслуживают внимания. И встретившись с чем-то необычным, странным, озадачивающим, полезно задать себе вопрос:

"А не интерференция ли это?"

Измеряя напряженность электромагнитного поля, создаваемого в простанстве антенной передатчика, можно построить поверхность, в любой точке которой E=const - напряженность поля неизменна. Эта поверхность - своего рода "фигура излучения" - очень информативна. Зная ее, нетрудно выяснить способность антенны концентрировать излучаемую энергию в нужном направлении, вычислить ее усиление. Или, наоборот, найти направление минимальной ее чувствительности, позволяющее, при соответсвующей ориентации антенны, работать по соседству с мощным передатчиком. И многое другое.

Диаграмма излучения точечного (изотропного) излучателя.

Диаграмма направленности такого излучателя в трехмерном пространстве имеет вид шаровой поверхности. А в пересечении с поверхностью земли она становится окружностью.

12-33.jpg

12-34.jpg

12-35.jpg

12-36.jpg

Диаграмма излучения полуволнового вибратора ([2], с. 43-49). Иначе выглядит фигура излучения полуволнового вибратора. В свободном пространстве это поверхность вырожденного тора, сросшегося в центре "бублика", а в проекции на поверхность земли "бублик" превращается либо в "восьмерку" (рис. 12. 48), если вибратор параллелен поверхности земли, либо в окружность (рис. 12. 49), если он к ней перпендикулярен.

Диаграмму направленности той или иной антенны оценивают, сравнивая ее с "шаром" изотропного излучателя или с "бубликом" полу волнового. Они стали своего рода образцами излучения. Нетрудно перейти от одного к другому: усиление полуволнового вибратора в направлении максимума его излучения по сравнению с изотропным +2,14 дб.

12-37.jpg

Но характер излучения антенны зависит не только от нее самой. Сильнейшее влияние на пространственную картину излучения оказывает земля. Отраженный от нее сигнал, отличаясь от поступающего непосредственно от антенны по фазе и амплитуде, интерферируя с ним, создает подчас весьма причудливую фигуру излучения.

На рис. 12.50 показана диаграмма направленности горизонтального полуволнового вибратора и ее изменения в зависимости от высоты его подвеса. То же, но для вертикального полуволнового вибратора, показано на рис. 12. 51.

Диаграмма излучения L/4-вибратора над проводящей поверхностью ([2], с.

311, 314).

Но земля, любая проводящая поверхность, нередко вводится в антенную систему в качестве основного элемента. Так, например, как это показано на рис. 12. 52. В идеале - при очень высокой проводимости "земли" - диаграмма направленности такой антенны будет имет вид, показанный на рис. 12.53, а. При плохой ее проводимости лепесток излучения поднимается над горизонтом (рис. 12. 53, b, с). Увод максимума излучения вверх, а также потери ВЧ энергии в самой подстилающей поверхности будут иметь следствием существенное уменьшение "дальнобойности" такой антенны

Неплохой проводящей поверхностью может считаться, например, металлическая крыша. Если антенну устанавливают непосредственно на земле, то под ее поверностью на глубине 20... 50 см обычно укладывают несколько радиально расходящихся проводников. Нужно иметь в виду, что подповерхностное заземление вертикальной антенны не может быть заменено обычным

12-38.jpg

Рис. 12. 55. Зависимость сопротивления излучения полуволнового вибратора от L/d

грозозащитным - вертикальным штырем, достигающим водоносных слоев. Но эти заземления могут быть, конечно, объединены.

Диаграммы излучения вибраторов над проводящей поверхностью ([2], с. 317). Характер излучения вертикальной антенны зависит и от длины ее вибратора (рис. 12. 54). Самой "дальнобойной" будет антенна с вибратором длиной 5/8L. Угол ее главного лепестка с поверхностью земли составляет лишь 12°. При дальнейшем увеличении длины вибратора диаграмма направленности антенны ухудшится.

Полное сопротивление антенны - ее импеданс Za - обычно представляют в виде векторной суммы:

Za=Ra+Xa,

где Ra - активное сопротивление антенны, а Ха - реактивное, емкостное или индуктивное.

Антенна считается настроенной, если на рабочей частоте Ха=0 и ее сопротивление (входное для передатчика, выходное для приемника) становится чисто активным.

В свою очередь: Ra = Rизл + Rпот, где Rизл - сопротивление излучения антенны - полезная составляющая Ra, а Rпот - сопротивление потерь, представляющее собой бесполезно теряемую в антенне часть ВЧ энергии (на нагрев проводников, изоляторов и др.).

В хороших антеннах Rа=Rизл, но само по себе это сопротивление может быть очень разным - в зависимости от типа вибратора, способа его включения, числа и конфигурации расположенных поблизости других элементов антенной системы и др. Его величину необходимо знать, согласовывая антенну с фидером, оценивая возникающие в элементах антенно-фидерного тракта напряжения и токи и др.

Сопротивление излучения полуволнового вибратора ([2], с. 35).

Сопротивление излучения полуволнового вибратора Rизл=73,2 Ом. Но это верно лишь для бесконечно тонкого проводника. В реальных антеннах

Rизл вибратора зависит от L/d, где L - длина волны, a d- диаметр проводника. График этой зависимости показан на рис. 12.55. Но это - при подключении нагрузки (линии связи) в разрыв вибратора, в пучность тока.

Но вибратор может быть подключен к нагрузке и своим концом, которому в полу волновом диполе соответствует пучность напряжения,. В этом случае его Rизл резко увеличивается, достигая 0,8...1 кОм и более. Включенный таким образом полуволновый вибратор может быть связан с низкоомнои нагрузкой -тем же 50-омным коаксиальным кабелем - лишь с помощью трансформирующего устройства. Это может быть ВЧ трансформатор, П-контур, J-согласователь и др., имеющие коэффициент трансформации по напряжению к = ( Rизл/50)^0.5 (повышение - в сторону антенны).

Возбуждение полуволнового вибратора в пучности напряжения оказалось конструктивно очень привлекательным для антенн вертикальной поляризации ("чистый", без каких-либо разрывов и подключений, штырь, возбуждаемый без противовесов). Такие антенны, их называют "полволны" или "-L/2", особенно широкое распространение получили в Си-Би. Из числа здесь описанных к антенне этого типа относится Си-Би антенна, показанная на рис. 12.1, в которой согласование с 50-омным коаксиальным кабелем выполнено П-контуром.

Сопротивление излучения четвертьволнового вибратора.

Сопротивление излучения четвертьволнового штыря, стоящего перпендикулярно к проводящей поверхности, равно примерно половине сопротивления излучения полуволнового вибратора, включенного в пучность тока. В случае бесконечно тонкого вибратора и ничем не ограниченной подстилающей поверхности идеальной проводимости его Rизл = 36,6 Ом.

Хотя с утолщением вибратора Rизл уменьшается и здесь, но реальные поверхности (крыша автомобиля, человек и т.п.), далекие от идеальной по всем параметрам, "работают" в обратную сторону. Увеличивая Rизл и, главное, сопротивление потерь Rпот, они осложняют даже приблизительный расчет Ra такой антенны.

Антенны, включающие в себя столь экзотические поверхности, согласуют обычно методом проб и ошибок. Но так или иначе получив КСВ=1!, полезно вернуться к Ra антенны, вычислив его "с другой стороны" - через согласующее устройство. Полезно потому, что, зная Ra и Rизл, можно оценить уровень ВЧ потерь в антенной системе и принять меры к их снижению.

Сопротивление излучения укороченного вибратора [З].

12-39.jpg

Хотя из числа полноразмерных антенн L/4-штырь может быть отнесен к самым малогабаритным (в предположении, что подстилающая поверхность к антенне не относится), но и она может оказаться слишком длинной, например, в Си-Би. В таких случаях штырь антенны физически укорачивают, а появившуюся емкостную составляющую компенсируют включенной в его разрыв (обычно - в основании штыря) т.н. удлиняющей катушкой - индуктив-

12-310.jpg

12-311.jpg

Сопротивление излучения простого петлевого вибратора (рис. 12.56) теоретически вчетверо выше полуволнового и в реальных конструкциях составляет обычно Rизл=240...280 Ом. Для связи с таким вибратором используют либо двухпроводную линию, имеющую такое же волновое сопротивление, либо - после трансформации (понижения Rизл) и симметрирования - коаксиальный кабель.

При необходимости сопротивление излучения петлевого вибратора можно довести до 840...980 Ом, увеличив сечение его верхнего проводника (рис. 12. 57).

По сравнению с полуволновым вибратором петлевой обладает большей полосой пропускания.

Особенно широкое применение нашли петлевые вибраторы в антеннах типа "волновой канал". Рефлектор и ближайшие директоры этой антенны, взаимо-

12-312.jpg

12-313.jpg

действуя с таким вибратором, снижают высокое его сопротивление до близкого к волновому сопротивлению коаксиального кабеля и, соответственно, трансформирующее устройство для согласования с ним уже не требуется.

Еще один тип петлевого вибратора - двойной петлевой (рис. 12.58). Его сопротивление излучения уже девятикратно превышает сопротивление обычного полуволнового, достигая в реальных конструкциях Rизл=540...б30 Ом. Тем же приемом - увеличением сечения "пассивных" его фрагментов, Rизл двойного петлевого вибратора (обоих его вариантов) можно поднять до 1500... 1750 Ом (рис. 12. 59).

Геометрическая длина вибратора совпадет с его электрической длиной лишь в случае, если он бесконечно тонок.

О коэффициенте укорочения полуволнового вибратора ([2], с. 37). На графике, изображенном на рис. 12.60 показана зависимость коэффициента укорочения полуволнового вибратора v от L/d, где L - длина волны в свободном пространстве, a d- диаметр проводника вибратора. Умножив на этот коэффициент величину L/2 , мы получим геометрическую длину реального полуволнового вибратора, резонирующего на частоте f(МГц)=300/L(м).

О коэффициенте укорочения четвертьволнового вибратора ([2], с. 316). На графике, изображенном на рис. 12.61, показана зависимость коэффициента укорочения полуволнового вибратора v от L/d, где L - длина волны в свободном пространстве, a d- диаметр проводника вибратора. Умножив на этот коэффициент величину L/4 , мы получим геометрическую длину реального четвертьволнового вибратора, резонирующего на частоте f(МГц) = 300//L(м).

О коэффициенте укорочения коаксиального кабеля.

Длину lф фидера, отдельных его фрагментов, принято выражать в долях L -длины волны. Это делают потому, что в зависимости от lф/L фидер ведет себя, как правило, по-разному (редкое исключение - режим бегущей волны). Так, например, входное сопротивление замкнутого на конце коаксиального кабеля длиной L/4 для ВЧ сигнала окажется бесконечно большим и он поведет себя как "металлический изолятор". Таким шлейфом часто пользуются для грозозащиты вибратора, не имеющего гальванической связи с землей. При малых размерах (на частотах ДМВ и выше) такие шлейфы нередко используют в качестве механических опор токоведущих проводников. Иным интересен фидер, длина которого кратна L/2. Никак не воздействующий на передаваемый сигнал (если не считать обычно очень небольших потерь) он "переносит" сопротивление удаленной на десятки метров антенны непосредственно на вход радиостанции. Не могут, конечно, иметь произвольной длины и линии связи, питающие излучатели в многовибраторных антеннах - они должны быть жестко сфазированы.

12-314.jpg

Таблица 12.5

12-315.jpg

То есть, в Си-Би в качестве L/2-кратного фидера будут пригодны отрезки полиэтиленового коаксиального кабеля длиной 3,63, 7,26, 10,89, 14,52, .... метров.

Об уменьшении излучения "назад" [4].

В многоэлементных направленных антеннах отношение излучения "вперед-назад" не превышает, как правило, 23...25 дб. Ослабить обратное излучение можно с помощью дополнительного рефлектора, в разрыв которого введен безиндукционный поглощающий резистор R= 10 Ом. Длину этого рефлектора берут равной длине вибратора. Его устанавливают за основным на расстоянии 0,23L (рис. 12.62). Мощность, рассеиваемая поглощающим резистором невелика, в этом качестве может быть использован даже один резистор типа МЛТ-2. Конечно, его нужно поместить в бокс, защищающий от непогоды.

Введение в антенну поглощающего рефлектора может довести отношение ее излучения "вперед-назад" до 75 дб.

Такого рода дополнительный рефлектор может быть полезен и в других антеннах - в рамочных, многовибраторных и др.

Пассивный ретранслятор [5].

Причиной отсутствия связи может быть неудачный рельеф местности или

неустранимое препятствия искусственного происхождения на трассе прохождения сигнала. В таких случаях иногда прибегают к помощи ретранслятора - устройства, расположенного в поле "радиозрения" обоих корреспондентов и способного принимать и передавать их сигналы. В простейшем случае - просто переотражать их.

В качестве такого лишь переотражающего сигнал ретранслятора могут быть использованы две направленные антенны, связанные коротким фидером (рис. 12. 63). Напряженность поля в точке приема Е2, которую сможет создать такой

ретранслятор [5]:

12-316.jpg

12-317.jpg

D - усиление каждой антенны (антенны одинаковые);

r - расстояние между ретранслятором и принимающим корреспондентом, м.

Скин-эффект[6] Скин-эффект - "выжимание" тока высокой частоты на поверхность проводника - ведет к увеличению его сопротивления этим токам. Для прямых и круглых в сечении проводников отношение Rf/R, где Rf - сопротивление проводника току высокой частоты, а R - постоянному току, можно воспользоваться формулой:

12-318.jpg

Скин-эффект заставляет обращать особое внимание на поверхность проводника, принимать меры для сохранения ее проводимости.

Обычно проводник с ВЧ током покрывают антикоррозийным защитным слоем. Это может быть металл (например, серебро, даже улучшающее поверхностную проводимость проводника) или диэлектрик, имеющий малые потери в ВЧ полях, например, эмаль обмоточного провода, который обычно используют для изготовления контурных катушек).

По этой же причине ВЧ проводники нередко делают из тонкостенных труб. Поскольку толщина т подповерхностного слоя, проводящего ВЧ токи, обычно очень мала - т=d/4(Rf/R) - толщину стенок в таких проводниках выбирают, исходя лишь из соображений их механической прочности.

 

К определению интерференционных эффектов

Изображение: 

К определению напряженности поля в точке приема

Изображение: 

Рис. 12.46 Прямая и отраженная волна в канале связи, благоприятное и неблагоприятное воздействие волн в точке приема

Изображение: 

Рис. 12.48 Пространственная фигура излучения полуволнового вибратора, ее проекция на поверхность земли

Изображение: 

Рис. 12.49-50 Диаграммы направленности горизонтального полуволнового вибратора в зависимости от высоты подъема

Изображение: 

Рис. 12.51 Диаграммы направленности вертикального полуволнового вибратора в зависимости от высоты подъема

Изображение: 

Рис. 12.52 Четвертьволновый штырь над проводящей поверхностью

Изображение: 

Рис. 12.54 Диаграммы направленности вертикально стоящих излучателей, расположенных над землей с хорошей проводимостью

Изображение: 

Рис. 12.55. Зависимость сопротивления излучения полуволнового вибратора от L/d

Изображение: 

Рис. 12.55. Петлевой вибратор

Изображение: 

Рис. 12.57. Сопротивление излучения петлевого вибратора, отнесенное к сопротивлению излучения простого полуволнового

Изображение: 

Рис. 12.59. Сопротивление излучения двойного петлевого вибратора

Изображение: 

Рис. 12.61. Зависимость коэффициента укорочения четверьтволнового вибратора

Изображение: 

Рис. 12.61. Зависимость коэффициента укорочения четверьтволнового вибратора от L/d

Изображение: 

Рис. 12.62 Поглощающий рефлектор в волновом канале

Изображение: 

Рис. 12.63. Ретранслятор из двух антенн

Изображение: 

Скин-эффект - "выжимание" тока высокой частоты на поверхность проводника - ведет к увеличению его сопротивления этим токам.

Изображение: 

Таблица 12.5 О коэффициенте укорочения коаксиального кабеля.

Изображение: 

Выбери антенну сам

Выбери антенну сам.

1. Сети телевизионного вещания.

1. Сети телевизионного вещания

1.1. Частотные каналы телевизионного и ОВЧ ЧМ вещания.

1.1. Частотные каналы телевизионного и ОВЧ ЧМ вещания.

Описания различных типов антенн и других антенно-фидерных устройств, а также связанное с этим рассмотрение теоретических вопросов ведется с использованием классификации колебаний по длинам волн (табл. 1.1) в соответствии с регламентом Радиосвязи, принятым Международым Консультативным Комитетом по радио (МККР).

Таблица 1.1. Радиоспектр частотных диапазонов

ном

Диапазон частот (исключая нижний предел, включая верхний предел)

Условное буквенное обозначение

полос

Метрическое название в соответствии с Регламентом радиосвязи

Название радиоволн, используемое в литературе

4

3 - 30 кГц

ОНЧ (VLF)

Мириаметровые

Сверхдлинные (СДВ)

5

30 - 300 кГц

HЧ(LF)

Километровые

Длинные (ДВ)

6

0,3 - 3 МГц

CЧ(MF)

Гектометровые

Средние (СВ)

7

3 - 30 МГц

ВЧ(HF)

Декаметровые

Короткие (KB)

8

30 - 300 МГц

ОВЧ (VHF)

Метровые

Ультракороткие (УКВ)

9

0,3 - 3 ГГц

УВЧ(UHF)

Дециметровые

Ультракороткие (УКВ)

10

3-З0ГГц

СВЧ (SHF)

Сантиметровые

Ультракороткие (УКВ)

11

30 - 300 ГГц

КВЧ(EHF)

Миллиметровые

Ультракороткие (УКВ)

12

300 -3000 ГГц

ГВЧ

Децимиллиметровые

Ультракороткие (УКВ)


Для ОВЧ ЧМ радиовещания и телевидения используются восьмая полоса метровых и девятая полоса дециметровых волн. Весь отведенный для ТВ вещания и ОВЧ ЧМ радиовещания диапазон частот разбит на диапазоны, обозначаемые римскими цифрами I - V (табл. 1. 2). Для наземного ТВ вещания предусмотрено освоение десятой и одиннадцатой полосы - VI диапазон (12 ГГц, 40, 5... 42, 5 ГГц и 84... 86 ГГц). Ширина полосы одного ТВ канала

(по стандарту МОРТ) 8 МГц, разнос между несущими частотами сигналов изображения и звукового сопровождения составляет 6. 5 МГц.

Таблица 1. 2. Диапазоны радиоволн и полосы частот

Частотный диапазон вещания

Номер ТВ канала

lср

канала, м

fср

канала, МГц

Полоса частот

Частота несущей.

канала, МГц

изображения,

МГц

звука, МГц

MEТРОВЫЕ

ВОЛНЫ

ОВЧ

(VHF)

I

1

5,72

52,5

48,5-56,5

49,75

56,25

I

 

2

4,84

62

58-66

59,25

65,75

ОВЧ ЧМ РАДИОВЕЩАНИЕ

66-73

Стандарт МОРТ (Восточная Европа)

87, 5-108

Стандарт МККР (Западная Европа)

MEТРОВЫЕ

ВОЛНЫ ОВЧ (VHF)

II

3

3,75

80

76-84

77,25

83,75

II

4

3,41

88

84-92

85.25

91,75

II

5

3,13

96

92-100

93,25

99,75

1-КАБЕЛЬНАЯ

ПОЛОСА

(СК-1 ...8

или S-1 ... 8)

S-1

114

110-118

111.25

117.75

S-2

122

118-126

119.25

125.75

S-3

130

126-134

127.25

133.75

S-4

138

134-142

135.25

141.75

S-5

146

142-150

143.25

149.75

S-6

154

150-158

151.25

157.75

S-7

162

158-166

159.25

165.75

S-8

170

166-174

167.25

173.75

MEТРОВЫЕ

ВОЛНЫ

ОВЧ

(VHF)

III

6

1.69

178

174-182

175.25

181.75

III

7

1.61

186

182-190

183.25

189.75

III

8

1.55

194

190-198

191.25

197.75

III

9

1.49

202

198-206

199.25

205.75

III

10

1.43

210

206-214

207.25

213.75

III

11

1.38

218

214-222

215.25

221.75

III

12

1.33

226

222 - 230

223.25

229.75

2-КАБЕЛЬНАЯ

(СК-11 . 18

или S-11 ...19)

S11

230 - 238

231.25

237.75

S12

238 - 246

239.25

245.75

S13

246 - 254

247.25

253.75

S14

254 - 262

255.25

261.75

S15

262 - 270

263.25

269.75



Продолжение табл. 1.2.

Частотный диапазон вещания

Номер ТВ канала

lср канала. м

fср

канала, МГц

Полоса частот канала, МГц

Частота несущей.

изображения, МГц

звука. МГц

2-КАБЕЛЬНАЯ

ПОЛОСА

 

(СК-11 .. 18

или S-11 ... 19)

S16

270-278

271.25

277.75

S17

278- 286

279.25

285.75

S18

286-294

287.25

293.75

S19

294- 302

295.25

301.75

3 -КАБЕЛЬНАЯ

Полоса

диапазон

Super

bond

S20

302-310

303.25

309.75

S21

310-318

311.25

317.75

S22

318-326

319.25

325.75

S23

326 -334

327.25

333.75

S24

334 - 342

335.25

341.75

S25

342-350

343.25

349.75

S26

350 -358

351.25

357.75

S27

358-366

359.25

365.75

S28

366 -374

367.25

373.75

S29

374 - 382

375.25

381.75

S30

382 - 390

383.25

389.75

S31

390-398

391.25

397.75

S32

398-406

399.25

405.75

S33

406-414

407.25

413.75

S34

414-422

415.25

421.75

S35

422-430

423.25

429.75

S36

430-438

431.25

437.75

S37

438 -446

439.25

445.75

S38

446-454

447.25

453.75

S39

454-462

455.25

461.75

S40

462-470

463.25

469.75

Дециметровые

волны

ОВЧ

(U Н F)

IV

21

0,632

474

470-478

471.25

477.75

IV

22

0,622

482

478-486

479.25

485.75

IV

23

0,612

490

486-494

487.25

493.75

IV

24

0,602

498

494 - 502

495.25

501.75

IV

25

0.592

506

502 - 510

503.25

509.75

IV

26

0,583

514

510-518

511.25

517.75

IV

27

0,574

522

518-526

519.25

525.75

IV

28

0,566

530

526 - 534

527.25

533.75

IV

29

0,557

538

534 - 542

535.25

541.75

IV

30

0,549

546

542-550

543.25

549.75

IV

31

0,541

554

550 -558

551.25

557.75

IV

32

0,533

562

558- 566

559.25

565.75

IV

33

0,526

570

566 -574

567.25

573.75

IV

34

0,519

578

574 -582

575.25

581.75



Продолжение табл. 1.2.

Частотный диапазон вещания

Номер ТВ канала

lср

кана-ла.м

fср

канала. МГц

Полоса

Частота несущей.

канала, МГц

изображения, МГц

звука, МГц

ДЕЦИМЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ

ОВ Ч (U H F)

V

35

0,512

586

582- 590

583.25

589.75

V

36

0,505

594

590 -598

591.25

597.75

V

37

0,498

602

598 - 606

599.25

605.75

V

38

0,491

610

606-614

607.25

613.75

V

39

0,485

618

614-622

615.25

621.75

V

40

0,479

626

622-630

623.25

629.75

V

41

0,473

634

630-638

631.25

637.75

V

42

0,467

642

638-646

639.25

645.75

V

43

0,461

650

646- 654

647.25

653.75

V

44

0,456

658

654 - 662

655.25

661.75

V

45

0,450

667

662-670

663.25

669.75

V

46

0,445

674

670-678

671.25

677.75

V

47

0,440

682

678-686

679.25

685.75

V

48

0,435

690

686-694

687.25

693.75

V

49

0.430

698

694 - 702

695.25

701.75

V

50

0,425

706

702-710

703.25

709.75

V

51

0,420

714

710-718

711.25

717.75

V

52

0,415

722

718 - 726

719.25

725.75

V

53

0,411

730

726-734

727.25

733.75

V

54

0,406

738

734- 742

735.25

741.75

V

55

0,402

746

742-750

743.25

749.75

V

56

0,398

754

750-758

751.25

757.75

V

57

0,393

762

758-766

759.25

765.75

V

58

0,389

770

766-774

767.25

773.75

V

59

0,385

778

774-782

775.25

781.75

V

60

0,381

786

782- 790

783.25

789.75

V

61

0,378

794

790-798

791.25

797.75

V

62

0,374

802

798-806

799.25

806.75

V

63

0,370

810

806-814

807.25

813.75

V

64

0,367

818

814-822

815.25

821.75

V

65

0,363

826

822-830

823.25

829.75

V

66

0,359

834

830- 838

831.25

837.75

V

67

0,356

842

838-846

839.25

845.75

V

68

0,353

850

846-854

847.25

853.75

V

69

0,349

858

854-862

855.25

861.75

V

70

0,346

866

862 - 870

863.25

869.75

V

71

0,343

874

870-878

871.25

877.75

V

72

0.340

882

878- 886

879.25

885.75

V

73

0,337

890

886 - 894

887.25

893.75

V

74

0,334

898

894 - 902

895.25

901.75

V

75

0,331

906

902-910

903.25

909.75



Продолжение табл. 1.2.

Частотный диапазон вещания

Номер ТВ канала

lср канала, м

fср канала, МГц

Полоса частот канала, МГц

Частота несущей.

изображения, МГц

звука, МГц

Дециметровые

волны

ОВ Ч (UHF)

V

76

0,328

914

910-918

911.25

917.75

V

77

0,325

922

918-926

919.25

925.75

V

78

0,322

930

926 - 934

927.25

933.75

V

79

0,379

938

934-942

935.25

941.75

V

80

0,317

946

942 - 950

943.25

949.75

1.1. Частотные каналы телевизионного и ОВЧ ЧМ вещания.

Описания различных типов антенн и других антенно-фидерных устройств, а также связанное с этим рассмотрение теоретических вопросов ведется с использованием классификации колебаний по длинам волн (табл. 1.1) в соответствии с регламентом Радиосвязи, принятым Международым Консультативным Комитетом по радио (МККР).

Таблица 1.1. Радиоспектр частотных диапазонов

ном

Диапазон частот (исключая нижний предел, включая верхний предел)

Условное буквенное обозначение

полос

Метрическое название в соответствии с Регламентом радиосвязи

Название радиоволн, используемое в литературе

4

3 - 30 кГц

ОНЧ (VLF)

Мириаметровые

Сверхдлинные (СДВ)

5

30 - 300 кГц

HЧ(LF)

Километровые

Длинные (ДВ)

6

0,3 - 3 МГц

CЧ(MF)

Гектометровые

Средние (СВ)

7

3 - 30 МГц

ВЧ(HF)

Декаметровые

Короткие (KB)

8

30 - 300 МГц

ОВЧ (VHF)

Метровые

Ультракороткие (УКВ)

9

0,3 - 3 ГГц

УВЧ(UHF)

Дециметровые

Ультракороткие (УКВ)

10

3-З0ГГц

СВЧ (SHF)

Сантиметровые

Ультракороткие (УКВ)

11

30 - 300 ГГц

КВЧ(EHF)

Миллиметровые

Ультракороткие (УКВ)

12

300 -3000 ГГц

ГВЧ

Децимиллиметровые

Ультракороткие (УКВ)


Для ОВЧ ЧМ радиовещания и телевидения используются восьмая полоса метровых и девятая полоса дециметровых волн. Весь отведенный для ТВ вещания и ОВЧ ЧМ радиовещания диапазон частот разбит на диапазоны, обозначаемые римскими цифрами I - V (табл. 1. 2). Для наземного ТВ вещания предусмотрено освоение десятой и одиннадцатой полосы - VI диапазон (12 ГГц, 40, 5... 42, 5 ГГц и 84... 86 ГГц). Ширина полосы одного ТВ канала

(по стандарту МОРТ) 8 МГц, разнос между несущими частотами сигналов изображения и звукового сопровождения составляет 6. 5 МГц.

Таблица 1. 2. Диапазоны радиоволн и полосы частот

Частотный диапазон вещания

Номер ТВ канала

lср

канала, м

fср

канала, МГц

Полоса частот

Частота несущей.

канала, МГц

изображения,

МГц

звука, МГц

MEТРОВЫЕ

ВОЛНЫ

ОВЧ

(VHF)

I

1

5,72

52,5

48,5-56,5

49,75

56,25

I

 

2

4,84

62

58-66

59,25

65,75

ОВЧ ЧМ РАДИОВЕЩАНИЕ

66-73

Стандарт МОРТ (Восточная Европа)

87, 5-108

Стандарт МККР (Западная Европа)

MEТРОВЫЕ

ВОЛНЫ ОВЧ (VHF)

II

3

3,75

80

76-84

77,25

83,75

II

4

3,41

88

84-92

85.25

91,75

II

5

3,13

96

92-100

93,25

99,75

1-КАБЕЛЬНАЯ

ПОЛОСА

(СК-1 ...8

или S-1 ... 8)

S-1

114

110-118

111.25

117.75

S-2

122

118-126

119.25

125.75

S-3

130

126-134

127.25

133.75

S-4

138

134-142

135.25

141.75

S-5

146

142-150

143.25

149.75

S-6

154

150-158

151.25

157.75

S-7

162

158-166

159.25

165.75

S-8

170

166-174

167.25

173.75

MEТРОВЫЕ

ВОЛНЫ

ОВЧ

(VHF)

III

6

1.69

178

174-182

175.25

181.75

III

7

1.61

186

182-190

183.25

189.75

III

8

1.55

194

190-198

191.25

197.75

III

9

1.49

202

198-206

199.25

205.75

III

10

1.43

210

206-214

207.25

213.75

III

11

1.38

218

214-222

215.25

221.75

III

12

1.33

226

222 - 230

223.25

229.75

2-КАБЕЛЬНАЯ

(СК-11 . 18

или S-11 ...19)

S11

230 - 238

231.25

237.75

S12

238 - 246

239.25

245.75

S13

246 - 254

247.25

253.75

S14

254 - 262

255.25

261.75

S15

262 - 270

263.25

269.75



Продолжение табл. 1.2.

Частотный диапазон вещания

Номер ТВ канала

lср канала. м

fср

канала, МГц

Полоса частот канала, МГц

Частота несущей.

изображения, МГц

звука. МГц

2-КАБЕЛЬНАЯ

ПОЛОСА

 

(СК-11 .. 18

или S-11 ... 19)

S16

270-278

271.25

277.75

S17

278- 286

279.25

285.75

S18

286-294

287.25

293.75

S19

294- 302

295.25

301.75

3 -КАБЕЛЬНАЯ

Полоса

диапазон

Super

bond

S20

302-310

303.25

309.75

S21

310-318

311.25

317.75

S22

318-326

319.25

325.75

S23

326 -334

327.25

333.75

S24

334 - 342

335.25

341.75

S25

342-350

343.25

349.75

S26

350 -358

351.25

357.75

S27

358-366

359.25

365.75

S28

366 -374

367.25

373.75

S29

374 - 382

375.25

381.75

S30

382 - 390

383.25

389.75

S31

390-398

391.25

397.75

S32

398-406

399.25

405.75

S33

406-414

407.25

413.75

S34

414-422

415.25

421.75

S35

422-430

423.25

429.75

S36

430-438

431.25

437.75

S37

438 -446

439.25

445.75

S38

446-454

447.25

453.75

S39

454-462

455.25

461.75

S40

462-470

463.25

469.75

Дециметровые

волны

ОВЧ

(U Н F)

IV

21

0,632

474

470-478

471.25

477.75

IV

22

0,622

482

478-486

479.25

485.75

IV

23

0,612

490

486-494

487.25

493.75

IV

24

0,602

498

494 - 502

495.25

501.75

IV

25

0.592

506

502 - 510

503.25

509.75

IV

26

0,583

514

510-518

511.25

517.75

IV

27

0,574

522

518-526

519.25

525.75

IV

28

0,566

530

526 - 534

527.25

533.75

IV

29

0,557

538

534 - 542

535.25

541.75

IV

30

0,549

546

542-550

543.25

549.75

IV

31

0,541

554

550 -558

551.25

557.75

IV

32

0,533

562

558- 566

559.25

565.75

IV

33

0,526

570

566 -574

567.25

573.75

IV

34

0,519

578

574 -582

575.25

581.75



Продолжение табл. 1.2.

Частотный диапазон вещания

Номер ТВ канала

lср

кана-ла.м

fср

канала. МГц

Полоса

Частота несущей.

канала, МГц

изображения, МГц

звука, МГц

ДЕЦИМЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ

ОВ Ч (U H F)

V

35

0,512

586

582- 590

583.25

589.75

V

36

0,505

594

590 -598

591.25

597.75

V

37

0,498

602

598 - 606

599.25

605.75

V

38

0,491

610

606-614

607.25

613.75

V

39

0,485

618

614-622

615.25

621.75

V

40

0,479

626

622-630

623.25

629.75

V

41

0,473

634

630-638

631.25

637.75

V

42

0,467

642

638-646

639.25

645.75

V

43

0,461

650

646- 654

647.25

653.75

V

44

0,456

658

654 - 662

655.25

661.75

V

45

0,450

667

662-670

663.25

669.75

V

46

0,445

674

670-678

671.25

677.75

V

47

0,440

682

678-686

679.25

685.75

V

48

0,435

690

686-694

687.25

693.75

V

49

0.430

698

694 - 702

695.25

701.75

V

50

0,425

706

702-710

703.25

709.75

V

51

0,420

714

710-718

711.25

717.75

V

52

0,415

722

718 - 726

719.25

725.75

V

53

0,411

730

726-734

727.25

733.75

V

54

0,406

738

734- 742

735.25

741.75

V

55

0,402

746

742-750

743.25

749.75

V

56

0,398

754

750-758

751.25

757.75

V

57

0,393

762

758-766

759.25

765.75

V

58

0,389

770

766-774

767.25

773.75

V

59

0,385

778

774-782

775.25

781.75

V

60

0,381

786

782- 790

783.25

789.75

V

61

0,378

794

790-798

791.25

797.75

V

62

0,374

802

798-806

799.25

806.75

V

63

0,370

810

806-814

807.25

813.75

V

64

0,367

818

814-822

815.25

821.75

V

65

0,363

826

822-830

823.25

829.75

V

66

0,359

834

830- 838

831.25

837.75

V

67

0,356

842

838-846

839.25

845.75

V

68

0,353

850

846-854

847.25

853.75

V

69

0,349

858

854-862

855.25

861.75

V

70

0,346

866

862 - 870

863.25

869.75

V

71

0,343

874

870-878

871.25

877.75

V

72

0.340

882

878- 886

879.25

885.75

V

73

0,337

890

886 - 894

887.25

893.75

V

74

0,334

898

894 - 902

895.25

901.75

V

75

0,331

906

902-910

903.25

909.75



Продолжение табл. 1.2.

Частотный диапазон вещания

Номер ТВ канала

lср канала, м

fср канала, МГц

Полоса частот канала, МГц

Частота несущей.

изображения, МГц

звука, МГц

Дециметровые

волны

ОВ Ч (UHF)

V

76

0,328

914

910-918

911.25

917.75

V

77

0,325

922

918-926

919.25

925.75

V

78

0,322

930

926 - 934

927.25

933.75

V

79

0,379

938

934-942

935.25

941.75

V

80

0,317

946

942 - 950

943.25

949.75

1.2. Передача телевизионных сигналов

1. 2. Передача телевизионных сигналов

Передача телевизионных сигналов ведется на строго закрепленных частотах, выделенных на основании сетки частотных каналов для данного места установки передающей станции. Сетка частот для данного места установки телевизионных передающих центров строится с таким расчетом, чтобы охватить максимальную территорию вещания и исключить взаимные помехи приема от телецентров, работающих на смежных каналах. Поэтому расстояния между передающими телевизионными станциями, работающими на одинаковых ТВ каналах, для исключения взаимных помех, составляют примерно 300-400 км.

Кроме этого, каждая страна планирует передающие сети исходя из своих экономических возможностей, в результате чего появляются отдельные частотные несовместимости.

При планировании телевизионной сети используют данные [1. 1], определяющие зону обслуживания телевизионным вещанием (при соответствующих значениях усиления приемных телевизионных антенн). Для удовлетворительного качества принимаемого изображения необходимо использовать антенны, усиление которых указано в табл. 1. 3. Здесь Е - минимальные значения напряженности поля излучения радиосигнала изображения на высоте 10 м от поверхности Земли, - приняты в децибелах относительно 1 мкВ/м.

В телевизионном вещании используется два вида поляризации волн -горизонтальная и вертикальная. Применение в телевизионном вещании вертикальной поляризации волн позволяет снизить защитные отношения для станций и ретрансляторов, работающих на совмещенных и соседних каналах, что позволяет дополнительно использовать ТВ каналы либо уменьшить взаимные помехи от близко расположенных телецентров. Использование различной поляризации позволяет уменьшать допустимые расстояния между ними на I, II диапазоне вещания на 20%, а на III диапазоне — до 25%... 30%.

Таблица 1. 3. Минимальные значения напряженности поля излучения радиосигнала

Частотный диапазон

частота передачи, МГц

Е, мкВ/м

Е, ДБ

усиление антенны,

ДБ

¦

48, 5-66

316

50

4

II

76-100

501

54

4, 5

III

174-230

708

57

8

IV

470-582

3162

70

10

V

582-790 (958)

5000

74

15- 18



1. 2. 1. Передающие станции и ретрансляторы

Телевизионные станции делятся на программные и передающие. Программные ТВ станции - это телевизионные центры, оборудование которых обеспечивает прием сигналов телевизионного вещания с последующей их передачей по телевизионной передающей сети. Передающие телевизионные станции обеспечивают передачу программ, созданных в телевизионных центрах.

По мощности сигнала изображения на выходе телевизионного передатчика станции условно подразделяют на мощные (или большой мощности) — более 1 кВт и малой мощности — менее 1 кВт. Дальность передачи программ телевизионными центрами незначительно превышает расстояние прямой видимости между передающей и приемной антеннами, поэтому передающие станции размещают на расстоянии 70.. Л 20 км.

Для охвата телевизионным вещанием возможно большей территории телевизионные передающие антенны устанавливают на высоких опорах с использованием естественных высот местности. Антенная опора - это высотное сооружение, которые по конструкции разделяют на башни (Н=150... 550 м) и мачты (H=200... 350 м).

В качестве передающих используются панельные, турникетные и антенны с радиальным и уголковыми вибраторами.

Основные требования, которым должны удовлетворять передающие антенны, это безыскаженное излучение радиосигналов и создание максимально равномерной напряженности. электромагнитного поля в зоне обслуживания.

К наиболее важным параметрам передающих телевизионных антенн относятся:

- коэффициент усиления или коэффициент направленного действия;

- форма диаграммы излучения (направленности) в горизонтальной и вертикальной плоскостях;

- поляризация излучаемых волн и др.

Для создания максимальной напряженности поля в зоне обспуживания увеличивают мощность излучения, но при малых высотах подъема антенны напряженность поля в ближней зоне может превысить допустимые санитарные нормы.

Коэффициент усиления передающих антенн (относительно изотропного излучателя) в 1-11 диапазонах составляет 6... 10, в III диапазоне - до 25, а для ДМВ диапазона IV-V - до 50.

У антенн с большим коэффициентом усиления в диаграмме излучения в вертикальной плоскости увеличивается число боковых лепестков, из-за чего на близких расстояниях от передающей станции появляются зоны с недостаточной напряженностью поля для нормального приема телепередач.

Важное значение имеет постоянство входного сопротивления антенны в пределах полосы передачи, определяемое КОЭФФИЦИЕНТОМ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ (КБВ) в питающем фидере. Передающие антенны должны обеспечивать КБВ около 0, 9 в полосе передачи.

Для расширения зоны обслуживания и увеличения уровня телевизионного сигнала в районах, где имеется неуверенный прием от основных телевизионных станций, применяют телевизионный ретранслятор. Являясь разновидностью телевизионных станций, телевизионный ретранслятор предназначен для приема и передачи программ удаленных телецентров с возможностью перемены направления излучения. Ретрансляторы подразделяются на активные и пассивные.

Пассивные ретрансляторы позволяют менять направление распространения телевизионного сигнала. Однако они значительно ослабляют напряженность поля, поэтому использовать их возможно лишь при достаточном уровне сигнала в месте установки (рис. 1. 1). Пассивные ретрансляторы могут выполняться в виде отражающих плоскостей (металлическое зеркало) или фазированных решеток. В первом случае - это плоские проволочные однолинейные сетки с достаточно высоким коэффициентом отражения, с ячейками размером 0.1l ( l - средняя длина волны переизлучаемых волн), а для изменения его положения предусматривают поворотное устройство. Такие ретрансляторы могут работать в широком диапазоне частот и переизлучать принятую энергию нескольких каналов одновременно. Во втором случае — это антенны, например, типа "волновой канал", образующие две решетки, соединенные между собой. Энергия сигнала, принятая одной решеткой, излучается другой идентичной решеткой в нужном направлении. Рабочий диапазон частот определяется примененными в нем антеннами. Для получения хорошего качества приема от пассивного ретранслятора, прямой сигнал в месте приема должен быть достаточно слабым и не создавать заметных повторов на изображении.

1-31.jpg

Рис. 1. 1. Применение пассивного ретранслятора

В эксплуатации находится большое количество активных ретрансляторов, различных по своему назначению и эксплуатационным параметрам, предназначенных для использования во всех телевизионных диапазонах и имеющих мощность на выходе от 0, 1 Вт до 1 кВт. Основными их разновидностями являются ретранслятор-усилитель, ретранслятор-преобразователь и ретранслятор-передатчик. Телесигнал поступает на ретранслятор так же, как и на мощные передающие станции — по радиорелейным линиям, высокочастотным кабелям, системам спутниковой связи или непосредственно по эфиру. Тип передающих антенн выбирается с учетом расположения обслуживаемой территории и места установки ретранслятора. Если ретранслятор установлен в центре населенного пункта, то применяется передающая антенна с круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, равномерно излучающая мощность во всех направлениях. Передающие антенны с направленным излучением обычно устанавливают на ретрансляторах, находящихся на окраинах или вне населенных пунктов. Дальность действия ретрансляторов ограничивается их выходной мощностью, Рвых (см. табл. 1. 4).

Таблица 1. 4. Дальность действия ретрансляторов.

Pвых,

Вт

Дальность, км

ОВЧ

УВЧ

1

5... 6

2...3

10

10... 12

4...5

100

20... 30

8...10



Рис. 1.1. Применение пассивного ретранслятора

Изображение: 

2. Особенности приема телевизионных передач.

2. Особенности приема телевизионных передач

Приемная телевизионная сеть состоит из совокупности индивидуальных устройств приема телевизионных программ или систем коллективного приема. В состав первых входит комнатная или наружная приемная телевизионная антенна, антенный фидер и телевизионный приемник Системы коллективного приема телевидения (СКТП) состоят из одной или нескольких наружных антенн направленного действия, установленных на крышах зданий или мачтах, распределительной телевизионной сети (магистральных фидеров, усилителей и распределительных устройств) и нескольких десятков или сотен индивидуальных телевизионных приемников.

Освоение дециметрового диапазона волн для телевизионного вещания повлекло за собой переоборудование СКТП (установка приемных антенн и конверторов дециметрового диапазона), а при индивидуальном приеме — установку антенн и блоков СКД в телевизионные приемники.

Первоначально СКТП удовлетворяли организации приема (одного-двух телевизионных каналов) в дециметровом диапазоне волн. Но, с появлением все новых телевизионных программ, вещающих в дециметровом диапазоне (при отсутствии кабельного телевидения), привели к необходимости приобретения телезрителями индивидуальных антенн для приема программ в этом диапазоне.

Появились всевозможные конструкции антенн как заводского, так и "кустарного производства для приема в диапазоне ДМВ. Желание принимать новые программы приводило к необдуманному приобретению телевизионных антенн привлекательной конструкции, но с сомнительными либо недостаточно подходящими параметрами (без учета особенностей приема в месте установки ТВ приемников).

Прием телевизионных программ в городах с многоэтажной застройкой имеет особенности: между близко расположенными зданиями образуются зоны с высокой интенсивностью запаздывающих сигналов, а за высотными домами — зоны радиотени.

Свои особенности имеет и прием на значительных удалениях от телевизионного центра.

Прежде чем выбрать ту или иную антенну, необходимо решить для себя вопрос о целесообразности ее применения, так как условия приема, место расположения антенны, наличие прямой видимости до телецентра, конструкция здания, крыши и пр. — не всегда будут удовлетворять качественному приему ТВ-программ.

Перед приобретением телевизионной антенны желательно проконсультироваться у специалиста, а также обратить внимание на то, с какой антенной и как показывает телевизор соседа. По возможности следует проверить работу вашего телевизора с аналогичной антенной, а затем принять решение

 

2.1. Распространение, зоны приема метровых (ОВЧ) и дециметровых (УВЧ) волн

2.1. Распространение, зоны приема метровых (ОВЧ) и дециметровых (УВЧ) волн

Общей особенностью для метровых и дециметровых волн является то, что они распространяются, в основном, в пределах прямой видимости. Напряженность поля волн убывает с увеличением расстояния от передающей антенны. У границы зоны прямой видимости возникают колебания уровня напряженности поля из-за огибания поверхности земли (явление дифракции) и искривление траектории волн за счет преломления в атмосфере (явление рефракции). Ввиду отражения от поверхности земли и преломления, обусловленного неоднородным строением атмосферы, в точку приема приходят две или более волн со случайными фазами и амплитудами. На распространение метровых и дециметровых волн также влияют метеорологические условия (температура, влажность, давление и т. д.), рельеф местности и многое другое.

Поскольку относительная диэлектрическая проницаемость воздуха в атмосфере убывает с высотой, траектория радиоволны получается искривленной, причем степень искривления зависит от характера изменения электрических свойств атмосферы. Поэтому дальность передачи телевизионного вещания несколько больше, чем рассчитанная теоретически. С учетом рефракции дальность радиовидимости увеличивается примерно на 15% по сравнению с оптической (прямой видимостью) и определяется формулой:

r=4. 12(H^0.5+h^0.5), (2.1)

где r- расстояние радиовидимости, км;

Н- высота установки передающей антенны, м;

h - высота установки приемной антенны, м.

НАПРИМЕР, если Н = 150 м, а h = 10 м, то дальность радиовидимости составит г = 4.12 (150^0.5 + 10^0.5) = 63,5 км. Если же приемная антенна находится на крыше девятиэтажного дома (h=30 м), то дальность г = 4.12(150^0.5+30^0.5) = 73 км. Следовательно, при увеличении высоты подвеса антенн дальность радиовидимости увеличивается.

Область распространения метровых и дециметровых волн удобно разделить на три зоны: освещенную (зона, ограниченная пределами прямой видимости), полутени и тени.

Под освещенной зоной следует понимать зону гарантированного приема телевизионных передач (до 0,8r). Это пространство, в пределах которого обеспечивается напряженность электромагнитного поля, достаточная для регулярного и качественного приема телевизионных сигналов с помощью любого телевизора. В ближней зоне (несколько километров от передающей антенны), напряженность поля характеризуется большой неравномерностью в виде периодических максимумов и минимумов, обусловленных интерференцией в точке приема между прямой и отраженной от поверхности Земли радиоволной. При установке антенны необходимо учитывать, что напряженность поля изменяется так, как показано на графике рис. 2. 2 [2. 1].

2-11.jpg

Рис. 2. 2. Расположение максимумов напряженности поля

Высоту первого ближайшего к земле максимума можно определить по приведенной ниже формуле (справедлива для расстояния до 25 км):

hm1 = l*R/4H, (2.2)

где hm1 - высота первого максимума напряженности поля, м;

2-12.jpg

l - длина волны, м;

R- расстояние между передающей и приемной антеннами, м;

Н - высота передающей антенны над окружающей местностью, м.

А второй максимум (hm2) будет находиться на высоте в 3 раза, а третий — в 5 раз большей, чем первый максимум. Для ближней зоны также характерен спад уровня сигнала, поскольку прием может осуществляться от боковых лепестков диаграммы направленности.

С увеличением расстояния от передающего центра напряженность поля падает, при этом действующее значение напряженности электромагнитного поля Ед определяется уравнением

Ед = 173 • (P* G*n):0.5/ R, (2.3)

где Ед - напряженность поля в свободном пространстве, мВ/м;

R - расстояние между передающей и приемной антеннами, км;

Р- мощность передатчика, кВт;

n - к.п.д. фидера антенны в относительных единицах;

G - коэффициент усиления по мощности передающей антенны

(относительно изотропной антенны). Если G выражено относительно полуволнового диполя, то под корень вводится множитель 1.64 при этом формула имеет вид

Ед = 222 • (P* G*n)^0.5I R. (2.4)

Для получения амплитудного значения напряженности поля, полученные значения при расчетах увеличивают в 2^0.5, т.е. в 1.4 раза.

Для удобства расчетов в ряде случаев напряженность поля выражают в децибелах по отношению к напряженности поля, равной 1 мкВ/м, и обозначают дБ/мкВ/м. В этом случае:

Е = 106,9 -20lg(R) +10lg(P) +10lg(G) +10lg(ri), (2.5)

где Е- напряженность поля, дБ;

R- расстояние между передающей и приемной антеннами, км;

Р- мощность передатчика, кВт;

G - коэффициент усиления по мощности передающей антенны;

n- КПД фидера антенны в относительных единицах

Так как высота антенн (передающих и приемных) в большинстве случаев намного меньше расстояния между ними, то при удалениях менее 0,8 расстояния радиовидимости напряженность поля с достаточной для практических целей точностью можно рассчитать по формуле Б.А. Введенского[2.2]:

Е=2,18*т*Н*h*( P*G*n)^0.5/l*R^2 (2.6)

где Е- напряженность поля, мВ/м;

R - расстояние между передающей и приемной антеннами, км;

Р - излучаемая мощность передающего центра, кВт;

G - коэффициент усиления передающей антенны;

n - КПД передающей антенны;

Н - высота подвеса передающей антенны, м;

h - высота подвеса приемной антенны, м;

l - длина волны в метрах;

т - поправочный коэффициент, учитывающий кривизну земной поверхности.

Формула 2.6 применяется при соблюдении неравенств:

R<=0.8r, (2.7) Н*h*m/R*l<=0,1. (2.8)

Для расстояний не более 25 км земную поверхность можно' считать плоской, т.е. можно считать т=1 рис.2.3, для чего надо рассчитать зону радиовидимости по формуле 2.1, отношение R/r и (h/H)^0.5.

Если эффективная излучаемая мощность передающей станции в глав ном направлении антенны

Pэ = Р • G • n, (2.9)

где Pэ - эффективная излучаемая мощность, кВт;

Р - мощность передатчика на входе фидера, кВт;

G - коэффициент усиления по мощности передающей антенны относительно изотропной антенны;

n- КПД фидера антенны в относительных единицах;

то формула 2.6 примет вид:

Е=2,18-т-Н-h- (Рэ)^0.5*/l*R^2 (2.10)

2-13.jpg

Возможность приема в зоне полутени (от 0, 8r до 1, 2r) во многом зависит от используемой антенны. Дело в том, что напряженность поля в этой зоне полутени быстро убывает с увеличением расстояния от телевизионного передатчика. Прием телевизионного сигнала в течение дня нестабилен, наблюдаются как быстрые, так и медленные изменения напряженности поля.

Следует учитывать, что только на небольших расстояниях от передающей станции приемную антенну легко установить в точку максимума напряженности поля. С увеличением расстояния высота первого максимума резко уходит вверх, поэтому приемную антенну приходится устанавливать как можно выше.

На дальность приема сильное влияние оказывает рельеф местности. Наиболее сложны условия приема на сильнопересеченной местности и в горных районах: множественные отражения от вершин и склонов гор вызывают на экране телевизионного приемника многоконтурность изображения. Прием сигналов за горами, холмами, а также в низинах и оврагах практически невозможен. Поэтому в некоторых горных населенных пунктах принимать ТВ сигналы можно только при использовании телевизионных ретрансляторов. На прием ТВ сигналов влияют также погодные условия, приводящие к значительным замираниям уровня сигнала за счет неоднородностей воздушных масс (температура, влажность, давление) непрерывно изменяющихся во времени.

В горных районах и на пересеченной местности граница зоны приема определяется наличием прямой видимости (хотя в некоторых местах благодаря эффекту усиления сигналов клиновидными препятствиями появляется возможность приема телепередач на расстояниях, значительно превышающих расстояния прямой видимости). Для этого на топографической карте строится профиль трассы с учетом наличия естественных и искусственных препятствий (рис. 2. 4). Построение трассы [2. 1] выполняют в таком масштабе по горизонтали и вертикали, чтобы было удобно определять наличие просвета и высоту установки приемной антенны.

2-14.jpg

Возможность приема в зоне тени в большинстве случаев носит не регулярный характер. Тем не менее случаи удовлетворительного приема на расстояниях, в несколько раз превышающих расстояния прямой видимости, встречаются.

Дальний прием зависит от многих факторов — состояния атмосферы, времени года, влияния солнечной активности и других, причем напряженность поля в случаях дальнего приема невелика.

Дальний прием возможен только на антенны с большим усилением. Условия, способствующие дальнему распространению радиоволн, возникают летом в ночное время над сушей, а в дневное время над морем. Сверхдальний прием возможен при определенных состояниях ионосферы, когда волны не проходят сквозь ионосферу, а отражаются от нее. Прием за счет отражений от ионосферы нерегулярен, чаще всего наблюдается на первом - третьем телевизионных каналах. Вследствие дальнего распространения радиоволн возможен одновременный прием передач местного и дальнего телецентра, при этом возникают искажения, имеющие вид утолщенных строк, перемещающихся в вертикальном направлении.

Прохождение волн на сверхдальние расстояния отмечается зимой в дневное время, в годы максимума солнечной активности (происходящие с периодом 11 лет и совпадающие с появлением большого числа пятен на Солнце). Существует прямая зависимость между числом пятен (в астрономии используется число Вольфа) и интенсивностью излучения. Чем больше число Вольфа, тем больше интенсивность излучения, тем сильнее ионизация слоев, тем лучше условия распространения радиоволн на высоких частотах.

Вероятность приема сигналов дальних телецентров чаще всего наблюдается на морском побережье, вследствие сверхрефракции. Обычно это происходит в летние месяцы при условии, когда температура воздуха выше температуры воды. Разность температур вызывает падение влажности, что в свою очередь влияет на коэффициент преломления воздуха с увеличением высоты и приводит к образованию волноводных слоев значительной протяженности.

Однако получение устойчивого изображения при дальнем и сверхдальнем приеме ТВ передач в течение длительного времени, вследствие аномальных явлений — не представляется возможным.

2.2. Прием телевизионных сигналов в городе

2. 2. Прием телевизионных сигналов в городе

Качество приема телевизионных сигналов в городе зависит от многих причин: плотности и разноэтажности застройки района, диапазона передаваемых телевизионных каналов и вида поляризации, места расположения приемной антенны и др.

Значительно ослабляют уровни принимаемого сигнала высотные здания, находящиеся на трассе приема. Их мешающее действие простирается на значительные расстояния, образовывая зону тени. Подобно пассивному ретранслятору (рис. 2. 5) высотные здания переизлучают волны, распространяющиеся от передающей антенны. При этом нарушается прием на антенны, установленные на соседних домах.

2-21.jpg

Рис. 2. 5. Распространение телевизионных сигналов в городе (зона тени)

При наличии прямой видимости между антеннами телецентра и приемника в точку приема приходят наряду с прямой и волны, отраженные от зданий, крыш, земли и других предметов (рис. 2. 6). В случаях, когда передача ведется с вертикальной поляризацией волн, необходимо учитывать, что отражения наиболее интенсивны от объектов, протяженных по вертикали — это высотные здания, деревья, стены отдельных строений, трубы промышленных предприятий и пр. (рис. 2. 7)

2-22.jpg

Рис. 2. 6. Распространение телевизионных сигналов в городе при наличии прямой видимости.

Напряженность поля сильно меняется с изменением высоты установки приемной антенны (при близких расстояниях от передающей антенны), а также при перемещении антенны в пределах крыши одного и того же дома. При этом, чем выше частота передаваемого телевизионного канала, тем больше изменяется напряженность поля в месте приема.

При многоканальном телевизионном вещании сложение и вычитание прямого и отраженного сигналов приводит к тому, что в месте установ-

2-23.jpg

2-24.jpg

Рис. 2. 7. Влияние помех на прием:

а) индустриальные помехи, 6) естественные помехи.

ки антенны может произойти усиление напряженности поля одних телевизионных каналов и ослабления величины поля других.

Повторные изображения могут быть вызваны не только приемом отраженных сигналов, но и рассогласованием антенны и фидера. В этом случае происходит отражение принятого сигнала от входа телевизора к антенне, в результате чего появляются дополнительные повторные изображения на экране.

В близко расположенных от телецентра многоэтажных домах, при работе телевизора на коллективную антенну, также заметны повторные изображения. При большой напряженности поля вблизи передающей антенны, вследствие слабой экранировки входной цепи телевизора, происходит проникновение внешнего наведенного сигнала на антенный вход. Время прохождения наведенного сигнала меньше, чем время прохождения сигнала, принятого антенной, поэтому на экране телевизора повторное изображение воспроизводится левее.

С увеличением частоты телевизионного канала проникновение сигнала возрастает. Устранить или уменьшить повторное изображение можно путем подбора места установки антенны а также применением антенн с узкой диаграммой направленности и высокими показателями коэффициента защитного действия (КЗД).

В тех случаях, когда не удается избавиться от повторного изображения (антенна установлена в местах закрытых от прямого сигнала), антенну переносят на ближайшее высокое здание, с крыши которого обеспечивается прямая видимость на передающую антенну.

Рис. 2.5. Распространение телевизионных сигналов в городе (зона тени)

Изображение: 

Рис. 2.6. Распространение телевизионных сигналов в городе при наличии прямой видимости.

Изображение: 

Рис. 2.7. Влияние помех на прием: 6) естественные помехи

Изображение: 

Рис. 2.7. Влияние помех на прием: а) индустриальные помехи

Изображение: 

2.3. Качество приема

2. 3. Качество приема

2. 3. 1. Параметры телевизионных приемников, влияющие на качество приема

В эксплуатации находится большое количество телевизионных приемников — переносных и стационарных, отечественных и зарубежных, имеющих различные эксплуатационные и технические параметры.

Как известно, уверенный прием телевизионного сигнала осложняется наличием как промышленных (индустриальных) помех и шумов, принимаемых антенной, так и собственных шумов телевизора. Чем меньше напряжение шумов и помех, тем меньше требуется напряжение сигнала на входе телевизоре:

и тем дальше от телецентра обеспечивается уверенный прием телепередач

Одним из важнейших параметров, влияющих на качественный прием телевизионных передач, является чувствительность телевизионного приемника. Это наименьшая величина напряжения сигнала на его входе

необходимая для обеспечения удовлетворительного качества изображения, звука и синхронизации (устойчивости изображения). У каждой телевизионного приемника имеется свой уровень чувствительности, однако для обеспечения качественного изображения напряжение сигнала должно быть примерно в пять раз больше указанного в паспорте телевизора. Для цветных телевизионных приемников напряжение сигнала должно быть больше, чем для черно-белых, в 1, 2... 1, 3 раза.

Чувствительность, ограниченная шумами, характеризует способность телевизора принимать слабый сигнал с учетом его собственных шумов в тракте изображения и звука. Она определяется наименьшей амплитудой сигнала на входе телевизора, при котором обеспечивается нормальное значение напряжения на катоде кинескопа при допустимом отношении сигнал/шум (20 дБ, т. е в 10 раз по напряжению). Согласно ГОСТу [2. 3] она должна составлять в /-/// диапазоне (метровые телевизионные каналы) — не более 70 мкВ (-72 дБ/мВт), в IV-V диапазоне (дециметровые телевизионные каналы) — не более 100 мкВ (-69 дБ/мВт).

Чувствительность канала изображения, ограниченная синхронизацией, определяется наименьшей амплитудой сигнала на входе телевизора, при котором еще сохраняется устойчивая синхронизация изображения (без учета его качества). В метровом диапазоне согласно ГОСТу [2. 3] она составляет не более 40 мкВ (-75 дБ/мВт), а в ДМВ диапазоне не превышает 70 мкВ (-72 дБ/мВт).

В случаях, когда телевизионный приемник эксплуатируется вблизи телевизионного центра (или ретранслятора), следует учитывать и максимально допустимый уровень входного сигнала (наибольшее напряжение высокой частоты на входе телевизионного приемника, при котором изображение и звук заметно не ухудшаются), составляющий для большинства телевизоров 87 мВ (-10 дБ/мВт).

Качество приема в значительной степени зависит и от избирательности телевизионных приемников, находящихся в эксплуатации. Избирательность характеризует способность телевизора подавлять помехи по побочным каналам приема (зеркальному, прямому и т. д.), способным вызвать искажения при приеме полезного сигнала.

В диапазоне метровых волн каналы распределены так, что ТВ передатчики соседних телецентров не создают помехи на зеркальных каналах этого диапазона.

Зеркальным каналом является полоса частот, ограниченная значениями:

fз.min=2(fн.u+fпр)*fmax (2.11) fэ.max = 2 (fн.u + fnp) - fmin (2.12)

где fн.и - частота несущей изображения канала приема;

fnp - частота промежуточной изображения (38МГц);

fmin и fmax - граничные частоты исходного канала приема, зеркальный канал которого определяется.

Однако несущие частоты передатчиков дециметрового диапазона волн, работающих на предыдущих каналах, попадают в каналы (начиная с 29-го телевизионного канала), зеркальные по отношению к другим каналам данного диапазона [2. 4]. Это влияние каналов учитывается при планировании сетки частот на границах зон обслуживания ТВ

передатчиков.

В соответствии с требованиями ГОСТа [2. 3] избирательность по зеркальному каналу для / - ///диапазонов равна - 45 дБ, для IV - I/диапазонов - 30 дБ. Обеспечить высокую избирательность телевизионных приемников, в которых используются селекторы каналов с электронным управлением, весьма проблематично ввиду низкой добротности резонансных контуров, перестраиваемых варикапами.

Чем хуже параметры телевизионного приемника, тем выше требования предъявляются к выбору антенно-фидерного устройства и месту его установки для обеспечения качественного приема телепередач.

Оценить качество приема можно с помощью предложенного ниже метода.

2. 3. 2. Субъективная оценка качества принимаемого изображения.

Субъективный метод оценки качества изображения стандартизирован в документах МККР и широко используется у нас и за рубежом. Метод позволяет установить обобщенное мнение наблюдателей, привлекаемых для оценки отдельных параметров (показателей) качества изображения. В нем применяется пятибальная ('школьная') шкала оценок (табл. 2. 1), позволяющая привлекать к оценке любых наблюдателей почти без подготовки (специалистов и не специалистов). Чем больше наблюдателей участвуют в оценке качества изображения, тем выше достоверность получаемых

результатов.

Наблюдение проводится по испытательной таблице на расстоянии около шести высот экрана; регуляторы яркости и контрастности устанавливают в положения, позволяющие различать максимальное число градации яркости. При этом не должно быть прямой засветки экрана внешними источниками света.

По методике, изложенной ниже, можно с достаточной точностью можно оценить работу своего антенно-фидерного устройства и, исходя из усредненной (среднеарифметической) оценки, определить пути улучшения приема телевизионных программ. Более точные выводы можно сделать,

проведя замеры и расчеты напряженности поля в месте приема, уровня сигнала на выходе приемной антенны, затухания фидера снижения и др.

Таблица 2. 1. Оценка качества изображения

Оценка (балл)

Качество изображения

Ухудшение качества

5

отличное

незаметно

4

хорошее

заметно, но не мешает

3

удовлетворительное

немного мешает

2

неудовлетворительное

мешает

1

непригодное

сильно мешает


Для оценки качества работы антенно-фидерного устройства (предполагается, что телевизионный приемник эталонного качества)

перед наблюдателями ставится задача — определить наличие помех, шумов, повторов и искажений изображения (табл. 2. 2) при приеме тестовой таблицы или качественной передачи.

Каждый наблюдатель по-своему характеризует визуальный эффект помех на изображении. При этом обычно дают такие оценки, как рябь на изображении", "мелкие и крупные зерна", "хлопья" и т. д. Для единообразия оценки результатов предлагаются следующие определения:

наличие помех — на экране наблюдаются паразитные узоры (сетка) или периодические нарушения синхронизации (подергивание строк или кадров), вызванные работой различного рода электрических устройств и мешающих радиостанций;

наличие шумов — появление на экране беспорядочной засветки в виде мерцающих точек (''снега'');

повторы изображения — появление на экране повторного изображения справа (иногда слева} от основного;

искажения изображения — снижение четкости изображения, нарушение правильности передачи оттенков яркости, переконтрастность, смещение отдельных элементов изображения.

Таблица 2. 2. Оценка качества работы антенно-фидерного устройств.

оценка, баллы

Показатель качества изображения

Наличие п о м е х

5

Помехи совершенно не наблюдаются

4

Помехи заметны только при тщательном рассмотрении с близкого расстояния

3

Помехи заметны и временами отвлекают от просмотра передач

2

Помехи очень заметны и мешают просмотру изображения

1

Наличие помех исключает возможность просмотра изображения, изображение покрыто сеткой, синхронизация нарушается

Наличие шумов

5

Шумы не наблюдаются

4

Шумы наблюдаются при рассмотрении с близкого расстояния

3

Шумы незначительны и практически не мешают просмотру изображения

2

Шумы значительны и мешают просмотру изображения

1

Изображение покрыто сплошным «снегом», просмотр затруднен

Повторы изображения

5

Повторное изображение незаметно

4

Повторное изображение малозаметно и просматривается при тщательном рассмотрении с близкого расстояния

3

Повторное изображение заметно, но не ухудшает общей видимости

2

Повторное изображение сильно просматриваться и ухудшает качество изображения

1

Наличие сильных повторных изображений лишает возможности нормального восприятия изображения

Искажения изображения

5

Изображение полностью соответствует передаваемому сюжету

4

Искажения малозаметны и не влияют на качество изображения

3

Искажения заметны и незначительно влияют на качество изображения, ухудшая общую видимость

2

Искажения сильно заметны и затрудняют просмотр изображения

1

Искривление вертикальных линий (изломы изображения), срыв синхронизации, просмотр изображения невозможен


В качестве примера дается оценка качества работы антенно-фидерного устройства при приеме девяти программ, для удобства результаты оценок сведены в табл. 2. 3.

Таблица 2. 3. Результаты оценок качества приема

Показатель качества изображения

Диапазон вещания

II

III

IV

Телевизионные каналы

4

6

8

10

12

22

28

30

33

Наличие помех

4

5

4

3

4

3

4

3

4

Наличие шумов

2

5

4

3

4

3

3

3

4

Повторы изображен.

2

4

4

3

4

3

4

4

4

Искажения изображен.

4

4

4

4

4

3

4

3

4

Среднеарифметическая оценка

- канала

3

4, 5 4

3, 3

4

3

3, 8

3, 3

4

- диапазона

3

3, 93

3, 5

Общая оценка работы антенно-фидерного устройства = 3, 6


По результатам наблюдений выведены среднеарифметические оценки по показателям для каждого из проверяемых каналов (трансляция которых осуществляется в данной местности) и общая оценка работы антенно-фидерного устройства. В этом примере антенно-фидерное устройство (применялись две антенны - III и IV диапазонов) работает удовлетворительно — на 3, 6 балла. При рассмотрении результатов оценок по каналам приема, можно сделать следующие выводы:

- хуже всего осуществляется прием каналов 4, 10, 22, 30;

- из-за значительных шумов и повторных изображений, свидетельствующих о недостаточном усилении, необходима установка дополнительной антенны и ориентировка ее в пространстве (для уменьшения повторных изображений) для приема сигналов во II диапазоне (4 канал);

- также необходимо повысить величину сигнала при приеме каналов IV дециметрового диапазона волн (возможно установить антенный усилитель);

- для улучшения качества приема в III диапазоне (10 канал) - надо изменить высоту установки антенны так, чтобы найти максимум напряженности поля для этого телевизионного канала.

Для более полноценных выводов необходимо учитывать условия распространения и приема радиоволн в данной местности.

2.4. Рекомендации по выбору антенн

2.4. Рекомендации по выбору антенн

При выборе телевизионной антенны всегда возникают трудности, и не только у радиолюбителей, но и у специалистов. Антенну, которая способна принять все передаваемые программы с достаточным качеством, подобрать очень сложно. Здесь без предварительной оценки условий приема однозначный ответ дать невозможно.

Для этого прежде всего небходимо знать номера телевизионных каналов (либо канал), которые необходимо принять в данной местности, а также диапазоны телевизионного вещания, в которых эти каналы находятся, и их частоты (табл. 1.2). После чего можно определить коэффициент перекрытия по частоте (Kf) принимаемых каналов:

К1 = fmax/fmin (2.13)

где frnax - верхняя частота высшего (номера) канала;

fmin - нижняя частота низшего (номера) канала.

Если результаты вычислений находятся в пределах:

1,01... 1,16, то для приема используется канальная антенна;

1, 16... 1,3 - многоканальная антенна;

1,3... 19,0 - диапазонная антенна,

Теперь, зная рабочий диапазон частот и коэффициент перекрытия, можно произвести предварительный выбор антенны.

ПРИМЕР 1: Прием ведется на телевизионных каналах 4, 6, 8, 10, 12, 22, 28, 30, 33 (перекрываются II, III и IV диапазоны). Определяем общий коэффициент перекрытия с 4 по 33 канал.

К1= 574/84= 6,8.

Коэффициент перекрытия по каждому диапазону составил:

К2=92/84=1,09.

К3=230/174=1,32.

K4= 574/478=1,2.

Исходя из полученного результата для приема всех каналов необходимо было бы использовать широкодиапазонную антенну. Однако подобные антенны не обладают необходимыми параметрами для удовлетворительного приема, либо сложны по конструктивному исполнению (совмещенные антенны). Поэтому, в данном случае, целесообразно использовать три антенны:

- для приема во II диапазоне (4 телевизионный канал) - канальную антенну;

- в III диапазоне (6... 12 канал) -диапазонную;

- в IV диапазоне (22... 33 канал) - многоканальную или диапазонную. Для выбора конкретного типа антенны воспользуемся табл. 2. 4, где Gср — коэффициент усиления относительно изотропной антенны, О — ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

Таблица 2. 4. Типовые параметры антенн.

Антенна

Диапазон

 

Каналы приема (частота)*

Gcp, ДБ

КЗД, -(ДБ)

о.

град.

канальные

Полуволновыи вибратор

I,II,III

1,2...12

2.15

0

2х90

«Волновой канал»

3-элементная

I

1.2

5

12

70

4-элементная

II

3,4.5

7

12

70

5-элементная

II

3,4.5

8

14

60

11-элементная

III

6,7-12

10,5-11,5

23

40-45

18-элементная

IV

21,22-34

14

22

38

V

35, 36 - 60

21-элементная

IV

21, 22-34

17

28

18

V

35, 36 - 60

27-элементная

IV

21,22-34

19

28

17

V

35, 36 - 60



Продолжение табл. 2.4

Антенна

Диапазон ТВ

Каналы приема (частота)*

Gcp, ДБ

КЗД, -(ДБ)

о,

град.

многоканальные*

Полуволновый вибратор

III

6-7, 8-9, 10-12

2,15

0

2х90

«Волновой канал»

4-элементная

I. II

1 -3, 2 - 3

6,5

14

68

5-элементная

I, II

1-3, 1-4. 2-5, 3-5

7,5

14

65

5-элементная

III

6-7, 7-8, 9-11, 11-12

7

14

58

11-элементная

III

6-7, 7-8,

9-11, 11-12

11,5

23

42

5-элементная

IV

21 - 28, 25 - 34

6-8

18

54

10-элементная

IV,

21 -30

8-11

21

38-40

V

38-50

16-элементная

IV

27 -39

12 - 14

22

35

V

31 -50

21-элементмая

IV

31 -50

14 - 17

18

21

V

41-60

диапазонные

«Волновой канал»

6-элементная

l-ll

1 -5

8,5

16

55

7-элементная

III

6-12

8

9-12

45-55

10элементная

IV

21 -40

8-11

21-22

38-40

V

41 -60

15-элементная

IV

21 -39

9-12

14-24

32-46

16-элементная

IV-V

21 -60

10-13

22

35

21-элементная

IV-V

21 -60

14 - 18

28

18

27-элементная

IV

21 -35

17 - 19

28

18

v

36-55

Зигзагообразная

III

6-12

6,5-7

8

2х90

Зигзагообразная с рефлектором

III,

6-12

8-10

15-26

55

IV,

21 -35

V

36-60

Логопериодическая

IV-V

21 -60

8,5

18

45-55

ЛУЧ-1

l-lll

1 -12

2,5

8

2х90

ВОЛНА-1

l-lll

1 - 12

4-5

10-14

110

Веерная (ТАИ-12)

l-lll

1 - 12

2-3,5

8

2х90

Рамочная

l-ll

1 -5

8-11

15

55-70

III

6-12

IV

21 -39

V

40-60


* - полоса пропускания данных антенн может отличаться от приведенных в таблице.

В нашем случае подойдут:

- для приема 4 канала 4- или 5-элементная антенна «волновой канал»;

- для приема 6-12 каналов 7-элементная антенна «волновой канал», или зигзагообразная, или рамочная;

- для приема 22 - 33 канала 10 - 21-элементная антенна «волновой

канал», или рамочная, или логопериодическая.

Для того чтобы оценить усилительные свойства предварительно выбранных антенн, необходимо знать напряженность поля в месте установки приемной антенны. Точные результаты можно получить, применив специальную измерительную аппаратуру, однако для подавляющего большинства радиолюбителей и специалистов это недоступно.

Ориентировочно оценить напряженность поля можно, рассчитав ее значение по формуле 2. 10 для наиболее слабо принимающего канала в каждом диапазоне. В нашем случае это 4 канал II диапазона (Lср = 3,41м), 10 канал III диапазона (Lcp = 1,43м) и 30 канал IV диапазона (Lcp = 0,549м). Для упрощения расчетов принимаем эффективную излучаемую мощность станции Рc=1 кВт, высоту передающей антенны Н=150 м, приемной h=10м, расстояние между антеннами R=30 км.

Вначале, подставляя исходные данные в формулу 2.1, находим расстояние радиовидимости:

г = 4.12(150^0.5 + 10^0.5) = 63,5 км

Рассчитав отношения

R/r = 30/63,5= 0,47 и (h/H)^0.5 = (10/150)^0.5 = 0,3,

из графика (рис. 2.3, )находим поправочный коэффициент m=0,63. Определяем справедливость неравенств 2.7 и 2.8, для выбранных нами соответственно 4,10 и 30 каналов:

R = 30 км < 0,8 r = 0,8 *63,5 = 50,8 км 150 *10 *0,63/30000 *3,41 = 0,009, т.е. меньше 0,1. 150 *10 *0,63/30000 * 1,43 = 0,022, т.е. меньше 0,1. 150 *10 *0,63/30000 *0,54 = 0,058, т.е. меньше 0,1.

Так как неравенства 2.7 и 2.8 выполняются, то подставив значения в формулу 2.10, рассчитаем напряженность поля в точке приема:

Е4 = (2,18 • 0,63 • 150 • 10 • 1^0.5)/ 3,41 • 900 = 0,671 мВ/м Е10 = (2,18 • 0,63 • 150 • 10 • 1^0.5)/ 1,43 • 900 = 1,600 мВ/м

Езо = (2,18 • 0,63 • 150 • 10 • 1^0.5)/ 0,54 • 900= 4,238 мВ/м

Сравниваем полученные показания с табл. 1.3, замечаем, что расчетные значения напряженности поля для расстояния R=30км превышают минимально допустимые табличные значения, необходимые для удовлетворительного приема. Поэтому, сравнивая коэффициенты усиления предварительно выбранных антенн (табл.2.4) и рекомендованные значения коэффициентов усиления антенн, приведенные в табл. 1.3 (стр. 10), можно сделать вывод:

- для приема сигналов на 4 телевизионном канале достаточно применить 4-х элементную антенну «волновой канал»;.

- для приема сигналов на 6-12 каналах возможно использовать любую из диапазонных антенн, предназначенных для приема в III диапазоне;

- для приема сигналов на 22-33 каналах подойдет 10-элементная антенна «волновой канал».

Уточнить коэффициент усиления можно, воспользовавшись формулой 3.11 табл. 3.5. Для этого без учета потерь в фидере в данную формулу необходимо подставить значения напряженности поля и допустимые напряжения сигнала на входе телевизионного приемника.

Таблица 2.5. Необходимые напряженности сигнала на входе телевизионного приемника.

Частотный диапазон

U, мкВ

Черно-белый

Цветной

I

360

468

II

290

377

III

250

325

IV, V

310

403


Определяем действующую длину антенн рассчитываемых каналов, находящихся на расстоянии от передающей антенны R=ЗОкм, для приема передач цветным телевизионным приемником:

l4=377/671 =0,561 м l10 =325/1600= 0,203м l30 = 403/4238 =0,095 м.

Расчитываем КПД фидера снижения. В данном случае используем коаксиальный кабель РК-75-4-13 c минимально необходимой длиной l=15м. Из табл. 6.3 определяем коэффициент затухания в=0.13 дБ/м для частоты f=1ООМГц. Воспользовавшись формулой 6.27, рассчитываем затухание фидера снижения для данных каналов приема, в нашем случае для частот fcp4 = 88МГц, fcp10 = 210МГц, fсрзо = 548МГц:

в4 = в' • (f4/f')^0.5= 0,12 в10 = в' • (f10/f')^0.5 = 0,19 в30 = в' (f30/f')^0.5 = 0,3.

Используя рассчитанные значения в4, в10, в30, определяем КПД фидера снижения по формуле 6.21

n =10^(вl/10) n4 = 0,66; n10 = 0,52; n30 = 0,35.

Воспользовавшись формулами 3.12 и 3.14, определяем коэффициент усиления приемной антенны с учетом КПД фидера снижения ln

Gn= (ln/0,16L)^2/n (2.14)

где ln - действующая длина для рассчитываемого канала;

L - длина волны рассчитываемого канала;

n - КПД фидера снижения.

G4 = (0,561/0,16 • 3,41)^2 /0,66 = 1,6 G10 = (0,203/0,16 • 1,43)^2 /0,52 = 1,5 G30 = (0,95/0,16 • 0,54)^2 /0,35 = 3,45.

Полученные значения в разах переведем в децибелы (приложение 3, либо по формуле 3.4) и получим следующие значения:

G4 = 4,08 дБ G10 = 3,52 дБ G30 = 10,75 дБ

Полученные входе расчетов данные позволяют выбрать конкретный тип антенны из таблицы 2.4 или приложения 5.

ПРИМЕР 2: В случае, если телевизионный приемник будет находиться на расстоянии Р=35км, то для определения значения напряженностей поля, действующих длин и коэффициентов усиления приемных антенн произведем аналогичный расчет.

Пусть расстояние радиовидимости будет r=63,5 км, тогда R/r = 35/63,5 = 0,55; (h/H)^0.5 = (10/150)^0.5 < 0,3.

Из графика (рис.2.3, ) m = 0,54.

С увеличением расстояния на 5 км уменьшились напряженности полей, но во 11-111 диапазонах они еще соответствуют рекомендациям табл. 1.3, а в IV диапазоне уровень напряженности поля меньше необходимого. Произведя расчеты для R=35 км, найдем значения коэффициентов усиления антенн в точке приема:

Е4=(2,18* 0,54 *150* 10*1^0.5)/3,41 • 1225= 0,422 мВ;

Е10 =(2,18 *0,54 * 150 * 10 • 1^0.5) / 1,43 • 1225 = 1,008 мВ;

Е30 = (2,18* 0,54* 150 * 10 * 1^0.5) / 0,54 • 1225 = 2,669 мВ.

Отсюда действующая длина антенн соответственно будет равна:

l4= 377/671 = 0,561;

l10=325/1600=0,203;

l30 = 403/4238 = 0,095.

Определим коэффициенты усиления приемных антенн при полученных ранее коэффициентах затухания и КПД фидера:

G4 = (0,687/0,16* 3,4.1 )^2 /0,66 = 2,4;

G10 = (0,248/0,16 • 1.43)^2 /0,52 = 2,26;

С30 = (0,116/0,16 . 0.54)^2 /0,35 = 5,15.

Полученные значения в разах переведем в децибелы (см. приложение 3) и получим следующие значения:

G4 = 7,6 дБ; G10 = 7,08 дБ; С30 = 14,23 дБ.

Полученные в ходе расчетов данные позволяют выбрать конкретный тип антенны (при расстоянии от передающего центра 35 км) из табл. 2.4 или приложения 5.

Расчет напряженности поля по формулам — процесс трудоемкий, а в ряде случаев вообще невозможен. Поэтому на практике для определения напряженности поля широко используют графики и таблицы, построенные с учетом результатов многочисленных измерений, выполненных в реальных условиях. Вычисления удобно вести в децибелах относительно опорного уровня, за который обычно принимают 1мкВ/м. Ввиду непостоянства поля во времени, особенно на больших расстояниях, для его характеристики используется средний уровень, называемый медианным значением уровня принимаемого сигнала Емед. Этот уровень можно ориентировочно оценить по зависимостям медианного значения (кривым распространения МККР) напряженности поля от расстояния:

- на расстояниях менее 10 км — по рис. 2.8;

- на расстояниях свыше 10 км, — по рис. 2.9 для I-III диапазона и по рис. 2.10 для IV-V диапазонов [2.6].

Рис.2.8. Кривые распространения ОВЧ и УВЧ

2-41.jpg

В настоящее время имеется множество телевизионных станций, передающих по несколько программ на различных частотных каналах. Для их приема можно использовать широкополосные антенны (логопериодические и др.), обеспечивающие прием в нескольких диапазонах. Однако применять эти антенны можно лишь при достаточной величине принимаемого сигнала. Если величина сигнала в месте приема невелика, то при использовании таких антенн требуется установка антенного усилителя для увеличения соотношения сигнал/шум на входе телевизионного приемника.

Применять антенный усилитель желательно и в тех случаях, когда телевизионный приемник не обладает достаточным запасом коэффициента усиления. В этом случае удается получить заметное улучшение качества приема, в первую очередь на телевизионных приемниках низких классов.

Устанавливать антенный усилитель наиболее целесообразно в непосредственной близости от антенны (либо непосредственно на ней),

2-42.jpg

Рис. 2. 9. Кривые распространения ОВЧ (I -III диапазон)

2-43.jpg

Рис. 2. 10. Кривые распространения УВЧ (IV - V диапазон)

что позволит уменьшить потери в фидере, а при достаточном сигнале -подключить к одной антенне несколько телевизоров.

Кроме типовых антенн для приема многоканального телевидения нашли применение активные и комбинированные (совмещенные) антенны, описанные в разд. 3. По конструктивному исполнению в комбинированных антеннах совмещают одинаковые, либо разные виды антенн, находящиеся в одной или в нескольких плоскостях (для приема волн различных поляризаций).

На небольших расстояниях от телецентра (до 10 км) используют, как правило, простые антенны. С увеличением расстояния (10... 30 км) можно применять антенны с коэффициентом усиления, рекомендованным в табл. 1. 3. При значительном удалении необходимо применять высокоэффективные (с узкой диаграммой направленности) с большим коэффициентом усиления антенны (многоэлементные).

Специалистам и радиолюбителям известно, что для приема сигналов в удаленных от телецентра местностях наиболее эффективны многоэтажные антенны с большим коэффициентом усиления. Однако для установки такой системы антенн требуется опыт и квалификация. Практическая реализация дальнего приема может быть осуществлена многоэлементной антенной соответствующего диапазона, либо канальной (см. табл. 2. 4 или приложение 5} с применением дополнительного усилителя.

Если передающие центры расположены в разных направлениях (на значительных удалениях), при переходе с приема одной программы на другую антенну приходится переориентировать, что создает значительные неудобства. В таких случаях хорошие результаты получаются при использовании нескольких узкополосных высокоэффективных антенн, направленных на разные передающие центры и согласованных с помощью специальных согласующих устройств.

Необходимо помнить, что антенна должна быть установлена так, чтобы она обеспечивала максимальный прием полезного сигнала от телевизионного центра и максимально ослабляла действие помех.

Описанию промышленных антенн посвящен разд. 3, а антенным усилителям — разд. 4 и 5.

Рис. 2.10. Кривые распространения УВЧ (IV - V диапазон)

Изображение: 

Рис. 2.9. Кривые распространения ОВЧ (I -III диапазон)

Изображение: 

Рис.2.8. Кривые распространения ОВЧ и УВЧ

Изображение: 

3. Радио- и телевизионные антенны.

3. Радио- и телевизионные антенны

Приемные телевизионные антенны преобразуют энергию электромагнитных волн в ВЧ-энергию, поступающую по фидеру (обычно это коаксиальный кабель) к телевизионному приемнику. От антенны в значительной степени зависит качество принимаемого сигнала, поэтому необходимо знать основные параметры антенн и особенности их конструкций. По месту установки антенны могут быть:

- комнатные, предназначенные для установки внутри помещения;

- встроенные, установленные внутри телевизора;

- наружные, предназначенные для установки вне помещений. В зависимости от диапазонных свойств антенны бывают:

- одноканальные, предназначенные для приема одного телевизионного канала;

- многоканальные, предназначенные для приема нескольких телевизионных каналов;

- диапазонные, предназначенные для приема одного, либо нескольких телевизионных диапазонов.

Широкий выбор всевозможных конструкций телевизионных антенн представлен на рынках СНГ как отечественными, так и зарубежными производителями. В предоставляемой документации зачастую содержится больше рекламы, чем объективной информации, по которой можно было бы определить их качественные показатели. Ниже рассмотрены параметры и конструктивные особенности ТВ антенн.

 

3.1. Параметры ТВ антенн

3.1. Параметры ТВ антенн

Антенна — устройство, которое излучает подведенную к нему высокочастотную энергию в виде электромагнитных волн в окружающее пространство (передающая антенна) или принимает высокочастотную энергию свободных колебаний (приемная антенна) и превращает ее в энергию электромагнитных колебаний, поступающую по фидеру на вход приемного устройства.

Передающая и приемная антенны обладают свойством взаимности, т. е. одна и та же антенна может излучать или принимать электромагнитные волны, причем в обоих режимах она имеет одинаковые свойства (параметры).

К передающим антеннам предъявляют дополнительные требования, связанные с большими подводимыми мощностями ВЧ энергии, поэтому конструктивно приемные антенны проще передающих.

Свойства взаимности широко используются для определения характеристик антенн, т. к. некоторые параметры проще определять в режиме передачи, чем в режиме приема. Каждая антенна имеет целый ряд определенных характеристик, необходимых для оценки ее качества.

К основным параметрам приемных телевизионных антенн относятся следующие:

РАБОЧИЙ ДИАПАЗОН ЧАСТОТ (полоса пропускания) - это интервал частот, в котором выдержаны все основные параметры приемной телевизионной антенны: согласование, коэффициент усиления, коэффициент защитного действия и др. За полосу пропускания принимается спектр частот (определяется принимаемыми телевизионными каналами), на границах которого мощность принятого сигнала уменьшается не более чем в два раза.

ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ приемной антенны характеризует зависимость ЭДС, наведенной в антенне электромагнитным полем, от ориентации ее в пространстве. Строится она в полярной (сферической) — рис. 3. 1 или в прямоугольной системах (рис. 3. 2) координат в двух характерных плоскостях (горизонтальной и вертикальной).

При повороте антенны в ту или другую сторону от нулевого направления на диаграмме откладываются величины, соответствующие отношению Е/Е max. Если возвести в квадрат относительные значения ЭДС, соответствующие различным направлениям прихода сигнала, то можно построить диаграмму направленности по мощности.

Лепесток, соответствующий максимальному сигналу или нулевому направлению, называют основным или главным, остальные — боковыми или задними (в зависимости от расположения по отношению к главному лепестку).

3-11.jpg

Рис. 3. 1. Диаграмма направленности антенны в полярной системе координат

3-12.jpg

Рис. 3. 2. Диаграмма направленности антенны в прямоугольной системе координат

Для удобства сравнения диаграмм направленности разных антенн их обычно нормируют, для чего максимальную величину ЭДС принимают за единицу.

Основным параметром диаграммы направленности является угол раствора (ширина) главного лепестка, в пределах которого ЭДС, наведенная в антенне электромагнитным полем, спадает до уровня 0, 707, или мощность, спадающая до уровня 0, 5 от максимальной. По ширине главного лепестка судят о направленных свойствах антенны. Чем эта ширина меньше, тем больше направленность антенны.

Форма диаграммы направленности зависит от типа и конструкции антенны. Диаграмма направленности полуволнового вибратора в горизонтальной плоскости, напоминает восьмерку, а в вертикальной — круг. Антенна «волновой канал» в своей диаграмме направленности имеет ярко выраженный главный лепесток, а с увеличением числа директоров в антенне главный и боковые лепестки сужаются, при этом улучшаются направленные свойства антенны.

КОЭФФИЦИЕНТ НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ (КНД)

характеризует направленные свойства антенн и представляет собой число, показывающее, во сколько раз мощность сигнала, принятая антенной, больше мощности, которую примет эталонная антенна (полуволновой вибратор). КНД (D) зависит от ширины диаграммы направленности антенны в горизонтальной и вертикальной плоскости. Приближенная формула имеет вид:

D= 41200* k^2/H* V, (3. 1)

где k — коэффициент, равный 1°;

Н — ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, град.;

V— ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости, град.

На практике часто требуется оценить КНД по отношению не к ненаправленной, а к дипольной антенне. В этом случае значение КНД, вычисленное по указанной формуле, должно быть уменьшено в 1, 64 раза. Для расчета КНД в децибелах берут 10 десятичных логарифмов значения КНД [D(дБ) = 10 Ig D] и для расчета по отношению к диполю уменьшают полученное значение на 2,15 дБ [З].

КНД связан с коэффициентом усиления по мощности Gp соотношением:

Gp = D *n, (3.2)

где: n коэффициент полезного действия антенны.

На метровых и дециметровых волнах КПД для приемных антенн близок к единице — около 0,95 [3.3].

КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ АНТЕННЫ показывает, насколько уровень наводимого в ней сигнала превышает уровень сигнала на эталонной антенне. В качестве эталонной антенны принимают полуволновый вибратор или изотропную антеннну (полностью ненаправленная антенна, имеющая пространственную диаграмму направленности в виде сферы). Реально таких антенн нет, но она является удобным эталоном, с помощью которого можно сравнивать параметры существующих антенн. Коэффициент усиления полуволнового вибратора относительно изотропной антенны равен 2. 15 дБ (1. 28 раза по напряжению или 1. 64 раза по мощности). Следовательно, если возникнет необходимость пересчитать коэффициент усиления антенны по напряжению или по мощности относительно изотропной антенны, то необходимо разделить известную величину на 1. 28 или 1. 64, в результате чего получим коэффициент усиления относительно полуволнового вибратора. Если G антенны указан в децибелах относительно изотропной антенны то для пересчета его относительно полуволнового необходимо вычесть 2. 15 дБ.

Например, если относительно изотропной антенны G = 6, 5 дБ, то относительно полуволнового вибратора G = 6, 5 - 2, 15 = 4, 35 дБ.

При сравнении антенн следует обращать внимание на то, в чем выражен коэффициент усиления — по напряжению или по мощности:

Gp=Ра/Рэ=10lgРа/Рэ (дБ); (3.3) Gu = Uа/ Uэ = 20 Ig Uа / Uэ (дБ); (3.4)

где Pa — мощность, принятая антенной;

Ра — мощность, принятая эталонной антенной;

Ua напряжение на антенне;

напряжение на эталонной антенне.

Среднее значение коэффициента усиления антенны в рабочей полосе частот — это среднее арифметическое значение коэффициентов усиления в децибелах, измеренных на средних частотах каждого из каналов, входящих в рабочую полосу частот, а также на крайних частотах этой полосы.

Неравномерность коэффициента усиления — отношение максимального коэффициента усиления к минимальному в полосе частот принимаемых каналов.

КОЭФФИЦИЕНТ ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ (КЗД) определяет ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТЬ АНТЕННЫ - это отношение напряжения, получаемого от антенны на согласованной нагрузке при приеме с заднего или бокового направления, к напряжению на той же нагрузке при приеме с главного направления.

Помехозащищенность в децибелах определяют по формуле:

КЗД = 20 Ig Е задн / Е гл. (дБ). (3.5)

В зарубежных источниках помехозащищенность выражают передне-задним отношением (ПЗО), которое характеризует меру направленности антенны для углов 0° и 180°. ПЗО представляет собой отношение напряжений, возникающих на входе антенны при облучении ее с этих направлений:

ПЗО = U0/U180: (3.6)

Для одной и той же антенны величины КЗД и ПЗО по модулю равны (величина КЗД — отрицательна). Встречается определение помехозащищенности, как уровень боковых лепестков (УБЛ) диаграммы направленности — это отношение ЭДС при приеме со стороны максимума наибольшего бокового лепестка к ЭДС при приеме со стороны максимума основного лепестка. Уровень боковых лепестков, представляют в относительных единицах или процентах.

УБЛ = (Емакс.бок / Емакс.гл.) • 100%. (3.7)

При конструировании антенн Уровень боковых и задних лепестков стремятся свести к минимуму, чтобы улучшить помехозащищенность антенн.

ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ АНТЕННЫ характеризует ее импедансные свойства в точке питания (в месте подсоединения фидера) и равно отношению напряжения к току на входе фидера. В общем случае входное сопротивление антенны Zвх содержит резистивную Rвх и реактивную Хвх (емкостную или индуктивную) составляющие:

Zвx = Rвx + Хвх (3.8)

Чем меньше реактивная составляющая Хвх и чем ближе Rвx к волновому сопротивлению фидера линии, тем лучше антенна согласована. Невыполнение условия согласования приводит к появлению многократных отражений сигналов в антенном фидере, проявляющихся в виде повторных, сдвинутых по горизонтали изображений на экране телевизора и частичной потере мощности принимаемых сигналов в фидере.

Для уменьшения потери мощности антенну необходимо настроить в резонанс с частотой принимаемых каналов. В случае, если антенна работает в широком диапазоне ТВ каналов, ее следует настраивать на среднюю частоту диапазона. Практически настройка сводится к подбору геометрических размеров и элементов антенны, а также расположения клемм, к которым подводится фидерная линия. Резонанс антенны достигается в том случае, когда по длине вибратора укладывается целое число полуволн. Если число полуволн, укладывающихся вдоль вибратора, нечетное (l/2, З*l/2 и т.д.), то входное сопротивление мало (от 73 Ом при длине вибратора l/2 до 120 Ом при большем числе полуволн). Если же число полуволн четное l, 2*l, 3*l и т.д.), то входное сопротивление велико (от 400 - 500 Ом до 1- 2 кОм в зависимости от диаметра проводников).

На частотах ниже резонансной реактивная составляющая имеет емкостный, а на частотах выше резонансной — индуктивный характер. Входное сопротивление антенны также зависит от объектов, находящихся вблизи антенны и влияющих на распределение поля в пространстве, что необходимо учитывать при установке антенны.

Зависимость входного сопротивления антенны от частоты носит название ЧАСТОТНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ Чем меньше меняется входное сопротивление антенны при изменении частоты, тем, шипе полоса ее пропускания.

КОЭФФИЦИЕНТ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ (КБВ) показывает степень согласования приемной антенны с фидером (кабелем) снижения. Он численно равен отношению минимального напряжения (узел) линии к максимальному напряжению (пучность), которые имели бы место при измерении вдоль фидера при работе антенны в режиме передачи:

КБВ = Uмин / Uмакс (3.9a)

Выражается КБВ в относительных единицах: чем больше значение КБВ, тем эффективнее передача сигнала от антенны к телевизору. Полное согласование будет в том случае, когда сопротивление антенны Ra и волновое сопротивление фидера Rф равны (Ra = Рф). При чисто бегущей волне ток и напряжение по длине фидера не имеют ни минимума, ни максимума, а КБВ равен единице. Такой режим согласования практически получить трудно, вполне достаточно считать КБВ>0. 5, что соответствует снижению мощности принимаемого сигнала до 10% [3. 3]. Чем выше значение КБВ (в антеннах различных конструкций находится в пределах 0, 25... 0, 6), тем эффективнее передача сигнала от антенны к телевизору, выше качество приема.

КОЭФФИЦИЕНТ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ (КСВ) - величина, обратная КБВ:

КСВ =1/КБВ. (3. 96)

КОЭФФИЦИЕНТ ОТРАЖЕНИЯ представляет собой отношения амплитуды отраженной волны к амплитуде падающей волны:

IPI = IUoтp/Unад.l (3.10)

ДЕЙСТВУЮЩАЯ (ЭФФЕКТИВНАЯ) ДЛИНА антенны характеризует способность приемной антенны извлекать электромагнитную энергию из окружающего пространства и определяется отношением ЭДС, наведенной в антенне, к напряженности электрического поля в месте расположения приемной антенны:

lд=U/Е (3.11)

где U — значение ЭДС на зажимах антенны, мВ;

Е — напряженность электрического поля в месте приема, мВ/м. Действующая длина антенны (lд, в метрах) связана с коэффициентом усиления и входным сопротивлением антенны следующим образом [6. 1]:

lд= (l /3.14) ( G*Ra / 73.1)^0.5, (3.12)

где l — средняя длина волны, м;

G — коэффициент усиления антенны;

Ra сопротивление антенны. Ом;

.

Действующая длина полуволнового вибратора равна:

lд= l / 3.14 = 0,32*l (npu G=1, Ra=73,1 Ом). (3.13)

В общем случае напряжение на выходе антенны, согласованной с приемником, определяется как

U=lдE/2, (3.14)

где: U — значение ЭДС на выходе антенны, мкВ;

Е — напряженность электрического поля в месте приема, мкВ/м.

Обычно понятие действующей длины вводят для вибраторов с длиной плеча lп<= 0.7l.

Рис. 3.1. Диаграмма направленности антенны в полярной системе координат

Изображение: 

Рис. 3.2. Диаграмма направленности антенны в прямоугольной системе координат

Изображение: 

3.2. Комнатные и встроенные антенны.

3.2. Комнатные и встроенные антенны.

Условия распространения радиоволн в помещении существенно отличаются от их распространения в свободном пространстве. Интерференционный характер элекромагнитного поля внутри помещений (за счет многократных отражений от предметов) выражен более резко. Проявляется это в уменьшении напряженности поля и изменении поляризации волн. Приемлемое расположение антенны для одного ТВ канала может не соответствовать ее расположению для приема другого канала. Качество приема на комнатные и встроенные антенны может меняться даже при хождении людей по комнате.

На величину принимаемого сигнала влияют экранирующие свойства материалов стен здания (в домах, построенных из железобетонных конструкций, затухание сигналов в 3-5 раз больше, чем в деревянных) Поэтому лучше располагать комнатные антенны вблизи от окон. В густо застроенных районах напряженность поля на нижних этажах в 10-20 раз (на верхних в 5-8 раз) меньше, чем на крыше здания.

В квартирах, где окна выходят в сторону, противоположную теле центру, напряженность поля настолько мала, что не позволяет вести удовлетворительный прием ТВ программ. Установка на окнах и балкона решеток и затеняющих металлических штор приводит к еще большему уменьшению телевизионного сигнала, а иногда и к невозможности просмотра ранее принимавшихся программ на комнатные антенны.

Качественный прием ТВ программ на комнатные антенны возможен при условии прямой видимости и расположении квартиры на верхних этажах здания (при многоэтажной застройке).

Если нет возможности установить наружную антенну, надо проверить работу вашего телевизора на комнатную антенну соседа, а затем принимать решение о ее приобретении.

Разновидностью комнатных антенн являются встроенные антенны, применяемые в переносных телевизорах. По конструкции это метровая (телескопическая) одноштыревая либо двухштыревая антенна. Для приема в диапазоне дециметровых волн используется рамочная антенна. Одноштыревые антенны подключают непосредственно на вход телевизора, двухштыревые и рамочные — через симметрирующий трансформатор. В рабочем положении антенна раздвигается и может быть установлена вертикально или наклонена. В зависимости от принимаемого телевизионного канала подбирают длину штырей телескопической антенны. Прием нс встроенные антенны возможен при достаточной мощности телевизионного сигнала.

В настоящее время в продаже имеются комнатные антенны различных видов, при покупке необходимо выбирать из них такие, которые по своим параметрам подходят для приема необходимых телевизионных каналов в данном районе. Принимаемые телевизионные каналы указывают в паспорте на антенну.

Согласно ГОСТу [3. 1] условное обозначение комнатных антенн начинается с букв:

AT антенна телевизионная;

третья буква в обозначении указывает на способность антенны к перестройке П перестраиваемая, Н — неперестраиваемая);

первая цифра тип антенны;

вторая номер разработки (модификации);

НАПРИМЕР:АТП - 6.1 — антенна телевизионная, перестраиваемая, 6-го типа, первой модификации;

АТН - 6.2 — антенна телевизионная, неперестраиваемоя, 6-го типа, второй модификации.

Для приема метровых волн комнатные антенны изготавливают по принципу полуволновых либо укороченных линейных вибраторов. Наиболее распространена телескопическая комнатная антенна метрового диапазона с шарнирным поворотным устройством (рис. 3. 3).

3-21.jpg

Рис. 3. 3. Телескопическая комнатная антенна:

а) штыревая, б) ленточная

Шарнирное устройство позволяет найти оптимальное положение, а телескопическая конструкция вибраторов — произвести настройку на принимаемый телевизионный канал. Для согласования вибраторов комнатных антенн с 75-омным кабелем применяют симметрирующий трансформатор.

В некоторых комнатных антеннах для уменьшения геометрической длины вибраторов и облегчения их настройки применяют укорачивающие индуктивности.

В дециметровом диапазоне волн геометрические размеры антенн значительно меньше чем в метровом, вследствие чего появилась возможность изготавливать и применять малогабаритные направленные эффективные антенны — «волновой канал», логопериодические и другие (рис. 3. 4).

В тех случаях когда прием на комнатную антенну неудовлетворителен, необходимо установить наружную ТВ-антенну, а если такой возможности нет (из-за конструкции здания, отсутствия балкона и др.), следует поставить комнатную телевизионную антенну с усилителем. Усилитель конструктивно встраивается в основание антенны. Ее целесообразно применять при приеме слабых сигналов и отсутствии помех (работа промышленных установок, электротранспорта и т. д.).

3-22.jpg

Рис. 3. 4. Внешний вид комнатных антенн:

а) для приема ДМВ каналов

б) для приема MB и ДМВ каналов

3-23.jpg

3.2.1. Комнатная антенна АТН - 7.3 «ОРБИТА-II-I» с усилителем

Для повышения усилительных свойств в комнатных антеннах применяют антенный усилитель. К таким антеннам относится антенна телевизионная комнатная широкополосная АТН-7.3 «ОРБИТА-II-I» с усилителем (рис. 3.5). Ее удобно подключать к телевизорам отечественного производства, имеющим раздельные выходы MB и ДМВ диапазонов.

Сигналы метрового диапазона волн принимает широкополосный плоский вибратор, а дециметрового — четырехэлементный волновой канал, конструктивно расположенный на стойке над широкополосным плоским вибратором. Усилитель, расположенный внутри корпуса антенны, используется для улучшения приема телевизионных каналов в дециметровом диапазоне волн.Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 3.6.

Технические параметры:

Коэффициент усиления антенны, по отношению к полуволновому вибратору, дБ, не менее в MB диапазоне 48, 5... 100 МГц................................................................................. -2

в MB диапазоне 174... 230 МГц................................................................................. О

ДМВ диапазоне 470... 620 МГц.................................................................................. 15

Коэффициент бегущей волны (КБВ), (измеренный на конце кабеля снижения), не менее, в полосе частот:

48, 5... 100 МГц............................................................................................................. 0, 2

174... 230 МГц.............................................................................................................. 0, 4

470... 620 МГц.............................................................................................................. 0, 4

Коэффициент защитного действия (КЗД), дб, не более, в полосе частот

48, 5... 100 МГц............................................................................................................. О

174... 230 МГц.............................................................................................................. О

470... 620 МГц............................................................................................................. -8

3-2-11.jpg

Рис. 3. 5. Антенна телевизионная комнатная широкополосная ATH-7. 3 «ОРБИТА-II-I»

Сигнал, принятый антенной дециметрового диапазона, через емкость С1 поступает на базу транзистора VT1, выполненного по схеме с общим эмиттером. Усиленный сигнал с коллектора VT1 через С4, W2 поступает на вход второго усилительного каскада на транзисторе VT2. Формирование АЧХ осуществляется элементами C1W1, C4W2 на входе и выходе VT1. Обратная связь по току в усилительных каскадах определяется элементами C5R4C6, C8R8C9. Усиленный сигнал через емкость С10 подается на выходной разъем SX2 и далее по фидеру поступает на блок питания. Через емкость С1 производится разделение телевизионного сигнала и напряжения питания (+ 12 В). Регулируют напряжено питания подстроенным резистором R1. Полосковые линии W1... W4 выполнены методом печатного монтажа.

3. 2. 2. Комнатная антенна с регулируемым усилением К недостаткам комнатных антенн с усилителем следует отнести возможность появления резко выраженных повторных изображений (при неточной ориентировке), а также наложение на основное изображение сигнала другой более мощной программы. При близком расположении от телецентра, большое усиление антенны с усилителем приводит к срыву синхронизации и невозможности просмотра мощных телевизионных ка-

3-2-21.jpg

Рис.3.6. Принципиальная схема усилителя комнатной антенны АТН 7-3 "ОРБИТА-11-1»

налов. Поэтому при приеме различных ТВ каналов приходится каждый раз выбирать положение антенны в комнате. Перечисленных недостатков можно избежать, используя комнатную антенну с регулируемым усилением.

3-2-22.jpg

Рис. 3.7. Общий вид антенны с регулируемым усилением

Прием телевизионных каналов метрового диапазона волн происходит на одноштыревую либо двухштыревую (в зависимости от исполнения) телескопическую антенну, а дециметрового — на зигзагообразную антенну с параболическим рефлектором. Антенный усилитель и блок питания конструктивно расположены внутри корпуса подставки (рис. 3.7). Регулируемый усилитель функционирует следующим образом (рис.3.8). Через устройство сложения сигналов (ФНЧ L1C3L2 и ФВЧ C1C2L3C4) телевизионный сигнал подается на транзистор VT1. С помощью регулятора R18, расположенного на корпусе антенны, изменяется напряжение питания транзистора VT1, что приводит к изменению его коэффициента усиления.

Формирование АЧХ усилителя определяют элементы C7R4L4C10, C13R10L5 и элементы обратной связи по току R3C8R6, R9C12R12. Контроль регулировки усиления осуществляется с помощью двух светодиодов — зеленого и красного свечения: при загорании зеленого подается минимальное напряжение, что соответствует минимальному усилению, при загорании красного светодиода — максимальное напряжение (максимум усиления). Недостатком данной антенны является малый размер телескопической антенны (одноштыревое исполнение) и как следствие этого — неудовлетворительный прием на 1-5 метровых каналах. Лучшими параметрами для приема ТВ каналов метрового диапазона обладают антенны с двухштыревой телескопической конструкцией.

Следует отметить, что применять рассмотренные выше конструкции антенн удобнее с телевизорами, имеющими объединенный вход для метрового и дециметрового диапазонов.

АКТИВНЫМИ АНТЕННАМИ обычно называют устройства, объединяющие собственно антенну и активные элементы усиления преобразования сигналов. Разделить активную антенну но пассивную и активную части невозможно, т. к. она выполняется в виде одного блока.

3. 2. 3. Активная антенна «DELTA»

К разновидностям активных антенн относится антенна DELTA (рис. 3. 9). В комплекте антенны имеется подставка и мачтовое крепление, используемое для установки антенны вне помещений.

3-2-31.jpg

3-2-32.jpg

Рис. 3. 9. Внешний вид антенны «DELTA»

Технические параметры антенны «DELTA»:

Каналы приема.................................................. 1 -5................. 6-12................ 21 -68

Усиление, дБ..................................................... 8...................... 25..................... 28

Угол приема....................................................... 2х90°............... 2х90°................ 60°

КЗД, дБ............................................................. 0...................... 0....................... 16

Прием метрового диапазона волн осуществляется на петлевой вибратор, а дециметрового — на волновой Х-образный вибратор (рис 3. 10). Согласование с фильтрами сложения осуществляется трансформаторами Т1 и Т2. Через устройство сложения сигналов (ФНЧ L1C1L2 и ФВЧ C2L3C3) телевизионный сигнал подается на двухкаскадный усилитель.

Коррекция АЧХ во втором каскаде осуществляется элементами R4R5C7 и C9R7. Питание усилителя (+ 12V) поступает по антенному кабелю с отдельного блока питания. При использовании антенны с телевизором, имеющим одно общее входное гнездо, сигнал подают непосредственно на антенный вход, используя блок питания ZS-12. Для работы с телевизорами, не имеющими общего входа, необходимо подключить к выходу антенны разветвитель телевизионного сигнала.

3-2-33.jpg

11.jpg

3. 2. 4. Активные широкополосные антенны «DEXTA»

Семейство антенн DEXTA имеет значительно меньшие геометрические размеры, чем пассивные антенны. Они имеют встроенный малошумящий усилитель телевизионных сигналов, соединенный непосредственно с активными вибраторами.

В комнатных вариантах антенн имеется подставка и отсутствует мачтовое крепление (рис. 3. 12, 3. 14).

3-2-41.jpg

3-2-42.jpg

Рис. 3. 12. Внешний вид антенн «DEXTA»

3-2-43.jpg

Технические параметры «DEXTA»

Каналы приема.................................................. 1 -5................. 6-12................ 21-68

Усиление, дБ..................................................... 8...................... 21..................... 25

Угол приема....................................................... 2х90°............... 2х90°................ 60°

КЗД, дБ............................................................. 0...................... 0....................... -16

Технические параметры «DEXTA SUPERNOWA»

Каналы приема.................................................. 1... 5................. 6... 12................ 21... 68

Усиление, дБ........ 1............................................ -30-8.............. -10-23............. 0-32

Угол приема....................................................... 2х90°............... 2х90°................ 60°

КЗД, дБ............................................................. 0...................... 0....................... -16

В версии антенны «Dexta Supernova» предусмотрена регулировка коэффициента усиления, что позволяет использовать ее в зонах с различным уровнем телевизионных сигналов.

Технические параметры «DEXTA NOWA»:

Каналы приема.................................................. 1... 5................. б... 12................ 21... 68

Усиление, дБ..................................................... 8...................... 27.................... 31

Угол приема....................................................... 2х90°............... 2х90°................ 60°

КЗД, дБ............................................................. 0...................... 0....................... -16

3-2-44.jpg

Прием телевизионных каналов метрового диапазона волн осуществляется на петлевой вибратор (рис. 3. 15). согласующее устройство которого выполнено на трансформаторе Т1. В дециметровом диапазоне волн прием осуществляется на волновые V - образные вибраторы. Согласование с фильтром сложения осуществляется трансформатором Т2, выполненным методом печатного монтажа. Через фильтр сложения (ФНЧ L3C1L4C3L5 и ФВЧ C2W1C4W2C5) телевизионный сигнал подается на двухкаскадный усилитель. Коррекция АЧХ в первом каскаде осуществляется элементами R1L6R4C7, а во втором - R5L7C9R6 и R8C11W3C10R7C8R3. Полосковые линии W1... W3 выполнены также методом печатного монтажа. Питание усилителя (+ 12V) поступает по антенному кабелю с отдельного блока питания (ZS-X2). При использовании антенны с телевизором, имеющим одно общее входное гнездо, сигнал подают непосредственно на антенный вход, используя блок питания ZS-X2. Для работы с телевизорами, не имеющими общего входа, необходимо подключить к выходу антенны разветвитель телевизионного сигнала. Если необходимо подать сигнал с одной антенны к двум телевизорам необходимо использовать блок питания ZS-X3. Модернизация антенны «DEXTA NOWA» за счет изменения конструкции вибратора метрового диапазона позволила получить устойчивый прием на 1-5 каналах. В антенне «DEXTA NOWA - R» также предусмотрена регулировка коэффициента усиления, что позволяет ее использовать в зонах с различным уровнем телевизионных сигналов.

3-2-45.jpg

3-2-46.jpg

Рис. 3. 14. Внешний вид антенны «DEXTA SUPERNOWA-R».

Технические параметры «DEXTA SUPERNOWA-R»:

Каналы приема.................................................. 1 -5................. 6-2.................. 21 -68

Усиление. дБ..................................................... -30... 20............ -10... 22............. О... 32

Угол приема....................................................... 2х90°............... 2х90°................ 60°

КЗД, дБ............................................................. 0...................... 0....................... -16

21.jpg

Рис. 3.15. Принципиальная схема антенны DEXTA NOWA

3. 2. 5. Активная широкополосная антенна «ALFA 7»

Дальнейшее совершенствование конструкции антенн «DEXTA» воплотилось в конструкции антенны ALFA 7 (рис. 3. 16). Введение рефлектора позволило значительно увеличить коэффициент направленного действия антенны. Регулировка коэффициента усиления в этой антенне позволяет использовать ее в зонах с различным уровнем телевизионных сигналов и зонах неуверенного приема.

3-2-51.jpg

3-2-52.jpg

Рис. 3. 16. Антенна ALFA 7

Технические параметры ALFA 7

Каналы приема.................................................. 1 -5................. 6-12................ 21 -69

Усиление, дБ..................................................... -30... 8.............. -10... 23............. 0... 35

Угол приема....................................................... 2х90°............... 2х90°................ 60°

КЗД. дБ............................................................. 0...................... 0....................... -16

3-2-53.jpg

3. 2. 6. Активная широкополосная антенна «Gamma PLUS»

Широкополосные активные антенны «Gamma PLUS» (рис. 3. 18) имеют встроенный малошумящий усилитель телевизионных сигналов, соединенный непосредственно с активными вибраторами. Предназначены для работы в условиях различных уровней сигналов и установки как внутри помещений, так и вне. Для этого в комплекте антенны имеется подставка и мачтовое крепление.

3-2-61.jpg

Рис. 3. 18. Антенна «Gamma PLUS».

Технические параметры антенны Gamma Plus:

Каналы приема.................................................. 1 -5................. 6-12................ 21 -60

Усиление, дБ..................................................... 5...................... 24... 26............ 33... 35

Угол приема....................................................... 2х90°............ 2х90°.............. 60°

КЗД. дБ............................................................. 0...................... 0....................... -16

Прием метрового и дециметрового диапазона волн осуществляется на петлевые вибраторы (Рис. 3. 19). Согласование вибраторов с фильтрами сложения осуществляется трансформаторами Т1 и Т2. Через устройство сложения сигналов (ФНЧ L1C1L2 и ФВЧ C2L3C3) телевизионный сигнал через емкость С4 подается на двухкаскадный усилитель, выполненный на малошумящих транзисторах VT1, VT2. АЧХ усилителя корректируют элементы R4R5C9 и C10R6. Питание на усилитель (+ 12V) поступает по антенному кабелю с отдельного блока питания.

Технические параметры антенны Gamma Plus 2L Каналы приема.................................................. 1... 5................. 6... 12................ 21... 60

Усиление, дБ..................................................... 12-16............... 20-22................ 33-35

Угол приема....................................................... 2х90°............. 2х90°.............. 60°

КЗД, дБ............................................................. 0...................... 0....................... -16

3-2-62.jpg

Рис. 3. 19. Принципиальная схема антенны «Gamma PLUS».

В версии антенны «Gamma Plus 2L» увеличен коэффициент усиле- ния на 1-5 телевизионных каналах за счет увеличения размерна петлевого вибратора MB диапазона. Технические параметры антенны Gamma Plus LUX (телескопическая):

Каналы приема.................................................. 1 -5................. 6-12................ 21 -60

Усиление, дБ..................................................... 12... 16............. 24... 26.............. 33... 35

Угол приема, град............................................. 2х90°............. 2х90.............. 60°

КЗД, дБ............................................................. возможность изменения угла приема -16 В версии антенны «Gamma Plus Lux» применен телескопический перестраеваемый диполь MB диапазона, что позволяет производить подстройку на принимаемый канал в метровом диапазоне волн, а также изменять угол приема (диаграмму направленности).

Рис. 3.11. Диаграммы направленности антенны "DELTA"

Изображение: 

Рис. 3.12. Внешний вид антенн "DEXTA"

Изображение: 

Рис. 3.12. Внешний вид антенн "DEXTA"

Изображение: 

Рис. 3.12b. Частотная характеристика антенны "DEXTA"

Изображение: 

Рис. 3.13. Частотная характеристика антенн "SUPER NOWA" и "DEXTA NOWA"

Изображение: 

Рис. 3.14. Внешний вид антенны "DEXTA SUPERNOWA-R"

Изображение: 

Рис. 3.14b. Частотная характеристика антенны "DEXTA SUPERNOWA-R"

Изображение: 

Рис. 3.16. Антенна ALFA 7

Изображение: 

Рис. 3.16b. астотная характеристика антенны "ALFA 7"

Изображение: 

Рис. 3.17. Диаграммы направленности антенны "ALFA 7"

Изображение: 

Рис. 3.18. Антенна «Gamma PLUS».

Изображение: 

Рис. 3.19. Принципиальная схема антенны «Gamma PLUS».

Изображение: 

Рис. 3.3. Телескопическая комнатная антенна:

Изображение: 

Рис. 3.4. Внешний вид комнатных антенн:

Изображение: 

Рис. 3.4. Внешний вид комнатных антенн:

Изображение: 

Рис. 3.5. Антенна телевизионная комнатная широкополосная ATH-7. 3 «ОРБИТА-II-I»

Изображение: 

Рис. 3.7. Общий вид антенны с регулируемым усилением

Изображение: 

Рис. 3.8. Частотная характеристика антенны "DELTA"

Изображение: 

Рис. 3.9. Внешний вид антенны "DELTA"

Изображение: 

Рис.3.6. Принципиальная схема усилителя комнатной антенны АТН 7-3 "ОРБИТА-11-1»

Изображение: 

Рис. 3.10. Принципиальная схема антенны "DELTA"

Изображение: 

Рис. 3.15. Принципиальная схема антенны DEXTA NOWA

Изображение: 

3.3. Наружные телевизионные антенны

3.3. Наружные телевизионные антенны

Согласно ГОСТу [3. 1], условное обозначение отечественных антенн начинается с букв:

AT антенна телевизионная;

ТРЕТЬЯ БУКВА указывает назначение антенны (К - коллективная,

И — индивидуальная);

ЧЕТВЕРТАЯ БУКВА указывает на исполнение (Г — для горизонтальной поляризации сигнала, Г/В — комбинированное исполнение, Г (В) — альтернативное исполнение);

ПЕРВАЯ ЦИФРА после букв обозначает тип антенны, который подразделяется в зависимости от числа принимаемых ТВ каналов или диапазонов частот (1 — одноканальные антенны, работающие в полосе частот одного ТВ канала, расположенного в l, lI или III диапазоне частот;

2 — многоканальные антенны, работающие в полосах частот двух или нескольких каналов; 3 — широкополосные антенны, работающие в I и II диапазоне частот; 4 — широкополосные антенны, работающие в III диапазоне частот; 5 — широкополосные антенны, работающие в IV и V диапазоне частот; 6 — широкополосные антенны, работающие в I-III диапазонах частот; 7 — широкополосные антенны, работающие во всех диапазонах).

ВТОРАЯ ЦИФРА обозначает категорию сложности условий приема (1 — наиболее легкая, 2 — средней степени сложности, 3 — наиболее сложная);

ТРЕТЬЯ ЦИФРА обозначает номер частотного канала, в полосе которого работает антенна;

ЧЕТВЕРТАЯ ЦИФРА указывает на порядковый номер разработки.

3. 3. 1. Антенны отечественного производства

Многие предприятия выпускают телевизионные антенны для индивидуального и коллективного пользования. Индивидуальные антенны устанавливают в доме и подключают к одному или нескольким телевизорам. Коллективные антенны используют для систем коллективного приема программ телевидения. Сигнал, принятый от одной или нескольких антенн, после распределения (при необходимости и усиления) используется большим числом абонентов.

Большое распространение получили телевизионные индивидуальные наружные антенны «ВОЛНОВОЙ КАНАЛ».

«СИГНАЛ-1 (2 - 5)» АТИГ (В) -1.1.1.15 - АТИГ (В) -1. 1. 5. 15

3-3-11.jpg

Антенны телевизионные приемные наружные для индивидуального пользования, предназначены для приема одного из телевизионных каналов, передаваемых с горизонтальной (вертикальной) поляризацией в зоне уверенного приема телевизионных сигналов.

Рис. 3. 20. Общий вид антенн АТИГ (В) 1. 1. 1. 15-1. 1. 5. 15

Технические параметры антенн АТИГ (В) 1. 1. 1. 15-1. 1. 5. 15

Каналы приема АТИГ(В) -1. 1. 1. 15..................................................................... 1

АТИГ(В) -1. 1. 2. 15..................................................................... 2

АТИГ(В) -1. 1. 3. 15..................................................................... 3

АТИГ(В) -1. 1. 4. 15..................................................................... 4

АТМГ(В) -1. 1. 5. 15..................................................................... 5

Коэффициент усиления, дБ, не менее.................................................................. 4

КЗД, дБ, не более......................................................8

КБВ, измеренный на конце кабеля снижения, не менее..................................... 0, 5

Таблица 3. 1. Габаритные размеры антенн АТИГ 1. 1. 1. 15-1. 1. 5. 15

Обозначение антенн

Размеры

мм

А

Б

В

а

б

L

АТИГ(В)- 1.1.1.15

3020

2690

2350

900

600

1500

АТИГ(В)- 1.1.2.15

2560

2275

1990

765

510

1275

АТМГ(В)- 1.1.3.15

1980

1765

1540

605

395

1000

АТИГ(В)- 1.1.4.15

1800

1605

1400

535

355

890


«СИГНАЛ-6» АТИГ(В)-4.1. 6-12.15

Антенна телевизионная приемная наружная для индивидуального пользования предназначена для приема сигналов телевидения, передаваемых с горизонтальной (вертикальной) поляризацией в полосе частот 174-230 МГц (каналы с 6 по 12) в зоне уверенного приема.

3-3-12.jpg

Рис. 3. 21. Общий вид антенны «СИГНАЛ-6»

Технические параметры антенн «СИГНАЛ-6»

Каналы приема............................................................................................................ 6-12

Коэффициент усиления антенны по отношению к полуволновому вибратору,

дБ, не менее............................................................................................................... 6

КБВ, измеренный на конце кабеля снижения, не менее,......................................... 0, 6

Коэффициент защитного действия (КЗД), дБ, не более........................................... -9

Для подключения коаксиального кабеля к симметричному петлевому вибратору рассмотренных выше антенн и согласования его применяют антенные коробки типа АК-1, либо АК-2, имеющие в своем составе фильтр сложения телевизионных каналов I-II и III метрового диапазона.

3-3-13.jpg

«ГАММА» АТИГ (В)-5.2.21-41.19

Антенна телевизионная приемная наружная для индивидуального пользования предназначена для приема сигналов телевидения, передаваемых с горизонтальной (вертикальной) поляризацией в полосе частот 470... 638 МГц (каналы с 21 по 41) в зоне уверенного приема (рис. 3. 23).

Технические параметры

Коэффициент усиления антенны по отношению к полуволновому вибратору, дБ, не менее:

470... 500МГЦ.............................................................................................................. 9

500... 540МГЦ.............................................................................................................. 10

540... 570 МГц.............................................................................................................. 11

570... 638МГЦ.............................................................................................................. 9, 5

Коэффициент бегущей волны (КБВ), измеренный на конце кабеля снижения, не менее,..................................................................................................................... 0, 6

Кабель снижения подключается к петлевому вибратору с помощью симметрирующего устройства, выполненного в виде эквивалента полуволновой кабельной петли (рис. 3. 24), размещенного в корпусе присоединителя кабельного ПАК-Д.

Таблица 3. 2. Размеры директоров антенны АТИГ(В) 5. 2 21-41. 19

Порядковый

номер

1*

2*

З*

4

5

6

7

8

9

10

11

директора

Длина, мм

221

218

214

211

207

203

200

196

192

188

185



3-3-14.jpg

3-3-15.jpg

«ВОЛНА 1» (ИТА-12 М) АТИГ(В) - 6.1.1-12.109.

Антенна телевизионная приемная наружная для индивидуального пользования предназначена для приема сигналов телевидения, передаваемых с горизонтальной (вертикальной) поляризацией в полосе частот 48 5-230 МГц (каналы с 1 по 12) в зоне уверенного приема. Эта же антенна может использоваться для приема сигналов радиовещания в УКВ диапазоне 66... 73 МГц или 88... 108 МГц.

Технические параметры антенн «ВОЛНА-1» (ИТА-12М)

Каналы приема............................................................................................................ 1-12

Коэффициент усиления по отношению к полуволновому вибратору,

дБ, не менее.............................................................................................................. 2

КБВ, измеренный на конце кабеля снижения не менее,.......................................... 0, 5... 0, 7

Коэффициент защитного действия (КЗД), дБ, не более........................................... - (10... 14)

При установке антенны данной конструкции следует обращать внимание на ее ориентацию. Некоторые телезрители ошибочно считают, что форма антенны в виде стрелы указывает направление на телецентр. Антенну следует ориентировать так, как показано на рис. 3. 25.

Рис. 3. 25. Общий вид антенны «ВОЛНА-1»

3-3-16.jpg

«ТАИ-12» (ТАИ-12М). Веерный вибратор.

Антенна телевизионная приемная наружная для индивидуального пользования предназначена для приема сигналов телевидения, передаваемых с горизонтальной (вертикальной) поляризацией в полосе частот 48, 5... 230 МГц (каналы с 1 по 12) в зоне уверенного приема. Эта же антенна может использоваться для приема сигналов радиовещания в УКВ диапазоне 66... 73 МГц или 88... 108 МГц. Необходимая диаграмма направленности в диапазоне 174... 230 МГц (6... 12 каналы) формируется благодаря расположению плеч вибратора под углом 120°. Угол раствора каждого веера плеча составляет 38°. Диаграмма направленности аналогична диаграмме полувол-

Рис. 3. 26. Общий вид антенны ТАИ-12 (ТАИ-12М)

3-3-17.jpg

нового вибратора (направленные свойства этой антенны в диапазоне частот 174... 230 МГц несколько лучше).

Технические параметры антенн ТАИ-12 (ТАИ-12 М)

Каналы приема............................................................................................................ 1-12

Коэффициент усиления по отношению к полуволновому вибратору, дБ, не менее в полосе частот 48, 5... 100 МГц.................................................................................. О

в полосе частот 178... 230 МГц................................................................................... 1, 5

КБВ, измеренный на конце кабеля снижения, не менее,......................................... 0, 4... 0, 7

Коэффициент защитного действия (КЗД), дБ, не более........................................... - (8... 10)

Входное сопротивление антенны, Ом........................................................................ 90

«ЛУЧ-1»

Технические параметры антенн «ЛУЧ-1»

Каналы приема............................................................................................................ 1-12

Коэффициент усиления антенны, по отношению к полуволновому вибратору,

дБ, не менее............................................................................................................... О

КБВ, измеренный на конце кабеля снижения, не менее,......................................... 0, 5

3-3-18.jpg

Рис. 3. 27. Общий вид антенны ЛУЧ-1

Антенна телевизионная приемная наружная для индивидуального пользования предназначена для приема сигналов телевидения, передаваемых с горизонтальной (вертикальной) поляризацией в полосе частот 48, 5... 230 МГц (каналы с 1 по 12) в зоне уверенного приема. Эта же антенна может использоваться для приема сигналов радиовещания в УКВ диапазоне 66... 73 МГц или 88.. 108 МГц.

При выборе наружной телевизионной антенны необходимо знать параметры антенны, по которым можно определить ее качественные показатели (разд. 3. 1) и особенности приема в месте установки антенны (разд. 2). Следует учитывать, что индивидуальные и коллективные антенны, описанные выше, рекомендуется применять в зонах прямой видимости, так

как они не обладают достаточным усилением для зон со сложными условиями приема. Для повышения коэффициента усиления приемной телевизионной антенны, имеющейся у вас в распоряжении, можно дополнить антенным усилителем, либо применить активную телевизионную антенну, имеющую в своем составе штатный (монтируемый в антенну) антенный усилитель.

3. 3. 2. Антенны зарубежных фирм

3-3-21.jpg

Многообразие видов и конструкций приемных телевизионных антенн зарубежного производства представлено на рынках стран СНГ. Наибольшую популярность получили широкополосные антенны с усилителем, напряжение питания на который подается по фидеру снижения. Хотя их и называют «активными» (при комплектации пластинчатым антенным усилителем, включенным непосредственно к зажимам антенны), однако согласно [3. 2] эти антенны разделяются на пассивные и активные элементы. Поэтому точнее называть их телевизионными антеннами с усилителем. К таким антеннам относится антенна с сеточным экраном. Антенна образована соединением двух ASP-4A либо четырех ASP-8A (CX-8A) активных волновых вибраторов, выполненых в виде двойного V-образного вибратора.

Технические параметры 2-х вибраторной антенны ASP-4A

Каналы приема.................................................. 6-12............... 21 -60

Усиление, дБ..................................................... 3, 5... 6.............. 7... 10, 5

КЗД, дБ............................................................. -16................... -25

Угол диаграммы направленности:

в горизонтальной плоскости............................. 46°

в вертикальной плоскости................................ 27°

3-3-22.jpg

Коэффициент усиления антенн с усилителем ASP-4WA и ASP-8WA (СХ-8А) составляет 20...48 дБ в зависимости от типа усилителя.

Входное сопротивление этих антенн 240...300 Ом, поэтому для согласования волнового сопротивления антенны и фидера снижения необходимо применять антенный согласователь SYM-01(300/7 5) (рис. 3.28.) либо SAI-V .

3-3-23.jpg

Технические параметры 4-х вибраторной антенн ASP-8A (СХ-8А)

Каналы приема.................................................. 6-12............... 21-60

Усиление, дБ..................................................... 6. 5... 9.............. 10... 13. 5

КЗД, дБ............................................................. -16................... -25

Угол диаграммы направленности:

в горизонтальной плоскости............................. 46°

в вертикальной плоскости................................ 27°

3-3-24.jpg

Технические данные на конкретную антенну фирмы-производители указывают в сопроводительной документации.

Рис 3. 28. Антенный согласователь SYM-01 (300/75)

3-3-25.jpg

Максимальное усиление антенны приходится на верхние частоты дециметрового диапазона, что обусловлено геометрическими размерами активных вибраторов и расстоянием между ними. В случае необходимости путем подбора усилителя с соответствующей характеристикой можно повысить усиление на определенном канале либо группе каналов, воспользовавшись рекомендациями из разд. 3. 4 этой главы.

Наряду с традиционными антеннами этого типа встречаются нетипичные конструкции, в которых для расширения полосы приема увеличен размер верхнего вибратора либо верхнего и нижнего (рис. 3. 29), однако при этом происходит рассогласование параметров антенны. При установке антенны следует обратить внимание на монтаж линии связи, соединяющей активные вибраторы.

3-3-26.jpg

Расстояние между осями этих проводников должно быть строго одинаково по всей длине линии (более подробно описано в шестой главе), что:

также влияет на согласование антенны.

Хорошими диапазонными свойствами обладает логопериодическая антенна (рис. 3. 30), имеющая более равномерное усиление по диапазону по сравнению с предыдущими антеннами.

Технические параметры логопериодической антенны «LOG ACTIV»

Каналы приема............................................................................................................ 1 -65

Усиление, дБ.......................................................................... 9... 12

КЗД, дБ....................................................................................................................... -25

КСВ.............................................................................................................................. 1, 8

Выходное сопротивление, Ом.................................................................................... 75

Коэффициент усиления антенны с усилителем «LOG ACTIV» составляет 26... 46 дБ в зависимости от типа усилителя.

3-3-27.jpg

На рынках стран СНГ широко представлены антенны «волновой канал». За рубежом эти антенны называют типа «Уда-Яги». При незначительных удалениях от телевизионного центра можно применять антенны этого типа с количеством элементов от трех до семи. Многоэлементные антенны «волновой канал» применяют при значительных удалениях от телевизионного центра, а также при сложных условиях приема, где применение индивидуальных антенн отечественного производства малоэффективно.

АНТЕННЫ ДЛЯ ПРИЕМА В ДИАПАЗОНЕ УКВ.

Антенны с одним элементом относятся к слабонаправленным антеннам и применяются для приема программ телевидения в зоне прямой видимости и УКВ вещания. Конструктивно это активный элемент антенны «волновой канал» - петлевой вибратор. Диаграмма направленности такой антенны в горизонтальной плоскости имеет вид восьмерки, а в вертикальной — круга. Так как такая антенна принимает сигнал как с переднего, так и с заднего направлений с одинаковой величиной (КЗД=0), то рядом с антенной не должны располагаться высокие сооружения и другие предметы, являющиеся источниками переотражения телевизионного сигнала. Поэтому применять такие антенны желательно для приема УКВ ЧМ вещания.

3-3-28.jpg

Рис. 3. 31. Одноэлементная антенна для приема УКВ «DIPOL 1/RZ»

Технические параметры 1-элементной антенны «DIPOL 1/RZ»

Частота приема, МГц.................................................................................................. 88... 108

Усиление, дБ............................................................................................................... 2

Угол диаграммы направленности:

в горизонтальной плоскости...................................................................................... 2х80°

в вертикальной плоскости................................................ 360°

КЗД, дБ....................................................................................................................... 0

Выходное сопротивление. Ом.................................................................................... 300

Для приближения диаграммы направленности в горизонтальной плоскости к круговой петлевой вибратор изгибают в форме круга (рис. 3. 32).

3-3-29.jpg

Рис. 3. 32. Одноэлементная антенна для приема УКВ «DIPOL 1/RUZ»

Технические параметры 1-элвмвнтной антенны «DIPOL 1/RUZ»

Частота приема, МГц.................................................................................................. 88... 108

Усиление, дБ.............................................................................................................. 2

Угол диаграммы направленности:

в горизонтальной плоскости....................................................................................... 2х 80°

в вертикальной плоскости.......................................................................................... 360°

КЗД. дБ.......................................................................................................................0

Выходное сопротивление, Ом.................................................................................... 300

Для поднятия уровня усиления в этих антеннах применяется пластинчатый усилитель.

АНТЕННЫ ДЛЯ ПРИЕМА В ДИАПАЗОНЕ МЕТРОВЫХ ВОЛН (ОВЧ).

Для приема телевизионных программ в этом диапазоне волн применяют антенны с числом элементов от двух до одиннадцати. С увеличением числа элементов возрастает коэффициент усиления, а также значительно увеличиваются геометрические размеры антенны в этом диапазоне волн. Антенны обладают хорошей направленностью и малым уровнем боковых и задних лепестков.

Внешний вид антенн для приема в диапазоне метровых волн приведен на рис. 3. 33.

3-3-210.jpg

Рис. 3. 33. Антенны DIP 4/6-12.

Технические параметры 4-элементной антенны «DIPOL 4/6-12»:

Каналы приема.............................................................................. 6-12

Усиление. дБ.................................................................................. 4.. 7

Угол диаграммы направленности:

в горизонтальной плоскости ..........................................................................49°

в вертикальной плоскости .....................................................................б0°

КСВ .............................................................................................................................. 1,4...2,1

КЗД, дБ ....................................................................................................................... 8

Выходное сопротивление, Ом .................................................................................. 300

Технические параметры 7-элементной антенны «DIPOL 7/6-12»:

Каналы приема................................................................................. б- 12

Усиление. дБ..................................................................... R я

Угол диаграммы направленности:

в горизонтальной плоскости................................................................................ 45°

в вертикальной плоскости.......................................................................... 58°

КСВ............................................................................................. 1, 3... 1, 97

КЗД, дБ...................................................................................................................... 12

Выходное сопротивление, Ом.................................................................................. 300

3-3-211.jpg

Технические параметры «-элементной антенны «DIPOL 11/6-12»:

Каналы приема.................................................................. 6-12

Усиление.дБ.........................................................................................7.. 9,2

Угол диаграммы направленности:

в горизонтальной плоскости .......................................................... 31°

в вертикальной плоскости ............................................................................... 48°

КСВ ......................................................................................................... 1, 48.. 1,76

КЗД, дБ ...........................................................................................................-13,5

Выходное сопротивление, Ом ....................................................................... 300

АНТЕННЫ ДЛЯ ПРИЕМА В ДИАПАЗОНЕ ДЕЦИМЕТРОВЫХ ВОЛН (УВЧ)

Для приема телевизионных программ в этом диапазоне волн применяют многоэлементные антенны с большим коэффициентом усиления. Такие антенны обладают острой направленностью и незначительным уровнем боковых и задних лепестков. Внешний вид антенн для приема в диапазоне дециметровых волн приведен на рис. 3. 34... 3. 36.

3-3-212.jpg

Технические параметры 11-элементной антенны «DIPOL 11/21-60»:

Каналы приема........................................................................................................... 21 -60

Усиление, дБ.............................................................................................................. 5, 5... 9

Угол диаграммы направленности:

в горизонтальной плоскости...................................................................................... 32°

в вертикальной плоскости......................................................................................... 49°

КСВ............................................................................................................................. 1. 48... 1. 81

КЗД. дБ...................................................................................................................... - (19... 26)

Выходное сопротивление. Ом................................................................................... 300

Технические параметры 19-элементной антенны «DIPOL 19/21-60»:

Каналы приема............................................................................................................ 21 -60

Усиление, дБ............................................................................................................... 11

Угол диаграммы направленности:

в горизонтальной плоскости ....................................................................................... 23°

в вертикальной плоскости ..................................................................................... 42°

КСВ.............................................................................................................................. 1.28..1.7

КЗД.дБ ....................................................................................................................... -(19...26)

Выходное сопротивление, Ом............................................................................... 300

Внешний вид антенны POLARIS 60/21-60 приведен на рис. 3.35.

3-3-213.jpg

Технические параметры 60-элемвнтной антенны «POLARIS 60/21-60»

Каналы приема ............................................................................................................ 21 -60

Усиление, дБ .............................................................................................................. 16...18

КЗД.дБ ........................................................................................................................26

Выходное сопротивление, Ом.................................................................................... 75

Внешний вид антенны АХТ 87/21-60 приведен на рис. З.З6.

Технические параметры 87-элементной антенны «АХТ87/21-60»

Каналы приема ............................................................................................................ 21 -60

Усиление, дБ............................................................................................................... 13...17

КЗД.дБ .......................................................................................................................20

Выходное сопротивление. Ом.................................................................................... 300

3-3-214.jpg

Технические параметры 91-элементной антенны «АХТ 91/21-60»

Каналы приема ............................................................................................................ 21 -60

Усиление, дБ ............................................................................................................... 13...18

КЗД.дБ ........................................................................................................................20

Выходное сопротивление, Ом.................................................................................... 300

3-3-215.jpg

КОМБИНИРОВАННЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ ДЛЯ ПРИЕМА ОВЧ/УВЧ.

Комбинированные антенны применяют для приема телевизионных программ в метровом и дециметровом диапазонах волн. Конструктивно они выполненны на общей горизонтальной стреле. Передняя антенна «волновой канал» — для приема каналов ДМВ, а задняя — для приема каналов MB.

В некоторых вариантах комбинированных антенн антенна метрового диапазона предназначена для приема волн вертикальной поляризации. Крепление таких антенн к мачте производится в центре тяжести стрелы, однако при этом рефлектор дециметровой антенны оказывает влияние на прием метровых волн. Применять комбинированные антенны желательно при незначительных удалениях от телевизионного центра и в зонах, где уровень сигнала метрового диапазона достаточно велик. Для поднятия усиления некоторые антенны укомплектованы усилителем, при этом в обозначении антенн добавлен индекс «W».

Внешний вид антенны «DIPOL 26/6-12/21-60», предназначенной для приема в диапазоне метровых и дециметровых волн приведен на рис. 3. 37.

3-3-216.jpg

РисЗ. 37. Антенна «DIPOL 26/6-12/21-60».

Технические параметры 26-элементной антенны «DIPOL 26/6-12/21-60» Каналы приема...................................................................................................... 6 -12/21 - 60

Усиление, дБ........................................................................................................ 12/26

КЗД, дБ................................................................................................................. - (6... 8/8... 12)

Выходное сопротивление, Ом.............................................................................. 75

Технические параметры 14-элементной антенны «POLARIS 14/6-12/21-60»

Каналы приема...................................................................................................... 6-12/21 -60

Усиление, дБ......................................................................................................... 2... 3/8... 11

КЗД, дБ................................................................................................................. 0/-10

Выходное сопротивление, Ом............................................................................ 75

3-3-217.jpg

Внешний вид антенны «FALCON 17/1-12/21-60», предназначенной для приема в диапазоне метровых и дециметровых волн, приведен на рис. 3. 38.

Технические параметры 17-элвмвнтной антенны «FALCON 17/1-21/21-60»

Каналы приема...................................................................................................... 1... 12/21... 60

Усиление, дБ......................................................................................................... З... 5/8... 11

КЗД, дБ................................................................................................................. - (4/24)

Выходное сопротивление, Ом.............................................................................. 75

3-3-218.jpg

Наряду с индивидуальными антеннами для приема в метровом и дециметровом диапазоне волн применяются и профессиональные антенны для систем общего пользования или приема сигнала в особо сложных условиях. Эти антенны характеризуются усиленной механической конструкцией и повышенными техническими характеристиками. В названии таких антенн буквами и цифрами обозначают количество элементов и номера принимаемых каналов.

Например: ATV 5/7-8 — антенна телевизионная профессиональная, пятиэлементная, для приема 7-8 телевизионных каналов.

Более полно параметры зарубежных антенн приведены в приложении 5.

3. 3. 3. Антенна «TEVSAN 7750-A»

Комбинированная антенна «TEVSAN 7750-A» с регулируемым усилением предназначена для приема телевизионных сигналов в метровом и дециметровом диапазонах волн. В конструкции антенны предусмотрена установка усилителя в герметичном корпусе на центральной стреле. Дециметровая часть антенны - волновой канал, имеет пять пассивных элементов (директора) Х-образной формы для расширения полосы приема. Прием каналов метрового диапазона волн осуществляется петлевым вибратором изогнутой формы. Питание усилителя осуществляется по фидеру снижения

3-3-31.jpg

от блока питания, находящегося вблизи телевизора.

Рис. 3. 39. Внешний вид антенны «TEVSAN 7750-A» с усилителем и блоком питания

Усилитель имеет два канала усиления: канал метрового диапазона волн выполнен на транзисторе VT1, дециметрового — выполнен на транзисторах VT2, VT3 (рис. 3. 40). Все каскады усиления выполнены по схеме с общим эмиттером. Усиление антенного усилителя регулируется дистанционно с блока питания, путем изменения питающего напряжения. Индикация изменения напряжения источника питания осуществляется светодиодом НL1.

3.3.4. Антенна «NK-3202S» с усилителем

Эта антенна по конструктивному исполнению аналогична TEVSAN 7750-А. Отличие состоит в незначительном схемном решении усилителя

(рис.3.41)

3-3-41.jpg

Рис. 3. 40. Принципиальная схема усилителя антенны «TEVSAN 7750-А»

3-3-42.jpg

Рис. 3. 41. Принципиальная схема усилителя антенны «NK-3202S»

Рис 3.28b. Частотная характеристика антенн "ASP-8A" (CX-8A)

Изображение: 

Рис 3.28c. Антенный согласователь SYM-01 (300/75)

Изображение: 

Рис 3.37. Антенна "DIPOL 26/6-12/21-60".

Изображение: 

Рис. 3.20. Общий вид антенн АТИГ (В) 1. 1. 1. 15-1. 1. 5. 15

Изображение: 

Рис. 3.21. Общий вид антенны "СИГНАЛ-6"

Изображение: 

Рис. 3.22. Схема соеднинений трансформаторов в коробке АК-1. Фильтр сложения телевизионных каналов I-II и III метрового диапазон

Изображение: 

Рис. 3.23. Общий вид антенны "ГАММА"

Изображение: 

Рис. 3.24. Внешний вид симметрирующего устройства

Изображение: 

Рис. 3.25. Общий вид антенны "ВОЛНА-1"

Изображение: 

Рис. 3.26. Общий вид антенны ТАИ-12 (ТАИ-12М)

Изображение: 

Рис. 3.27. Общий вид антенны ЛУЧ-1

Изображение: 

Рис. 3.27b. Антенны зарубежных фирм

Изображение: 

Рис. 3.27c. Частотная характеристика антенн "ASP-4A"

Изображение: 

Рис. 3.28. 4-х вибраторной антенн ASP-8A (СХ-8А)

Изображение: 

Рис. 3.29. Нетипичные конструкции антенн

Изображение: 

Рис. 3.30. Логопериодическая антенна "LOG ACTIV"

Изображение: 

Рис. 3.31. Одноэлементная антенна для приема УКВ «DIPOL 1/RZ»

Изображение: 

Рис. 3.32. Одноэлементная антенна для приема УКВ «DIPOL 1/RUZ»

Изображение: 

Рис. 3.33. Антенны DIP 4/6-12.

Изображение: 

Рис. 3.33b. Частотная характеристика антенн "DIPOL 11/6-12"

Изображение: 

Рис. 3.34. Антенны "DIPOL 11/21-60"

Изображение: 

Рис. 3.35. Антенна "POLARIS 60/21-60"

Изображение: 

Рис. 3.36. Антенна "АХТ 91/21-60"

Изображение: 

Рис. 3.36b. Частотная характеристика антенн "АХТ 87/91"

Изображение: 

Рис. 3.37b. Частотная характеристика антенн "POLARIS 14/6-12/21-60"

Изображение: 

Рис. 3.38. Антенна "FALCON 17/1-21/21-60"

Изображение: 

Рис. 3.39. Внешний вид антенны "TEVSAN 7750-A" с усилителем и блоком питания

Изображение: 

Рис. 3.40. Принципиальная схема усилителя антенны "TEVSAN 7750-А"

Изображение: 

Рис. 3.41. Принципиальная схема усилителя антенны "NK-3202S"

Изображение: 

3.4. Пластинчатые антенные усилители

3.4. Пластинчатые антенные усилители

Пластинчатые антенные усилители предназначены для повышения уровня сигнала и компенсации потерь в линиях передач. Примерно одинаковое конструктивное исполнение позволяет использовать их в различных конструкциях широкополосных антенн. Такие усилители выпускаются по технологии SMD с использованием самых современных малошумящих транзисторов, которые изготавливаются ведущими зарубежными фирмами - ITT, Siemens, Philips и др. Благодаря полностью автоматизированному многократному контролю пластинчатые усилители имеют хорошую надежность, а благодаря защитному покрытию, обладают стойкостью к воздействию атмосферных явлений.

В настоящее время наибольший ассортимент составляют пластинчатые усилители SWA, WS, РА, РАЕ, GPS и др. Они имеют различные схемные решения, что позволяет путем простейшего подбора добиться требуемых результатов в районах с различным уровнем принимаемого сигнала.

В районах с относительно хорошим уровнем принимаемого сигнала обычно используют усилители с одним каскадом усиления (одноступенчатые) SWA-1, SWA-1 /LUX, PA-2, S&A-110.

В районах с недостаточным уровнем принимаемого сигнала используют двухкаскадные (двухступенчатые) усилители WS-2, SWA-3, SWA-4/LUX, SWA-5 (SWA-6), SWA-7, SWA-8, SWA-9, PA-5, S&A-130, PA-9, S&A-140, PA-10, S&A-120, РАЕ-14, РАЕ-42, РАЕ-43, РАЕ-44, РАЕ-45, РАЕ-65, PAE-65TS, WA-031, WA-032, WA-041, WA-042, WA501S-1.

Ниже приведены технические характеристики и их принципиальные схемы перечисленных выше усилителей, а также показан их внешний вид.

Подача напряжения к пластинчатым усилителям осуществляется адаптерами, различающимися лишь исполнением корпуса. Основные схемные решения блоков питания приведены на стр. 115.

SWA-1

Каналы приема 1 - 68

Коэффициент усиления (G), дБ 8... 10

Коэффициент шума (F), дБ 2, 5

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-41.jpg

3-42.jpg

3-43.jpg

SWA-1 LUX

Каналы приема 1 - 68

Коэффициент усиления (G), дБ 15... 18

Коэффициент шума (F), дБ 0, 9

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-44.jpg

3-45.jpg

3-46.jpg

PA-2

Полоса приема, МГц 40... 800

Коэффициент усиления (С), дБ 12

Коэффициент шума (Р), дБ 3, 5

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-47.jpg

3-48.jpg

3-49.jpg

S&A-110

Полоса приема, МГц 40... 800

Коэффициент усиления (G), дБ 12

Коэффициент шума (F), дБ 3, 5

Сопротивление входа/выхода, Ом 300. 75

3-410.jpg

3-411.jpg

3-412.jpg

ANPREL WS-2

Каналы приема 1 - 68

Коэффициент усиления (G), дБ 23... 26

Коэффициент шума (F), дБ 3, 1

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-413.jpg

3-414.jpg

3-415.jpg

SWA-3

Каналы приема 1 - 68

Коэффициент усиления (G), дБ 23... 28

Коэффициент шума (F), дБ 3, 1

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-416.jpg

3-417.jpg

3-418.jpg

SWA-4 LUX

Каналы приема 1 - 68

Коэффициент усиления (G), дБ 28... 32

Коэффициент шума (F), дБ 2, 6

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-419.jpg

3-420.jpg

3-421.jpg

SWA-5 (SWA-6)

Каналы приема 1 - 68

Коэффициент усиления (G), дБ 32... 36

Коэффициент шума (F), дБ 1, 9

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-422.jpg

3-423.jpg

3-424.jpg

SWA-7

Каналы приема 1 - 68

Коэффициент усиления (G), дБ 32... 38

Коэффициент шума (F), дБ 1, 7

Сопротивление входа/выхода. Ом 300/75

3-425.jpg

3-426.jpg

3-427.jpg

SWA-8

Каналы приема 1 - 68

Коэффициент усиления (G), дБ 28... 30

Коэффициент шума (F), дБ 2, 9

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-428.jpg

3-429.jpg

3-430.jpg

SWA-9

Каналы приема 1 - 68

Коэффициент усиления (G), дБ 32... 39

Коэффициент шума (F), дБ 1, 7

Сопротивление входа/выхода. Ом 300/75

3-431.jpg

3-432.jpg

3-433.jpg

SWA-455 LUX

Каналы приема 1 - 69

Коэффициент усиления (G), дБ 22... 30

Коэффициент шума (F), дБ 1, 8

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-434.jpg

3-435.jpg

3-436.jpg

SWA-555 LUX

Каналы приема 1 - 69

Коэффициент усиления (G), дБ 28... 34

Коэффициент шума (F), дБ 1, 7

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-437.jpg

3-438.jpg

3-439.jpg

PA-5

Каналы приема 1 - 69

Коэффициент усиления (G), дБ 28... 34

Коэффициент шума (F), дБ 1, 7

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-440.jpg

3-441.jpg

3-442.jpg

S&A-130

Каналы приема 1 - 69

Коэффициент усиления (G), дБ 28... 34

Коэффициент шума (F), дБ 1, 7

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-443.jpg

3-444.jpg

PA-9

Каналы приема 1 - 69

Коэффициент усиления (G), дБ 28... 34

Коэффициент шума (F), дБ 1, 7

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-445.jpg

3-446.jpg

3-447.jpg

S&A-140

Каналы приема, 1 - 69

Коэффициент усиления (G), дБ 28... 34

Коэффициент шума (F), дБ 1, 7

Сопротивление входа/выхода. Ом 300/75

3-448.jpg

3-449.jpg

3-450.jpg

РА-10

Полоса приема, МГц 40... 800

Коэффициент усиления (G), дБ 22

Коэффициент шума (F), дБ 3, 9

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-451.jpg

3-452.jpg

3-453.jpg

S&A-120

Полоса приема, МГц 40... 800

Коэффициент усиления (G), дБ 22

Коэффициент шума (F), дБ 3, 9

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-454.jpg

3-455.jpg

3-456.jpg

РАЕ-14

Каналы приема 1 - 60

Коэффициент усиления (G), дБ 25... 30

Максимальный уровень выхода (Р), дБ/мкВ 98

Коэффициент шума (F), дБ 1, 5

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-457.jpg

3-458.jpg

3-459.jpg

РАЕ-42

Каналы приема 1 - 60

Коэффициент усиления (G), дБ 25...30* Коэффициент шума (F),дБ <2,5(UHF) Максимальный уровень выхода (Р), дБ/мкВ 102

КСВ 1, 8

Сопротивление выхода, Ом 75

3-460.jpg

3-461.jpg

3-462.jpg

РАЕ-43

Каналы приема 1 - 69

Коэффициент усиления (G), дБ 26... 32 Коэффициент шума (F), дБ <2,5 (UHF) Максимальный уровень выхода (Р), дБ/мкВ 104

КСВ 1, 2

Сопротивление выхода, Ом 75

3-463.jpg

3-464.jpg

3-465.jpg

РАЕ-44

Каналы приема 1 - 60

Коэффициент усиления (G), дБ 26...32 Коэффициент шума (F), дБ <2,7 (UHF) Максимальный уровень выхода (Р), дБ/мкВ 98

КСВ 1, 5

Сопротивление выхода, Ом 75

3-466.jpg

3-467.jpg

3-468.jpg

РАЕ-45

Каналы приема 1 - 69

Коэффициент усиления (G), дБ 24...28

Коэффициент шума (F), дБ <2,2 (UHF) Максимальный уровень выхода (Р), дБ/мкВ 105

КСВ 1, 2

Сопротивление выхода, Ом 75

3-469.jpg

3-470.jpg

3-471.jpg

РАЕ-65

Каналы приема 1 - 69

Коэффициент усиления (G), дБ 24... 28 Коэффициент шума (F), дБ <2, 5 (UHF) Максимальный уровень выхода (Р), дБ/мкВ 104

КСВ 1, 2

Сопротивление выхода, Ом 75

3-472.jpg

3-473.jpg

3-474.jpg

РАЕ-65 TS

Каналы приема 1 - 69

Коэффициент усиления (G), дБ 24... 28 Коэффициент шума (F), дБ <1,7 (UHF) Максимальный уровень выхода (Р), дБ/мкВ 112

КСВ 1, 7

Сопротивление выхода, Ом 75

3-475.jpg

3-476.jpg

3-477.jpg

GPS WA-031

Каналы приема 6-60

Коэффициент усиления (G), дБ 22

Коэффициент шума (F), дБ 3, 0

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-478.jpg

3-479.jpg

3-480.jpg

GPS WA-032

Каналы приема 6 - 60

Коэффициент усиления (G), дБ 24

Коэффициент шума (F), дБ 2, 2

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-481.jpg

3-482.jpg

GPS WA-041

Каналы приема 6-60

Коэффициент усиления (G), дБ 32

Коэффициент шума (F), дБ 1, 7

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-483.jpg

3-484.jpg

3-485.jpg

GPSWA-042

Каналы приема 6-60

Коэффициент усиления (G), дБ 32

Коэффициент шума (F), дБ 1,7

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-486.jpg

3-487.jpg

3-488.jpg

GPS WA-501S-1 (3)

Каналы приема 6 - 60

Коэффициент усиления (G), дБ 32

Коэффициент шума (F), дБ 1, 5.. 1, 6

Сопротивление входа/выхода, Ом 300/75

3-489.jpg

3-490.jpg

3-491.jpg

3-492.jpg

Пластинчатые антенные усилители GPS WA-501S-1 (3) - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители GPS WA-501S-1 (3) - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители GPS WA-501S-1 (3) - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители - принципиальный схемы источников питания

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители ANPREL WS-2 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители ANPREL WS-2 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители ANPREL WS-2 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители GPS WA-031 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители GPS WA-031 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители GPS WA-031 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители GPS WA-032 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители GPS WA-032 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители GPS WA-041 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители GPS WA-041 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители GPS WA-041 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители GPSWA-042 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители GPSWA-042 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители GPSWA-042 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители PA-2 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители PA-2 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители PA-2 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители PA-5 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители PA-5 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители PA-5 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители PA-9 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители PA-9 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители PA-9 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители S&A-110 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители S&A-110 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители S&A-110 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители S&A-120 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители S&A-120 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители S&A-120 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители S&A-130 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители S&A-130 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители S&A-140 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители S&A-140 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители S&A-140 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-1 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-1 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-1 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-1 LUX - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-1 LUX - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-1 LUX - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-3 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-3 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-3 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-4 LUX - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-4 LUX - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-4 LUX - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-455 LUX - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-455 LUX - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-455 LUX - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-5 (SWA-6) - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-5 (SWA-6) - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-5 (SWA-6) - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-555 LUX - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-555 LUX - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-555 LUX - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-7 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-7 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-7 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-8 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-8 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-8 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-9 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-9 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители SWA-9 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РА-10 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РА-10 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РА-10 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-14 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-14 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-14 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-42 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-42 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-42 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-43 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-43 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-43 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-44 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-44 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-44 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-45 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-45 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-45 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-65 - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-65 - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-65 - принципиальная схема

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-65 TS - внешний вид

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-65 TS - АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Изображение: 

Пластинчатые антенные усилители РАЕ-65 TS - принципиальная схема

Изображение: 

3.5. Модернизация, обслуживание и ремонт антенн.

3.5. Модернизация, обслуживание и ремонт антенн.

Широкое применение для приема программ телевидения получили плоские антенны ASP-4A, ASP-8A и им подобные. Опыт эксплуатации выявил как положительные, так и отрицательные их качества. Эти антенны давно использовались за рубежом и только с середины 90-х годов начали широко применяться в странах СНГ. В рекламных проспектах антенны ASP-8A (ASP-4A) называют широкополосными или всеволновыми, однако уверенный прием телевизионных программ возможен в основном на дециметровом диапазоне. При приеме же каналов метрового диапазона волн благодаря применению веерных вибраторов сильно сказывается недостаточность коэффициента усиления. Применение антенного усилителя в составе антенны значительно повышает эксплуатационные параметры и расширяет область применения антенны.

3-51.jpg

Для расширения диапазона приема в метровом диапазоне верхний короткий вибратор меняют на вибратор длиной 45-60 см (рис. 3. 43). При этом улучшается прием 6-12 каналов метрового диапазона. Такая модернизация приводит к рассогласованию антенны и уменьшению общего усиления. При необходимости компенсировать потерю усиления можно заменой усилителя с большим коэффициентом усиления. Однако при этом может произойти еще большее рассогласование и как следствие этого — самовозбуждение. Проявляется самовозбуждение в появлении нс изображении широких перемещающихся вертикальных полос, многоконтурности и др. Лучших результатов достигают установкой двух (1 и 4) длинных вибраторов (вместо коротких) в антеннах ASP-8A — рассогласование в этом случае незначительно.

При неудовлетворительном приеме каналов метрового диапазона (1 - 12) эту антенну лучше использовать для приема дециметровых волн, а для приема в метровое диапазоне установить дополнительную антенну.

К достоинствам этой антенны следует отнести относительно узкую диаграмму направленности в вертикальной плоскости, благодаря чему антенна менее чувствительна к помехам, создаваемым электротранспортом и другими источниками. Поэтому принимать телевизионные программы с помощью таких антенн целесообразно в условиях города.

Отрицательные качества этих антенн проявляются при неравномерной интенсивности поля в вертикальной плоскости. При этом энергия, принятая верхним (либо нижним) вибратором, вновь переизлучается в пространство нижним (либо верхним) вибратором. Поэтому при установке такой антенны необходимо найти оптимальное место расположения, произвести ориентацию ее в пространстве. В противном случае качество приема изображения некоторых телевизионных программ улучшить не удастся.

Следует учитывать, что такие антенны с усилителями, обладая большим усилением, усиливают и помехи. При большом уровне сигнала в месте приема, а также при использовании антенны вблизи телецентра, на некоторых ТВ каналах происходит самовозбуждение. В этих случаях рекомендуется применить пластинчатый усилитель с меньшим коэффициентом усиления либо вместо него установить согласующее устройство или переделать имеющийся (лучше неисправный) усилитель, как показано на рис. 3. 46.

Для повышения коэффициента усиления в полосе частот принимаемых каналов применяют набор пассивных элементов (директоров), установленных перед активными. Конструкция (расположение и размеры) директоров в некоторых антеннах скорее предназначена для красоты, а не для повышения усилительных и направленных свойств антенн. В действительности размеры этих элементов (в антенне ASP-8A количество паcсивных элементов от 1 до 7) не превышают 0, 15 м.

3-52.jpg

Амплитуды и фазы токов в пассивных элементах зависят от диаметра, длины и взаимного расположения этих элементов по отношению друг к другу и к активному вибратору. С увеличением числа директоров улучшаются направленные свойства антенны и увеличивается ее коэффициент усиления. Подбирая расстояние между элементами и их длину, производят настройку антенны в определенной полосе частот. Примерное расположение элементов показано на рис. 3. 44, а их размеры относительно средней длины волны lср. используемого телевизионного канала (группы каналов) приведены в табл. 3. 4.

Таблица 3. 4. Размеры элементов антенн (к рис. 3. 44)

Элементы и расстояния

С (l)

B(l)

A(l)

c(l)

b(l)

а(l)

Размеры

0,45...0.48

0,44...0,46

0,43...0,45

0,1... 0,12

0,1...0,15

0,1... 0,2


Например, для 30-го телевизионного канала lф= 0,549м., следовательно, ориентировочная длина вибраторов С, В и А составит 0,549 х 0,45 — 0,24 м, для 60-го канала lср— 0,382 м., тогда длина вибраторов равна 0,382 х 0,45 - 0,17 м.

Некоторые радиолюбители самостоятельно изготавливают директоры для таких антенн по расчетным данным, взятым из справочной литературы. Однако процесс настройки требует применения специальной аппаратуры и условий, что на практике осуществить довольно сложно. Подобные сложности (недостаточность усиления в полосе частот метрового диапазона) возникают и при использовании для приема логопериодических антенн зарубежного производства, диапазон приема которых зависит от геометрических размеров. Для расширения приема в области метровых каналов увеличивают геометрические размеры 2-3-х последних элементов до величины, равной l/2 необходимого канала приема. Однако такая перестройка антенны должна сопровождаться и изменением расстояний между увеличенными элементами.

При эксплуатации антенн, имеющих в своем составе антенный усилитель, особое внимание следует обратить на используемый фидер снижения. Необходимо применять новый коаксиальный кабель, т. к. со временем параметры его ухудшаются. Если кабель длительное время находился на открытом воздухе, то происходит окисление защитного экрана. А в этих антеннах по кабелю к усилителю поступает помимо сигнала напряжение питания. У старого кабеля в местах перегибов может произойти замыкание центральной жилы на защитную оплетку кабеля, что приводит к выходу из строя стабилизатора блока питания. Герметизация антенного усилителя недостаточно хорошая (корпус с течением времени под воздействием солнечных лучей и влаги деформируется), поэтому особое внимание необходимо обращать на устранение щелей и трещин антенной коробки (место установки антенного усилителя).

Надо обратить внимание и на кабель снижения, который должен подходить к усилителю снизу. В противном случае влага по кабелю снижения попадает внутрь, что приводит к выходу из строя пластинчатого антенного усилителя. В тех случаях, если это произойдет и нет возможности приобрести новый усилитель — его необходимо демонтировать и подключить кабель снижения через согласующую петлю (рис. 3. 45), размер которой составляет примерно 14 см (для дециметрового диапазона).

3-53.jpg

3-54.jpg

 

 

Рис. 3.43 Замена активных вибраторов в антенной решетке

Изображение: 

Рис. 3.44 Расположение элементов в антенной решетке

Изображение: 

Рис. 3.45 Подключение кабеля снижения через согласующую петлю

Изображение: 

Рис. 3.46 Переделка неисправного антенного усилителя в согласующее устройство

Изображение: 

4. Усилители и конвертеры для приема телевизионных программ.

4. УСИЛИТЕЛИ И КОНВЕРТЕРЫ ДЛЯ ПРИЕМА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРОГРАММ

4.1. Схемотехника построения антенных усилителей

4.1. Схемотехника построения антенных усилителей

Электронное устройство, предназначенное для увеличения параметров (тока, напряжения, мощности) электрического сигнала, называется усилителем.

Основной усилительный элемент в схемах антенных усилителей -высокочастотный транзистор, который подбирается по характеристикам при проектировании конкретных схем для MB и ДМВ диапазонов ТВ вещания.

Рабочий режим выбранного транзистора в конкретной проектируемой схеме отличается от параметров, приведенных в ТУ. Значение большинства параметров зависит от рабочего режима и температуры, причем с увеличением температуры зависимость их от режима сказывается более сильно. В справочной литературе, как правило, приводятся типовые (усредненные) зависимости параметров транзисторов от тока, напряжения, частоты и т. д.

Весьма важными параметрами при выборе транзисторов для антенных усилителей являются: граничная частота - frp, коэффициент шума -Кш, коэффициент усиления по напряжению - Ки и некоторые другие.

Ухудшение характеристик транзисторов на частотах, близких к frp. обусловлено технологическими возможностями и их электрической прочностью (допустимой толщиной базы, длиной затвора). С увеличением частоты возрастает влияние паразитных параметров транзисторов:

4-11.jpg

междуэлектродных емкостей, индуктивностей выводов, сопротивления базы и др. Увеличение входной резистивной проводимости транзистора уменьшает усиление антенного усилителя и увеличивает Кш, поэтому необходимо уменьшать индуктивность вывода эмиттера и соединительных проводов. Для этого в СВЧ-транзисторах делают два плоских коротких вывода эмиттера, которые обычно припаивают непосредственно к шине нулевого потенциала («земляной»).

В усилителях изменением режима транзисторов и связи с источником и нагрузкой можно добиться максимального усиления либо минимального коэффициента шума. Уровень шумов транзисторных антенных усилителей зависит от способа их

построения и режима работы, величины сопротивления источника сигналов. Снижение шума биполярных транзисторов достигается уменьшением тока коллектора Iк и тока базы Iб (без существенного снижения коэффициента передачи тока h21, а также применением транзисторов

с высокой предельной частотой fв и малым сопротивлением rб. Транзисторы выбирают так, чтобы выполнялось условие

fв<=0,1fгp, (4.1)

где: fгp - граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Использование транзисторов с низким коэффициентом шума, выполнение условия согласования их с источником и нагрузкой и выбор оптимального режима работы являются основными способами повышения чувствительности антенных усилителей.

Наиболее распространены три схемы включения усилительного элемента (транзистора).

4-12.jpg

В схемах с ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ (ОК) и ОБЩИМ СТОКОМ (ОС) коэффициент передачи напряжения близок к единице, а выходной сигнал по величине и фазе повторяет входной (Uвыx=Uвx). Эти каскады называют «повторителями напряжения» (эмиттерный или стоковый повторитель). Такая схема включения обеспечивает малую входную емкость и наибольшее входное сопротивление, которое сильно возрастает при увеличении сопротивления нагрузки. Выходное сопротивление схемы наименьшее. Используются эти схемы как согласующие и разделительные, обеспечивающие передачу сигнала от высокоомных источников к низкоомным цепям и каскадам.

4-13.jpg

В схемах с ОБЩЕЙ БАЗОЙ (ОБ) и ОБЩИМ ЗАТВОРОМ (03) выходной ток примерно равен входному, поэтому их называют «повторителями тока». Такая схема обладает большой входной проводимостью (малым входным сопротивлением), самым большим по сравнению с другими схемами выходным сопротивлением и обеспечивает в основном усиление по напряжению. Коэффициент усиления по току мало изменяется при изменениях режима работы, температуры и замене экземпляров транзистора. Малая входная емкость схемы улучшает параметры каскада (ОБ, 03) на высоких частотах, хотя малое входное сопротивление является недостатком данных схем.

Схема с ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ (ОЭ) для биполярных и, ОБЩИМ ИСТОКОМ (ОИ) для полевых транзисторов обеспечивает наибольшее усиление по мощности, но изменяет фазу выходного напряжения на 180° по отношению к входному. При увеличении сопротивления нагрузки входное сопротивление уменьшается. Используются эти схемы в тех случаях, когда при минимальном числе транзисторов требуется получить наибольшее усиление. Однако входная емкость транзисторов Сэб влияет на сужение полосы пропускания на высоких частотах.

Одним из эффективных методов увеличения входного сопротивления эмиттерного повторителя является увеличение коэффициента передачи транзистора по току h21э. В схеме «суперальфа» (называемой также схемой Дарлингтона) ток эмиттера первого транзистора управляет базой второго транзистора, в связи с чем результирующий коэффициент передачи тока h21э равен произведению коэффициентов передачи по току отдельных транзисторов. Отсюда

Zвх = h21э* h21э* Rэ. (4.2)

Путем различных сочетаний каскадов возможны построения других усилительных схем:

ОЭ=ОБ - каскадная схема, обладающая достаточно малыми внутренними шумами, и повышенной устойчивостью;

ОК=ОБ - дифференциальный усилитель, обладающий по сравнению с каскадной схемой тем преимуществом, что здесь происходит компенсация напряжения Uбэ обоих транзисторов.

4-14.jpg

4. 1. 1. Схемные особенности антенных усилителей

При усилении слабых телевизионных сигналов большое значение имеет уровень собственных шумов входных каскадов усилителей. Поэтому в телевизионных антенных усилителях используют СВЧ-транзисторы с низкими величинами шумовых параметров. На шумовые параметры антенных усилителей также влияют и паразитные параметры применяемых пассивных элементов — сопротивлений и емкостей.

Широкополосные антенные усилители предназначены для усиления сигналов в полосе частот нескольких диапазонов метровых и (или) дециметровых волн. Обычно широкополосный усилитель строится на основе резистивного усилительного каскада, обладающего наиболее равномерной частотной характеристикой в сравнительно широком диапазоне частот. Для расширения полосы пропускания как в сторону низких, так и в сторону высоких частот в схему вводятся специальные цепи коррекции. Однако характеристики транзисторов ухудшаются на верхних частотах, что приводит к сужению полосы пропускания усилителей на этих частотах. В узкополосных усилителях (в пределах полосы пропускания) изменением характеристик транзисторов можно пренебречь.

Апериодический (резистивный) усилитель с емкостной связью называется также RC-усилителем. Название схемы связано с характером сопротивления нагрузки RH и емкостной связью каскада с источником сигнала, или с предыдущим каскадом (или нагрузкой следующего каскада). Апериодические усилители обеспечивают высокую стабильность коэффициента усиления и высокую чувствительность при усилении слабых сигналов. Коэффициент усиления в диапазоне высоких частот можно рассчитать по формуле:

4-1-11.jpg

где f - частота, для которой определяют усиление;

Rвых - сопротивление, полученное при параллельном соединении Rн + Rвx2;

= fгp:

fв = 1/2л* Rэкв* Co, (4.4)

где Rэкв = сумма сопротивлений, шунтирующих выходной каскад Со - сумма емкостей, шунтирующих выходной каскад.

Коэффициент усиления в диапазоне низких частот можно рассчитать по формуле:

4-1-12.jpg

Избирательными (селективными) называют усилители, полоса пропускания (задержания) которых сужена для отделения сигналов в нужной полосе частот от сигналов, помех или шумов других частот. По принципу действия и схемному выполнению избирательные усилители можно разделить на резонансные, полосовые и т. д. Резонансные усилители предназначены для усиления сигналов в заданной узкой полосе частот. Основная их особенность состоит в том, что нагрузка каскада — частотно-зависимая, в качестве которой выступает параллельный LC-контур, настроенный на частоту усиливаемого сигнала. Колебательный контур можно включить в усилитель по трансформаторной, автотрансформаторной, емкостной схеме.

4-1-13.jpg

4-1-14.jpg

4-1-15.jpg

Рис. 4. 7. Способы согласования в селективных усилителях

Чем больше добротность контура, тем уже полоса пропускания усилителя, тем больше усиление. Подключая параллельно резонансному контуру сопротивление, можно уменьшать его добротность и тем самым влиять на коэффициент усиления и ширину полосы пропускания усилителя. Дополнительное преимущество селективных усилителей по сравнению с апериодическими заключается в компенсации настройкой колебательных контуров влияния паразитных емкостей монтажа, снижающих усиление на верхних частотах. Увеличивая полное сопротивление нагрузки, компенсируют паразитное емкостное влияние, тем самым повышая усиление. Последнее выполняют с селекцией, распределенной по каскадам усилителя либо сосредоточенной в одном каскаде — с помощью фильтра сосредоточенной селекции (ФСС).

4.1.2. Требования к усилительным устройствам

К параметрам, которые характеризуют схемы усилителей, относятся коэффициент усиления, неравномерность коэффициента усиления, полоса усиливаемых частот и др.

КОЭФФИЦИЕНТОМ УСИЛЕНИЯ (К) усилителя называют отношение выходной величины к входной. В зависимости от рассматриваемой электрической величины, различают коэффициенты усиления по напряжению. току и мощности.

КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ ПО НАПРЯЖЕНИЮ (Ku) - это отношение напряжения на выходе усилителя к входному:

4-1-21.jpg

Коэффициент усиления по напряжению в многокаскадных усилителях равен произведению коэффициентов усиления каждого каскада:

Кобщ. = K1 К2 К3 ... (в относительных единицах) или

Кобщ = K1 + К2 + К3 + ... (дБ).

КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ ПО ТОКУ(Ki)- это отношение выходного тока к входному:

. Кi=Iвых/Iвх=20lg(Iвых/Iвх)(дБ). (4.8)

КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ ПО МОЩНОСТИ (Кр) - это отношение выходной мощности к входной:

Кр=Pвых/Pвх=10lg(Pвых/Pвх) (4.9)

НЕРАВНОМЕРНОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ - величина, характеризующая изменение коэффициента усиления в пределах рабочего диапазона частот. Определяется как отношение максимального коэффициента усиления к минимальному в полосе усиливаемых частот.

АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА (АЧХ) - зависимость коэффициента усиления или амплитуды (напряжения) на выходе усилителя от частоты входного сигнала, неизменного по величине. Так как параметры элементов усилителей зависят от частоты, то величина выходного сигнала будет постоянной только в определенном диапазоне частот, называемом полосой пропускания.

ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ (В) или ДИАПАЗОН УСИЛИВАЕМЫХ ЧАСТОТ- область частот, в которой коэффициент усиления изменяется не более, чем это допустимо по техническим условиям. Допустимые изменения коэффициента усиления в пределах полосы пропускания зависят от назначения и условий работы усилителя. Обычно считается допустимым ослабление уровня сигнала на 3 дБ (2^0.5 = 0,707 раз) по сравнению с максимальным значением на резонансной частоте (частотах). Ширина полосы пропускания определяется как разность между верхней и нижней граничными частотами. B=fв-fн. (4.10)

4-1-22.jpg

Рис. 4.8. Полоса пропускания усилителя

В зависимости от назначения антенные усилители могут быть относительно узкополосными [полоса пропускания менее октавы, fв/fн < 2] и широкополосными [полоса - несколько октав].

ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН (Д) - диапазон уровней усиливаемых входных сигналов, ограничиваемый снизу собственным шумом и сверху допустимыми нелинейными искажениями сигнала:

Д= 20lg(Uвх.max/Uвх.min) (дБ). (4.11)

КОЭФФИЦИЕНТ ШУМА [F] - параметр канала приема (передачи), выражаемый отношением мощности сигнала к мощности шума и позволяющий численно оценить шумовые характеристики устройств (в большинстве случаев значение параметра указывается в децибелах).

Рис. 4.0. Внешний вид СВЧ-транзистора

Изображение: 

Рис. 4.1. Схема с общим коллектором

Изображение: 

Рис. 4.2. Схема с общей базой

Изображение: 

Рис. 4.3 Схема с общим эмиттером и другие

Изображение: 

Рис. 4.7. Способы согласования в селективных усилителях (вариант 1)

Изображение: 

Рис. 4.7. Способы согласования в селективных усилителях (вариант 2)

Изображение: 

Рис. 4.7. Способы согласования в селективных усилителях (вариант 3)

Изображение: 

Рис. 4.8. Полоса пропускания усилителя

Изображение: 

Ф. 4.3. Коэффициент усиления в диапазоне высоких частот

Изображение: 

Ф. 4.5 Коэффициент усиления в диапазоне низких частот

Изображение: 

Ф. 4.7 Коэффициент усиления по напряжению - отношение напряжения на выходе усилителя к входному

Изображение: 

4.2. Антенные усилители

4. 2. Антенные усилители

При значительном удалении от телевизионного центра или недостаточной величине принимаемого сигнала (даже при использовании антенн с большим коэффициентом усиления) для обеспечения уверенного приема желательно применить антенный усилитель.

Приобретая антенный усилитель, следует обратить внимание на возможность его установки рядом с антенной или на самой антенне. Установленный рядом с телевизором, антенный усилитель не способен в полной мере повысить качество приема ТВ программ. Он в одинаковой степени усиливает как ТВ сигнал, так и внешние шумы: при большом уровне шума и значительной длине фидерной линии качественный просмотр телепередач будет невозможен.

Принятый антенной слабый сигнал, пройдя по фидеру, еще более уменьшится и будет иметь недостаточный уровень. Шумы при этом могут достигнуть значительной величины. Поэтому устанавливать усилитель нужно как можно ближе к антенне.

4. 2. 1. Оборудование телевизионное унифицированное (ОТУ-2. 2)

Оборудование телевизионное унифицированное ОТУ-2. 2 используется для работы в системах коллективного приема телевидения (СКПТ). Оно обеспечивает усиление на телевизионных каналах в метровом диапазоне волн и рассчитано для круглосуточной работы на лестничных клетках, в подъездах (в антенных шкафах или непосредственно на стене).

В состав оборудования входят:

- сборочный корпус с фильтром сложения КС-2;

- усилители УТД-I-II, УТД-III;

- блок питания БПС-5 (БПС-3.2).

В зависимости от варианта исполнения в состав оборудования входят один либо два усилителя:

ОТУ-2.2.1: УТД-I-II...................... 48,5 - 100 МГц;

ОТУ-2.2.2: УТД-III....................... 174 - 230 МГц;

ОТУ-2.2.3: УТД-I-II и УТД-III.... 48,5-100 МГц и 174-230 МГц.

4-2-11.jpg

Рис. 4.9. Внешний вид ОТУ-2.2

Основные технические характеристики ОТУ-2. 2:

Коэффициент усиления, дБ, не менее....................................................................... 25

Неравномерность частотной характеристики, дБ, не более, в полосах частот:

каждого из усиливаемых каналов............................................................................ 1

каждого из усиливаемых диапазонов...................................................................... 3

КБВ со стороны входов и выходов оборудования, не менее.................................. 0, 5

Коэффициент шума, дБ, не более............................................................................. 9

Выходное напряжение (максимальное) каждого из двух сигналов, поданных на ВХОД I (1-5 к) или ВХОД II (6-12 к) оборудования, при коэффициенте перекрестной модуляции-46 дБ, мВ, не менее.................................................... 200

Потребляемая мощность от сети переменного тока при номинальном напряжении 220 В, Вт, не более....................................................... 8

Усилители УТД-I-II и УТД-III предназначены для работы в составе оборудования ОТУ. Конструктивно они выполнены однотипно и различаются только маркировкой.

Принципиальная схема усилителя УТД-I-II, предназначенного для усиления телевизионных каналов в I - II диапазоне метровых волн, приведена на рис. 4. 10. Усилитель выполнен по трехкаскадной схеме на транзисторах VT1-VT3 (КТ-368А). Первый каскад выполнен по схеме с общим эмиттером, второй и третий — по схеме с общей базой. Режимы транзисторов по постоянному току определяют элементы R2R3, R7R8, R12R13. В качестве согласующих цепей в усилителях применены полосовые фильтры. Входная цепь C1L1L2C2 обеспечивает согласование входного сопротивления первого каскада усилителя с волновым сопротивлением антенны. Коррекцию завала АЧХ на верхних усиливаемых частотах осуществляет межкаскадный фильтр L3C9L4C10.

Таблица 4. 1. Данные катушек индуктивности УГД-I-II

Обозначение по схеме

Количество витков

Марка провода и диаметр, мм

Индуктивн., мкГн

LI

7, 5

ПЭВ-1, 0, 8

0, 33

L2

5, 5

ПЭВ -1, 0, 8

0, 2

L3

4, 5

ПЭВ -1, 0, 8

0, 33

L4

4, 5

ПЭВ -1, 0, 8

0, 31

L6

7, 5

ПЭВ - 1. 0, 8

0, 44

L7

7, 5

ПЭВ -1, 0, 8

0, 39


Согласование выхода усилителя со входом устройства сложения сигналов (УСС) осуществляет выходной полосовой фильтр L6C13L7C14. Напряжение питания на усилитель подают с выходного высокочастотного соединителя через L8C12L5C8C4.

Усилитель УТД-Ш предназначен для усиления телевизионных каналов в III диапазоне метровых волн. Принципиальная схема приведена на рис. 4. 12. Схема усилителя выполнена на транзисторах КТ-368А. Первый и третий каскад выполнены по схеме с общим эмиттером, второй и четвертый — по схеме с общей базой. Режимы транзисторов по простоянному току определяют элементы R1R2, R6R7, R9R10, R14R15. Входная цепь C1L1L2L3C2 обеспечивает согласование входного сопротивления первого каскада усилителя с волновым сопротивлением антенны. Настройка на оптимальное согласование осуществляется емкостями С1, С2. Коррекцию завала АЧХ на верхних усиливаемых частотах обеспечивает межкаскадный фильтр L4L5L7C11. Полосовой фильтр L10L8L9C18 осуществляет согласование выхода усилителя со входом фильтра сложения сигналов.

Таблица 4. 2. Данные катушек индуктивности УТД-111

Обозначение по схеме

Количество витков

Марка провода и диаметр,мм

Индуктивн., мкГн

L1

3,5

ПЭВ - I, 0,8

0,096

L2

2,5

ПЭВ-I, 0,8

0,055

L3

2,5

ПЭВ - I, 0,8

0,068

L4

3,5

ПЭВ-I, 0,8

0,048

L5

2,5

ПЭВ -1, 0,8

0,03

L7

1,5

ПЭВ - I, 0,8

0,078

L8

4,5

ПЭВ-I, 0,8

0,044

L9

1,5

ПЭВ - I, 0,8

0,045

L10

3,5

ПЭВ - I, 0,8

0,072


Катушки индуктивностей полосовых фильтров выполнены проводом ПЭВ -1-0, 8 без каркасов. Необходимое значение индуктивности достигается путем изменения расстояния между витками при регулировке усилителей.

Напряжение питания на усилитель подают с выходного высокочастотного соединителя через L 11С12C16C17L6C3C7C9.

Выходы усилителей УТД-1-11 и УТД-111 соединены со входами устройства сложения сигналов (рис. 4.12). УСС состоит из фильтров верхних C1L2C3L4C4 и нижних частот L1C2L3C5L5C6. Устройство сложения сигналов обеспечивает развязку между усилителями разных диапазонов (не менее 20 дБ), внося незначительные потери на рабочих частотах (не более 0,5 дБ).

4-2-12.jpg

Рис. 4.12. Схема устройства сложения сигналов Таблица 4.3. Данные катушек индуктивности фильтра сложения.

Обозначение по схеме

Количество витков

Марка провода и диаметр, мм

Индуктивн., мкГн

L1

5

ПЭВ-I, 0,8

0,13

L2

2,5

ПЭВ -1, 0,8

0,05

L3

5

ПЭВ-I, 0,8

0,118

L4

6

ПЭВ-I, 0,8

0,16

L5

4

ПЭВ-I, 0,8

0,102


Блок питания БПС-5 выполнен в виде съемного функционально законченного узла. На металлическом основании закреплены сетевой трансформатор, плата выпрямителя и стабилизатора, регулирующий транзистор с радиатором охлаждения и держатель предохранителя.

Таблица 4.4. Моточные данные силового трансформатора БПС-5

Марка провода

ПЭВ-1

ПЭВ- 1

Диаметр по меди

0,12

0,44

Число витков

4100

380

Отвод от витков

2370

-

Тип намотки

виток к витку

виток к витку

Направление намотки

в одну сторону

в одну сторону

Изоляция между слоями

КТ-50,1 слой

КТ-50, 1 слой

Изоляция сверху обмотки

К-120, в 2 слоя

К-120, в 2 слоя

Порядок намотки

первичная

вторичная


Принципиальная схема БПС-5, приведенная на рис. 4.13, выполнена по традиционной схеме параметрического стабилизатора с регулирующим транзистором.

4-2-13.jpg

Рис. 4.13. Принципиальная схема БПС-5

В более поздних выпусках оборудования применяется блок питания БПС 3.2 (рис.4.14).

Основные технические характеристики

Выходное напряжение, В ........................................................................................... 10±0,4

Предельно допустимый ток нагрузки, А, не менее .................................................. 0,3

Пульсация выходного напряжения, мВ................................................................... 2

Мощность, потребляемая от сети, Вт, не более ........................................................ 11

В схеме блока питания предусмотрена защита от коротких замыканий и перегрузок, которая срабатывает если ток нагрузки превышает предельно допустимое значение на 100% . В нормальном режиме стабилизатора увеличение тока нагрузки ведет к увеличению тока эмиттера транзистора VT2 и к уменьшению тока через стабилитрон Д814А. Суммарный ток эмиттера VT2 плюс ток стабилитрона с увеличением тока

нагрузки уменьшается. В этом режиме при колебаниях напряжения на нагрузке в цепь база-эмиттер транзистора VT2 поступает напряжение с полярностью, соответствующей отрицательной обратной связи. При возникновении перегрузки ток через стабилитрон прекращается, что эквивалентно разрыву образуемого стабилитроном плеча моста. Вследствие этого полярность напряжения на базе транзистора VT2 меняется на обратную, обратная связь становится положительной и транзисторы закрываются. Для перевода схемы в режим стабилизации необходимо выключить БПС 3.2 с последующим включением после устранения причин, вызвавших перегрузку.

01.jpg

Рис. 4.10. Принципиальная схема усилителя УТД-I-II

02.jpg

Рис. 4.11. Принципиальная схема УТД-III

 

Таблица 4.5. Моточные данные силового трансформатора БПС 3.2

Номер обмоток по схеме

Сердечник

Число витков

Провод

la

ШЛ 16х16, ленточный

1700

ПЭВ-1, 0 0,23

ШЛ 16х16, ленточный

1300

ПЭВ-1, 00,2

II

ШЛ 16х16, ленточный

270

ПЭВ-1, 0 0,55



4-2-14.jpg

4.2.2. Оборудование телевизионное унифицированное (ОТУ-3. 2)

Оборудование телевизионное унифицированное ОТУ-3. 2 используется для работы в системах коллективного приема телевидения СКПТ и обеспечивает возможность приема программ метрового и дециметрового диапазонов (с использованием конвертера КТК). Оборудование рассчитано на круглосуточную работу на лестничных клетках, подъездах (в антенных

шкафах или непосредственно на стене).

4-2-21.jpg

Рис. 4.15. Внешний вид ОТУ-3.2

Основные технические характеристики

Коэффициент усиления по каждому входу при комплектации:

конвертерами КТК, дБ, не менее ................................................................ 24

усилителями УТК 1-5 канала, дБ, не менее ............................................... 34

усилителями УТК 6-12 канала, дБ, не менее............................................. 29

усилителями УТД, дБ, не менее .................................................................. 25

Неравномерность АЧХ в полосе частот каждого из

усиливаемых каналов, дБ, не более ....................................................................... 2

КСВ оборудования со стороны входов, не более................................................... 2

Коэффициент шума, дБ,

в I-II диапазоне 48,5— 100 МГц, не более................................................. 8

в III диапазоне 174 — 230 МГц, не более................................................... 9

Максимальный выходной уровень усиления ТВ каналов, дБ/мкВ, не менее ........ 106

Мощность, потребляемая от сети переменного тока

при номинальном напряжении 220 В, Вт, не более................................................... 12

Максимальное число устанавливаемых конвертеров и усилителей

при комплектации оборудования:

корпусом КС-3, не более .............................................................................. 3

корпусом КС-4, не более .............................................................................. 4

Усилители УТД-I-II, УТД-III УТК-1 (2....12) по конструкции выполнены однотипно и внешне различаются по маркировке. Принципиальные схемы усилителей УТД-I-II и УТД-III аналогичны применяемым в ОТУ 2. 2 и описаны в

разд. 4. 2. 1. Описание и принципиальная схема конвертера КТК приведены в разд. 4. 4. 1.

Схема типового канального усилителя УТК-1 (2.. 12) приведена на рис. 4. 16. По этой схеме выполняются усилители на любой из двенадцати ТВ каналов. УТК имеют различные по величине значения элементов (табл. 4. 6) в зависимости от канала усиления.

Таблица 4. 6. Число витков катушек и емкости конденсаторов транзисторных антенных усилителей УТК

Обозначение по схеме

Единица

Число витков катушек и емкость конденсаторов для

ТВ -

кана

ла

измерения

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

L1

витки

7

7

7

7

6, 5

5

4, 5

4, 5

4

4

4

4

L2

витки

7

7

7

7

6, 5

5

4, 5

4

4

3, 5

3, 5

3, 5

L3

витки

6, 5

6, 5

6

6

5, 5

3, 5

3, 5

3

3

2. 5

2, 5

2, 5

L4

витки

8

8

7

7

7

5, 5

4. 5

4, 5

•4

4

4

4

L5

витки

6, 5

6, 5

6

6

5, 5

3, 5

3, 5

3

3

2, 5

2, 5

2, 5

L6

витки

8

8

7

7

7

5, 5

4, 5

4, 5

4

4

4

4

С1

пФ

15

10

6, 8

4, 7

4, 3

2

2

1, 6

1, 8

1. 6

1. 6

1, 5

С2

пФ

22

15

6, 8

5, 6

5, 6

2, 2

2. 2

2

2

2, 4

1, 6

1, 6

С7

пФ

15

9, 1

5, 1

4, 7

3, 6

1, 8

1, 6

1, 4

1, 2

2, 2

1, 3

1

С8

пФ

18

6, 2

5. 1

4, 7

3, 6

1, 3

1, 6

1. 5

1, 8

1, 6

1, 3

1, 3

С13

пФ

18

9, 1

6, 2

4. 7

3, 6

1, 8

1, 6

1, 4

1, 2

2, 2

1, 3

1

С14

пФ

12

7, 5

6, 8

4, 7

3, 6

1, 5

2

2

1, 8

1, 6

1, 6

1, 6

С17, С18, С19

пФ

2, 4

2, 4

-

-

-

-

-

-


Примечание: Все катушки индуктивности намотаны проводом ПЭВ 0, 47 на каркасах из органического стекла с шагом нарезанных спиральных канавок 0, 5 мм. Для 1 - 5 каналов диаметр каркаса—10 мм, для 6- 12каналов—8мм.

Канальный усилитель выполнен по четырехкаскадной схеме на транзисторах ГТ 313Б (в более поздних модификациях усилителей используются другие транзисторы). Первый и третий каскады выполнены по схеме с общим эмиттером, второй и четвертый — по схеме с общей базой. Режимы транзисторов по постоянному току определяют элементы R1, R2, R3, R4, R8, R9, R12, R13, R17, R18. Изменением тока транзистора VT1 с помощью потенциометра R4 регулируется величина выходного сигнала усилителя. Полосу усиления заданного канала настраивают с помощью контуров полосовых фильтров C1L1L2C3, С9L3L4СП, C16L5L6C18. Емкости С2, С10, С17 используются для обеспечения необходимой связи между контурами в усилителях УТК-1 и УТК-2. Контура C1L1, L2C3, L4C11, L6C18 выполнены по последовательной схеме, а C9L3, C16L5 — по параллельной схеме. Включение контуров полосового фильтра параллельно и последовательно позволяет согласовывать высокое выходное сопротивление транзистора предыдущего каскада с низким входным сопротивлением транзистора следующего каскада, либо волновым сопротивлением кабеля на выходе усилителя. Напряжение питания на усилитель подают с выходного высокочастотного соединителя черезL7С15, R11С8.

Электрические параметры усилителей канальных УТК

Параметры усилителей для ТВ каналов.............................................................. 1... 5.. 6... 12

Коэффициент усиления на средней частоте канала, дБ, не менее..................... 34...... 29

Неравномерность частотной характеристики в полосе частот канала,

дБ, не более........................................................................................................... 1, 5...... 1, 5

КСВ в полосе частот канала, не более................................................................. 1, 7...... 1, 7

Коэффициент шума, дБ, не более.......................................................................... 5......... 9

Избирательность при расстройке на 18 МГц от границ полосы

усиливаемого сигнала, дБ, не менее................................................................... 20...... 20

Максимальный выходной уровень в ТВ канале, дБ/мкВ, не менее................. 110.... 103

Потребляемая мощность, Вт, не более.................................................................. 1......... 1

4-2-22.jpg

Рис. 4. 17. Внешний вид усилительной линейки УТК

Все рассмотренные устройства предназначены для совместной работы в едином сборочном корпусе в сочетаниях, определяемых конкретны ми условиями. Устройства питаются от общего источника, входящего в состав оборудования. Поскольку напряжение питания подается к усилителям и конвертерам через выходной высокочастотный соединитель, в сборочном корпусе предусматривается включение элементов, обеспечивающих разделение постоянного тока и тока высокой частоты.

Блок питания в OTУ 3. 2, укомплектованный корпусом КС-4, выполнен по опрощенной схеме на одном транзисторе. Конструктивно сетевое трансформатор и плата стабилизатора установлены на корпусе КС-4.

4-2-23.jpg

Принципиальная электрическая схема соединений ОТУ 3. 2 при комплектации корпусом КС-3 приведена на рис. 4. 18, при комплектации корпусом КС-4 на рис. 4. 19.

4-2-24.jpg

Отличия канальных усилителей последних лет выпуска (рис. 4. 20, 4. 21) заключаются в применении более высокочастотных транзисторов и незначительных изменений в схеме.

4-2-25.jpg

Рис. 4. 21. Принципиальная схема УТК-12

21.jpg

Рис. 4.16. Принципиальная схема УТК-1 (2...12)

22.jpg

Рис. 4.20. Принципиальная схема УТК-3

 

4-2-31.jpg

4. 2. 3. Усилитель телевизионный широкополосный коллективный (УТШК)

Антенный усилитель (УТШК) предназначен для усиления телевизи онных сигналов, принятых антеннами коллективного пользования метро вого диапазона, и рассчитан на круглосуточную работу от сети переменного тока частотой 50 Гц, напряжением 127 ±15% или 220В ±20%.

Рис. 4. 22. Внешний вид усилителя УТШК

Основные технические характеристики УТШК

Параметры усилителя для диапазонов.................................................................... I-II....... Ill

Коэффициент усиления, дБ, не менее..................................................................... 25....... 25

Неравномерность АЧХ, дБ, не более........................................................................ 2......... 3

КСВ со стороны входа, не более............................................................................. 1, 8....... 2

Коэффициент шума, дБ, не более............................................................................ 8......... 9

Максимальный выходной уровень в ТВ канале, дБ/мкВ, не менее..................... 110..... 106

Потребляемая мощность от сети переменного тока при номинальном напряжении 220 В, Вт, не более............................................................... 8

Конструктивно усилитель выполнен в металлическом корпусе, разделенном двумя перегородками. В центральном отсеке расположены сетевой трансформатор, плата стабилизатора (УЗ) и устройство сложения сигналов (У4), в боковых отсеках установлении линейки усилителей УТД-I-II (У1) и УТД-III (У2). Входы антенн и общий выход расположены с противоположных сторон корпуса. Схема линейки усилителя У1 приведена на рис 4. 23. Описание принципиальной схемы аналогично усилителю УТД-111, применяемому в ОТУ, за исключением некоторых элементов и их обозначений.

Схема линейки У2 приведена на рис. 4. 24. Отличительной особенностью принципиальной схемы линейки У2 от усилителя УТД-III, применяемого в ОТУ, является исполнение оконечного каскада на двух транзисторах VT4, VT5 с параллельным включением по выходу, что повышает нагрузочную способность усилителя.

Стабилизатор УЗ (рис. 4. 25) выполнен на транзисторах VT1, VT2. Выходной транзистор стабилизатора VT1 (для отвода тепла) установлен на корпусе усилителя.

4-2-32.jpg

Рис. 4. 23. Принципиальная схема линейки У1 (УТШК)

4-2-33.jpg

Рис. 4. 24. Принципиальная схема линейки У2 (УТШК)

4-2-34.jpg

Рис. 4. 25. Принципиальная схема блока питания УТШК

Выходы линеек усилителей соединены со входом платы У4 - устройства сложения сигналов (УСС). Устройство сложения сигналов (рис. 4. 26) представляет собой фильтр верхних (L2, C2, C4, L4, C6) и нижних частот (C1, L1, C3, L3, C5, L5). УСС обеспечивает развязку между линейками усилителей разных диапазонов (не менее 20 дБ), внося незначительные потери на рабочих частотах (не более 0, 5 дБ). Корректировка АЧХ в III диапазоне производится подстройкой емкостей С4 (У4) и С19 (У2).

4-2-35.jpg

Рис. 4. 26. Принципиальная схема блока фильтра УТШК

Рис. 4.10. Принципиальная схема усилителя УТД-I-II

Изображение: 

Рис. 4.11. Принципиальная схема УТД-III

Изображение: 

Рис. 4.12. Схема устройства сложения сигналов

Изображение: 

Рис. 4.13. Принципиальная схема БПС-5

Изображение: 

Рис. 4.14. Принципиальная схема БПС-3.2

Изображение: 

Рис. 4.15. Внешний вид ОТУ-3.2

Изображение: 

Рис. 4.17. Внешний вид усилительной линейки УТК

Изображение: 

Рис. 4.18. Структурная схема КС-3

Изображение: 

Рис. 4.19. Структурная схема КС-4

Изображение: 

Рис. 4.20. Принципиальная схема УТК-3

Изображение: 

Рис. 4.21. Принципиальная схема УТК-12

Изображение: 

Рис. 4.23. Принципиальная схема линейки У1 (УТШК)

Изображение: 

Рис. 4.24. Принципиальная схема линейки У2 (УТШК)

Изображение: 

Рис. 4.25. Принципиальная схема блока питания УТШК

Изображение: 

Рис. 4.26. Принципиальная схема блока фильтра УТШК

Изображение: 

Рис. 4.9. Внешний вид ОТУ-2.2

Изображение: 

Рис. 4.16. Принципиальная схема УТК-1 (2...12)

Изображение: 

Рис. 4.20. Принципиальная схема УТК-3

Изображение: 

4.3. Усилители телевизионные индивидуальные

4.3. Усилители телевизионные индивидуальные

Индивидуальные антенные усилители предназначены для повышения уровня телевизионного сигнала при приеме передач черно-белого и цветного изображения. Они рассчитаны для совместной работы с телевизионными приемниками любого типа и класса. Обычно вход и выход усилителя рассчитан на подключение фидера с волновым сопротивлением 75 Ом. Индивидуальные антенные усилители в зависимости от усиливаемых

частот изготавливаются для диапазонов MB, ДМВ либо MB + ДМВ. По конструктивному исполнению усилители размещают на мачте (в непосредственной близости от антенны) или устанавливают рядом с телевизионным приемником.

4.3.1. Усилители телевизионные MB диапазона УТДИ I-II, УТДИ III

Усилители телевизионные диапазонные индивидуальные предназначены для усиления сигналов в метровом диапазоне волн. Блок УТДИ-I-II усиливает телевизионные сигналы с 1 по 5 телевизионный канал, блок УТДИ -III с 6 по 12 телевизионный канал.

4-3-11.jpg

Рис. 4. 27. Внешний вид усилительного комплекта УТДИ-I-II, УТДИ-III

Электрические параметры блока усилителя УТДИ-I-II

Коэффициент усиления, дБ, не менее ....................................................................... 14

Неравномерность АЧХ, дБ, не более ...................................................................... 3

КБВ со стороны выхода, не менее........................................................................... 0,6

Коэффициент шума, дБ, не более ........................................................................... 5

Электрические параметры блока усилителя УТДИ-III

Коэффициент усиления, дБ, не менее .................................................................... 12

Неравномерность АЧХ, дБ, не более ...................................................................... 3

КБВ со стороны выхода, не менее........................................................................... 0,6

Коэффициент шума, дБ, не более ........................................................................... 6

Конструктивно усилитель состоит из трех блоков — двух блоков усилителей А2 (УТДИ-I-II) и А1 (УТДИ-III), которые устанавливаются непосредственно на мачте антенн либо в непосредственной близости от них и блока питания с устройством сложения сигналов A3, устанавливаемого непосредственно у телевизионного приемника. Телевизионный

4-3-12.jpg

сигнал от антенны метрового диапазона (6-12 канал) поступает на разъем входа блока усилителя А1 (рис. 4. 28). На входе А1 установлен фильтр 1С1, 1L1,1L2,1L3, 1С2, настройка которого производится при помощи 1С1 и 1С2. Фильтр обеспечивает согласование входного сопротивления первого каскада усилителя, выполненного на транзисторе 1VT1 (КТ368А), с волновым сопротивлением антенны. Первый каскад усилителя собран по схеме с общим эмиттером. Режим транзистора по постоянному току определяют резисторы 1R1, 1R2. Элементы отрицательной обратной связи 1R4, 1C5 осуществляют коррекцию на верхних частотах диапазона. Второй каскад усилителя собран по схеме с общей базой. Режим работы транзистора 1VT2 (КТ368А) по постоянному току задан величинами резисторов 1R6, 1R7.

Выходной сигнал через полосовой фильтр 1L4, 1L5, 1L61C10 по фидеру снижения поступает на вход устройства сложения сигналов блока АЗ. Телевизионный сигнал от антенны метрового диапазона (1-5 канал) поступает на входной разъем блока усилителя А2. Описание принципиальной схемы аналогично усилителю УТДИ-III (А1), за исключением некоторых элементов и их обозначений. Стабилизированный блок питания выполнен на элементах 3VT1, 3VD5 по традиционной схеме параметрического стабилизатора. Первичная обмотка ЗТ1 включается последовательно с источником питания телевизионного приемника, что позволяет уменьшить габариты понижающего трансформатора. Питание подается на блок A3 при включении телевизора. Через 3L6, 3L7 напряжение питания 10, 5 В подается на соединительные разъемы (САТ-Г, CAT-Ш) и по фидерам поступает в блоки усилителей. Устройство сложения сигналов представляет собой фильтр верхних 3C1, 3L1, 3C2, 3L2, 3C3 и нижних частот ЗС6, 3L3, ЗС7, 3L4, 3C8, 3L5 и обеспечивает развязку между блоками усилителей разных диапазонов, внося незначительные потери на рабочих частотах. АЧХ диапазонных усилителей формируется изменением величины построечных емкостей (1С1, 1С2, 1С7, 1С10 - усилитель УТДИ-III 2С7, 2С10 - усилитель УТДИ-I-II и ЗС2. 3СЗ в устройстве сложения сигналов), а также изменением индуктивностей полосовых фильтров соответствующих диапазонов. При растяжении витков повышается частота настройки контуров, а при сжатии — наоборот, частота понижается.

4-3-13.jpg

Рис. 4. 29. Принципиальная схема блока A3

4. 3. 2. Усилители телевизионные MB диапазона УТДИ I-III

Усилитель телевизионный диапазонный индивидуальный УТДИ-I-III предназначен для усиления сигналов в метровом диапазоне волн с 1 по 12 телевизионный канал.

Параметры усилителя

для ТВ каналов........................................................................................................ 1-5... 6-12

Коэффициент усиления, дБ не менее................................................................... 10....... 9

Неравномерность частотной характеристики в полосе частот канала, дБ,

не более..................................................................................................................... 3........ 3

Коэффициент шума, дБ. не более........................................................................... 6........ 8

Входное и выходное сопротивление, Ом.............................................................. 75...... 75

Потребляемая мощность, Вт, не более................................................................................. 4

4-3-21.jpg

Конструктивно усилитель состоит из функционально законченного блока, устанавливаемого непосредственно у телевизионного приемника. Внутри пластмассового корпуса усилителя расположены две печатные платы (588-1, 588-2) и сетевой трансформатор (рис. 4. 31).

Отличительной особенностью исполнения данных схем усилителей является выполнение отдельных элементов полосовых фильтров методом печатного монтажа. Согласование входного сопротивления усилителей и антенн обеспечивается элементами С1, L1, L2, W1, С2 и С1, L1, С2, соответственно в III и в I-II телевизионных диапазонах. Сигнал от антенны III диапазона (6-12 телевизионные каналы) поступает на входной разъем XS1 платы 588-1. Первый каскад усилителя (плата 588-1) собран на транзисторе VT1 (КТ3109) по схеме с общим эмиттером (рис. 4. 31). Второй каскад усилителя собран по схеме с общей базой. Режим работы транзисторов по постоянному току задан величиной резисторов R1, R2 и R6, R7. Элементы R4, С4 обеспечивают коррекцию на верхних частотах диапазона. Усиленный сигнал с коллектора VT2 через полосовой фильтр W2L3W3L4C9 поступает на разъем ХР1 «выход». Усилитель 1-11 диапазона (плата 588-2) выполнен по аналогичной схеме, а выходной усиленный сигнал через фильтр W1L3L4C8 поступает на разъем общего выхода ХР1. Стабилизатор выполнен на элементах VT3VD1C10R9 (плата 588-1), а выпрямитель на элементах VD1-VD4 (плата 588-2).

4-3-22.jpg

Рис. 4. 31. Принципиальная схема усилителя УТДИ-I-III

4. 3. 3. Усилитель телевизионный ДМВ диапазона «Орбита» ТАИ 21-41.

Усилитель телевизионный дециметровый индивидуальный «Орбита» предназначен для усиления сигналов с 21 по 39 телевизионный канал и установке на мачте антенны.

Основные технические характеристики

Коэффициент усиления, дБ, не менее.................................................................... 12

Неравномерность АЧХ в диапазоне частот 470... 620 МГц, дБ, не более................ 3

КБВ на входе и выходе, не менее............................................................................ 0, 4

Коэффициент шума, кТо, не более............................................................................. 5*

Входное и выходное сопротивление, 0м................................................................... 75

4-3-31.jpg

Рис. 4. 32. Внешний вид усилителя «Орбита» ТАИ 21-41.

Конструктивно усилитель собран на печатной плате, закрытой металлической крышкой. Для защиты от влаги он помещен в круглый пластмассовый корпус с завинчиваемыми крышками. На входе и выходе усилителя установлены разъемы (антенные гнезда САТ-Г), которые соединяются (антенными штекерами САТ-Ш) фидером с блоком питания и антенной. Усилитель питается по фидеру снижения от источника питания, установленного вблизи телевизора.

Принятый антенной сигнал ДМВ поступает на вход усилителя через полосовой фильтр на C1W1 (рис. 4. 33). Элементы W1 - W3 выполнены печатным монтажом (полосковые линии в интегральном исполнении). Двухкаскадный усилитель выполнен на транзисторах VT1, VT2 (КТ3101А), включенных по схеме с общим эмиттером. Отрицательную обратную связь по току обеспечивают элементы R4C5C6 и R8C8C9, осуществляя коррекцию на верхних частотах диапазона. Режимы транзистора VT1 по постоянному току обеспечивают элементы R1, R2, а транзистора VT2 — резисторы R5, R6. Развязку по питанию обеспечивают фильтры R2C2, L1C7.

* Для пересчета коэффициента шума необходимо воспользоваться номограммой в прил. 2.

11.jpg
Рис. 4.33. Принципиальная схема усилителя «Орбита» ТАИ 21-41.

4. 3. 4. Усилитель телевизионный ДМВ диапазона УТДИ -IV-V

Усилитель телевизионный дециметровый индивидуальный УТДИ-IV-V обеспечивает усиление сигналов в дециметровом диапазоне волн с 21 по 41 телевизионный канал.

Основные технические характеристики

Коэффициент усиления, дБ, не менее....................................................................... 14

Неравномерность АЧХ в диапазоне частот 470... 638 МГц, дБ, не более................ 3

КБВ на входе и выходе, не менее............................................................................ 0, 4

Коэффициент шума, кТо, не более............................................................................. 5*

Входное и выходное сопротивление, Ом................................................................ 75

Потребляемая мощность от сети, Вт, не более...................................................... 3

Напряжение питания, В, при частоте 50Гц................................................................ 220+-22

4-3-41.jpg

Конструктивно усилитель состоит из двух блоков — блока усилителя, устанавливаемого на мачте антенны и блока питания, устанавливаемого непосредственно у телевизионного приемника.

Сигнал с антенны ДМВ поступает на клемму «вход» блока усилителя и далее на ФВЧ (1-С1, 1-L1, 1-С2, 1-L2, 1-СЗ, 1-L3), который подавляет сигналы, расположенные ниже дециметрового диапазона, и обеспечивает согласование входного сопротивления первого каскада усилителя, выполненного на транзисторе 1-V1 (КТ3101А-2), с волновым сопротивлением антенны. (рис 4. 35) Каскады усилителя собраны по схеме с общим эмиттером. Стабилизация режимов транзисторов по постоянному току осуществляется через резисторы 1-R1, 1-R2 и 1-R6, 1-R7. Элементы 1-С7, 1-С8 обеспечивают коррекцию АЧХ на верхних частотах диапазона. С выхода усилителя по фидеру снижения усиленный сигнал поступает на разъем 2-XS1 блока питания. На вход телевизионного приемника сигнал поступает с разъема 2-ХР2 через разделительную емкость 2-СЗ. Развязку каскадов усилителя по питанию обеспечивают фильтры 1-С4, 1-С5, 1-L-5 и 1-С9, 1-L6, на которые по фидеру с разъема 2-XS1 блока питания через 2-L1 подается напряжение 10, 5 В. Стабилизированный блок питания выполнен на элементах 2-V5, 2-V6 по традиционной схеме параметрического стабилизатора.

* Для пересчета коэффициента шума необходимо воспользоваться номограммой в прил. 2.


 

12.jpg

Рис. 4.35. Принципиальная схема усилителя УТДИ-IV-V

 

4. 3. 5. Усилитель телевизионный ДМВ диапазона УТАИ 21 - 41

Усилитель телевизионный антенный индивидуальный УТАИ 21-41 предназначен для усиления телевизионных сигналов в дециметровом диапазоне волн.

Основные технические характеристики

Коэффициент усиления, дБ, не менее........................................................................ 12

Неравномерность АЧХ в диапазоне частот 470... 640 МГц, дБ, не более................ 3

КБВ на входе и выходе, не менее............................................................................. 0, 5

Коэффициент шума, дБ, не более............................................................................. 7

Входное и выходное сопротивление, Ом................................................................. 75±3

Потребляемая мощность от сети, Вт, не более......................................................... 5

Напряжение питания, В, при частоте 50Гц................................................................ 220±10

4-3-51.jpg

Конструктивно усилитель состоит из двух блоков:

блока усилителя, устанавливаемого на мачте антенны, и блока питания устанавливаемого рядом с телевизором. Фидер снижения от антенны ДМВ подпаивают к клеммам Х1, Х2 (рис. 4. 37). Фильтр верхних частот C1L1L2C2W1 L3C3 обеспечивает подавление сигналов, расположенных ниже дециметрового диапазона.

Усилитель собран на транзисторах VI-V3 (КТ371АМ). Первый каскад усилителя, обеспечивающий основное усиление при регламентированном уровне шума, выполнен по схеме с общим эмиттером. Стабильность работы выходного каскада, выполненного на транзисторах V2, V3 с непосредственной связью, обеспечивает глубокая отрицательная обратная связь (резисторы R6, R8). Элементы фильтров W1 и W2 (полосковые линии) выполнены печатным монтажом со стороны навесных элементов. Полосовой фильтр L6W2L7C9 согласует выход усилителя с волновым сопротивлением фидера снижения. Развязку каскадов усилителя по питанию обеспечивают фильтры L8C7 и L5C4, на которые по фидеру с разъема XS2 блока питания через L1 подается напряжение 10, 5 В. Блок питания содержит сетевой трансформатор Т1, выпрямитель V2 - V5, емкость фильтра питания С4, параметрический стабилизатор R1V1.

4-3-52.jpg

Рис. 4. 37. Принципиальная схема усилителя УТАИ 21-41

4.3.6. Усилитель телевизионный MB и ДМВ диапазонов «Сириус»

Усилитель антенный широкополосный предназначен для усиления телевизионных сигналов в диапазоне частот 48, 5... 230 МГц (1... 12 каналы) и 470... 790 МГц (21... 60 каналы), а также радиосигналов в диапазоне УКВ (65, 8... 73, 0 МГц). Применяется для улучшения качества изображения и звукового сопровождения при приеме черно-белых и цветных телевизионных программ в зоне неуверенного приема и рассчитан для работы в закрытых помещениях.

Основные технические характеристики

Коэффициент усиления, дБ, не менее....................................................................... 15

Неравномерность коэффициента усиления, дБ, не более........................................ 5

Входное и выходное сопротивление, Ом.................................................................. 75+ -3

Потребляемая мощность от сети, Вт, не более......................................................... 5

4-3-61.jpg

Рис. 4. 38. Внешний вид усилителя «Сириус»

Конструктивно усилитель и блок питания собраны на двухсторонней печатной плате и установлены в пластмассовый корпус. Сигнал от антенны MB поступает на первый каскад усилителя с разъема XS2 (рис. 4. 39) через фильтр L4C14C15L3, а сигнал от антенны ДМВ - с разъема XS1 через L2C9. Диод VD1 обеспечивает защиту входного каскада от перегрузки сигналами местных станций. Двухкаскадный апериодический усилитель выполнен на СВЧ транзисторах VT1, VT2 (КТ3101А), включенных по схеме с общим эмиттером. Отрицательная обратная связь по напряжению (элементы R5R7C5, R6R8C6) и цепи эмиттерной коррекции (элементы R9C10, R10C11, R12C12, R13C13) обеспечивают равномерность усиления в полосе 48, 5... 790 МГц и коррекцию на верхних частотах диапазона. Развязку от

4-3-62.jpg

Рис. 4. 39. Принципиальная схема усилителя «Сириус»

помех по питанию обеспечивают фильтры L1C2, R1C1. Блок питания выполнен на элементах СЗ, R2, С4.

4.3.7. Усилитель антенный телевизионный дециметрового диапазона волн УАТ ДМВ

Усилитель антенный телевизионный УАТ ДМВ предназначен для усиления телевизионных сигналов в дециметровом диапазоне волн. Конструктивно выполнен на печатной плате, расположенной в герметичном корпусе, что позволяет устанавливать его на мачте антенны (рис. 4. 40).

Основные технические характеристики

Коэффициент усиления, дБ, не менее....................................................................... 30

Неравномерность АЧХ в диапазоне частот 470... 635 МГц, дБ, не более................ 3

КБВ на входе и выходе, не менее.......................................................................... 0, 5

Коэффициент шума, дБ, не более........................................................................... 7

Входное и выходное сопротивление, Ом.................................................................. 75

Ток потребления при напряжении питания 12В, мА.................................................. 20

4-3-71.jpg

На входе усилителя (рис. 4. 41) установлен полосовой фильтр L1С1L2. Сигнал с выхода полосового фильтра через емкость СЗ поступает на первый каскад (транзистор VT1), выполненный по схеме с общей базой. Усиленный сигнал с коллекторной нагрузки VT1 (L3, L4) через С6 поступает на второй каскад усиления (транзистор VT2), выполненный по аналогичной схеме. Далее сигнал с коллекторной нагрузки VT2 (L6, L7) подается на базу VT3. Третий каскад усиления собран по схеме с общим эмиттером, связь между этими каскадами непосредственная. Усиленный сигнал с коллекторной нагрузки L9,L10 через С14 поступает на выходные клеммы, к которым подпаивается фидер снижения. Питание усилителя осуществляется по фидеру снижения через переходник, в котором установлены разделительная емкость и дроссель фильтра питания с предохранителем 0, 05А. Для питания усилителя используется отдельный источник напряжением 12В и током потребления не менее 0. 02А.

4-3-72.jpg

Рис. 4. 41. Принципиальная схема УАТ ДМВ

Рис. 4.27. Внешний вид усилительного комплекта УТДИ-I-II, УТДИ-III

Изображение: 

Рис. 4.28. Принципиальная схема усилителей УТДИ-I-II, УТДИ-III

Изображение: 

Рис. 4.29. Принципиальная схема блока A3

Изображение: 

Рис. 4.30. Внешний вид усилителя УТДИ-I-III

Изображение: 

Рис. 4.31. Принципиальная схема усилителя УТДИ-I-III

Изображение: 

Рис. 4.32. Внешний вид усилителя «Орбита» ТАИ 21-41.

Изображение: 

Рис. 4.34. Внешний вид усилителя УТДИ-IV-V

Изображение: 

Рис. 4.36. Внешний вид усилителя УТАИ 21-41

Изображение: 

Рис. 4.37. Принципиальная схема усилителя УТАИ 21-41

Изображение: 

Рис. 4.38. Внешний вид усилителя «Сириус»

Изображение: 

Рис. 4.39. Принципиальная схема усилителя «Сириус»

Изображение: 

Рис. 4.40. Внешний вид усилителя УАТ ДМВ

Изображение: 

Рис. 4.41. Принципиальная схема УАТ ДМВ

Изображение: 

Рис. 4.33. Принципиальная схема усилителя «Орбита» ТАИ 21-41.

Изображение: 

Рис. 4.35. Принципиальная схема усилителя УТДИ-IV-V

Изображение: 

4.4. Конвертеры ДМВ

4.4. Конвертеры ДМВ

Преобразователи частоты (конвертеры) сдвигают спектр сигнала из одной области частот в другую при сохранении его структуры.

Принимать программы, передаваемые по каналам дециметровых волн, можно только на телевизоры, оборудованные специальными селекторами каналов. Селектор каналов дециметровых волн (СКД) производит непосредственное преобразование частот телевизионных каналов ДМВ в промежуточную частоту изображения и звука. При непосредственном преобразовании телевизионных сигналов ДМВ частота гетеродина fr СКД выше несущей частоты изображения принятого ТВ канала на 38 МГц:

fr = fни + fпчи (4-12)

где fнu - несущая частота изображения принимаемого канала;

fпчи- промежуточная частота сигнала изображения (38 МГц).

4-41.jpg

Рис. 4.42. Перенос спектра частот в конвертерах

Сигнал, преобразованный блоком СКД, поступает на вход смесителя селектора каналов метрового диапазона (СКМ), который при приеме каналов ДМВ выполняет функцию усилителя ПЧ. Для телевизионных приемников без блоков ДМВ применяют конвертеры, обеспечивающие прием и предварительное преобразование каналов дециметрового диапазона в один из каналов метрового диапазона. При этом преобразованный сигнал подается на вход селектора метрового диапазона (СКМ), где происходит его усиление и второе преобразование.

Данный способ приема (рис. 4.42) определяет частоту гетеродина конвертера, которая должна быть ниже несущей частоты изображения принятого дециметрового ТВ канала на величину несущей изображения метрового ТВ канала (на котором будет осуществляться прием ТВ программ дециметрового диапазона).

fr=fни(ДМВ) - fни(МВ), (4.13)

где fни(ДМВ) - несущая частота изображения канала приема дециметрового диапазона;

fни(МВ) - несущая частота изображения канала приема метрового диапазона.

Конвертеры могут быть встроены в телевизор, установлены в составе стационарного оборудования в системе коллективного приема, либо выполнены в виде приставки - селектора каналов дециметрового диапазона. Приставка - селектор предназначена для работы с телевизионными приемниками метрового диапазона любого типа и класса без дополнительной их переделки.

4.4.1. Конвертер КТК (ОТУ-3. 2)

Конвертер КТК рассчитан на круглосуточную работу в составе оборудования телевизионного унифицированного ОТУ-3. 2 для систем коллективного приема телевидения СКПТ и рассчитан на селекцию, преобразование и усиление одного из телевизионных каналов дециметрового диапазона волн в сигналы частот канала метрового диапазона.

Параметры конвертера Коэффициент усиления на средней частоте канала, дБ....................................... 30±5

Неравномерность АЧХ в полосе частот канала, дБ, не более................................. 2

КСВ на входе и выходе конвертера в полосе частот

±4МГц от средней частоты пропускания, не более................................................ 1, 7

Избирательность по зеркальному каналу, дБ, не менее....................................... 50

Коэффициент шума, дБ, не более........................................................................... 12

Мощность сигнала гетеродина, проникающего на вход конвертера,

мкВт, не более............................................................................................................ 0, 05

Напряженность поля радиосигнала от излучения гетеродина конвертера

на расстоянии 3 м, дБ мкВ/м. не более.................................................................... 66

Потребляемая мощность, Вт, не более...................................................................... 1, 5

Конвертер выполнен в виде линейки, конструкция которой позволяет использовать его в составе унифицированного телевизионного оборудования ОТУ-3. 2.

Принципиальная электрическая схема конвертера КТК-41/6 приведена на рис. 4. 44. Конвертер состоит из трехрезонаторного коаксиального входного фильтра (W1 W2 W3), направленного ответвителя Е4 (устройство сложения мощностей сигнала и гетеродина), смесителя на транзисторе VT1, гетеродина на транзисторе VT4 и УПЧ на транзисторах VT2, VT3. Входной

фильтр выполнен на трех отрезках короткозамкнутых коаксиальных линий. Высокочастотный сигнал вводится в фильтр с помощью индуктивной петли связи Е1, которая возбуждает линию W1.

Линии фильтра представляют собой четвертьволновые коаксиальные резонаторы с конденсаторами на открытых концах. Длина их несколько меньше четверти длины волны, соответствующей верхней границе дециметрового диапазона. На заданный канал резонаторы настраиваются с помощью подстроечных конденсаторов С1 С2 СЗ, подключенных к

4-4-11.jpg

Рис. 4. 43. Внешний вид конвертера КТК

открытым концам линий. Использованная конструкция позволяет настраивать фильтр на любой из каналов диапазона 470... 638 МГц (21-41 ТВ канал).

Связь резонаторов входного фильтра с генератором осуществляется с помощью петли связи Е2, а связь между резонаторами - через отверстия (окна связи), прорезаннные в общих стенках резонаторов. С выхода фильтра сигнал подается через конденсатор С4 на одно из плеч направленного ответвителя (НО) Е4, на другое плечо которого через конденсатор С7 поступает напряжение гетеродина. Направленный ответвитель обладает переходным ослаблением примерно 10 дБ и выполнен в виде двух связанных электромагнитной связью линий, намотанных на металлической трубке.

Использование НО для сложения мощностей сигнала и гетеродина позволяет уменьшить уровень мощности гетеродина, проникающей на вход

4-4-12.jpg

Рис. 4. 44. Принципиальная схема конвертера КТК-41/6

конвертера, а также упростить процесс настройки конвертера. С выхода НО напряжения сигнала и гетеродина подаются на вход смесителя, выполненного на транзисторе VT1. Нагрузка смесителя представляет собой фильтр на связанных емкостной связью контурах (первый - L1C12 выполнен в виде параллельного контура, а второй - L2C16 - в виде последовательного). Фильтр настраивается на полосу частот канала, в которой осуществляется преобразование. С выхода смесителя сигнал поступает на вход УПЧ (VT2 - по схеме с общим эмиттером, VT3 - по схеме с общей базой).

Для регулировки усиления конвертера в цепь базы транзистора VT2 включен потенциометр R8. Чтобы уменьшить мощность гетеродина, проникающую на выход конвертера, в цепь коллектора этого транзистора включен последовательный контур L4C21, настраиваемый на частоту гетеродина. Гетеродин выполнен на транзисторе VT4 по схеме с общей базой. Его резонансная система состоит из двух связанных через окно связи коаксиальных линий, одна из которых (W4) эквивалентна полуволновой линии и включена в коллектор транзистора VT4, а другая (W5), эквивалентна четвертьволновой линии и включена в цепь обратной связи. За счет сравнительно слабой связи линии резонатора W5 с линией W4 и эмиттерной цепью транзистора VT4 удается получить достаточно высокую добротность резонатора W5, что позволяет стабилизировать частоту генерации. Для повышения стабильности собственной резонансной частоты резонатора W5 к линии резонатора подключается конденсатор С23 с отрицательным ТКЕ. Питание на коллектор транзистора VT4 подается со стабилитрона VD5 через фильтр Z1, подключаемый к линии резонатора W4 в точке, близкой к узлу напряжения. Для устранения в схеме гетеродина паразитных колебаний в базу транзистора VT4 включен резистор R15. Напряжение питания так же, как и в усилителях УТД и УТК, подается на конвертер через выходной высокочастотный соединитель. Разделение напряжений сигнала и постоянного тока осуществляется с помощью элементов С31, L7 и С10, С17, L3.

КТК более поздних модификаций выполнены по приведенной ниже схеме (рис. 4. 45). Ее отличительная особенность заключается в применении транзисторов прямой проводимости (VT1-VT4) и введении дополнительного транзистора в тракт усилителя ПЧ. Первый каскад ПЧ выполнен на транзисторах VT2-VT3 с гальванической связью между транзисторами. Подавление сигнала гетеродина, проникающего на выход конвертера, осуществляется элементами L9. C29. Для устранения возбуждения усилителя ПЧ применены емкости С20, С24, СЗ0.

Схема и конструкция конвертеров позволяют настраивать их в процессе производства на любые заданные сочетания каналов за исключением несовместимых. При выборе сочетаний каналов в конвертере следует учитывать данные табл. 4. 7 и 4. 8 [6. 5].

4-4-13.jpg

Рис. 4. 45. Принципиальная схема конвертера КТК-31/1

Таблица 4. 7. Ограничения при выборе сочетаний каналов

4-4-14.jpg

Таблица 4. 8. Ограничения, накладываемые наличием взаимных помех в условиях многопрограммного вещания

4-4-15.jpg

4.4.2. Приставка - селектор каналов дециметрового диапазона ПСКД-5-1 («Калуга», «Орбита», «Ростов-Дон», «Хмельницкий»)

Технические характеристики

Диапазон принимаемых частот, МГц........................................................... 470... 640

Вход приставки, (Rвх = 75 Ом)..................................................................... несимметричный

Коэффициент передачи по напряжению, дБ

на f= 470 МГц............................................................................................. 0

на f = 640 МГц.............................................................................................. + б

Потребляемая мощность, Вт, не более....................................................... 5

4-4-21.jpg

Приставка предназначена для приема сигналов дециметрового диапазона (21 -41) и преобразования их в сигналы метрового диапазона 1 или 2 каналы. Конструктивно приставка выполнена в виде функционально законченной конструкции, внутри которой расположен сетевой

трансформатор, блок стабилизации У1, блок радиотракта У2, органы управления и коммутации. Сетевое напряжение на блок ПСКД-5-1 (рис. 4. 47) поступает с переключателя В 16, при этом переключатель В1а коммутирует сигнал с выхода

конвертера на антенное гнездо XS3 (ТВ). Блок радиотракта У2 (конвертер) содержит два каскада - УРЧ (усилитель радиочастоты) и преобразователь частоты. На входе УРЧ включен фильтр верхних частот (ФВЧ) L1C1L2C2; обеспечивающий подавление частот сигналов метрового диапазона. Конденсатор СЗ улучшает согласование усилителя радиочастоты с ФВЧ. УРЧ собран на высокочастотном транзисторе VT1 по схеме с общей базой, что обеспечивает хорошее согласование с волновым сопротивлением антенны (75 Ом). Коллекторной нагрузкой VT1 является двухконтурный полосовой фильтр, состоящий из полуволновых коаксиальных линий L6, L 10, укороченных емкостями С9, С 10, С 11, С 12 на одном конце линии и емкостями варикапов VD1, VD2 на другом. Связь между контурами обеспечивается короткозамкнутой петлей L8, помещенной в щели металлической перегородки между 2-й и 3-й секциями. Такая связь эквивалентна индуктивной связи между катушками двух контуров. Перестройка полосового фильтра по диапазону частот обеспечивается подачей напряжения смещения на варикапы по цепи R3, L5, R4,L12 с контакта 3 (Uн). Элементами настройки в низкочастотном конце диапазона служат короткозамкнутые петли связи L7, L9. Усиление УРЧ регулируется путем изменения напряжения «РРУ», поступающего на базу транзистора VT1 через R2 с контакта 2. Преобразователь собран на транзисторе VT2 по схеме с общей базой. В этой схеме совмещены смеситель и гетеродин конвертера. Напряжение, выделенное в полосовом фильтре через петлю связи L11, поступает на эмиттер VT2. Коллекторная цепь транзистора VT2 через конденсатор С19 нагружена гетеродинным контуром, выполненным в виде полуволновой линии L14, укороченной емкостями С22, С23 с одной стороны и емкостью варикапа VD4 (служащего для перестройки контура по диапазону частот) и фильтром НЧ - L16L17C24 — с другой. Короткозамкнутая петля L15 служит для подстройки контура гетеродина на нижнем конце диапазона. Емкость С18 и емкость варикапа VD3 обеспечивают требуемую величину обратной связи при перестройке по диапазону.

Перестройка величины обратной связи и частоты гетеродина по диапазону обеспечивается подачей напряжения смещения на варикапы VD3, VD4 по цепи R9, L13 с контакта 5 (Uн). В результате биений между напряжениями частот принятого сигнала канала ДМВ и гетеродина конвертера на выходе фильтра НЧ возникают преобразованные напряжения промежуточных частот изображения и звукового сопровождения с частотами 1-го (2-го) ТВ канала. Путем изменения напряжения на контакте 5 происходит перестройка выхода конвертера на 1-й (2-й) ТВ канал.

Конвертер собран на печатной плате, на которой кроме радиоэлементов установлены перегородки коаксиальных контуров L6, L10, L14. Печатная плата с монтажом устанавливается в металлическую рамку и закрывается двумя металлическими крышками.

4-4-22.jpg

Рис. 4. 47. Принципиальная схема блока ПСКД-5-1 Блок стабилизации У1 содержит однополупериодный выпрямитель на VD1, фильтр питания С1, два параметрических стабилизатора R1, VD2, VD3 (25±2В), и R2, VD4, VD5 (20±2В). Напряжение питания конвертера (10В) подается на контакт 4 с точки соединения стабилитронов VD4 и VD5. С делителя напряжения R5, R6, R7 (контакт 4 У1) снимается напряжение для ручной регулировки усиления «РРУ». Диапазон приема FB и FH устанавливается регулировкой напряжения резисторами R3, R4. Напряжение точной (R2) и грубой (R1) настройки подается на контакт 3 (Uн) конвертера с контакта 6 блока стабилизации. Путем изменения напряжения на контакте 5 подстраивается выход конвертера на 1-й (2-й) телевизионный канал. С делителя R8, R9 (У1) на контакт 5 конвертера подается напряжение для перестройки частоты гетеродина. При переводе резистора R9 в крайнее правое положение напряжение на варикапе VD4 уменьшается, при этом емкость варикапа увеличивается, что приводит к снижению частоты гетеродина и преобразованию принимаемых каналов на второй ТВ канал. При переводе резистора R9 в крайнее левое положение принятые каналы ДМВ преобразовываются в первый телевизионный канал.

4.4.3. Приставка - селектор каналов дециметрового диапазона ПСКД-6 (ПСКД-6М)

Приставка предназначена для работы с телевизионными приемниками метрового диапазона любого типа и класса без дополнительной их переделки. Конструктивно приставка выполнена в виде функционально законченной конструкции, внутри которой расположены сетевой трансформатор, блок стабилизации А2, блок радиотракта А1, органы управления и коммутации.

Технические характеристики

Диапазон принимаемых частот............................................ 470... 640 МГц (каналы 21-41)

Вход приставки, (Rвх = 75 Ом).............................................. несимметричный

Коэффициент передачи по напряжению, дБ

на f =470 МГц....................................................................... О

на f= 640 МГц......................................................................+ 6

Потребляемая мощность, Вт, не более................................ 5

4-4-31.jpg

Блок радиотракта (конвертер) А1 содержит два каскада — усилитель радиочастоты (УРЧ) VT1 и преобразователь VT2, выполненные на высокочастотных транзисторах КТ346А (рис. 4. 49). Телевизионный сигнал через разъем XS1 (вход ДМВ) поступает на входную цепь

конвертера. Входная цепь выполнена в виде фильтра верхних частот L1C1L2C2, который обеспечивает подавление сигналов с частотами, расположенными ниже диапазона ДМВ. Конденсатор С4 служит для частичной компенсации реактивной составляющей входного сопротивления транзистора VT1 и улучшения согласования. УРЧ выполнен по схеме с общей базой, что позволяет обеспечить хорошее согласование с волновым сопротивлением антенного кабеля (75 Ом) во всей полосе рабочих частот. Коллекторная цепь транзистора нагружена двухконтурным полосовым фильтром, состоящим из полуволновых коаксиальных линий L6 и L10, укороченных емкостями С8, С 10, С 12, С 14 на одном конце линии и емкостями варикапов VD1, VD2 — на другом.

Перестройка ПФ по диапазону частот осуществляется изменением напряжения смещения на варикапах VD1, VD2, которое поступает с контакта 3 разъема XS3 через R3, R4. Элементами настройки в нижнем конце диапазона служат короткозамкнутые петли связи L5, L8, а в верхнем конце - индуктивности L4, L12. Связь между контурами полосового фильтра осуществляется петлями связи L7, L9. Регулировка усиления производится путем изменения напряжения «РРУ», поступающего с контакта 1 разъема XS3

4-4-32.jpg

4-4-33.jpg

Рис. 4. 50. Принципиальная схема блока питания и управления ПСКД-6М

на базу VT1 через резистор развязки R2. Преобразователь частоты выполнен по схеме с ОБ на транзисторе VT2. Связь с полосовым фильтром УРЧ обеспечивается петлей связи L11. Коллекторная цепь преобразователя через емкость С22 нагружена гетеродинным контуром в виде полуволновой линии L15 (укороченной конденсаторами С24, С21 и емкостью варикапа VD3, служащего для перестройки контура по диапазону частот) и полосовым фильтром С25П7.

Индуктивность L16 служит для развязки по высокой частоте между контуром гетеродина и полосовым фильтром. Короткозамкнутая петля L14 служит для корректировки частоты гетеродина на нижних каналах ДМВ, а L13 - на верхних. Емкость С18 и емкость варикапа VD4 обеспечивают требуемую величину обратной связи при перестройке по диапазону. Напряжение смещения варикапов VD3, VD4 поступает с контакта 4 разъема XS3 через резистор R9.

Температурная стабилизация частоты гетерадина зависит от ТКЕ конденсаторов С18, С21, С24 и стабильности параметров VD4. В результате биений между частотой принятого сигнала и частотой гетеродина на выходе фильтра C25L17 образуются преобразованные сигналы несущей частоты изображения и звука первого ТВ канала. Преобразованный сигнал с контакта 5 разъема XS3 поступает на блок А2. Сетевое напряжение с переключателя SA2. 1 поступает на понижающий трансформатор TV1, при этом переключатель SA2. 2 коммутирует выходной сигнал конвертера (контакт 5 ХР2) через антенную вилку XW1 на вход телевизора.

Для получения напряжения питания применена схема с удвоением напряжения на элементах VD1, VD2, С1, С2, R1. На элементах VT1, R3, R6, R8, VD3, VD5 выполнен параметрический стабилизатор, к которому подключен делитель напряжения RP2, RP3, RP4, RP5. Регулировкой RP2 (Fв), RP3 (Fн) устанавливают верхнюю и нижнюю границы приема каналов, а настройкой RP4, RP5 — канал приема. Переключатель SA1 (ДМВ1-ДМВ2) осуществляет выбор предварительно настроенного ТВ канала. Напряжение питания (12В) конвертера снимается с параметрического стабилизатора VD4 R4. Напряжение ручной регулировки усиления «РРУ» устанавливается резистором RP1. Емкости С2, С4 - фильтрующие. Контроль включения питания блока ПСКД-6 осуществляет светодиодный индикатор НП.

4.4.3. Приставка - селектор каналов дециметрового диапазона ПСКД-6 (ПСКД-6М)

Приставка предназначена для работы с телевизионными приемниками метрового диапазона любого типа и класса без дополнительной их переделки. Конструктивно приставка выполнена в виде функционально законченной конструкции, внутри которой расположены сетевой трансформатор, блок стабилизации А2, блок радиотракта А1, органы управления и коммутации.

Технические характеристики

Диапазон принимаемых частот............................................ 470... 640 МГц (каналы 21-41)

Вход приставки, (Rвх = 75 Ом).............................................. несимметричный

Коэффициент передачи по напряжению, дБ

на f =470 МГц....................................................................... О

на f= 640 МГц......................................................................+ 6

Потребляемая мощность, Вт, не более................................ 5

4-4-41.jpg

Блок радиотракта (конвертер) А1 содержит два каскада — усилитель радиочастоты (УРЧ) VT1 и преобразователь VT2, выполненные на высокочастотных транзисторах КТ346А (рис. 4. 49). Телевизионный сигнал через разъем XS1 (вход ДМВ) поступает на входную цепь

конвертера. Входная цепь выполнена в виде фильтра верхних частот L1C1L2C2, который обеспечивает подавление сигналов с частотами, расположенными ниже диапазона ДМВ. Конденсатор С4 служит для частичной компенсации реактивной составляющей входного сопротивления транзистора VT1 и улучшения согласования. УРЧ выполнен по схеме с общей базой, что позволяет обеспечить хорошее согласование с волновым сопротивлением антенного кабеля (75 Ом) во всей полосе рабочих частот. Коллекторная цепь транзистора нагружена двухконтурным полосовым фильтром, состоящим из полуволновых коаксиальных линий L6 и L10, укороченных емкостями С8, С 10, С 12, С 14 на одном конце линии и емкостями варикапов VD1, VD2 — на другом.

Перестройка ПФ по диапазону частот осуществляется изменением напряжения смещения на варикапах VD1, VD2, которое поступает с контакта 3 разъема XS3 через R3, R4. Элементами настройки в нижнем конце диапазона служат короткозамкнутые петли связи L5, L8, а в верхнем конце - индуктивности L4, L12. Связь между контурами полосового фильтра осуществляется петлями связи L7, L9. Регулировка усиления производится путем изменения напряжения «РРУ», поступающего с контакта 1 разъема XS3

4-4-42.jpg

4-4-43.jpg

Рис. 4. 50. Принципиальная схема блока питания и управления ПСКД-6М

4. 4. 4. Приставка - селектор каналов дециметрового диапазона ПСКД-7 (ПСКД-7-1)

Технические характеристики

Диапазон принимаемых частот,

для ПСКД-7-1.............................................................................. 470... 640 МГц

для ПСКД-7 ................................................................................. 470...790 МГц

Вход приставки, (Рю = 75 Ом)....................................................................... несимметричный

Коэффициент передачи по напряжению ....................................................... 0... 10 дБ

Потребляемая мощность, Вт, не более......................................................... 5

4-4-44.jpg

Рис. 4. 51. Внешний вид ПСКД-7 (ПСКД-7-1)

Схемотехническое построение блока А1 приставки «Умань» подобно ПСКД-6. 1, различие заключается в блоке стабилизации А2 (рис. 4. 526).

В данной приставке применено четыре переключателя S2. 1 - S2. 4 и четыре резистора настройки R9 - R 12 (выведенные на заднюю панель приставки), позволяющие произвести предварительную настройку на четыре телевизионных канала в диапазоне ДМВ.

Рис. 4.42. Перенос спектра частот в конвертерах

Изображение: 

Рис. 4.43. Внешний вид конвертера КТК

Изображение: 

Рис. 4.44. Принципиальная схема конвертера КТК-41/6

Изображение: 

Рис. 4.45. Принципиальная схема конвертера КТК-31/1

Изображение: 

Рис. 4.46. Внешний вид ПСКД-5-1

Изображение: 

Рис. 4.47. Принципиальная схема блока ПСКД-5-1

Изображение: 

Рис. 4.48. Внешний вид ПСКД-6

Изображение: 

Рис. 4.48. Внешний вид ПСКД-6М

Изображение: 

Рис. 4.49. Принципиальная схема преобразовательного блока ПСКД-6

Изображение: 

Рис. 4.49. Принципиальная схема преобразовательного блока ПСКД-6М

Изображение: 

Рис. 4.50. Принципиальная схема блока питания и управления ПСКД-6

Изображение: 

Рис. 4.50. Принципиальная схема блока питания и управления ПСКД-6М

Изображение: 

Рис. 4.51. Внешний вид ПСКД-7 (ПСКД-7-1)

Изображение: 

Таблица 4.7. Ограничения при выборе сочетаний каналов

Изображение: 

Таблица 4.8. Ограничения, накладываемые наличием взаимных помех в условиях многопрограммного вещания

Изображение: 

4.5. Активный фильтр сложения телевизионных сигналов АФС-1-12-2

4. 5. Активный фильтр сложения телевизионных сигналов АФС-1-12-2

Активный фильтр сложения АФС-1-12-2 предназначен для сложения и усиления телевизионных сигналов от четырех телевизионных антенн MB диапазона. Выход фильтра рассчитан на подключение двух телевизионных приемников. Устанавливать фильтр желательно как можно ближе к антеннам, например, в чердачном помещении. Фильтр необходимо защитить от прямого попадания влаги и пыли.

Основные технические характеристики

Коэффициент усиления, дБ, не менее

на 1 -2 каналах.............................................................. 3,5

на 3- 5 каналах ............................................................. 4,5

на 6-12 каналах .............................................................. 4,5

Неравномерность АЧХ в полосе каждого из усиливаемых

диапазонов частот, дБ, не более ............................................................................... 3

Коэффициент отражения, дБ, не более .................................................................... 0,4

Коэффициент шума, дБ, не более ............................................................................. 9

Ток потребления, мА, не более .............................................................. 30

Напряжение источника питания, В........................................................................... 12±1, 2

4-51.jpg

4-52.jpg

4-53.jpg

Рис. 4. 53. Внешний вид АФС-1-12-2

Конструктивно фильтр размещен в металлическом корпусе, закрываемом двумя крышками (корпус блока СКВ-1). Фильтр сохраняет работоспособность при понижении напряжения питания до 9В, но при этом ухудшаются его параметры. С одной стороны корпуса расположены входы антенн (четыре антенных гнезда) с противоположной стороны — три антенных гнезда (два выхода усиленного сигнала и вход питания).

На входе 1 - 2 ТВ канала (рис. 4. 54) установлен полосовой фильтр L1С1 C2L2C3C4C5L3. Сигнал с выхода полосового фильтра через емкость С6 поступает на усилитель 1 - 2 ТВ канала — транзистор VT1, выполненный по схеме с общей базой. Усиленный сигнал с коллекторной нагрузки VT1 (контуры L4C9, L5C10) через С11, L11 поступает на пассивный делитель телевизионного сигнала — элементы R14, R15, R16. По аналогичной схеме выполнен каскад для 3 - 5 ТВ канала: полосовой фильтр C12L6C13L7C14C15L8, усилительный элемент VT2 и нагрузка — контуры L9C19, L10С20. Сигнал через С21, L11 также поступает на пассивный делитель. Сигнал от одной из антенн (6 - 12 ТВ каналы) поступает на полосовой фильтр L14C24C25C26L15C27 через L12, а от другой антенны — через L13. Усилитель 6 - 12 ТВ канала выполнен по двухкаскадной схеме на транзисторах VT3 — по схеме с общим эмиттером, VT4 — по схеме с общей базой. Нагрузкой усилителя являются контуры L17C32, L18CЗЗ, L19C35. Усиленный сигнал 6 - 12 ТВ канала через С34 поступает на пассивный делитель. Питание на фильтр подается через VD1, предохраняющий схему от неправильного включения полярности питания.

61.jpg

Рис. 4.54. Принципиальная схема АФС-1-12-2

 

 



Рис. 4.52а. Принципиальная схема преобразовательного блока ПСКД-7 (ПСКД-7-1)

Изображение: 

Рис. 4.52б. Принципиальная схема блока питания и управления ПСКД-7 (ПСКД-7-1)

Изображение: 

Рис. 4.53. Внешний вид АФС-1-12-2

Изображение: 

Рис. 4.54. Принципиальная схема АФС-1-12-2

Изображение: 

5. Антенные усилители зарубежных фирм.

5. АНТЕННЫЕ УСИЛИТЕЛИ ЗАРУБЕЖНЫХ ФИРМ

51.jpg

Рис. 5. 1. Внешний вид усилительных компонентов.

5.1. УСИЛИТЕЛИ, УСТАНАВЛИВАЕМЫЕ НА КРЫШАХ

5.1. УСИЛИТЕЛИ, УСТАНАВЛИВАЕМЫЕ НА КРЫШАХ

Данный тип усилителей предназначен для поднятия уровня телевизионного сигнала, поступающего от антенн, установленных на высоких мачтах. Корпус усилителя полугерметичный, нуждается в защите от прямого попадания влаги, поэтому усилитель располагают под крышей зданий (в непосредственной близости от мачты антенны).

5. 1. 1. УСИЛИТЕЛЬ AWS-11

Параметры усилителя

Коэффициент усиления:

по входу l-ll VHF (40... 110 МГц), дБ, не менее......................................................... 26

по входу III VHF (160... 230 МГц), дБ, не менее........................................................ 26

по входу IV-V UHF (470... 800 МГц), дБ, не менее.................................................... 24

Коэффициент шума, дБ/мкВ, не более...................................................................... 3

Глубина регулировки сигнала по входу VHF (l-ll, III), дБ....................................... -16

Глубина регулировки сигнала по входу UHF (V), дБ................................................ -14

Максимальный выходной уровень сигнала, дБ, не менее....................................... 100

Входное и выходное волновое сопротивление, Ом............................................... 75

Потребляемый ток (12 В), мА................................................................................... 30

Усилитель AWS-11 производства Польши используется для повышения уровня сигнала в VHF - UHF телевизионных диапазонах. Выполнен по схеме с общим эмиттером на двух транзисторах VT1, VT2 (рис 5. 3). Имеется возможность подключения до трех антенн — КП (I-II VHF), KL2 (III VHF) и KL3 (IV-V UHF).

Для получения на выходе одинакового уровня сигнала, на входах каждого из диапазонов усилителя установлены регуляторы R1, R3, R5 . Постоянное напряжение 12 В на усилитель (KL4) поступает по фидеру снижения с блока питания, находящегося рядом с телевизионным приемником.

При необходимости установки дополнительного усилителя (для повышения уровня сигнала в UHF диапазоне) имеется возможность подачи напряжения питания. Для этого необходимо замкнуть технологическую перемычку А - А.

Напряжение питания через R7, L1, клемму входа KL3 (IV-V UHF) и далее по фидеру снижения антенны поступает на дополнительный усилитель.

Неиспользованные входы антенного усилителя необходимо зашунтировать резистором 75 Ом.

5-1-11.jpg

Рис. 5.2. Внешний вид платы усилителя AWS-11

01.jpg

Рис. 5.3. Принципиальная схема усилителя AWS-11

 

5.1.2. УСИЛИТЕЛЬ AWS-16S

Параметры усилителя

Коэффициент усиления по входу VHF-UHF (40-800 МГц), дБ, не менее ....................... 20

Коэффициент шума, дБ, не более ......................................................................................4

Глубина регулировки сигнала в диапазоне VHF(I-II, Ш),дБ ...............................................12

Глубина регулировки сигнала в диапазоне UHF (V), дБ ................................................... -10

Максимальный выходной уровень сигнала, дБ/мкВ, не менее .......................................... 105

Входное и выходное волновое сопротивление, Ом ..........................................................75

Потребляемый ток (12 В), мА .............................................................................................. 30

Усилитель AWS-16S производства Польши используется для увеличения уровня сигнала в VHF - UHF телевизионных диапазонах. Усилитель выполнен на двух транзисторах VT1, VT2 по традиционной схеме с общим эмиттером (рис. 5. 5). Для коррекции АЧХ второй каскад охвачен отрицательной обратной связью по току (R9, С13).

Для выравнивания усиления сигнала в соответствующем диапазоне на входе усилителей установлены резисторы R1, R3.

В усилителе AWS-16S имеется два выхода усиленного сигнала KL2 и KL3.

Постоянное напряжение 12 В поступает на клемму KL2 усилителя по фидеру снижения с блока питания, находящегося рядом с телевизионным приемником.

При необходимости установки дополнительного усилителя (для повышения уровня сигнала в VHF-UHF диапазонах) имеется возможность подачи напряжения питания, для чего необходимо замкнуть технологические перемычки А - А. Напряжение питания через L1, клемму входа КL1 и далее по фидеру снижения антенны поступает на дополнительный усилитель.

5-1-21.jpg

02.jpg

Рис. 5.5. Принципиальная схема усилителя AWS-16S



5.1.3. АНТЕННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ «UZAY-1050»

Параметры усилителя UZAY-1050

Коэффициент усиления:

по входу VHF (40... 230 МГц), дБ, не менее............................................................... 22

по входу UHF (470... 860 МГц), дБ, не менее............................................................. 28

Коэффициент шума, дБ, не более........................................................................... 6

Максимальный выходной уровень сигнала, дБ/мкВ, не менее.............................. 110

Входное и выходное волновое сопротивление, Ом............................................... 75

Потребляемый ток (24 В), мА................................................................................... 120

Усилитель UZAY-1050 производства Турции предназначен для повышения уровня сигнала в VHF-UHF телевизионных диапазонах. Устанавливается он вблизи антенны на крыше. Возможно одновременное подключение к нему трех антенн (одна VHF и две UHF диапазонов). Усилитель (Рис. 5. 6.) имеет два раздельных канала усиления — VHF и UHF.

Усиление в VHF диапазоне обеспечивают транзисторы VT1, VT2, а в UHF — транзисторы VT3 - VT5. Все каскады усилителя запитываются от источника питания, устанавливаемого у телевизионного приемника (рис. 5. 7).

Стабилизатор обеспечивает изменение напряжения питания усилителя для регулировки величины выходного сигнала. Принципиальная схема усилителя приведена на рис. 5. 8.

5-1-31.jpg

5-1-32.jpg

03.jpg

Рис. 5.2. Внешний вид платы усилителя AWS-11

Изображение: 

Рис. 5.3. Принципиальная схема усилителя AWS-11

Изображение: 

Рис. 5.4. Внешний вид платы усилителя AWS-16S

Изображение: 

Рис. 5.5. Принципиальная схема усилителя AWS-16S

Изображение: 

Рис. 5.6. Внешний вид платы усилителя UZAY-1050

Изображение: 

Рис. 5.7. Внешний вид платы усилителя UZAY-1050 с блоком питания

Изображение: 

Рис. 5.8. Принципиальная схема усилителя UZAY и блока питания

Изображение: 

5.2. ВНУТРЕННИЕ УСИЛИТЕЛИ И АКТИВНЫЕ РАЗВЕТВИТЕЛИ СИГНАЛОВ (ДОМОВЫЕ)

5.2. ВНУТРЕННИЕ УСИЛИТЕЛИ И АКТИВНЫЕ РАЗВЕТВИТЕЛИ СИГНАЛОВ (ДОМОВЫЕ)

Внутренние усилители предназначены для компенсации потерь уровня сигнала на выходе фидера снижения телевизионных антенн.

Активные разветвители телевизионного сигнала используются для усиления и распределения мощности сигналов, поступающих по фидеру (от антенн, антенного усилителя, абонентного отвода СКТП и др.) на несколько телевизионных приемников. Рассматриваемые ниже устройства устанавливаются непосредственно у телевизионного приемника.

5. 2. 1. ВНУТРЕННИЙ УСИЛИТЕЛЬ AWS-10 (AWS-10A)

Параметры усилителей AWS-10 (AWS-10A)

Коэффициент усиления по входу VHF-UHF (40... 800 МГц),

для AWS-10, дБ, не менее........................................................................................ 32

для AWS-10A, дБ, не менее..................................................................................... 28

Коэффициент шума, дБ, не более........................................................................... 4

Глубина регулировки сигнала в диапазоне VHF (l-ll, III), дБ................................. -18

Глубина регулировки сигнала в диапазоне UHF (IV), дБ....................................... -18

Глубина регулировки сигнала в диапазоне UHF (V), дБ........................................ -10

Максимальный выходной уровень сигнала, дБ/мкВ, не менее.............................. 110

Входное и выходное волновое сопротивление, Ом............................................... 75

Потребляемый ток (12 В), мА, не более.................................................................. 40

Усилитель AWS-10 (AWS-10A) производства Польши (рис. 5. 9), используется для компенсации потерь уровня сигнала в VHF - UHF телевизионных диапазонах и устанавливается непосредственно у телевизионного приемника.

5-2-11.jpg

Оба усилителя выполнены по одинаковой схеме на транзисторах VT1, VT2, VT3. Для выравнивания усиления сигнала в соответствующем диапазоне на широкополосном входе усилителя установлены резисторы R1, R5 (рис 5. 10).

Схема усилителя имеет общий каскад усиления телевизионного сигнала VT2, VT3 и предварительный каскад для диапазона UHF на транзисторе VT1. Усилитель AWS-10A имеет два выхода усиленного сигнала, AWS-10 — один.

Напряжение питания подается от внутреннего выпрямителя VD1, а переменное напряжение поступает на контакты 1, 2 платы усилителя от отдельного блока (АС/АС) понижающего трансформатора.

11.jpg

Рис. 5.10. Принципиальная схема усилителя AWS-10A

 

5. 2. 2. ВНУТРЕННИЙ УСИЛИТЕЛЬ AWS-12A

Параметры усилителя AWS-12A

Коэффициент усиления по входу VHF-UHF (160... 800 МГц),

для AWS-12A, дБ, не менее................................................................................ 8

с предусилителем APS-03, дБ. не менее............................................................ 20

Коэффициент шума, дБ, не более...................................................................... 4

Входное и выходное волновое сопротивление, Ом.......................................... 75

Питание от сети переменного тока..................................................................... 220В/50Гц

Усилитель AWS-12A производства Польши (рис. 5. 11), применяется для компенсации потерь уровня сигнала в фидере снижения и устанавливается непосредственно у телевизионного приемника. Предусмотрена возможность подачи питающего напряжения через L1 на входной разъем XS1 для предварительного пластинчатого антенного усилителя, используемого совместно с антенной.

Принципиальная схема усилителя приведена на рис 5. 12. Усиление осуществляет каскад, выполненный на малошумящем СВЧ транзисторе BFP 67.

Разветвление сигнала для подачи на два выхода осуществляется с помощью ВЧ трансформатора, выполненного на ферритовом сердечнике.

Напряжение питания подается от внутреннего стабилизатора DA1, а переменное напряжение поступает на контакты 1, 2 платы усилителя от отдельного блока (АС/АС) понижающего трансформатора. Индикацию включения питания осуществляет светодиод HL1.

5-2-21.jpg

Рис. 5.11. Внешний вид усилителя AWS-12A

12.jpg

Рис. 5.12. Принципиальная схема усилителя AWS-12A

 

5. 2. 3. АКТИВНЫЙ АНТЕННЫЙ РАЗВЕТВИТЕЛЬ ARA-01A

Параметры активного антенного разветвителя ARA-01A

Коэффициент усиления по входу VHF-UHF (40... 800 МГц), дБ, не менее................ 10

Коэффициент шума, дБ, не более........................................................................... 2

Максимальный выходной уровень сигнала, дБ/мкВ, не менее............................... 105

Входное и выходное волновое сопротивление, Ом............................................... 75

Потребляемый ток (12 В), мА, не более.................................................................. 15

Активный разветвитель телевизионного сигнала ARA-01A производства Польши (рис. 5. 13). Применяется для усиления и распределения мощности сигнала, поступающего от антенн, антенного усилителя, абонентного отвода СКТП и др., и для подключения двух телевизионных приемников.

Принципиальная схема разветвителя приведена на рис 5. 14. Усиление обеспечивает каскад на малошумящем СВЧ транзисторе BFP 67.

Разделение мощности и разветвление сигнала для подачи на два выхода осуществляется с помощью ВЧ трансформатора, выполненного на ферритовом сердечнике.

Напряжение питания на усилительный каскад поступает от внутреннего выпрямителя, выполненного по однополупериодной схеме на VD1. Индикацию включения питания осуществляет светодиод НL1.

Переменное напряжение на контакты 1, 2 поступает от отдельного блока (АС/АС) понижающего трансформатора.

5-2-31.jpg

Рис. 5. 13. Внешний вид активного антенного разветвителя ARA-01A

13.jpg

Рис. 5.14. Принципиальная схема ARA-01A

Рис. 5.11. Внешний вид усилителя AWS-12A

Изображение: 

Рис. 5.13. Внешний вид активного антенного разветвителя ARA-01A

Изображение: 

Рис. 5.9. Внешний вид усилителя AWS-10A

Изображение: 

Рис. 5.10. Принципиальная схема усилителя AWS-10A

Изображение: 

Рис. 5.12. Принципиальная схема усилителя AWS-12A

Изображение: 

Рис. 5.14. Принципиальная схема ARA-01A

Изображение: 

5.3. ШИРОКОПОЛОСНЫЕ МНОГОДИАПАЗОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ ДЛЯ АНТЕННЫХ СИСТЕМ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

5.3. ШИРОКОПОЛОСНЫЕ МНОГОДИАПАЗОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ ДЛЯ АНТЕННЫХ СИСТЕМ ОБЩЕГО ПОЛЬЗОВАНИЯ

Применяют подобные усилители как подъездные или домовые в небольших системах коллективного телевизионного приема (СКТП).

Параметры антенного усилителя UYDU

Коэффициент усиления по входу VHF 1 (2-4к,5-10к),дБ, не менее .................. 30

по входу VHF 2 (5-12к),дБ, не менее .................................................................. 30

по входу UHF 3 (21-бОк), дБ, не менее ................................................................ 35

по входу UНF4(21-60к),дБ, не менее ................................................................ 35

Коэффициент шума, дБ, не более ........................................................................ 8

Глубина регулировки сигнала по входам VHF 1, VHF 2, дБ ...............................-14

Глубина регулировки сигнала по входу UHF 3, дБ .............................................. -23

Максимальный выходной уровень сигнала, дБ/мкВ, не менее .......................... 125

Входное и выходное волновое сопротивление, Ом............................................. 75

Питание от сети переменного тока ........................................................................ 220В/50Гц

Усилитель для коллективного приема «UYDU», изготовленный в Турции (рис. 5.15), предназначен для повышения уровня сигнала в VHF-UHF телевизионных диапазонах. Возможно одновременное подключение до четырех независимых антенн с различной поляризацией сигнала.

Усилитель имеет два раздельных канала усиления — VHF и UHF (рис. 5.16). Первый канал имеет два входа — VHF 1 (2 - 4 к), VHF 2 (5 -12 к). Усиление в этом диапазоне обеспечивают транзисторы VT1, VT2. Резистором R5 осуществляется установка необходимого уровня сигнала на выходе усилителя.

Канал UHF имеет три каскада усиления (VT3...VT5) с регулировкой уровня сигнала по входу UHF 3. Имеется возможность запитывать от общего стабилизатора DA1 дополнительный предусилитель, устанавливаемый на антенне. Для этого необходимо замкнуть технологические клеммы А и В.

ВНИМАНИЕ!

Неиспользуемые входы усилителя необходимо зашунтировать (соединить с корпусом через сопротивление 75 Ом

5-31.jpg

5-32.jpg

21.jpg

Рис. 5.16. Принципиальная схема антенного усилителя UYDU

Рис. 5.15a. Расположение элементов в антенном усилителе UYDU

Изображение: 

Рис. 5.15b. Внешний вид антенного усилителя UYDU

Изображение: 

Рис. 5.16. Принципиальная схема антенного усилителя UYDU

Изображение: 

5.4. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ОБЗОР АНТЕННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ ЗАРУБЕЖНЫХ ФИРМ

5.4. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ОБЗОР АНТЕННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ ЗАРУБЕЖНЫХ ФИРМ

Качество телевизионного изображения зависит от многих факторов:

- параметров телевизора;

- места расположения антенны;

- наличия внешних помех;

- правильности установки и эксплуатации антенного усилителя.

При явно недостаточном уровне сигнала, наличии повышенного затухания в фидере снижения, элементах симметрирующих звеньев и в разделительных фильтрах используются (для компенсации потерь) антенные усилители.

Существует ошибочное мнение, что, применив антенный усилитель, можно разрешить все проблемы, связанные с приемом телепередач. На самом деле это не так — установка антенного усилителя необходима в тех случаях, когда другие элементы антенной системы исправны, а имеется недостаточный уровень сигнала (непосредственно на входе ТВ приемника либо абонентного отвода).

В настоящее время в продаже имеются всевозможные типы антенных усилителей зарубежных фирм. Некоторые из них были рассмотрены выше.

В табл. 5.1, 5.2 и 5.3 приведены для сравнения параметры антенных усилителей и активных разветвителей сигнала зарубежных фирм.

Таблица 5.1. Внутренние усилители

Усилитель

ТВ каналы

Усиление, ДБ

Глубина регул., дБ

Количество входов

Количество выходов

Коэффициент шума,

дБ

Макс.вых. сигнал, дБ/мкВ

AWS-03

1-12

28

-18

2

2

4

110

21-60

28

-10

AWS-03 А **

1-12

32

-18

2

2

4

110

21-60-

34

-10

AWS-05 А

1-12

24

-18

2

2

4

105

21-60"

24

-

AWS-05 A2**"

1-12

32

-18

2

2

4

105

21-60'

32

-

AWS-06 В

1-5

24

-

3

2

4

105

6-12

24

-

21-60

24

-

AWS-08

21-60

30

-

1

1

4

105

AWS-08-2 **

21-60"

40

-

1

2

4

105

AWS-08-2R**

21-60'

40

-

1

2

4

110

AWS-09

1-60

30

-

1

1

4

105

VHF

-18

UHF

-

AWS-09A

1-60

26

-

1

2

4

105

VHF

-18

UHF

-

AWS-1

1-60

14

-

1

1

2

105



Усилитель

ТВ каналы

Усиление, ДБ

Глубина регул., ДБ

Количество входов

Количество выходов

Коэффициент шума.

ДБ

Макс.вых. сигн.. дБ/мкВ

AWS-10

1-60

32

-

1

1

4

110

VHF

-18

UHF

-14

AWS-10A

1-60

28

-

1

2

4

110

VHF

-18

UHF

-14

AWS-12A**

6-60'

20

-

1

2

4

105

AWS-30

1-12

30

-

3

1

5

114

(с разъемом "F")

21-60

28

-

21-60

30

-

AWS-32

1-60

32 VHF

-

1

1

5

114

(с разъемом "F"

34 UHF

-



Таблица 5.2. Усилители, устанавливаемые на крыше

Усилитель

ТВ каналы

Усиление, ДБ

Количество входов

Количество выходов

Коэффициент шума. ДБ

AWS-11

1-5

26 R

3

1

3

6-12

26 R

21-60

24 R

AWS-11 В

1-5

26 R

3

1

3

6-12

26R

21-60 •

24

AWS-14 S

1-12

24 R

2

1

3

21-60 •

24

AWS-15S

1-60 •

24

1

1

4

VHF

24 R

UHF

24 R

AWS-16S

1-60 •

20

1

2

4

VHF

20 R

UHF

20 R

AWS-17A

6-12

38 R

3

1

4

6-12

38 R

21-60 •

30 R

AWS-18

1-12

30 R

3

1

4

21-60

32 R

21-60

32 R

AWS-18S

1-12

32 R

3

1

4

21-38

32 R

41-60 •

32 R

AWS-19

21-60 •

12 R

2

1

4

21-60 •

12 R

AWS-20

1-12

30 R

4

1

4

6-12

30 R

21-60

30 R

21-60

30 R



Таблица 5.3. Активные антенные разветвители

Усилитель

ТВ каналы

Количество входов

Наименование выходов

Усиление, дБ

Коэффициент шума, ДБ

ARA01A

1-60

1

А

10

2

В:

10

2

ARA02A

1-60

1

А

10

2

В:

6

2

С:

6

2


ПРИМЕЧАНИЕ К ТАБЛИЦАМ:

* — имеется возможность передачи напряжения к предусилителю, либо к усилителю, монтируемому в антенне. Такие усилители используются для усиления сигнала совместно с пластинчатым (монтируемым в антенне) предусилителем. Подключать антенну без такого предусилителя не рекомендуется, т.к. на входе усилителя присутствует постоянное напряжение для подачи питания к предусилителю (пластинчатому) по фидеру снижения. НЕЗНАНИЕ этого может привести к выходу из строя внутреннего источника питания основного усилителя (AWS);

**— в комплекте с усилителем UНF диапазона;

R — предусмотрена регулировка ослабления.

 

Рис. 5.1. Внешний вид усилительных компонентов.

Изображение: 

6. Фидерные линии (устройства питания антенн).

6. Фидерные линии (устройства питания антенн)

Устройства, предназначенные для передачи высокочастотной энергии принятой антенной, к телевизионному приемнику, называются линиями передачи. Основная задача линии передачи (фидера) — передача электромагнитной энергии от ТВ антенны к телевизору с минимальными потерями сигнала. От правильности исполнения фидерной линии, ее согласования с антенной и телевизором во многом зависит качество принятого изображения. Слово «фидер» происходит от английского «to feed» — питать.

6.1. Разновидности линий.

6.1. Разновидности линий.

Существует несколько видов линий передачи высокочастотной энергии. Для выполнения междуэтажных или междурядных соединений в сложных синфазных антеннах применяются двухпроводные воздушные линии (рис. 6.1.).

6-11.jpg

Рис. 6.1. Поперечное сечение двухпроводной неэкранированной линии из проводов круглого сечения

Интервал величины волнового сопротивления этих линий может быть достаточно широким. Оба провода воздушной симметричной линии должны располагаться строго симметрично относительно друг друга и земли, что является ее недостатком, так как практически трудно выдержать одинаковые расстояния между проводами на протяжении всей длины линии, а также между каждым проводом и землей. Волновое сопротивление для линии из проводов круглого сечения зависит от отношения расстояния между двумя проводниками к их диаметру, и определяется по формуле

6-12.jpg

6-13.jpg

Формула справедлива при Ь>3а и d<<a,

где Z — волновое сопротивление полосковой линии, Ом;

e — диэлектрическая проницаемость среды;

а — ширина полосковой линии;

с — расстояние между полосковыми линиями (или толщина диэлектрика);

b — ширина диэлектрика;

d — толщина полоскового проводника.

6-14.jpg

Рис. 6.2. Схематическое изображение полосковой линии

Зависимость волнового сопротивления полосковых линий от ее геометрических размеров изображена на рис.6.3.

6-15.jpg

Несимметричные воздушные жесткие линии применяются для изготовления согласующих трансформаторов, фильтров, направленных ответвите-лей и т. д. Воздушная коаксиальная линия изображена на рис. 6.4 [6.2].

6-16.jpg

Рис. 6.4. Конструктивные варианты воздушных жестких линий:

а — концентрическая (коаксиальная) линия, б — цилиндрический проводник в трубе квадратного сечения.

Волновое сопротивление воздушной коаксиальной линии определяют по формуле

6-17.jpg

Волновое сопротивление линии, приведенной на рисунке 6.4.6, определяется по формуле

6-18.jpg

Достоинством воздушных линий является возможность получения . широкого диапазона величины волновых сопротивлений. Для практических целей при их изготовлении можно воспользоваться диаграммой рис.6.5 [6.1].

На графике для сравнения показана зависимость волновых сопротивлений воздушных линий и экранированных линий со сплошным диэлектриком (полиэтиленовой изоляцией, e=2,3 ).

6-19.jpg

Рис. 6.5. Диаграмма волновых сопротивлений воздушных линий

6.1.1. Резонансные свойства отрезков линий

Линия передачи, длина которой соизмерима с длиной волны распространяющихся в ней электромагнитных колебаний (l=lдл.вол), а расстояние между ее проводниками значительно меньше четверти длины волны, называется длинной линией.

При идеальном согласовании линии с нагрузкой, когда линия нагружена на чисто активное и равное волновому сопротивление (Zн = R = Zв), в линии существуют только падающие волны [волны, распространяющиеся по линии от генератора к нагрузке}. Напряжение и ток вдоль линии передачи имеют одно и то же значение, а фазы волны различны. Отсутствие отраженных волн объясняется тем, что вся подводимая падающими волнами энергия поглощается нагрузкой (рассеивается на ней}. Такая линия называется согласованной с нагрузкой, а режим в линии называют режимом бегущих волн.

Если линия разомкнута (Zн = бесконечности, замкнута накоротко (Zн=O) либо

нагрузка имеет явно выраженный реактивный характер (Zн=jXн), то нагрузка Zн не поглощает энергию, а полностью отражает ее обратно ,к источнику сигнала (генератору). Такой режим в линии характеризуется интерференцией падающих и отраженных волн. Отраженные волны, складываясь с падающими, создают так называемые стоячие волны. В этом случае на линии имеются некоторые точки, в которых напряжение всегда равно нулю: это — узлы напряжения. Точки, где напряжение по амплитуде максимально, называются «пучностями» напряжения.

Входные сопротивления короткозамкнутой и разомкнутой линии имеют реактивный характер и изменяются от длины линии, а в точках, кратных четверти длины волны {l = п * lдл.вол/4), входное сопротивление активное и

имеет значение Z=0 или Z=бесконечности.

Отрезки длинных линий, длина которых кратна четверти длины волны называются РЕЗОНАНСНЫМИ.

В радиотехнике широко используется свойство отрезков длинной линии резонировать на определенных частотах. Геометрическую длину линии можно уменьшить подсоединением конденсатора к ее разомкнутым концам (рис.6.6). Включение конденсатора переменной емкости (варикапа) позволяет настроить отрезок длинной линии (колебательный контур с распределенными параметрами) на необходимую длину волны.

6-1-11.jpg

Рис. 6.6. Уменьшение геометрической длины линии

Отрезки длинных линий (замкнутых или разомкнутых на конце} применяют в качестве элементов фильтров резонансных контуров высокочастотных блоков, шлейфов для настройки антенн и т. д. Величина и характер входного сопротивления разомкнутой (рис. 6.7) и замкнутой линии (рис. 6.8) изменяются в зависимости от того, какое количество волн укладывается вдоль линии.

6-1-12.jpg

Если нагрузка линии не равна волновому сопротивлению линии, то режим в линии характеризуется одновременным существованием стоячих и бегущих волн. Такой режим в линии называется СМЕШАННЫМ. В таких линиях нет узлов и пучностей напряжения и тока, а есть максимумы и минимумы напряжения и тока. Оценка режима работы линии характеризуется коэффициентом бегущей волны:

КБВ=Umin/Umax (6.6)

где Umin — амплитуда в узле напряжения. В;

Umax, амплитуда в пучности напряжения, В.

Коэффициент бегущей волны можно определить из соотношений:

K=R/Z при R<Z и K=Z/R при R>Z (6.7)

где Z — волновое сопротивление линии;

R — сопротивление нагрузки линии.

Следовательно, этот коэффициент характеризует собой степень согласования линии с нагрузкой. При R=Z oн равен единице, что означает полное согласование линии с нагрузкой, при котором в линии будет режим бегущей волны.

В действительности такие линии не существуют из-за невозможности идеального согласования нагрузки с линией.

Величина, обратная коэффициенту бегущей волны, называется КОЭФФИЦИЕНТОМ СТОЯЧЕЙ ВОЛНЫ:

КСВ=1/КБВ. (6.8)

Отношение амплитуд напряжения отраженной и падающей волн

называется КОЭФФИЦИЕНТОМ ОТРАЖЕНИЯ, который определяется из формул:

р = (1 -КБВ)/(1 +КБВ) или (6.9) р = (КСВ- 1)/(КСВ+1). (6.10)

Измеряют амплитуды напряжений падающей и отраженной волн с помощью направленных ответвителей.

6.1.2. Параметры фидерных линий

Основными параметрами линии передачи являются волновое сопротивление, погонная емкость, погонное затухание.

ВОЛНОВЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ЛИНИИ (Z) называется отношение комплексных амплитуд напряжения к току падающих или отраженных волн. Оно носит комплексный характер и связано с погонной индуктивностью Lo и погонной емкостью линии Со соотношением:

6-1-21.jpg

Для коаксиальных кабелей Lo и Со определяются по формулам:

6-1-22.jpg

где D — диаметр [внутренний) экрана, мм;

d— диаметр внутреннего проводника, мм.

Погонная емкость кабеля — емкость единицы длины кабеля. Обычно погонная емкость кабеля указывается в пф/м:

6-1-23.jpg

где е — диэлектрическая проницаемость изоляции;

D — диаметр (внутренний) экрана, мм;

d—диаметр внутреннего проводника, мм.

Значения диэлектрической проницаемости e материалов приведены в приложении 9.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля определяется геометрическими размерами его поперечного сечения и диэлектрической постоянной [см. формулу 6.4).

Электромагнитная волна в фидерной линии с диэлектриком распространяется с меньшей скоростью, чем в свободном пространстве (для вакуума, е = 8,854*10^(-12)). Так, в воздушной линии скорость распространения волны всего на 2-3% меньше, чем в свободном пространстве, а в кабельной линии, заполненной диэлектриком, скорость зависит от диэлектрической проницаемости материала заполнения,

6-1-24.jpg

В зарубежной справочной литературе вместо коэффициента укорочения длины волны приводят КОЭФФИЦИЕНТ ЗАМЕДЛЕНИЯ ЛИНИИ ПЕРЕДАЧ, (k = 1/с). Радиоволны в свободном пространстве распространяются со скоростью света ( с = 3*10^8 м/с). В линии передачи их скорость уменьшается в k раз. Значения k меняются в зависимости от конструкции линии.

Типичное значение k составляет:

0,75 — для двухпроводной линии с пластмассовой изоляцией;

0,67 — для коаксиальной линии с твердой пластмассовой изоляцией;

0,85 — для коаксиальной линии с воздушной изоляцией;

0,97 — для открытой воздушной двухпроводной линии. Вследствие потерь электромагнитная волна, распространяясь вдоль линии, уменьшается по величине — затухает. Эффективность прохождения сигнала по линии (фидеру) определяется величиной погонного затухания (Р). ПОГОННОЕ ЗАТУХАНИЕ характеризуется уменьшением напряжения сигнала по мере его распространения вдоль линии на рабочей частоте, приходящееся на единицу длины кабеля. Выражают затухание в децибелах на метр (или неперах на километр).

При небходимости перевода единиц затухания можно воспользоваться следующим соотношением: 1дБ = 0,115 неп (или 1неп = 8,686дВ).

Погонное затухание зависит от материалов, из которых изготовлены проводники и изоляция, их поперечных размеров, частоты измерения и определяется по формуле

6-1-25.jpg

Чем выше частота и чем длиннее кабель, тем больше затухание Р фидерной линии.

ПРИМЕР: Определить общее затухание фидерной пинии, выполненной из коаксиального кабеля РК-75-4-11 длиной l=25м для V-TB канала. Из табл. 1.2 находим частоту V-TB канала: Fср=96МГц. По табл. 6.3 определяем затухание кабеля на этой частоте в=0.1 дБ/м. Общее затухание составит T=в*l;T=0.1*25=2.5дБ

Уменьшение напряжения сигнала, по мере его распространения вдоль линии, происходит по экспоненциальному закону:

6-1-26.jpg

Затухание сигнала по мощности в фидерной линии определяется формулой

6-1-27.jpg

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ линии определяется как отношение мощности на выходе линии к мощности на ее входе:

6-1-28.jpg

Из формулы следует, что чем меньше коэффициент погонного затухания линии и меньше ее длина, тем больше КПД.

Рис. 6.1. Поперечное сечение двухпроводной неэкранированной линии из проводов круглого сечения

Изображение: 

Рис. 6.2. Схематическое изображение полосковой линии

Изображение: 

Рис. 6.2. Схематическое изображение полосковой линии

Изображение: 

Рис. 6.4. Конструктивные варианты воздушных жестких линий:

Изображение: 

Рис. 6.4. Конструктивные варианты воздушных жестких линий:

Изображение: 

Рис. 6.5. Диаграмма волновых сопротивлений воздушных линий

Изображение: 

Рис. 6.6. Уменьшение геометрической длины линии

Изображение: 

Рис. 6.7. Изменение величины и характера входного сопротивления разомкнутой линии при изменении ее длины

Изображение: 

Ф. 6.1. Волновое сопротивление для линии из проводов круглого сечения зависит от отношения расстояния между двумя проводниками к

Изображение: 

Ф. 6.11. Связь волнового сопротивления с погонной индуктивностью Lo и погонной емкостью линии Со

Изображение: 

Ф. 6.11. Связь волнового сопротивления с погонной индуктивностью Lo и погонной емкостью линии Со коаксиального кабеля

Изображение: 

Ф. 6.13. Погонная емкость кабеля указывается в пф/м

Изображение: 

Ф. 6.14. Коэффициент укорочения длины фолны в фидерной линии

Изображение: 

Ф. 6.17. Погонное затухание зависит от материалов, из которых изготовлены проводники и изоляция, их поперечных размеров, частоты

Изображение: 

Ф. 6.18. Уменьшение напряжения сигнала, по мере его распространения вдоль линии, происходит по экспоненциальному закону

Изображение: 

Ф. 6.20 Затухание сигнала по мощности в фидерной линии определяется формулой

Изображение: 

Ф. 6.21 Коэффициент полезного действия (КПД) линии определяется как отношение мощности на выходе линии к мощности на ее входе

Изображение: 

Ф. 6.3. Волновое сопротивление полосоковой линии

Изображение: 

Ф. 6.4. Волновое сопротивление воздушной коаксиальной линии

Изображение: 

6.2 Радиочастотные кабели.

6.2 Радиочастотные кабели.

РД — радиочастотные симметричные кабели, двухжильные или из двух коаксиальных пар;

PC — радиочастотные кабели со спиральными проводниками коаксиальные и симметричные.

По конструктивному выполнению изоляции радиочастотные кабели подразделяют на три группы:

- кабели со сплошной изоляцией, у которых все пространство между внутренним и внешним проводниками (коаксиальные кабели) или между токопроводящими жилами и их экраном (симметричные кабели) заполнено сплошной изоляцией или обмоткой из изоляционных лент;

- кабели с воздушной изоляцией, у которых на внутреннем проводнике (коаксиальные кабели или симметричные кабели из двух коаксиальных пар) или на жилах (симметричные кабели) через определенный интервал имеются выполненные из изоляционного материала шайбы, колпачки или кордель, наложенный по винтовой спирали, образующие изоляционный каркас между внутренним и внешним проводниками или между жилами и их экраном;

- кабели с полувоздушной изоляцией, у которых трубка из изоляционного материала, выполненная сплошной или в виде обмотки из лент, расположена поверх или под изоляционным каркасом, помещенным между внутренним и внешним проводниками (коаксиальные кабели или симметричные кабели из двух коаксиальных пар) или на каждой из двух жил (симметричные кабели). К полувоздушной изоляции относится также пористо-пластмассовая, балонная и изоляция в виде шлицованной трубки.

По номинальному волновому сопротивлению установлены следующие ряды кабелей:

- для типа РК- 50, 75, 100, 150 и 200 Ом;

- для типа PC- 50, 75, 100, 150, 200, 400, 800, 1600 и 3200 Ом;

- для типа РД — 75, 100, 150, 200 и 300 Ом. Коаксиальные кабели в зависимости от номинального диаметра по изоляции разделяют на четыре группы:

- субминиатюрные — диаметром до 7 мм;

- миниатюрные — от 1,5 до 2,95 (3.0) мм;

- среднегабаритные — от 3,7 до 11,5 мм;

- крупногабаритные — более 11,5 мм.

По теплостойкости кабели разделяют на три категории:

- обычной теплостойкости — для температур до 125°С включительно;

- повышенной теплостойкости — от 125 до 250°С включительно;

- высокой теплостойкости — выше 250°С.

Каждому кабелю присвоено условное обозначение (марка кабеля), которое состоит из букв, означающих тип кабеля, и трех чисел (разделенных тире).

ПЕРВОЕ ЧИСЛО означает величину номинального волнового сопротивления.

ВТОРОЕ ЧИСЛО означает:

- для коаксиальных кабелей — величину диаметра по изоляции, округленную для диаметров более 2 мм до ближайшего целого числа.

- для кабелей со спиральными внутренними проводниками — значение номинального диаметра сердечника;

- для симметричных кабелей с двумя коаксиальными парами — значение диаметра по изоляции коаксиальной пары, округленное так же, как и для коаксиальных кабелей;

- для симметричных кабелей с изолированными жилами — значение наибольшего диаметра по заполнению или по скрутке.

ТРЕТЬЕ— двух- или трехзначное число, первая цифра которого означает группу изоляции и категорию теплостойкости кабеля, а последующие — порядковый номер разработки кабеля.

Таблица 6. 1

Численное значение

Группировка изоляции (по ГОСТ 11326.0.71)

Материал изоляции (по ГОСТ 11326.0-67)

1

Сплошная изоляция обычной теплостойкости (до 125С)

Полиэтилен различных модификаций и его смеси

2

Сплошная изоляция повышенной теплостойкости (125-250С)

Фторлон (фторопласт) и его сополимеры

3

Полувоздушная изоляция обычной теплостойкости (до 125С)

Полистирол (стирофлекс)

4

Полувоздушная изоляция повышенной теплостойкости (125-250С)

Полипропилен и его смеси

5

Воздушная изоляция обычной теплостойкости (до 125С)

Резина

6

Воздушная изоляция повышенной теплостойкости (125-250С)

Неорганическая изоляция

7

Воздушная изоляция высокой теплостойкости (свыше 250С)


Каждой группе изоляции, при соответствующей теплостойкости кабеля, присвоено следующее цифровое обозначение (табл.6.1).

К марке кабелей повышенной однородности или повышенной стабильности параметров в конце через тире добавляется буква С. Предельные отклонения от номинальных значений волнового сопротивления для 75-омных коаксиальных кабелей повышенной однородности, с диаметром изоляции 3,7 - 9,0 мм составляет:

- при сплошной изоляции ±1,5 Ом,

- при полувоздушной или воздушной изоляции ±2 Ом.

В обозначении кабелей, предназначенных для систем коллективного приема телевидения и индивидуальных приемных антенн, добавляется буква А (РК-75-4-11А). Эти кабели отличаются от основных марок внешним проводником, выполняемым плотностью 40-60% [при угле наложения оплетки 65-74). Кабели для телевизионных антенн не подвергают испытанию на корону и не измеряют затухание на частоте 3 ГГц до и после испытания на стабильность.

Условное обозначение радиочастотного коаксиального кабеля РК-75-4-12 означает:

РК — радиочастотный кабель;

75 — волновое сопротивление. Ом;

4 — диаметр кабеля по изоляции, мм;

12 — двузначное число, в котором первая цифра указывает род изоляции (1 — сплошная изоляция обычной теплостойкости до 125°С), а вторая — порядковый

номер конструкции кабеля.

На полиэтиленовой оболочке или на оболочке из поливинилхлоридного пластикада по всей длине кабеля с наружным диаметром более 4 мм на расстоянии не более 1 м друг от друга обычно наносятся:

- марка кабеля;

- товарный знак предприятия-изготовителя или его условное обозначение;

- год выпуска кабеля.

Наибольшее распространение для создания фидерних линий, используемых для передачи ТВ сигнала, получил экранированный несимметричный (коаксиальный) кабель РК (рис.6.9.а) и неэкранированный ленточный симметричный кабель КАТВ [кабель антенный телевизионный с виниловой изоляцией) — рис 6.9.в. В некоторых случаях используют симметричные экранированные кабели марок РД (рис. 6.9.г) и воздушные двухпроводные симметричные линии.

6-1-29.jpg

Рис. 6.9. Конструкции радиочастотных кабелей:

а—несимметричный коаксиальный с одиночным внутренним проводом;

б — несимметричный коаксиальный с многожильным внутренним проводом;

в —симметричный ленточный КАТВ; г— симметричный экранированный кабель РД.

Распространенной конструкцией внутреннего проводника радиочастотных кабелей является одиночный провод. Выполнение внутренней жилы в виде набора скрученных проводов (7, 19 или 37) обеспечивает эластичность, повышает гибкость и его вибрационную стойкость, (рис. 6.9.6)

Внутренний проводник радиочастотных кабелей повышенной стабильности (для работы при 200 С и выше) изготавливают из посеребренной медной проволоки. Малогабаритные радиочастотные кабели для повышения механической прочности изготовляют с внутренним проводником из биметаллической проволоки (сталь-медь).

При использовании радиочастотных кабелей в условиях высоких температур (200-300°С) в качестве экрана используют посеребренную медную проволоку, а для работы при температурах 350-450°С — никелированную медную проволоку или проволоку из нержавеющей стали.

В условиях повышенной влажности для кабелей с резиновой изоляцией экран изготовляют из луженой медной проволоки.

Конструктивно симметричный ленточный кабель КАТВ [рис.6.9.в] состоит из двух семижильных проводников 1, запресованных в полихлорвиниловый пластикат 2. При распространении сигнала по неэкранированной симметричной линии, выполненной из кабеля КАТВ, часть сигнала рассеивается в пространстве, а сама линия довольно чувствительна к сигналам помех. Для того чтобы кабель КАТВ не работал как антенна (в близких зонах от ТВ прередающих центров}, его рекомендуют скручивать (до четырех скруток на один метр).

Более защищен от помех симметричный экранированный кабель РД (рис. 6.9. г). Внутренние проводники 1 выполнены из одной либо семи скрученных медных жил. Проводники жил помещены в изоляцию 2. Поверх изоляции наложен экран 3 и защитная оболочка 4. Благодаря его экранирующим свойствам повышается помехоустойчивость приема, устраняются искажения диаграммы направленности антенны, связанные с антенным эффектом [излучением кабеля).

В настоящее время на мировом рынке имеются радиочастотные кабели различных типов (рис.6.10). Структура условных обозначений их различна и может устанавливаться фирмами-изготовителями. Так, тип кабеля, изготовляемого странами Юго-Восточной Азии, имеет следующую маркировку:

ПЕРВЫЙ ЭЛЕМЕНТ (цифра) означает округленный диаметр

кабеля по металлической оплетке;

ВТОРОЙ ЭЛЕМЕНТ (буква) означает волновое сопротивление («D» - 50 Ом, «С» - 75 Ом);

ТРЕТИЙ ЭЛЕМЕНТ (несколько ЦИФР и БУКВ через дефис)

означает тип изоляции («2V» — изоляция из сплошного полиэтилена).

Маркировка зарубежных кабелей, удовлетворяющая требованиям американской оборонной промышленности (согласно стандарту MIL-C-17D), означает:

6-1-210.jpg

Рис. 6.10. Внешний вид импортных коаксиальных кабелей

- RG (Radio Guide) — «радиоволновод», при маркировке может опускаться (59/U = RG 59/U);

- ЧИСЛОВОЙ КОД — порядковый номер разработки;

- возможен БУКВЕННЫЙ СИМВОЛ, указывающий на различия в конструкции и применении, например: (U) «utility» — сервисный (эффективный).

Так, кабель RG-58 используется при построении локальных компьютерных сетей и в промышленной радиоизмерительной аппаратуре (аналог РК-50), RG-59 — используется в телевизионной и бытовой технике (аналог РК-75).

Встречается также маркировка кабеля (75-4-1, 75-5-В), где:

ПЕРВЫЙ ЭЛЕМЕНТ (цифры) означает волновое сопротивление;

ВТОРОЙ ЭЛЕМЕНТ (цифра) означает округленный диаметр внутреннего диэлектрика;

ТРЕТИЙ ЭЛЕМЕНТ (цифра или буква) означает технологические различия.

Элементы маркировки наносятся на внешнюю защитную оболочку кабеля и разделяются дефисом.

6.2.1. Параметры отечественных коаксиальных кабелей.

Параметры кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией и волновым сопротивлением 50 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пф/м ...............................51

- коэффициент укорочения длины волны ................................... 1,52

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм ...................5

Таблица 6.2. Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0. 1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

РК-50-1-11

0,4

1,6

2,3

.

РК-50-1-12

0,41

01.мар

2,2

4,1

РК-50-1,5-11

0,22

0,85

1,7

РК-50-1,5-12

0,3

1

1,8

3,2

РК-50-2-11

0,18

0,8

1,15

3,2

РК-50-2-12

0,4

0,75

1,3

РК-50-2-13

0,19

0,8

1,6

3,3

РК-50-2-15

0,19

0,73

1,5

-

РК-50-2-16

0,16

0,6

1

2,1

РК-50-3-11

0,15

0,65

1,1

3

РК-50-3-13

0,15

0,65

1,3

2,9

РК-50-4-11

0,11

0,5

0,95

2

РК-50-4-13

0,1

0,5

0,9

2

РК-50-7-11

0,09

0,4

0,8

1,5

РК-50-7-12

0,08

0,4

0,75

1,6

РК-50-7-13

0,07

0,3

0,56

1,2

РК-50-7-15

0,08

0,4

0,75

1,7

РК-50-7-16

0,09

0,4

0,8

1,7

РК-50-9-11

0,07

0,32

0,7

1,5

РК-50-9-12

0,07

0,35

0,75

1,8

РК-50-11-11

0,06

0,29

0,55

-

РК-50-11-13

0,06

0,29

0,55

-


Параметры кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией и волновым сопротивлением 75 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пф/м...........................................67

- коэффициент укорочения длины волны.......................................1,52

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм..................................5

Таблица 6.3. Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0. 1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

РК-75-1-11

0,36

1,2

2,2

-

РК-75-1-12

0,4

1,2

2,2

4,1

РК-75-1,5-11

0.3

1,2

3,2

-

РК-75-1,5-12

0,3

1

1.8

3,1

РК-75-2-11

0,27

0,85

1,6

2,8

РК-75-2-12

0,24

0,75

1,3

-

РК-75-2-13

0,2

0,75

1,3

2,7

РК-75-3-13

0,11

0,5

0,9

-



Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0. 1 ГТц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

РК-75-4-11

0,1

0,4

1

2,02

РК-75-4-12

0,11

0,52

1,02

2,3

РК-75-4-13

0,13

0,55

1

2,5

РК-75-4-14

0,13

0,6

1.1

2,4

РК-75-4-15

0,032

0,5

1

2,2

РК-75-4-16

0,1

0,5

1

2,2

РК-75-4-18

0,09

0,5

1,2

2,3

РК-75-4-100

0,1

0,6

1,5

-

РК-75-7-11

0,05

0,21

0,4

0,85

РК-75-7-12

0,09

0,4

0,8

1,8

РК-75-7-15

0,08

0,36

0,75

1,7

РК-75-7-16

0,09

0,4

0,8

1,8

РК-75-9-12

0,06

0,26

0,6

1,2

РК-75-9-13

0,06

0,27

0,54

1,1

РК-75-9-14

0,05

0,24

0,46

1

РК-75-9-16

0,05

0,24

0,46

1

РК-75-13-11

0,036

0,13

0,2

-

РК-75-17-12

0,03

0,11

0,21

-


Параметры кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией и волновым сопротивлением 100 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пФ/м ...............................51

- коэффициент укорочения длины волны ................................1,52

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм....................... 5

Таблица 6.4. Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0.1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГТц

РК-100-7-11

0,08

0,41

0,9

2,1

РК-100-7-13

0,08

0,42

0,9

2,1


Параметры крупногабаритных коаксиальных кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией и волновым сопротивлением 50 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пФ/м ...............................100

- коэффициент укорочения длины волны ................................... 1,52

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм ...................10

Табпииа 6.5. Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0.1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

РК-50-13-15

0,038

0,16

0.28

РК-50-13-17

0,048

0,2

0,46

РК-50-17-17

0,04

0,15

0,3

РК-50-24-15

0,02

0,11

0,3

-

РК-50-24-16

0,023

0,12

0,31

РК-50-24-17

0,033

0,13

0,36

РК-50-33-15

0,02

0,11

РК-50-44-15

0.016

0,11

.

РК-50-44-16

0,017

0,08

РК-50-44-17

0,021

0,13

-

-


Параметры мощных коаксиальных кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией и волновым сопротивлением 75 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пФ/м ...............................67

- коэффициент укорочения длины волны ................................ 1,52

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм ................... 10

Таблица 6.6. Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0.1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

РК-75-13-15

0,038

0,16

0,4

РК-75-13-16

0,4

0,16

0,38

-

РК-75-13-17

0,035

0,16

0,38

-

РК-75-13-18

0,052

0,21

0,47

РК-75-13-19

0,052

0,21

0,47

-

РК-75-17-22

0,03

0,1

0,23

-

РК-75-24-15

0,026

0,11

0,3

-

РК-75-24-17

0,021

0,12

0,3

РК-75-24-18

0,032

0,14

0,35

-

РК-75-24-19

0,032

0,14

0.35

РК-75-33-15

0,02

0,11

0,5

РК-75-33-17

0,02

0,11

0,28

РК-75-44-15

0,016

0,11

-

РК-75-44-17

0,017

0,09

0,24


Параметры коаксиальных кабелей со сплошной фторлоновой изоляцией и волновым сопротивлением 50 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пф/м ...............................95

- коэффициент укорочения длины волны ................................ 1,42

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм ...................5

Таблица 6.7. Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м *

0.1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

РК-50-0,6-21

0,6

2,2

3,5

9,0*

РК-50-0,6-22

0,6

2,4

4,1

9

РК-50-1-21

0,25

1,1

2,2

РК-50-1-22

0,4

1,5

2,6

5

РК-50-1-23

0,3

1

2

3,6

РК-50-1,5-21

0,21

0,8

1,4

РК-50-1,5-22

0,21

0,7

1,4

2

РК-50-2-21

0,15

0,55

0,85

2

РК-50-2-22

0,28

1

1,8

РК-50-2-23

0,12

0,6

1,2

3

РК-50-2-24

0,21

0,9

2

4

РК-50-2-25

0,17

0,52

1

1,9

РК-50-3-21

0,12

0,55

1,1

2,6

РК-50-3-22

0,11

0,51

1

2,3

РК-50-3-23

0,17

0,49

0,9

1,8

РК-50-3-25

0,12

0,52

1

2,4

РК-50-4-21

0,09

0,34

0,65

1,4

РК-50-4-23

0,09

0,41

0,9

2,1

РК-50-4-24

0,1

0,41

0,8

2

РК-50-7-21

0,07

0,3

0,6

1,3

РК-50-7-22

0,06

0,3

0,58

1,3

РК-50-7-23

0,06

0,22

0,4

0,8

РК-50-7-28

0,06

0,26

0,46

1

РК-50-9-22

0,04

0,2

0,38

РК-50-9-23

0,05

0,2

0,3

1

РК-50-11-21

0,056

0,22

0,4


Параметры коаксиальных кабелей со сплошной фторлоновой изоляцией и волновым сопротивлением 75 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пФ/м ...............................63

- коэффициент укорочения длины волны ................................ 1,42

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм ...................5

Таблица 6.8. Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0.1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

РК-75-1-21

0,33

1

2

РК-75-1-22

0,42

1,4

2.4

4,3

РК-75-1,5-21

0,2

0,7

1,5

РК-75-2-21

0,15

0,65

1,3

3



Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0.1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

РК-75-2-22

0,1

0,5

1,1

-

РК-75-3-21

0,1

0,48

0,9

2,1

РК-75-3-22

0,12

0,45

0,9

1,9

РК-75-4-21

0,1

0,4

0,8

2

РК-75-4-22

0,1

0,41

0,8

2

РК-75-7-21

0,07

0,3

0,53

1,1

РК-75-7-22

0,07

0,3

0,6

1,2

РК-75-9-23

0,05

0,21

0,4

0,85

РК-75-17-22

0,03

0,1

0,23

-


Параметры коаксиальных кабелей со сплошной фторлоновой изоляцией и волновым сопротивлением 100 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пФ/м ...............................47

- коэффициент укорочения длины волны................................... 1,42

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм ...................5

Таблица 6.9. Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0.1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

РК-100-7-21

0,07

0,3

0,56

1,3


Параметры коаксиальных кабелей с воздушно-полиэтиленовой изоляцией и волновым сопротивлением 50 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пФ/м............................... 102

- коэффициент укорочения длины волны ................................ 1,18-1,24

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм....................... 5

Таблица 6.10. Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0.1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10.0ГГц

РК-50-3-24

0,19

0,65

1,2

2,6

РК-50-4-22

0,12

0,55

1

2

РК-50-7-24

0,07

0,26

0,5

0,9

РК-50-7-25

0,06

0,26

0,46

1

РК-50-7-26

0,06

0,24

0,45

1

РК-50-7-27

0,08

0,3

0,5

1

РК-50-9-21

0,05

0,17

0,37

-

РК-50-11-22*

-

-

0,3(2,5)

РК-50-13-21

0,11

0,2

0,21

-


Параметры коаксиальных кабелей с воздушно-полиэтиленовой изоляцией и волновым сопротивлением 75 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пФ/м ...............................52-70

- коэффициент укорочения длины волны ................................... 1,18-1,24

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм .......................5

Таблица 6.11. Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0.1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

РК-75-7-23

0,05

0,2

0,4

0,8

РК-75-7-24

0,04

0,17

0,3

0,7

РК-75-7-61

-

-

1,6

-

РК-75-9-21

0,03

0,18

0,42

-

РК-75-9-22

0,04

0,2

0,5

-

РК-75-24-21

0,025

0,088

0,16

-


Параметры коаксиальных кабелей с воздушно-полиэтиленовой изоляцией и волновым сопротивлением 150 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пФ/м ...............................27

- коэффициент укорочения длины волны ................................... 1,18-1,24

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм ....................... 5

Таблица 6.12. Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0.1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

Р К-150-4-21*

0,1(0,45)

-

-

РК-150-7-22

-

0,085

-

-


Параметры коаксиальных кабелей с воздушно-фторлоновой изоляцией и волновым сопротивлением 50 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пФ/м ............................... 105

- коэффициент укорочения длины волны ................................... 1,16-1,40

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм....................... 5

Таблица 6. 13. Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0.1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

РК-50-3-24

0,19

0,65

1,2

2,6

РК-50-4-22*

0,12

0,55

1

3,0(16)

РК-50-7-24

0,07

0,26

0,5

0,9

РК-50-7-25

0,06

0,26

0,46

1

РК-50-7-26

0,06

0,24

0,45

1

РК-50-7-27

0,08

0,3

0,5

1

РК-50-9-21

0,05

0,17

0,37

-

РК-50-11-22*

.

0,3(2,5)

-

-

РК-50-13-21

0,11

0,2

0,21


Параметры коаксиальных кабелей с воздушно-фторлоновой изоляцией и волновым сопротивлением 75 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пФ/м ...............................65-70

- коэффициент укорочения длины волны ................................... 1,16-1,40

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм....................... 5

Таблица 6.14. Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0.1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

РК-75-7-23

0,05

0,2

0,4

0,8

РК-75-7-24

0,04

0,17

0,3

0,7

РК-75-7-61

-

-

1,6

-

РК-75-9-21

0,03

0,18

0,42

-

РК-75-9-22

0,04

0,2

0,5

-

РК-75-24-21

0,025

0,088

0,16

-


Параметры коаксиальных кабелей с воздушно-фторлоновой изоляцией и волновым сопротивлением 150 Ом

- электрическая (погонная) емкость, пф/м ..................................27-30

- коэффициент укорочения длины волны ................................... 1,16-1,40

- электрическое сопротивление изоляции, ТОм.......................5

Таблица 6.15 Справочные данные

Тип кабеля

Затухание на частотах, дБ/м

0.1 ГГц

1,0 ГГц

3,0 ГГц

10,0 ГГц

РК-150-4-21*

0,1 (0,45)

-

-

-

РК-150-7-22

. 0,085

2,7

-


Примечание: на кабели, обозначенные «звездочкой», дополнительно указывается частота измерения.

Если основным параметром является затухание, значение которого тесно связано с диаметром внутренней изоляции, то широкую номенклатуру кабелей можно условно разбить на три категории [6.5].

Магистральные, используемые для подачи сигналов от мощной (головной) станции в кабельной сети до домовых (субмагистральных)

линий:

- допустимое затухание на частоте 200 МГц, дБ/100м 2,5

- допустимое отклонение волнового сопротивления, Ом ±2

- диаметр внутренней изоляции, мм 14 - 22 Распределительные, применяемые в линиях домовой распределительной сети:

- при допустимом затухании на частоте 200 Мгц, дБ/100м 2,5...4

- допустимое отклонение волнового сопротивления, Ом ±2

- при допустимом затухании на частоте 200 МГц, дБ/100Ом 4 ... 8

- допустимое отклонение волнового сопротивления. Ом . ± 2,5

- при допустимом затухание на частоте 200 МГц, дБ/100Ом 8...13

- допустимое отклонение волнового сопротивления. Ом ±3

- диаметр внутренней изоляции, мм 9 ... 13 Абонентские, предназначенные для подключения оконечных устройств в кабельных или индивидуальных сетях:

- допустимое затухание на частоте 200 МГц, дБ / 100м 13 ... 21

- допустимое отклонение волнового сопротивления. Ом ± 5

- диаметр внутренней изоляции, мм менее 9

6.2.2. Параметры зарубежных коаксиальных кабелей

Таблица 6.16. Справочные данные

Тип коаксиального кабеля

Волновое сопротивление W, Ом

Спог.,

ПФ/М

Коэффициент замедления, Vк

Rиз/ Rnp, МОм/м (Ом/км)

Затухание, дБ/ м на частоте (ГГц)

0,1

0,2

0.5

0,8 (*)

1.5D-2V

50

0.67

2.85

4.1

6.483

10.0(1.01

3D-2V

50

0.67

1.54

2,2

3.479

5.27(1.0)

5D-2V

50

0,67

0,875

0,891

2.152

3,5(1.2)

8D-2V

50

0,67

.

0.599

0.611

1.456

2.6(1.2)

10D-2V

50

.

0.67

.

0,467

0.475

1.132

2.1 (1.2)

20D-2V

50

0,67

,

0.292

0.296

0.755

1.5(1.2)

50-2-1

50 ± 4

100

0.66

300

0,32

0,45

0.75

0,96

50-3-1

50 +-3

100

0.66

0.16

0.23

0.37

048

50-7-2

50 ± 2

100

0.66

.

0,085

0.12

0,18

026

50-12-1

50+_ 2

100

0.66

Q055

0.08

0.14

0.19

50 К 155*

50

100

0,79

-15

0,09

0.13

0,21

0,445 (1.75)

RG 8 Type

50 +_ 2

76.2

0.78

0059

0,08

0,13

0.164

RG 58A

50+_2

0.78

0,161

0.24

0.38

0.48

RG 58C/U

50 ± 2

92.4

0,66

0,16

0.24

0.39

0.493

RG 58 ALL*

50

82

0,78

0,113

0,16

0,25

0,429 (1.0)

RG 142 B/U

50+_2

95

0, 7

0,14

0.2

0.35

0.443

RG 174 А

50 ± 2

101

0. 66

0.29

0.45

0.7

0,885

RG 174A/U

50 ± 2

92

0. 66

0.29

0.45

0.7

0.885

RG 178 B/U

50+2

95

0. 7

0.43

0.62

1.02

1.29

RG 188A/U

50 ± 2

95

-

0.28

0,4

0.68

0.86

RG 196 A/U

50+_2

93

0.7

0,43

0.62

1 02

1.29

RG213

50 +_ 2

92

0,66

0.072

0.102

0.161

0204

RG 213 U

50 ± 2

92

0.66

0,07

0.1

0.17

0.215

RG 214 U

50+_2

101

0,66

0.07

0.1

0.17

0,215

RG215U

50+_2

101

066

0,07

0.1

0.17

0.215

RG217U

50+_2

101

0.66

0.045

0.07

0,123

0.156

RG 218 U

50+_2

101

0.66

0029

0.045

0.081

0.102

RG 219 U

50+_2

101

0.66

0,029

0,045

0.081

0.102

RG 220 U

50+_2

101

0.6

0,023

0.038

007

0,089

RG 223 U

50+_2

101

0.66

0.13

0.2

0 34

0.43

RG 316 U

50+_2

95

.

0,28

0,4

068

0.86

Belden 9913

50

.

0.84

0043

0.061

0.096

9,121

Flexi-4XL

50

-

0,84

0043

0.061

0,096

0.121

RLF-7*

50

75

-

-8

0.061

0.086

0.136

0.223 (1,0)



Таблица 6.17. Справочные данные

6-2-21.jpg

Таблица 6.18. Справочные данные

6-2-22.jpg

6-2-23.jpg

Таблица 6.19. Справочные данные

6-2-24.jpg

Таблица 6.20. Справочные данные

6-2-25.jpg

Таблица 6.21. Справочные данные

6-2-26.jpg

Таблица 6.22. Справочные данные

6-2-27.jpg

Примечание: на кабели, обозначенные «звездочкой», дополнительно указывается частота измерения.

6.2.3. Определение параметров коаксиальных кабелей

Имеется множество способов для определения параметров неизвестного Вам коаксиального кабеля.

Значение волнового сопротивления кабеля характеризуется соотношением погонных индуктивности и емкости. Отсюда следует, что оно зависит от размеров, формы и взаимного расположения проводников в его поперечном сечении и диэлектрической проницаемости материала внутренней изоляции, разделяющего проводники.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЛНОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ КОАКСИАЛЬНОГО КАБЕЛЯ ПО ИЗВЕСТНЫМ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ РАЗМЕРАМ.

Сначала необходимо измерить внутренний диаметр D экрана (рис.6.11), сняв защитную оболочку с конца кабеля и завернув оплетку (внешний диаметр внутренней изоляции). Затем следует измерить диаметр d центральной жилы, сняв предварительно изоляцию. Подставив в формулу 6.4 значение диэлектрической проницаемости материала внутренней изоляции из приложения 9 и результат предыдущих измерений, находим волновое сопротивление кабеля.

6-2-31.jpg

Рис. 6.11. Измерение диаметров внутренней изоляции неизвестного коаксиального кабеля.

Кроме того, волновое сопротивление кабеля можно определить по монограмме {рис 6.12).

6-2-32.jpg

Рис. 6.12. Номограмма для определения волнового сопротивления кабеля

Для этого необходимо СОЕДИНИТЬ прямой линией ТОЧКИ НА ШКАЛЕ «D/d» (отношения внутреннего диаметра экрана и диаметра внутренней жилы) И НА ШКАЛЕ «Е» (величины диэлектрической проницаемости внутренней изоляции кабеля]. ТОЧКА ПЕРЕСЕЧЕНИЯ проведенной прямой СО ШКАЛОЙ «R» номограммы соответствует искомой величине волнового сопротивления определяемого кабеля.

Неизвестное волновое сопротивление также может быть найдено и с помощью измерительного моста LC, для чего:

- прибор подключить к точкам А-Б (рис.6.13) измеряемого кабеля длиной l;

- измерить емкость между центральной жилой и оплеткой {внешним проводником) кабеля;

- закоротив точки В-Г, измерить индуктивность;

- измеренные значения индуктивности (Гн) и емкости (Ф) подставить в формулу 6.11.

6-2-33.jpg

Наконец, волновое сопротивление кабеля Z в Омах можно подсчитать по результатам измерений емкости и коэффициента укорочения длины волны в кабеле по формуле 6.22:

Z = 3333 • n / Со, (6.22)

где n - коэффициент укорочения длины волны в кабеле;

Со - емкость кабеля, пф/м.

Волновое сопротивление кабеля может быть определено и другими методами, если при его определении погрешность измерения составляет не более ±2%.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ. В тех

случаях, когда диэлектрическая проницаемость внутренней изоляции кабеля неизвестна, ее можно вычислить, воспользовавшись следующим способом [6.6]:

- измерить емкость отрезка кабеля (Q-метром, либо с помощью прибора для измерения емкости);

- рассчитать по формуле 6.23 емкость ранее измеренного отрезка кабеля

6-2-34.jpg

где С* - расчетная емкость отрезка кабеля, пФ;

Сим - измеренная емкость отрезка кабеля, пФ; i l - длина отрезка {не меньше 15-20 см, иначе снижается точность измерений), (м);

D - диаметр внутренней изоляции.мм;

d - диаметр центрального проводника,мм.

еv = 1 - диэлектрическая проницаемость воздуха;

e* - рассчитанная диэлектрическая проницаемость.

Прибор для измерения емкости следует подключать к точкам А-Б (рис. 6.13)

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА УКОРОЧЕНИЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ. Если нет справочных данных по диэлектрической проницаемости, то коэффициент укорочения можно вычислить, воспользовавшись формулой

n = с • Z • Со, (6.25)

где n - коэффициент укорочения длины волны;

Z - волновое сопротивление кабеля, Ом;

Со - погонная емкость кабеля, Ф/м;

с = 3* 10^8 м/с - скорость распространения волны.

Формула позволяет определять коэффициент укорочения не только в коаксиальных кабелях, но и в других линиях (без потерь или с малыми потерями), если известны их волновые сопротивления и погонные емкости.

ОДНОРОДНОСТЬ ВОЛНОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ по длине кабеля выражается в значениях местных коэффициентов отражения и измеряется импульсным методом с помощью временных рефлектометров. Также измерения проводят последовательно с двух концов кабеля.

НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ВОЛНОВОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ является мерой изменения в полосе частот нормированного входного сопротивления кабеля, нагруженного на согласованную нагрузку, и выражается величиной КСВн или двадцатикратным значением десятичного логарифма обратного значения модуля входного коэффициента отражения р вх (дБ):

КСВн = 20 Ig1/p вх. (6.26)

Его измеряют с двух концов кабеля панорамными методами с применением частотных рефлектометров или измерителей 5-параметров четырехполюсников (Р4-11).

КОЭФФИЦИЕНТ ЗАТУХАНИЯ (в) измеряют на частоте, указанной в стандарте или ТУ. Значение в измеряют в дБ/м, за исключением кабелей со спиральными проводниками, для которых в выражается в дБ/мкс.

Рекомендуется использовать панорамные методы измерения коэффициента затухания. На частотах ниже 0,2 ГГц допускаются методы измерений на резонансной чатоте f*, ближайшей к той, на которой затухание нормировано. Для определения коэффициента затухания на других частотах можно воспользоваться формулой

6-2-35.jpg

где в* - известные значения коэффициентов затухания на частоте f*, дБ/м;

f - частота, для которой производится пересчет коэффициента затухания р.

Формула действительна для фидеров с воздушным диэлектриком, а для фидеров с другими диэлектриками - только до частоты f = 300 МГц.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ СИММЕТРИЧНОГО КАБЕЛЯ и ЕМКОСТНАЯ АССИММЕТРИЯ измеряется на частотах 800 Гц или более. Измерения производят с помощью моста переменного тока или другого прибора, который может быть применен для измерения емкости на указанных частотах с погрешностью не более ±1%. Электрическую емкость (С) в пикофарадах на метр и емкостную ассимметрию (е) в процентах симметричных кабелей с общим для обеих изолированных жил экраном вычисляют по формулам:

С = [2 (С1+С2) - С12] / 4*l (6.28) е = 400 (С1 - С2) / [2 (С1 + С2) - С12], (6.29)

где С1 - электрическая емкость между первой и второй

жилой, соединенной с экраном, пФ;

С2 - электрическая емкость между второй и первой

жилой, соединенной с экраном, пФ;

С12 - электрическая емкость между соединенными вместе

первой и второй жилами и экраном, пФ;

/ - длина образца, м.

Длина образца должна быть не менее 1 м и не более числа, величина которого в метрах равна

/ = 20 /f • п, (6.30)

где: f - частота измерения, МГц;

п - коэффициент укорочения длины волны в кабеле.

6.2.4. Рекомендации по эксплуатации коаксиальных кабелей

При монтаже коаксиальных кабелей необходимо соблюдать минимальные радиусы изгиба (оговариваются в стандарте или ТУ на кабели разных марок). Так, для кабеля РК-75-4-11 минимальный радиус изгиба при t> +5°C - 40 мм, а при t< +5°C - 70 мм. Сгибать кабель под меньшим радиусом не рекомендуется. Следует также учитывать, что под действием собственного веса кабель вытягивается. Это необходимо учитывать при прокладке кабеля (по вертикали) и между строениями. Его следует закреплять к стене (мачте) или вспомогательному тросу через каждые 1-2 м.

При хранении кабелей с воздушной и полувоздушной изоляцией их концы должны быть защищены от проникновения влаги внутрь кабеля, а при эксплуатации необходимо применять герметичные соединители.

Срастить два отрезка коаксиального кабеля 1 можно способом, показаным на рис. 6.14, для чего освобожденные от изоляции части центральных проводников кабелей необходимо максимально укоротить. Места пайки проводников не должны иметь значительных утолщений, поэтому центральные (внутренние) проводники частично спиливают надфилем (одна сторона проводника окажется плоской). После залуживания оловянно-свинцовым припоем спиленные концы проводников накладывают друг на друга и запаивают. Чтобы не изменить волновое сопротивление, необходимо восстановить на месте сращиваемого участка кабеля внутреннюю изоляцию 3 (предварительно изготавливается из снятой с кабеля внутренней полиэтиленовой изоляции). Деталь 2 вырезают из жести или

6-2-41.jpg

медной фольги толщиной около 0,1...0,2 мм и устанавливают поверх соединенного участка с восстановленной изоляцией 3. Пайку оплетки кабелей следует произвести в местах вырезов детали 2. Для придания прочности соединению деталь 2 по всей длине целесообразно плотно обмотать изолентой 4.

При пайке центральной жилы нельзя допускать ее перегрева, т. к. при этом происходит смещение и нарушается однородность волнового сопротивления.

При монтаже кабелей и разделке оплеток последние нельзя разрезать: оплетку надо расплести, скрутить в одну или две косички и залудить. Разделывая кабель, необходимо следить за тем, чтобы случайно не была подрезана центральная жила и чтобы не замкнуть на нее проволочную оплетку.

Следует учитывать эффективность экранирования коаксиальной линии, которая определяется как отношение энергии, передаваемой внутри коаксиальной линии, к энергии, просачивающейся во внешнее пространство. Об эффективности экранирования коаксиального кабеля можно судить по его конструкции: чем выше плотность внешнего проводника (экрана), тем больше значение этого параметра. Наибольшее значение эффективности экранирования имеют кабели с дополнительной экранной оболочкой (рис.б. 15) из фольги (медь, алюминий).

6-2-42.jpg

Рис. 6.15. Коаксиальный кабель с дополнительной экранной оболочкой

Эффективность экранирования новых, т.е. не бывших в эксплуатации коаксиальных линий, составляет 60-100 дБ.

О погонном затухании в коаксиальном кабеле типа РК можно судить по его конструкции: чем больше диаметр внутренней изоляции кабелей (в обозначении марки кабеля он указан в миллиметрах после цифры 75), тем меньше его погонное затухание.

 

 

 

 

Измерение параметров коаксиального кабеля

Изображение: 

Рис. 6.10. Внешний вид импортных коаксиальных кабелей

Изображение: 

Рис. 6.11. Измерение диаметров внутренней изоляции неизвестного коаксиального кабеля.

Изображение: 

Рис. 6.12. Номограмма для определения волнового сопротивления кабеля

Изображение: 

Рис. 6.14. Способ сращивания коаксиальных кабелей

Изображение: 

Рис. 6.15. Коаксиальный кабель с дополнительной экранной оболочкой

Изображение: 

Рис. 6.9. Конструкции радиочастотных кабелей:

Изображение: 

Таблица 6.17. Справочные данные

Изображение: 

Таблица 6.18. Справочные данные (окончание)

Изображение: 

Таблица 6.18. Справочные данные

Изображение: 

Таблица 6.19. Справочные данные

Изображение: 

Таблица 6.20. Справочные данные

Изображение: 

Таблица 6.21. Справочные данные

Изображение: 

Таблица 6.22. Справочные данные

Изображение: 

Ф. 6.23. Расчет емкости отрезка коаксиального кабеля

Изображение: 

Ф. 6.27. Определение коэффициента затухания на других частотах

Изображение: 

Приложения.

ПРИЛОЖЕНИЯ

7-11.jpg

7-12.jpg

3. Таблицы перехода от абсолютных единиц измерения к относительным

ДБ

U1/U2

Р1/Р2

ДБ

U1/U2

Р1/Р2

0,5

1,059

1,122

21

11,22

125,9

1,0

1,122

1,259

22

12,59

158,5

1,5

1,189

1,413

23

14,13

199,5

2,0

1,259

1,585

24

15,85

251,2

2,5

1,334

1,778

25

17,78

316,2

3.0

1,413

1,995

26

19,95

398,1

3,5

1,496

2,238

27

22,39

501,2

4,0

1,585

2,512

28

25,12

631

4,5

1,679

2,818

29

28,18

794,3

5,0

1,778

3,162

30

31,62

1000

5,5

1,884

3,55

31

35,48

1259

6,0

1,995

3,981

32

39,81

1585

6,5

2,113

4,47

33

44,67

1995

7,0

2,239

5,012

34

50,12

2512

7,5

2,371

5,62

35

56,23

3162

8,0

2,512

6,310

36

63,10

3981

8,5

2,661

7,079

37

70,79

5012

9,0

2,818

7,943

38

79,43

6310

9,5

2,985

8,913

39

89,13

7943

10

3,162

10,00

40

100,0

10000

10,5

3,350

11,22

41

112,2

12589

11

3,548

12,59

42

125,9

15849

11,5

3,758

14,13

43

141,3

19953

12

3,981

15,85

44

158,5

25119

12,5

4,217

17,78

45

177,8

31623

13

4,467

19,95

46

199,5

39811

13,5

4,732

22,39

47

223,9

50119

14

5,012

25,12

48

251,2

63096

14,5

5,309

28,18

49

281,8

79433

15

5,623

31,62

50

316,2

100000

15,5

5,957

35,48

51

354,8

125893

16

6,310

39,81

52

398,1

158489

16,5

6,683

44,67

53

446,7

199526

17

7,079

50,12

54

501,2

251189

17,5

7,499

56,23

55

562,3

316228

18

7,943

63,10

56

631,0

398107

18,5

8,414

70,79

57

707,9

501187

19

8,913

79,43

58

794,3

630957

19,5

9,441

89,13

59

891,3

794328

20

10,00

100,0

60

1000,0

100000

ДБ

• U1/U2

Р1/Р2

ДБ

U1/U2

Р1/Р2

-0,5

0,944

0,841

-21

0,089

0,008

-1

0,891

0,794

-22

0,079

0,006

-1,5

0,841

0,708

-23

0,071

0,005

-2

0,794

0,691

-24

0,063

0,004

-2,5

0,750

0,562

-25

0,056

0,0030

-3

0,708

0,501

-26

0,050

0,0025

-3,5

0,668

0,447

-27

0,045

0,0020

-4

0,631

0,398

-28

0,040

0,0016

-4,5

0,596

0,355

-29

0,035

0,0013

-5

0,562

0,316

-30

0,032

0,0010

-5,5

0,531

0,282

-31

0,028

0,0008

-6

0,501

0,251

-32

0,025

0,0006

-6,5

0,473

0,224

-33

0,022

0,0005

-7

0,447

0,200

-34

0,020

0,0004

-7,5

0,421

0,178

-35

0,018

0,0003

-8

0,398

0,158

-36

0,016

0,00025

-8,5

0,376

0,141

-37

0,014

0,0002

-9

0,355

0,126

-38

0,013.

0,00016

-9,5

0,335

0,112

-39

0,011

0,00013

-10

0,316

0,100

-40

0,010

0,0001

-10,5

0,299

0,089

-41

0,009

0,00008

-11

0,282

0,079

-42

0,008

0,00006

-11,5

0,266

0,071

-43

0,007

0,00005

-12

0,251

0,063

-44

0,006

0,00004

-12,5

0,237

0,056

-45

0,006

0,00003

-13

0,224

0,050

-46

0,005

0,000025

-13,5

0,211

0,045

-47

0,0045

0,00002

-14

0,200

0,040

-48

0,004

0,000016

-14,5

0,188

0,035

-49

0,0035

0,000013

-15

0,178

0,032

-50

0,0032

0,00001

-15,5

0,168

0,028

-51

0,0028

0,000008

-16

0,158

0,025

-52

0,0025

0,000006

-16,5

0,150

0,022

-53

0,0022

0,000005

-17

0,141

0,020

-54

0,002

0,000004

-17,5

0,133

0,018

-55

0,0018

0,000003

-18

0,126

0,016

-56

0,0016

0,0000025

-18,5

0,119

0,014

-57

0,0014

0,000002

-19

0,112

0,013

-58

0,0013

0,0000016

-19,5

0,106

0,011

-59

0,0011

0,0000013

-20

0,100

0,010

-60

0,001

0,000001




4. Зарубежные и отечественные транзисторы, применяемые в описанных схемах усилителей и конвертеров

Транзисторы могут отличаться расположением выводов или типом корпуса. Может не совпадать расположение выводов транзисторов одного и того же типа, выпускаемых различными фирмами (транзистор BFR 96, выпускаемый фирмама Siemens и Motorola). Поэтому необходимо пользоваться справочными листами заводов-изготовителей, т. к. в справочниках эти различия не приводятся.

Код

Корпус, структура

Наименование n / n

Краткие параметры

N3

SOT 23, Si-n

2SC1653

S, Nix, 150V, 0.05A, 150MHz

Р1

SOT-23, Si-n

BFP 91A

UHF-A, 15V, 50mA, 6GHz, 0.35W

Р1

SOT-23. Si-n

BFR 92

UHF-A, 20V, 25mA, 5GHz

Р2

SOT-23, Si-n

BFR 92A

UHF-A, 20V, 25mA, 5GHz

Р2

SOT-323, Si-n

BFQ 67

UHF-A, га, 20V, 0.05A. 7.5GHz

R1

SOT-23, Si-n

BFR 93

UHF-A, 20V, 25mA, 5GHz

R1

SOT-143, Si-n

BFP 196

UHF-A, 12V, 0.1A, 8GHz

R2

SOT-23, Si-n

2SC2351

UHF-ra, 25V. 0.07 mA, 4.5GHz

R2

SOT-23, Si-n

BFR 93 A

UHF-A, 20V, 25mA, 5GHz

RH

SOT-143, Si-n

BFP 183

UHF-A, 20V, 65mA, 8GHz

RH

SOT-23. Si-n

BFR 183

UHF-A, 20V, 65mA, 8GHz

V1

SOT-23, Si-n

BFT25

UHF-A, 8V, 2.5mA, 2.3GHz, 3mW

V2

SOT-23, Si-n

BFQ 67

UHF-A, ra, 20V, 0.05A, 7.5GHz

V3

SOT-143, Si-n

BFG 67

UHF/UHF-A, 10V, 0.05A, 7.5GHz, 0.3W, 3dB, 6dB.

-

SOT-37, Si-n

BFR 91A

UHF-A, 8 V, 30 mA, 6 GHz, 0.3W, 1.6 dB, 14 dB.

-

SOT-37, Si-n

BFR 96

UHF-A, 10V, 50mA, 5GHz, 0.5 W, 3.3 dB, 16 dB.

SOT-37, Si-n

BFR 96S

UHF-A, 10 V, 70 mA, 5 GHz, 0.7W, 4dB, 11.5dB.

415

SOT-143, Si-n

AT41511

UHF-A, 5 V, 0.9 GHz, 1,0 dB, 17,5 dB

415

SOT-23, Si-n

AT 41533

UHF-A, 5 V, 0,9 GHz, 1,0 dB, 14,5 dB

67

SOT-143, Si-n

BFP 67

UHF/UHF-A, 20V, 0.05A, 7.5GHz

-

Si-n

КТ639Б

S, Nix, 100V, 1.5A, 20MHz, 10 W, (63 - 160)*

Si-p

KT814B

S, Nix, 60V, 1.5A, 3MHz, 10 W. (40)*

-

Si-p

KT837K

S, Nix, 70V. 8A, 1MHz, 30 W, 5 - 17dB

-

Si-p

КТ837Ф

S, Nix, 60V, 7.5A, 1MHz. 30 W, 3 - 17 dB

-

Si-p

П214В

S, Nix, 55V, 5A, 270 Hz, 10 W, (20)*

-

Si-p

П214Г

S, Nix, 60V, 7.5A, 270 Hz, 30 W, (15...40)*

-

Si-n

МП37Б

30V, 20 mA, 1MHz, 0.15 W, (25...50)"

Si-p

МП42

15V, 200 mA, 1MHz, 0.2 W, (20...35)"

-

Si-p

ГТ313Б

UHF-A, 15V, 30 mA, 100 MHz, 0.1 W, 8 dB,(15...200)*

-

KT-1-12, Si-n

ГТ346А

UHF-A, 20V. 10 mA, 700 MHz. 0.05 W, 7 dB, 10.5 dB



7-21.jpg

В разделе кратких параметров последовательно указаны: область применения, Uкэ (напряжение между переходами), Iк (ток коллектора), Frp (предельная частота усиления), Рк (рассеиваемая мощность), F (коэффициент шума), G (коэффициент усиления).

5. Сравнительный обзор зарубежных антенн

РАДИОАНТЕННЫ УКВ ЧМ (UKV FM)

7-31.jpg

Примечание: Н— горизонтальная поляризация, V— вертикальная.

ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ MB (VHF)

7-32.jpg

ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ ДМВ (UHF)

7-33.jpg

КОМБИНИРОВАННЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ МВ/ДМВ (VHF/UHF)

7-34.jpg

Примечоние: Н — горизонтальная поляризация, V— вертикальная.

6. Сравнительная таблица параметров пластинчатых усилителей

Тип усилителя

Каналы приема

f. МГц

G,дБ

F.дБ

Rвх/вых, Ом

APS 03

6 - 60

174-790

12

1,2*

300/75

APS 07

6 - 60

174-790

24

2,6*

300/75

SWA-1

1 - 68

48,5-854

8 - 10

2,5

300/75

SWA-1 /LUX

1 - 68

48,5-854

15 - 18

0,9

300/75

SWA-1/S

1 - 68

48,5-854

10

2,3

300/75

SWA-1/S/LUX

1 - 68

48,5-854

16 - 18

0.9

300/75

SWA-UKF-01

60 -110

23 - 28

3,1

300/75

SWA-2

1 - 68

48,5-854

23 - 28

3,2

300/75

WS-2

1 - 68

48,5-854

23 - 28

3,2

300/75

SWA-3

1 - 68

48,5-854

23 - 28

3,1

300/75

SWA-3/LUX

1 - 68

48,5-854

25 - 30

3,0

300/75

SWA-4/LUX

1 - 68

48,5-854

28 - 32

2,6

300/75

SWA-5

1 - 68

48,5-854

32 - 36

1,9

300/75

SWA-6

1 - 68

48,5-854

32 - 36

1,9

300/75

SWA-7

1 - 68

48,5-854

32 - 38

1,7

300/75

SWA-7/LUX

1 - 68

48,5-854

32 - 38

1,7

300/75

SWA-7/zw

1 - 68

48,5-854

32 - 38

1.7

300/75

SWA-8

1 - 68

48,5-854

28 - 30

2,9

300/75

SWA-8/s

1 - 68

48,5-854

28 - 30

2,8

300/75

SWA-8/zw

1 - 68

48,5-854

28 - 30

2,9

300/75

SWA-9

1 - 68

48,5-854

32 - 39

1,7

300/75

SWA-10

1 - 68

48,5-854

23 - 30

3,1

300/75

SWA-11

1 - 68

48,5-854

30

2,5

300/75

SWA-12

1 - 68

48,5-854

36

1,8

300/75

SWA-13

1 - 68

48,5-854

32

1,8

300/75

SWA-14

1 - 68

48,5-854

32

2,4

300/75

SWA-15

1 - 68

48,5-854

34

1,9

300/75

SWA-16

1 - 68

48,5-854

34

1,8

300/75

SWA-21

1 - 69

48,5-862

10 - 16

2,2

300/75

SWA-31

1 - 69

48,5-862

22 - 28

3,0

300/75

SWA-32

1 - 69

48,5-862

22 - 28

3,0

300/75

SWA-41

1 - 69

48,5-862

30 - 33

1,5

300/75

SWA-42

1 - 69

48,5-862

30 - 33

1,5

300/75

SWA-43

1 - 69

48,5-862

26 - 30

1,5

300/75

SWA-44

1 - 68

48,5-854

32

2,4

300/75

SWA-47

1 - 68

48,5-854

32 - 38

1,7

300/75

SWA-47 (AST)

1 - 69

48,5-854

30 - 35

1,3

300/75

SWA-49

1 - 68

48,5-854

32 - 39

1,7

300/75



Тип усилителя

Каналы приема

f, МГц

G.дБ

F,дБ

Rвх/вых, Ом

SWA-49 (AST)

1 - 69

48,5-862

34 - 40

1,2

300/75

SWA-455

1 - 69

48,5-862

22 - 30

1,8

300/75

SWA-555

1 - 68

48,5-854

34

1,9

300/75

SWA-555 (AST]

1 - 69

48,5-862

28- 34

1,7

300/75

PA-2

-

40 - 800

12

3,5

300/75

A&S-110

-

40 - 800

12

3,5

300/75

PA-5

1 - 69

48,5-862

28- 34

1,7

300/75

A&S-130

1 - 69

48,5-862

28- 34

1,7

300/75

PA-9

1 - 69

48,5-862

28- 34

1,7

300/75

A&S-140

1 -69

48,5-862

28- 34

1,7

300/75

PA-10

-

40 - 800

22

3,9

300/75

A&S-120

-

40 - 800

22

3,9

300/75

Wa-031

6-60

174-790

22

3,0

300/75

Wa-032

6- 60

174-790

24

2,2

300/75

Wa-041

6- 60

174-790

32

1,7

300/75

Wa-042

6- 60

174-790

32

1,7

300/75

Wa-501S1

6 - 60

174-790

32

1,5

300/75

Wa-501S3

6- 60

174-790

34

1,6

300/75



Тип усилителя

Каналы приема

f.МГц

G,дБ

F.дБ

Pout, дБмВ

SWR

Rвх/вых, Ом

РАЕ-14

1 -60

48,5-790

25-30

<2,7

98

1,5

300/75

РАЕ-42

1-60

48,5-790

25 - 30*

<2,5

102

1,8

300/75

РАЕ-43

1 -69

48,5-862

26-32

<2,5

104

1,2

300/75

РАЕ-45

1 -69

48,5-862

24 - 28*

<2,2

105

1,2

300/75

РАЕ-65

1 -69

48,5-862

24-28

<2.5

104

1,2

300/75

PAE-65TS

1 -69

48,5-862

24-28

< 1,7

112

1,6

300/75

D95

1-60

48,5-790

32

<2,5

102

1,8

300/75

2000dci

1 -69

40-800

31

3,5

-

1,8

300/75



7. Конструктивные исполнения импортных коаксиальных кабелей

Марка кабеля

Внутренняя изоляция

Внешний проводник

Внешняя оболочка

1.5D-2V

ed

1,5 РЕ

G(Cu)

2,9 PVC

3D-2V

ed

3,0 РЕ

G(Cu)

5,3 PVC

50-2V

1,4 ed

5,0 РЕ

G(Cu)

7.3 PVC

80-2V

ed

8,0 РЕ

G(Cu)

11,1 PVC

10D-2V

2,9 ed

10,0 РЕ

G(Cu)

13,1 PVC

20D-2V

ed

20,0 РЕ

G(Cu)

26,0 PVC

50-2-1

0,45 md

1,5 РЕ

2,0 G(Cu)

2,8 PVC

50-3-1

0,9 md

2,95 РЕ

G(Cu)

5,0 PVC

50-7-2

2,28 md

7,25 РЕ

G(Cu)

10,3 PVC

50-12-1

3,58 md

11,5 РЕ

G(Cu)

15,0 PVC

60-7-1

1,5 md

6,6 РЕ

G(Cu)

8,8 PVC

60-7-2

1,5 ed

6.6 РЕ

G(Cu)

8,8 PVC

60-10-1

2,28 md

10,0 РЕ

G(Cu)

13,2 PVC

60-10-2

2,26 ed

10,0 РЕ

G(Cu)

13,2 PVC

75 -2 -В

0,27 md

1,5 РЕ

2,0 G(Cu)

2,8 PVC

75-4-1

0,6 md

3,7 РЕ

4,4 G(Cu)

5,6 М

75-4-4

0,58 ed

3,7 РЕ

4,4 G(Cu)

5,6 М

75 - 5 - А

1,1 ed

4,8 РЕ *

5,1Wd

6,9 РЕ

75 - 5 - В

1,1 ed

4.8 РЕ *

5,5 G(Cu)

6,8 РЕ

75 -5 -С

1,1 ed

4.8 РЕ *

5,3 F

6,8 РЕ

75-7-2

1,2 md

7,25 РЕ

8,1 G(Cu)

10,3 РЕ

75-7-8

1,1 ed

7,25 РЕ

8,1 G(Cu)

10,3 РЕ

75-17-2

2,7 ed

17,3 РЕ

18,1 G(Cu)

22,5 РЕ

75 - 7 - G

1,2 ed

6,3 РЕ

8,3 WR

11,8 РЕ

75 - 7 - Е

1,4 ed

7,25 РЕ*

7,6 В

10,3 РЕ

120D 10 -1

2х1,4 ed

10,6 РЕ*

11,6 В

14,0 РЕ

150-6-1

0,25 ed

5,5 РЕ*

6,6 В

7,6 РЕ

150В 1 -1

2х0.3 ed

1,0 РЕ*

G(Cu)

1,5х0,7 РЕ

240А 4 -1

4,4 РЕ*

G(Cu)

6,6 РЕ

240В 5 -2

2х0,9 md

4,8 РЕ*

G(Cu)

6,8 РЕ

ЗООА 6-1

3х0,9 md

6,4 РЕ*

G(Cu)

8,6 РЕ

A-681-123U

1,13 ed

4,8 Cellular

G(Cu)+F(Al)

6,7 PVC

Belden 9913

ed

AirPE

G(Cu)

10,3 I

CF - 56

1.0 ed

3,7 РЕ

5,1 Al

6,5 М

G-681-123V*

1,13 ed

4,8 CellularPE

G(Cu)+F(AI)

6,7 PVC

G-681-123V*

1,13 ed

4,8 CellularPIB

G(Cu)+F(AI)

6,7 PVC

G-681-290C

1,63 ed

7,2 CellularPE

G(Cu)+F(AI)

10,1 РЕ

Flex i-4 XL

ed

AirPE

G(Cu)

10.3 НА

PLE 300-8

7х0,3 md

8M

G(Cu)

1,5х10,5

PLCNE 300-5,6

7х0,3 md

5.6M

G(Cu)

5,2х9,5

RG-6U/4

1,0 ed

4,6 PTFE

G(Cu+Sn)+F(AI

7,5 PVC

RG 6A/U

0,73md

РЕ

G(Cu)

8,4 РЕ

RG 8

ed

РЕ

G(Cu)

10,3 I

RG 8 Type

ed

FoamPE

G(Cu)

10,3 I

RG 8A

ed

РЕ

G(Cu)

10,3 IIA

RG 8X

ed

FoamPE

G(Cu)

6,5 I

RG 8M

ed

РЕ

G(Cu)

6,5 I

RG 11 A/U

7х0,4 md

РЕ

G(Cu)

10,3 РЕ



Марка кабеля

Внутренний проводник

Внутренняя изоляция

Внешний проводник

Внешняя оболочка

RG 12 A/U

7х0,4 md

РЕ

G(Cu)

12,5 РЕ

RG 22 B/U

7х0,4 md

РЕ

G(Cu)

10,7 РЕ

RG 34 B/U

7х0,64

РЕ

G(Cu)

16,0 РЕ

RG 58

md

РЕ

G(Cu)

4,95 I

RG 58A

md

FoamPE

G(Cu)

4,95 I

RG 58 C/U

19х0,18

РЕ

G(Cu)

4,95 РЕ

RG 59

ed

РЕ

G(Cu)

6,5 I

RG 59 B/U

ed

РЕ

G(Cu)

6,15 РЕ

RG 59 Type

ed

FoamPE

G(Cu)

6,15 I

RG 62 A/U

0,65 ed

HohIPE

Q(Cu)

6,15 РЕ

RG 63 B/U

0,65ed

HohIPE

G(Cu)

10,3 РЕ

RG 71 B/U

0,65 ed

HohIPE

G(Cu)

6,2 РЕ

RG 142 B/U

0,95 ed

PTFE

G(Cu)

4,95 РЕ

RG 164 U

2,7 ed

РЕ

G(Cu)

22,1 РЕ

RG 174 A/U

7х0,16

РЕ

G(Cu)

2,5 РЕ

RG 178 B/U

7х0,1 md

PTFE

G(Cu)

1.85РЕ

RG 179 B/U

7х0,1 md

PTFE

G(Cu)

2,55 РЕ

RG 180 B/U

7х0,1 md

PTFE

G(Cu)

3.7РЕ

RG 187 A/U

7х0,1 md

PTFE

G(Cu)

2,7 РЕ

RG 188 A/U

7х0,17

PTFE

G(Cu)

2,7 РЕ

RG 195 A/U

7х0,1 md

PTFE

G(Cu)

3,8 РЕ

RG 196 A/U

7х0,1 md

PTFE

G(Cu)

1.9РЕ

RG 213 U

7х0,76

РЕ

G(Cu)

10,3 РЕ

RG 214 U

7х0,76

РЕ

G(Cu)

10,8 РЕ

RG 215 U

7х0,76

РЕ

G(Cu)

12,5 РЕ

RG 216 U

7х0,4 md

РЕ

G(Cu)

10,8 РЕ

RG 217 U

2,7ed

РЕ

G(Cu)

13,8 РЕ

RG 218 U

5,0 ed

РЕ

G(Cu)

22,1 РЕ

RG 219 U

5,0ed

РЕ

G(Cu)

24,3 РЕ

RG 220 U

6,6 ed

РЕ

G(Cu)

28,4 РЕ

RG 223 U

0,9ed

РЕ

G(Cu)

5,3 РЕ

RG 316 U

7х0,17

PTFE

G(Cu)

2,5 РЕ

SAS-59

0,8 ed

3,5 CellularPE

G(Cu+Sn)+F(AL)

5,7 PVC

SONIC 9590

0.9 ed

4,8 FoamPE

G(Cu)+ F(AI)

6,7 PVC

SO NIK 9590

0,9 ed

4,7 FoamPE

G(Cu)+ F(AI)

6,8 PVC

VLEOY 75-3,7

7х0,21 md

3,7 РЕ

G(Cu)

6

VCEOY 75-5,6

0,89 ed

5,6 РЕ

G(Cu)

8

VCEDY 75-7,25

1,15ed

7,25 РЕ

Wd

11

VCCOY 75-5,6

1,23ed

5,6 FoamPE

G(Cu)

8

VCCOD 75-5,6

1,23ed

5,6 FoamPE

G(Cu)

9,4

VCCZE 75-6,4

1,45ed

6,4 FoamPE

В

9,5

VCEZE 75-6,2

1,1 ed

6,2 РЕ

В

9,8

U-02-836

0,75 ed

3.2 FoamPE

G<Cu)+F(AI)

5,0 PVC

U-02-836*

0,9 ed

3,8 FoamPE

G(Cu)+F(AI)

5,8 PVC

U-02-836*

0,9ed

3,8 FoamPIB

G(Cu)+F(AI)

5,8 PVC

WOXpek 75

1,0/4,8

1,0 ed

4,8 PTFE

G(Cu+Sn)+ F(AI

6,7 PVC

XWDek 75

1,0/4,5

1,0 ed

4.5 CellularPE

G(Cu+Sn)+ F(AI

6,7 PVC

YWD 75-0,59/3,7

0,7 ed

3,7 РЕ

G(Cu)

5,9 PVC


Условные обозначения:

внутреннего проводника

md - многожильный медный проводник;

ed - одножипьный медный проводник;

— внутренней изоляции и внешней оболочки AirPE - воздушный полиэтилен;

М - смесь из пластмасс;

FoamPE - пенистый полиэтилен;

HohIPE - пористый полиэтилен;

Cellular- ячеистый;

CellularPE- ячеистый полиэтилен;

РЕ - чистый полиэтилен;

PTFE - политетрафторэтилен;

PVC - поливинилхлорид;

РIВ - полиизобутилен;

— внешнего проводника G (Си) - оплетка медная;

Wd - волнистая проволока;

WR - гофрированная трубка, продольносваренная;

F (AI) - алюминиевая фольга с замыкающими проводниками;

F (Си) - медная фольга с замыкающими проводниками;

В - медная лента с продольной фальцовкой.

8. Конструктивные исполнения отечественных коаксиальных кабелей

Марка кабеля

Внутренний проводник

Внутренняя изоляция

Внешний проводник

Внешняя оболочка

РК 50-0,6-21

7х0,08 МС

0,06 Ф-4

0,06 ОМС

1.2

РК 50 -0,6-22

7х0,08 МС

0,6 Ф-4

0.06 ОМС

1,2 Ф-4М

РК 50 -1-11

0,32 CMC

1,0 П

0,08 ОС

1,9 П

РК 50-1-12

0,32 СМЛ

1,0 П

0,08 ОМЛ

1,9 П

РК 50-1-21

0,34 CMC

1,0 Ф-4

0,08 ОС

1,9 Ф-4М

РК 50-1-22

7х0,12 МС

1,0 Ф-4

0,06 ОМС

1,7 Ф-4М

РК 50-1-23

0,32 CMC

1,0 Ф-4Д

ТМ

1,5

РК 50-1,5-11

0,47 CMC

1.5 П

0,08 ОМС

2.4 П

РК 50-1,5-12

0,47 СМЛ

1,5 П

0,08 ОМЛ

2.4 П

РК 50-1,5-21

0,51 CMC

1,5 Ф-4

0,08 ОС

2,4 Ф-4М

РК 50-1,5-22

0,47 CMC

1,5 Ф-4Д

ТМ

2

РК 50-2-11

0,68 М

2,2 П

0,12 ОМ

4.0 П

РК 50-2-12

7х0,24 МС

2,2 П

0,12 ОМС

3,2 П

РК 50-2-13

0,68 М

2,2 П

0.1350М

4,0 В

РК 50-2-14

7х0,12 МЛ

2,2 Ф-4

0,08 ОМЛ

2,7 П

РК 50-2-15

0,68 М

2,2 П

0.12ДОМ

4.4 П

РК 50-2-16

7х0,24 МЛ

2,2 П

0,10 ОМЛ

3,2 П

РК 50-2-21

0.73МС

2,2 Ф-4

0.100МС

3,5 ОСК

РК 50-2-22

7х0,26 МС

2,2 Ф-4Д

0.10 ОС

3,2 Ф-4М

РК 50-2-23

0,73 МС

2,2 Ф-4

0,12 ДОМС

4,1 ОСК

РК 50 -2-24

7х0,25 CMC

2.2 Ф-4Д

0,12 ОМС

3,2 Ф-4

РК 50-2-25

0,68 М

2,2 П

ДОМЛ

2,7

РК 50-3-11

0,9 М

3.0 П

0.12ДОМЛ

5,3 П

РК 50-3-13

0,9 М

3,0 П

0.135 ОМС

5,0В

РК 50-3-21

1,01 МС

3,0 Ф-4

0.135ТМЕ

4,4

РК 50 -3-22

0,96 МС

3,0 Ф-4Д

0,25 ОМС

3.5 ОСК

РК 50 -3-23

7х0,37 МС

3,0 Ф-4

0,12 ОМС

4,4

РК 50-3-25

1,21 МС

3,0 Ф-4

0.30 ТМСГ

4,0 Ф-4М

РК 50-4-11

1.37М

4,6 П

0.12ДОМ

9,6 П

Р К 50-4-13

1.37М

4.6 П

0,135 ДОМ

9.6 В

РК 50 -4-21

1.54МС

4,6 Ф-4

0,135 ДОМС

6,6 ОСК

РК 50 -4-23

7х0,58 МС

4.6 Ф-4

0.12 ОМС

6,6 Ф-4М

РК 50 -4-24

1.53МС

4,6 Ф-4

0,12 ДОМС

6,6 ОСК

РК 50-7-11

7х0,76 МП

7.3 П

0.150М

10,ЗП

РК 50-7-12

7х0.76 МП

7,3 П

0.15ДОМ

11.2П

РК 50-7-13

7х0,76 МП

7.3 П

0,35 ОМС

10.3П

РК 50-7-14

7х0,98 МС

7.3 П

0,2ДОМС

11.0П

РК 50-7-15

7х0,76 МП

7.3 П

0.35 ОМ

10,3В

РК 50 -7-16

7х0,76 МП

7.3 П

0,35 ДОМ

11.2 В

РК 50-7-17

7х0,76 МС

7,3 П

ТА

9.3

РК 50-7-21

7х0,83 МП

7,3 Ф-4

0.150М

8.9 ОСК

РК 50 -7-22

7х0,83 МС

7,3 Ф-4

0.175 ОМС

9,0 Ф-4

РК 50 -7-23

2.76МС

7.3 Ф-4

0,7 АГО

11



Марка кабеля

Внутренний проводник

Внутренняя изоляция

Внешний проводник

Внешняя оболочка

РК 50 -7-28

7х0,83 МС

7,3 Ф-4

0,2ДОМС

12.3Ф-4.РК

РК 50-9-11

7х0,9 МП

9,0 П

0,20 ОМ

12.2П

РК 50-9-12

7х0,9 МП

9,0 П

0,20 ОМ

12,2В

Р К 50 -9-22

7х1,01 МС

9,0 Ф-4

0,20 ОМС

12.0Ф-4М

Р К 50 -9-23

7х1,01 МП

9,0 Ф-4Д

0,15 ОМС

14.2Ф-4.РК

РК 50-11-11

7х1,13 МП

11.0П

0,20 ОМ

14,0 П

РК 50-11-13

7х1,13 МП

11.0П

0,25 ОМ

14,0В

РК 50-11-21

7х1,19 МП

11,0 Ф-4

0,25 ОМС

13,0 ОСК

РК 50-13-15

3,6 М

13,0 П

0.5ПМП

16,8 С

РК 50-13-17

7х1,3 МП

13,0 П

0,3 ОМ

16,6 П

РК 50-17-17

19х1,03 МП

17,3 П

0,3 ОМ

20,9 П

Р К 50-24-15

6,7 М

24,0 П

0,5 ПМП

28,5 С

РК 50-24-16

37х1,0 МП

24,0 П

0,5 ПМП

28,5 С

РК 50-24-17

37х1,0 МП

24,0 П

0,3 ОМ

27,8 П

РК 50-33-15

37х1,33 МП

33,0 П

0,6 ПМП

38,0 С

РК 50-44-15

19х2.24 МП

44,0 П

0,6 ПМП

49,0 С

РК 50-44-16

19х2,24 МП

44,0 П

0.45 ПМП

49,0 С

РК 50-44-17

37х1,81 МП

44,0 П

0,3 ОМ

48,2 П

РК 75-1-11

0,17 CMC

1,0 П

0,08 ОМЛ

1,9 П

РК 75-1-12

0,17 СМЛ

1.0П

0,08 ОМЛ

1.9П

РК 75-1-21

0,19 CMC

1,0 Ф-4

0,08 ОМС

1,9 Ф-4М

РК 75-1-22

7х0,07 БС

1,0 Ф-4Д

0,06 ОМС

1,7 Ф-4М

РК 75-1,5-11

0,24 CMC

1,5 П

0,08 ОМЛ

2,4 П

РК 75-1,5-12

0,24 СМЛ

1.5П

0,08 ОМЛ

2,4 П

РК 75-1,5-21

0,28 CMC

1,5 Ф-4

0,08 ОС

2,4 Ф-4М

РК 75-2-11

0,37 М

2,2 П

0.12 ОМЛ

3,5 П

РК 75-2-12

7х0,12 МС

2,2 П

0,1ОМС

3,2 П

РК 75-2-13

0,12 МЛ

2,2 П

0,1 ОМЛ

3,2 П

Р К 75 -2-21

0,41 МС

2,2 Ф-4

0,1 ОМС

3,2 ОСК

РК 75 -2-22

7х0,15 МС

2,2 Ф-4

0,1 ОМС

3,2 Ф-4Ш

РК 75-3-13

7 х 0,20 М

3,7 СП

0,13 ОМ

5,3 В

Р К 75 -3-21

0,56 МС

3,0 Ф-3

0,12 ОМ

4,4 ССПЭ

РК 75 -3-22

7хО,19МС

3,0 Ф-3

0.12 ОМ

4.3ССПЭ

РК 75 -3-31

7 х 0,23 МЛ

3,0 ПВП

0,12 ОМ

5,5ССПЭ

РК 75 -3-32

7 х 0,23 МС

3,0 ПВП

0,12 ОМ

5,6 ССПЭ

РК 75 -3-33

0.71М

2,95 СПЭ

0,12 МГ

5,0ССПЭ

РК 75-3,7-31

0,9 М

3,7 ППЭ

0,05 МГ

5,8 ССПЭ

РК 75 -3,7-32

0,9 М

3,7СПЭ

0,05 МГ

5,8 ПВХ

РК 75-4-11

0,72 М

4,6СПЭ

0,15 ОМ

7,3ССПЭ

РК 75-4-12

7 х 0.26 МП

4,6СПЭ

0,15 ОМ

7,3 В

РК 75-4-13

7 х 0,26 М

4,6 СП

0.12 ОМ

7,6В

РК 75 -4-14

7 х 0,26 М

4,6 СП

0,12 ОМ

7,3 П



Марка кабеля

Внутренний проводник

Внутренняя изоляция

Внешний проводник

Внешняя оболочка

РК 75-4-15

0,72 М

4,6 СПЭ

0,15 ОМ

7,3В

РК 75-4-16

7 х 0,26 МП

4,6 СПЭ

0,25 ОМ

7,3В

РК 75-4-18

0,72 МС

4,6 СП

0,15 ОМС

7,3 П

РК 75 -4-21

0,85 МС

4.6Ф

0,11 ОМ

6,0 П

РК 75 -4-22

7 х 0,30 МС

4,6 Ф

0,11 ОМ

6,0 П

РК 75 -4-37

1.03М

4,6 ПВП

0,12 ОМ

6,5 П

РК 75 -4-39

7 х 0,37 МС

4,6 ПВП

0,12 ОМ

6,4 П

р К 75 -4-43

7 х 0,30 МС

4,6 ПТФ

0,11 ОМ

6,0 П

РК 75-4-110

7 х 0,26 М

4,6 СП

0.150М

7.3 П

РК 75-4-113

0,72 М

4,6СПЭ

0,05 МГ

6,4ССПЭ

РК 75-7-11

1,13 М

7,3 СП

0,15 ОМ

9,5 П

РК 75-7-12

7хО,40М

7,3 СП

0,15 ОМ

10.3П

РК 75-7-15

1.13М

7,3 П

0,15 ОМ

9,5В

РК 75-7-16

7 х 0,4 М

7,3 П

0,20 ОМ

10,3 П

РК 75-7-18

1.09М

7,3 П

-

9,3 С

РК 75 -7-21

7хО,4М

7,3 П

0,20 ОМ

10,3В

РК 75 -7-21

1.30МС

7,3 Ф-4

0,15 ОМС

8,9 ОСК

РК 75 -7-22

7 х 0,46 МС

7,3 Ф-4

0,15 ОМС

8,9 ОСК

РК 75 -7-37

1.62М

7,3 ПВП

0,20 ОМ

10,1 П

Р К 75 -7-39

1,62МС

7,3 П

ТА

9,3

РК 75-7-310

1.75МС

7,3 П

0,20 ОМС

10,5 П

РК 75-7-311

1.76МС

7,3 ПВП

0,20 ОМ

11

РК 75 -7-43

7 х 0,60 МС

7,3 ПТФ

0,15 ОМС

9,7 Ф-4М

Р К 75 -7-44

1.77МС

7,3 Ф-4Д

ТА

9,3

КПТМ 1,13-5,2

1.13М

5,2 ПП

-

6,6

РК 75-9-12

1.35М

9,0 СПЭ

0,2 МО

12,2 ССПЭ

РК 75-9-13

1.35М

9,0 СПЭ

0,2 МО

12,2 ССПЭ

РК 75-9-14

1.35М

9,0 СП

0,20 ОМ

13,2В

РК 75-9-16

1.35М

9,0 СП

0,20 ОМ

12,ЗП

Р К 75-9-23

7 х 0,56 МС

9,0 Ф

0,15 ОМ

11,4 Ф-4М

РК 75-9-31

2,24 МС

9,0 ПВП

0,20 ОМ

12,2 П

РК 75 -9-35

7 х 0,74 МС

9,0 ПВП

0,20 ОМ

13,0 П

Р К 75-9-41

19х0,41 МС

9,0 ПТФ

0,20 ОМ

12,5 Ф-4

РК 75 -9-42

7 х 0,60 МС

9,0 ПТФ

0,15 ОМ

10,6 Ф-4

РК75-9-312С

1.76М

7,22 ППЭ

0,3 МГС

12,2 ССПЭ

РК75-11-11С

1.78М

11.5СПЭ

0,16 МГ

15,4 ССПЭ

РК 75-17-12

2,63 М

17,3 СПЭ

0,3 МО

21,0 ССПЭ

РК75-17-13С

2,65 М

17,3 СПЭ

0,16 МГ

22,3В

РК 100-3-11

7х0,15 МЛ

3,0 П

0,135 ОМЛ

-

РК 100-4-31

0,64 Б

4,6 П

0,135 ДОМЛ

7,3 П

РК 100-7-11

0,6 М

7,3 П

2,15 МГ

9,7 П

РК 100-7-13

0,6 М

7,3 П

2,16 МГ

9,7В

РК 100-7-34

0,91 М

7,3 П

0,135 ОМ

10,3 П



Марка кабеля

Внутренний проводник

Внутренняя изоляция

Внешний проводник

Внешняя оболочка

РК 150-7-11

0,37 СМЛ

7,3 П

0,135 ОМ

10,3 П

РК 150-7-12

0,37 CM

7,3 П

0,2 ОМ

10,3 П

РК 150-7-13

0,37 МС

7,3 П

0,2 ДОМ

10,3 П

РКД 2-2,25-9

2,25 М

9,7 ПВП

0,5 МО

15,0 ССПЭ

РКД 2 -2,25/9

2,25 М

9,0 П

0,5 ПМП

<15П

РКД 2 -3-3,5/9

2,25 М

9,0 П

0,5 ПМП

<15П


Условные обозначения:

внутреннего проводника

Б — бронзовый проводник;

БС — посеребренный бронзовый проводник;

М — одиночный медный проводник;

МЛ — одиночный луженый медный проводник;

МП — медные проволоки (многожильный проводник);

МС — одиночный посеребренный медный проводник;

С — серебренный проводник;

CMC — серебренный сталемедный (биметаллический) проводник;

СМЛ — луженый сталемедный (биметаллический) проводник;

внутренней изоляции и внешней оболочки В — поливинилхлоридный пластикат;

П — полиэтилен;

ПВП — полувоздушный полиэтилен;

ПВХ — поливинилхлор;

ПП — полипропилен;

ППЭ — пористый полиэтилен;

ПТФ — полувоздушный политетрафторэтилен;

СПЭ — сплошной полиэтилен;

ССПС — светостабилизированный полиэтилен;

Ф — фторлон (фторопласт различных модификаций);

внешнего проводника

ДОМ — двойная оплетка из медных проволок;

ДОМС — двойная оплетка из посеребренной медной проволоки;

ДОМЛ — двойная оплетка из луженной медной проволоки;

МГ — медная гофрированная лента, наложенная внахлест с перекрытием;

МГС — медная гофрированная сварная лента;

ОМ — оплетка из медных проволок;

ОМ Г — гофрированная сварная медная оболочка;

ОМЛ — оплетка из луженной медной проволоки;

ОМС — оплетка из посеребренной медной проволоки;

ОС — оплетка из серебренной проволоки;

OAT — гофрированная алюминиевая оболочка;

ПМП — повив из медных прямоугольных проволок;

С — свинцовая оболочка;

ТА — алюминиевая трубка;

ТМС — посеребренная медная трубка;

ТМСГ — гофрированная посеребренная медная трубка;

* — в числителе - диаметр проволок, в знаменателе - плотность оплетки.

Примерное соответствие некоторых новых и старых типов кабелей.

Новый тип

Старый тип

Новый тип

Старый тип

РК-50-2- 11

РК- 119

РК- 50-2- 13

РК- 19

РК - 50 - 2 - 21

РКТФ - 19

РК - 50 - 3 - 11

РК- 159

РК-50-3- 13

РК-55

РК - 50 - 7 - 11

РК- 147

РК-50-7- 15

РК-47

РК - 50 - 7 - 21

РК ТФ - 47

РК - 75 - 3 - 11

РК-67

РК- 75-4- 11

РК- 101

РК-75-4 - 12

РК - 149

РК- 75-4- 15

РК- 1

РК-75-4- 16

РК -49

РК - 75 - 4 - 21

РКТФ - 1

РК - 75 - 4 - 22

РКТФ - 49

РК - 75 - 7 - 22

РК- 120

РК-75-7- 16

РК-20

РК - 75 - 7 - 22

РК- 19

РК- 75-9- 12

РК-3

РК- 75-9- 13

РК- 103



9. Диэлектрическая проницаемость, тангенс угла диэлектрических потерь

Наименование материалов

Диэлектрическая постоянная, 5

Тангенс угла диэлектрических потерь tg(S), x10^3

бакелит

4

38

бумага кабельная:

- непропитанная

2,3

2,5 - 2,8

- пропитанная маслом

2,2

3,5 - 3,8

воздух

1

ОС

дерево(береза)

2,5

40

кварцевое стекло

3,5

0,35

масло трансформаторное

2,1-2,3

6,5-7,6

натуральный каучук

2,3 - 2,5

1,0-3,0

парафин

2,2

0,5-1,0

полиэтилен

2,2 - 2,4

0,2

- пенистый (вспененый)

1,5

0,3

- пористый (клеточный)

1,4

0,3-0,5

поливинил

2,8

8,0 - 20,0

полистирол (блочный)

2,5

0,3-0,6

полипропилен

2

0,5

полиизобутилен

2,2 - 2,3

0,4 - 0,8

полиэтилентерефталат

3,0 - 4,0

2,0-4,0

пластикат поливинилхлоридный

- изоляционный

3,9-6,1

50,0 - 90,0

- шланговый

6,4 - 7,5

72

плексиглас

2,7

7

пленка

- полиамидная

6

30,0-100,0

- из триацетатцеллюлозы пластифицированная

3,5-4,0

12,0-14,0

резина

2,4 - 3,0

15,0-18,0

стекло

5,0-10,0

0,6-15,0

слкзда

7

0,2

тефпон

2,1

0,2

титанат бария

5000

15

фарфор

5

7,0 - 8,0

фторлон-4

1,9-2,2

0,2 - 0,3

фторлон-3

2.5 - 3,0

10,0-25,0

этилцеллюлоза

3,5

3,0-10,0


11. Перевод отношений напряжений и мощностей в децибелы и неперы

7-71.jpg

10. Пересчет уровня сигнала в дБ/мкВ (dB/мкV) на напряжение

7-81.jpg

Список литературы

1.1. ГОСТ 7845-79. Система вещательного телевидения. Основные Параметры, методы измерения.

2.1. А.А.Шур. Ближний и дальний прием телевидения. М.: изд-во «Радио и связь» 1991г.

2.2. А.М.Варбанский. Передающие телевизионные станции. М.: изд-во «Связь», 1980г.

2.3. ГОСТ 18198-85. Приемники телевизионные. Общие технические условия.

2.4. Г.В.Бабук, М.Г.Локшин, И.И.Миколайтис. Избирательность телевизионных приемников по зеркальному каналу. (Электросвязь 1983.- N 7.- с. 28-33).

2.5. ГОСТ 11216-83. Сети распределительные приемных систем телевидения и радиовещания. Основные параметры, технические требования, методы измерений и испытаний.

2.6. Сети телевизионного и звукового ОВЧ ЧМ вещания: Справочник. /М.Г.Локшин, А.А.Шур, А.В.Кокорев,. Р.А.Краснощеков.- М.: Радио и связь, 1988г.

3.1. ГОСТ 11289-80. Антенны телевизионные приемные. Типы. Основные параметры. Общие технические требования.

3.2. Б.Г.Цыбаев, Б.С.Романов. Антенны-усилители. М.: «Советское радио», 1980.

3.3. Г. И. Борничук, В.И. Булыч. Радиолюбителю о телевизионных антеннах. М.: «ДОСААФ», 1997г.

6.1. Беньковский 3., Липинский Э. Любительские антенны коротких и ультракоротких волн. М.: Изд-во «Радио и связь», 1983г.

6.2. Л.М.Капчинский. Конструирование и изготовление телевизионных антенн. М.: Изд-во «Радио и связь», 1995г.

6.3. Kari Rothammel. DDR, Berlin, 1984.

6.4. Л.С.Есютин. Элементы линий передачи высокочастотной энергии и антенны. М.: Изд-во Московского университета, 1969

6.5. Н.А.Реушкин. Системы коллективного телевизионного приема. М.: «Радио и связь», 1992.

6.6. С.Е.Загик, А.М.Капчинский Приемные телевизионные антенны. Госэнергоиздат, 1960г.

7.1 ГОСТ 19463-74. Тракты телевизионные вещательные передачи изображения. Магистральные каналы изображения радиорелейных и кабельных линий связи. Основные параметры. Методы измерений.

ГОСТ 24330-80. Приемники телевизионные цветного изображения. Основные параметры. ГОСТ 24331-80. Приемники телевизионные цветного изображения. Методы измерений. ГОСТ 21879-76. Телевидение вещательное.

7.2. Recomendation and Reports of the CCIR, 1986. XVI Plenary Assembly, Dubrovnik, 1986.-

Vol. XI, XII:

MKKP. Отчет 624-3. Характеристики телевизионных систем.

МККР. Рекомендация 568. Единая величина отношения сигнал-шум для всех

телевизионных систем.

МККР. Рекомендация 500-3. Методика субъективной оценки качества

телевизионных изображений.

МККР. Рекомендация 567-1. Характеристики телевизионных каналов связи,

предназначенных для международных передач. 7.3 Каталоги фирм DIPOL, TERRA, Pomax, AST, Sphore Wimat, Wiedyska, SOWAR, NASA

Elektronik, Telegamax.

 

1. Номограмма для определения длины волны лямбда по значению частоты f

Изображение: 

10. Пересчет уровня сигнала в дБ/мкВ (dB/мкV) на напряжение

Изображение: 

11. Перевод отношений напряжений и мощностей в децибелы и неперы

Изображение: 

2. Номограммы перехода от абсолютных единиц измерения к относительным

Изображение: 

4. Зарубежные и отечественные транзисторы, применяемые в описанных схемах усилителей и конвертеров

Изображение: 

5.1 Радиоантенны УКВ ЧМ (UKV FM)

Изображение: 

5.2 ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ MB (VHF)

Изображение: 

5.3 ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ ДМВ (UHF)

Изображение: 

5.4 КОМБИНИРОВАННЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ МВ/ДМВ (VHF/UHF)

Изображение: 

Телевизионные и спутниковые антенны

Телевизионные и спутниковые антенны.

 

1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН.

Глава 1

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН

Что собой представляет электромагнитная волна, легко представить на следующем примере. Если на водную гладь бросить камушек, то на поверхности образуются расходящиеся кругами волны. Они движутся от источника их возникновения (возмущения) с определенной скоростью распространения. Для электромагнитных волн возмущениями являются передвигающиеся в пространстве электрические и магнитные поля. Меняющееся во времени электромагнитное поле обязательно вызывает появление переменного магнитного поля, и наоборот. Эти поля взаимно связаны.

Основным источником спектра электромагнитных волн является звезда Солнце. Часть спектра электромагнитных волн видит глаз человека. Этот спектр лежит в пределах 380...780 нм (рис. 1.1). В области видимого спектра глаз ощушает свет по-разному. Электромагнитные колебания с различной длиной волн вызывают ощущение света с различной окраской.

Часть спектра электромагнитных волн используется для целей радиотелевизионного вешания и связи. Источник электромагнитных волн — провод (антенна), в котором происходит колебание электрических зарядов. Процесс формирования полей, начавшийся вблизи провода, постепенно, точку за точкой, захватывает все пространство. Чем выше частота переменного тока, проходящего по проводу и порождающего электрическое или магнитное поле, тем интенсивнее создаваемые проводом радиоволны заданной длины.

Электромагнитные волны имеют следующие основные характеристики.

1. Длина волны lв, — кратчайшее расстояние между двумя точками в пространстве, на котором фаза гармонической электромагнитной волны меняется на 360°. Фаза — это состояние (стадия) периодического процесса (рис. 1.2).

11.jpg

В наземном телевизионном вешании используются метровые (MB) и дециметровые волны (ДМВ), в спутниковом — сантиметровые волны (СМ). По мере заполнения частотного диапазона СМ будет осваиваться диапазон миллиметровых волн (Ка-bаnd).

2. Период колебания волны Т— время, в течение которого происходит одно полное изменение напряженности поля, т. е. время, за которое точка радиоволны, имеющая какую-то фиксированную фазу, проходит путь, равный длине волны lв.

3. Частота колебаний электромагнитного поля F (число колебаний поля в секунду) определяется по формуле

F=1/T, a T=1/F

Единицей измерения частоты является герц (Гц) — частота, при которой совершается одно колебание в секунд . В спутниковом вещании приходится иметь дело с очень высокими частотами электромагнитных колебаний измеряемых в гигагерцах.

Для спутникового непосредственного телевизионного вещания (СНТВ) по линии Космос — Земля используются диапазон C-band low и часть диапазона Кu (10,7...12,75 ГГи). Верхняя часть этих диапазонов применяется для передачи информации по линии Земля — Космос (табл. 1.1).

12.jpg

4. Скорость распространения волны Сскорость последовательного распространения волны от источника энергии (антенны).

Скорость распространения радиоволн в свободном пространстве (вакууме) постоянна и равна скорости света С= 300 000 км/с. Несмотря на такую высокую скорость, электромагнитная волна по линии Земля — Космос — Земля проносится за время 0,24 с. На земле радиотелевизионные передачи можно практически мгновенно принимать в любой точке. При распространении в реальном пространстве, например -в воздухе, скорость движения радиоволны зависит от свойств среды, она обычно меньше С на величину коэффициента преломления среды.

Частота электромагнитных волн F, скорость их распространения С и длина волны л связаны соотношением

lв=C/F, а так как F=1/T , то lв=С*T.

Подставляя значение скорости С= 300 000 км/с в последнюю формулу, получаем

lв(м)=3*10^8/F(м/c*1/Гц)

Для больших значений частот длину волны электромагнитного колебания можно определить по формуле lв(м)=300/F(МГц) Зная длину волны электромагнитного колебания, частоту определяют по формуле F(МГц)=300/lв(м)

5. Поляризация радиоволн. Электрическая и магнитная составляющие электромагнитного поля соответственно характеризуются векторами Е и Н, которые показывают значение напряженностей полей и их направление. Поляризацией называется ориентировка вектора электрического поля Е волны относительно поверхности земли (рис. 1.2).

Вид поляризации радиоволн определяется ориентировкой (положением) передающей антенны относительно поверхности земли. Как в наземном, так и в спутниковом телевидении применяется линейная поляризация, т. е. горизонтальная Н и вертикальная V (рис. 1.3).

Радиоволны с горизонтальным вектором электрического поля называют горизонтально поляризованными, а с вертикальным — вертикально поляризованными. Плоскость поляризации у последних волн вертикальна, а вектор Н (см. рис. 1.2) находится в горизонтальной плоскости.

Если передающая антенна установлена горизонтально над поверхностью земли, то электрические силовые линии поля также будут расположены горизонтально. В этом случае поле наведет наибольшую электродвижущую силу (ЭДС) в гори-

13.jpg

Рис 1.4. Круговая поляризация радиоволн:

LZ— левая; RZ— правая

зонтально расположенной приемной антенне. Следовательно, при Н поляризации радиоволн приемную антенну необходимо ориентировать горизонтально. При этом приема радиоволн на вертикально расположенную антенну теоретически не будет, так как наведенная в антенне ЭДС равна нулю. И наоборот, при вертикальном положении передающей антенны приемную антенну также необходимо расположить вертикально, что позволит получить в ней наибольшую ЭДС.

При телевизионном вещании с искусственных спутников Земли (ИСЗ) кроме линейных поляризаций широко используется круговая поляризация. Связано это, как ни странно, с теснотой в эфире, так как на орбитах находится большое количество спутников связи и ИСЗ непосредственного (прямого) телевизионного вещания.

Часто в таблицах параметров спутников дают сокращенное обозначение вида круговой поляризации — L и R. Круговую поляризацию радиоволн создает, например, коническая спираль на облучателе передающей антенны. В зависимости от направления намотки спирали круговая поляризация оказывается левой или правой (рис. 1.4).

Соответственно в облучателе наземной антенны спутникового телевидения должен быть установлен поляризатор, который реагирует на круговую поляризацию радиоволн, излучаемых передающей антенной ИСЗ.

Рассмотрим вопросы модуляции высокочастотных колебаний и их спектр при передаче с ИСЗ. Целесообразно это сделать в сравнении с наземными вещательными системами.

Разнос между несущими частотами сигналов изображения и звукового сопровождения составляет 6,5 МГц, остаток нижней боковой полосы (слева от несущей изображения) — 1,25 МГц, а ширина канала звукового сопровождения — 0,5 МГц

(рис. 1.5). С учетом этого суммарная ширина телевизионного канала принята равной 8,0 МГц (по стандартам D и К, принятым в странах СНГ).

Передающая телевизионная станция имеет в своем составе два передатчика. Один из них передает электрические сигналы изображения, а другой — звуковое сопровождение соответственно на разных несущих частотах. Изменение какого-то параметра несущего высокочастотного колебания (мощности, частоты, фазы и др.) под воздействием колебаний низкой частоты называется модуляцией. Используются два основных вида модуляции: амплитудная (AM) и частотная (ЧМ). В телевидении сигналы изображения передаются с AM, а звуковое сопровождение — с ЧМ. После модуляции электрические колебания усиливаются по мощности, затем поступают в передающую антенну и излучаются ею в пространство (эфир) в виде радиоволн.

8 наземном телевизионном вещании по ряду причин невозможно применить ЧМ для передачи сигналов изображения. На СМ места в эфире значительно больше и такая возможность существует. В результате спутниковый канал (транспондер) занимает полосу частот в 27 МГц.

Преимущества частотной модуляции сигнала поднесущей:

меньшая по сравнению с AM чувствительность к помехам и шумам, низкая чувствительность к нелинейности динамических характеристик каналов передачи сигналов, а также стабильность передачи на далекие расстояния. Данные характеристики объясняются постоянством уровня сигнала в каналах передачи, возможностью проведения частотной коррекции предыскажений, благоприятно влияющих на отношение сигнал/шум, благодаря чему ЧМ можно значительно снизить мощность передатчика при передаче информации на одно и то же расстояние. Например, в наземных вещательных системах для передачи сигналов изображения на одной и той же телевизионной станции используются передатчики в 5 раз большей мощности, чем для передачи сигналов звукового сопровождения.

14.jpg

Линейная поляризация радиоволн

Изображение: 

Преимущества частотной модуляции сигнала поднесущей:

Изображение: 

диапазоны спутникового вещания

Изображение: 

спектр волн

Изображение: 

2. СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ.

Глава 2

СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Система цветного телевидения — комплекс характеристик и параметров, определяющих особенности конкретного стандарта цветного телевизионного вещания. Система определяет способ передачи полной информации о цветности и яркости изображения передаваемого объекта от передающей телевизионной камеры до приемника.

В телевизионном вешании на поверхности Земли используются три системы цветного телевидения. Американская система NTSC (National Television System Committee — национальный комитет телевизионной системы) разработана и внедрена в США в 1953 г. Это первая система цветного телевидения, нашедшая практическое применение. Западногерманская система PAL (Phase Alternation Line — изменение фазы от строки к строке) разработана в ФРГ в 1963 г. в целях устранения недостатков системы NTSC. Советско-французская система SECAM (Sequence de Couleurs Avec Memoire — последовательная передача цветов с запоминанием) используется с 1967 г. В странах СНГ применяется вариант системы SECAM-IIIБ.

Существенная и принципиальная разница в устройстве систем цветного телевидения заключается в способах передачи цветной телевизионной информации от передающей камеры к приемнику. Поэтому под выражением «система цветного телевидения» в настоящее время понимают метод передачи сигнала по центральной части тракта цветного телевидения, т. е. способ передачи сигнала цветности. В основе построения всех систем цветного телевидения лежат следующие физические процессы.

1. Оптическое разложение передаваемого многоцветного изображения на три одноцветных изображения в основных цветах — красном R, зеленом G и синем В.

2. Преобразование трех одноцветных изображений R, G и В в электрические сигналы Er, Еg и Eb.

3. Образование электрического сигнала яркости (сигнал черно-белого изображения) Еу и так называемых цветоразностных сигналов Er-у Eg-y и Eb-y

Вычитание из сигнала основного цвета сигнала яркости формально означает, что цветоразностный сигнал содержит информацию только о цветности, но не о яркости. Поэтому главной особенностью цветоразностных сигналов является то, что на черно-белых и серых местах изображения они равны нулю, а это, в свою очередь, устраняет мелкоструктурную сетку от поднесушей частоты (помеху) на экране кинескопа.

Из трех составляющих R, G и В наибольшую интенсивность (59%) и широкую полосу частот имеет зеленый сигнал G. В этом смысле он очень близок к яркостному сигналу Y. Иными словами, если на черно-белый телевизор подать сигнал ЕС, то изображение на его экране будет довольно близко к изображению, получаемому от яркостного сигнала Еу. Сигналы Er и Еb требуют значительно меньшей полосы частот, чем сигнал Еg имеют меньшую интенсивность (соответственно 39 и 11%). Поэтому выгодно не передавать самый интенсивный и широкополосный сигнал из трех цветоделенных сигналов. Во всех системах цветного телевидения при передаче формируют только красный Еr-y и синий Eb-y цветоразностные сигналы, а зеленый сигнал Еg-у восстанавливается в самом телевизоре.

4. Передача и прием трех электрических сигналов изображения Еу, Er-y и Eb-y по линиям связи.

5. Обратное преобразование электрических сигналов Еу, Er-y и Eb-y и выделение из них сигналов Еу, Er, Еg и Еb.

6. Преобразование электрических сигналов Еу, Er, Еg и Еb в три одноцветных оптических изображения — красного R, зеленого G и синего В цветов.

7. Смешение одноцветных составляющих R, G и В в одно многоцветное изображение.

В спутниковом телевизионном вешании используются системы NTSC, PAL и SECAM (аналоговые), существенно отличающиеся от наземных. Для того чтобы оценить преимущества «чисто» спутниковых систем цветного телевидения, целесообразно изучить принципы кодирования сигнала цветности в аналоговых системах телевизионного вещания.

В системах NTSC, PAL и SECAM используют разные по частоте поднесущие и виды их модуляции цветоразностными сигналами, что и является основным отличием одной системы от другой.

21.jpg

В системе SECAM постоянно передается только сигнал яркости, а в каждой строке — один из сигналов цветности на поднесущей. Например, в 1-й строке передается красный сигнал, во 2-й — синий, в 3-й снова красный и т. д. Поэтому систему SECAM называют последовательно-одновременной (рис. 2.1).

Для модуляции поднесушей цветоразностными сигналами используется частотная модуляция. Значение поднесущей постоянно лишь в состоянии покоя (при отсутствии модуляции), и точно уложить составляющие спектра сигнала цветности в промежутки между гармониками сигнала яркости не представляется возможным.

Поднесущие частоты находятся внутри спектра яркостного сигнала, поэтому при приеме цветного изображения на экране телевизора становятся заметными помехи от под-несущих. Эти помехи особенно интенсивны на насыщенных элементах изображения и на границах цветовых переходов. Они просматриваются в виде чередующихся вдоль строк мелких светлых и темных участков. Следовательно, в телевизионном приемнике необходимо предусмотреть значительное ослабление в области частот, где расположены сигналы цветности. Режекция (вырезание) части спектра сигнала в области поднесущих частот осуществляется с помощью полосовых фильтров. При наличии эффективно действующих режекторных фильтров цветное изображение воспри-

22.jpg

нимается как более «мягкое» — без видимых помех от под-несущих и без разнояркости строк (рис. 2.2).

Еще одним недостатком названных систем цветного телевидения являются перекрестные искажения между каналами цветности и яркости или более коротко помехи из «яркости в цветность». Они проявляются в виде окрашенного муара, цвет которого зависит от содержащейся в мешающем сигнале основной частоты.

В аналоговых системах также существуют перекрестные искажения между каналами цветности, образующиеся в результате их паразитных связей. В системе SECAM возникает дополнительная помеха из-за биений поднесущих частот сигналов цветности. Она имеет вид структуры, плывущей вверх по экрану, и создает искажения насыщенности и цветового тона.

Рассмотрим основные различия систем цветного телевидения NTSC и PAL сравнительно с системой SECAM.

Системы NTSC и PAL — одновременные, так как в каждый момент времени они передают все три сигнала: яркостный и два цветоразностных. Однако вместо двух поднесущих используется одна с частотой 3,58 МГц в системе NTSC и 4,43 МГц в системе PAL.

Модуляция по амплитуде поднесущей двумя цветоразностными сигналами производится методом квадратурной модуляции, при которой поднесущая делится на две составляющие, сдвинутые одна относительно другой по фазе

на 90°. Одна составляющая модулируется красным цвето-разностным сигналом, другая — синим. При этом несущая частота промодулированных сигналов полностью подавляется и остаются лишь боковые полосы частот.

Для передачи информации о цвете в системе NTSC применяются не цветоразностные сигналы Еr-у и Eb-y, а их линейные комбинации — сигналы Eq и Еj. Это вызвано тем, что неискаженная и независимая передача двух сигналов, передаваемых методом квадратурной модуляции, возможна при сохранении квадратуры, т. е. сдвига между сигналами, равного 90°.

Номинальная ширина полосы частот яркостного сигнала составляет 4,2 МГц. Цветовая поднесущая fц модулируется двумя цветоразностными сигналами Eq и Еj. Сигнал Eq передается в полосе видеочастот 0...0,6 МГц и занимает относительно цветовой поднесущей обе боковые полосы. Сигнал Ej передается в полосе видеочастот 0..1.4 МГц с частично подавленной верхней боковой полосой (рис. 2.3).

Система цветного телевидения PAL, в своей основе содержащая все идеи американской системы NTSC, является дальнейшим ее усовершенствованием и отличается оригинальным способом устранения фазовых искажений. Достигается это тем, что поднесущая, модулированная красным цветоразностным сигналом, изменяет свою фазу на обратную при переходе с одной строки к следующей. Другая составляющая, модулированная синим цветоразностным сигналом, имеет постоянную фазу. Компенсация фазовых

23.jpg

искажений происходит путем сложения сигналов двух соседних строк, фазовые сдвиги которых имеют одинаковую величину, но противоположные знаки.

Таким образом, фазовые искажения результирующего цветового сигнала, независимо от причины их появления, изменяясь на противоположные в каждой следующей строке и соответственно в каждом следующем кадре, всегда взаимно компенсируются. В итоге цветовой тон передаваемого изображения сохраняется. В этом заключается основное преимущество системы PAL по сравнению с системой NTSC.

В результате изложенного можно сделать следующие выводы. В системах NTSC, PAL и SECAM с целью передачи полной информации в одном канале используется принцип наложения спектра сигнала цветности на поднесущей частоте на спектр сигнала яркости. В телевизионном приемнике практически невозможно разделить эти спектры без взаимных перекрестных искажений. К тому же снижается четкость изображения (различимость мелких деталей) из-за режекции части спектра сигнала черно-белого изображения в участке размещения поднесущей сигнала цветности.

Аналоговые методы передачи цветного изображения накладывают определенные ограничения на качество сигнала, что существенно снижает возможности развития телевизионного вешания. Одной из главных причин этих ограничений является низкая помехозащищенность аналогового сигнала, так как при прохождении всего телевизионного тракта он подвергается воздействию шумов и других помех. А вещательная телевизионная сеть представляет собой очень длинную цепь устройств преобразования и передачи сигналов. Особенно это относится к системам спутникового телевидения.

Полный цветовой сигнал для передачи по спутниковому телевидению создается абсолютно так же, как изложено выше для наземного телевизионного вещания. Однако в спутниковом вещании существует возможность улучшения качества передаваемого и принимаемого сигналов в связи с использованием частотной модуляции несущей частоты передатчика изображения.

Преимуществами частотной модуляции несушей частоты передатчика по сравнению с амплитудной является меньшая чувствительность к помехам и шумам, низкая чувствительность к нелинейности динамических характеристик каналов передачи сигналов, а также стабильность передачи на большие расстояния. Эти преимущества объясняются постоянством уровня в каналах передачи, возможностью проведения частотной коррекции предыскажений, положительно влияющих на отношение сигнал/шум.

Благодаря применению частотной модуляции несушей частоты телевизионного передатчика, ширине полосы канала передачи со спутника в 27 МГц качество изображения аналоговых систем оказывается выше, чем при наземном телевизионном вешании.

В настоящее время в спутниковом телевидении происходит переход от аналоговых на более совершенные системы передачи цветных телевизионных сигналов, которые основаны на принципе временного уплотнения сигналов яркости, цветности и преобразованных в так называемую «цифровую форму». Промежуточным звеном здесь является комбинированный аналогоцифровой стандарт, получивший название MAC (Multiplexed Analogue Components — система уплотнения аналоговых компонент).

Практическое применение получили несколько вариантов системы MAC. Для телевизионных систем стандартов разложения изображения на 625 строк и 50 полей, принятых в странах Западной Европы, Беларуси, России, на Украине и др., используется система D2-MAC. D2 означает дуобинарное (трехуровневое) кодирование. В отличие от бинарного (двухуровневого) в нем логической «1» соответствует импульс положительной или отрицательной полярности. Логическому «0» соответствует импульс с нулевой амплитудой.

Систему D2-MAC можно разделить на две части: аналоговую и цифровую. Аналоговые сигналы яркости и цветности передаются в течение активной строки в сжатом во времени виде, а цифровая часть сигнала (звуковое сопровождение, сигналы синхронизации, телетекст и др.) объединены в пакеты, передаваемые в течение обратного хода разверток по строкам и полям.

Начальную часть строки (17,2 мкс) занимает один из цветоразностных сигналов Еr-у или Eb-y которые передаются поочередно через строку. Далее следует яркостная составляющая видеосигнала, которая занимает 34,4 мкс (рис. 2.4).

Общим для всех вариантов систем MAC является способ передачи аналоговых сигналов яркости и цветности с предварительным сжатием временного масштаба этих сигналов:

для строки яркостного сигнала — в 1,5 раза, для строк сигналов цветности — в 3 раза.

Сжатие аналогового сигнала осуществляется путем стробирования с тактовыми частотами: 6,75 МГц для сигналов цветности и 13,5 МГц для яркостного сигнала. Полученные сигналы накапливаются в запоминающем устройстве, после чего происходит их ускоренное считывание с более высокой тактовой частотой — 20,25 МГц. Полученные цифровые данные передаются в дуобинарном коде.

По сравнению с традиционными аналоговыми системами

24.jpg

в D2-MAC отсутствуют перекрестные искажения сигналов яркости и цветности; значительно снижены шумы в канале цветности благодаря его переводу в область низких частот (нет необходимости производить модуляцию поднесущей частоты цветоразностными сигналами); повышена разрешающая способность изображения за счет более широкой полосы частот сигналов яркости и цветности, отсутствию необходимости режекции в яркостном сигнале в области отсутствующих поднесущих частот; сигналы синхронизации, звукового сопровождения, телетекста и другой информации передаются в цифровой форме.

В результате стандарт цветного телевидения MAC позволяет получить улучшенное изображение на экране телевизора даже по сравнению со спутниковыми системами NTSC, PAL и SECAM.

В настоящее время в спутниковое вещание начала внедряться еще более современная система MPEG-2. Это сокращенное название организации «Moving Picture Expert Group». (Экспертная группа движущихся изображений). Эта система цифрового телевидения (Digital TV) также основана на уплотнении (компрессии) видеосигнала.

Так что же такое «компрессия видеосигнала»? Чтобы понять смысл этой операции, представим баржу, плывущую по реке от фермы до городского рынка. Стоимость доставки пшеницы будет определяться тем, сколько места она займет на барже. Но у вас есть волшебная машина, которая может

сжать пшеницу, и цена доставки уменьшится вдвое. Когда вы доплывете до рынка, машина вернет зерну первоначальный размер, и вы его продадите.

Цифровая компрессия — «волшебная машина» -для телевизионного сигнала, которая его сжимает, вследствие чего он занимает меньшую полосу частот в спутниковом канале связи по сравнению с несжатым (аналоговым).

При стоимости аренды спутникового канала свыше 200 тыс. долл. США в месяц эффект от применения компрессии составляет более 1 млн. долл. в год. Дефицит спутниковых каналов и связанный с этим рост цен на услуги спутникового вещания и связи делают применение технологии цифровой видеокомпрессии особенно выгодной. Поэтому компании, эксплуатирующие спутники, однозначно выиграют от перехода на новую технологию независимо от того, начинают ли они осваивать спутниковое вешание или уже ищут возможности его расширения.

Типичный цифровой некомпрессированный видеосигнал представляет собой информационный поток 150 Мбит/с (бит — наименьшая единица информации). Алгоритм (последовательность действий или команд, выполнение которых приводит к желаемому результату) компрессии основан на том факте, что видеосигнал состоит из отдельных элементов изображения или пикселов. Каждый кадр содержит десятки тысяч пикселов. Видеосигнал компрессируется одним из двух способов: внутрикадровым или межкадровым. Внутрикадровая компрессия происходит внутри каждого отдельного кадра, а межкадровая использует последовательность кадров.

При внутрикадровой компрессии происходит сжатие отдельного кадра безотносительно ко всем остальным. Поскольку компрессия каждого кадра происходит заново, даже если изменения в следующем кадре минимальны, то степень сжатия информационного потока получается ограниченной.

Межкадровая компрессия основана на том, что большая часть изображения остается неизменной от кадра к кадру. Аппаратура цифровой компрессии проводит сравнительный анализ кадровой последовательности и пересылает только информацию об изменениях в кадрах, а не сами кадры. Это позволяет значительно уменьшить цифровой поток и достигать больших коэффициентов компрессии по сравнению с внутрикадровым сжатием.

После того как аналоговые сигналы — звуковой, видео, телетекст, служебная информация — подвергаются цифровой обработке и сжатию, они пересылаются по спутниковым каналам связи для распространения. На выходе приемной аппаратуры происходит обратное преобразование: сигналы разделяются на звуковой, видео, телетекст, служебную информацию и принимают первоначальную аналоговую форму.

В отличие от аналоговой технологии цифровая видеокомпрессия обеспечивает устойчивый, высококачественный сигнал по всему тракту передачи и приема. Поскольку цифровой сигнал не подвержен преобразованиям как аналоговый, то телевизионного приемника достигает тот же сигнал, который выходит из студии.

Начинается новая эра дальнейшего развития спутникового телевизионного вешания. Для приема передач в системе MPEG-2 необходима совершенно новая и пока очень дорогостоящая аппаратура. Но настоящее и будущее — за спутниковым цифровым телевидением.

Так например, 23 ноября 1998 г. с базы ВВС США (мыс Канаверал, штат Флорида) с помощью американской ракеты «Дельта-2» в позицию 36° Е запущен принадлежащий России спутник BONUM-1 (МОСТ-1), который передает 17 программ телевидения в цифровом виде. Транспордеры ведут передачи в Ки диапазоне на частотах 12, 226 ГГц и выше с круговой поляризацией (попеременно чередуются L и R поляризации).

амплитудно -частотная характеристика яркостного канала

Изображение: 

размещение спектра цветного сигнала

Изображение: 

структура строки ТВ сигнала

Изображение: 

частотный спектр SECAM

Изображение: 

3. ОРБИТЫ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ.

Глава 3

ОРБИТЫ ИСКУССТВЕННЫХ СПУТНИКОВ ЗЕМЛИ. ВЫВОД СПУТНИКОВ НА ОРБИТУ

Траектория движения ИСЗ называется орбитой. Во время свободного полета спутника, когда его бортовые реактивные двигатели выключены, движение происходит под воздействием гравитационных сил и по инерции, причем главной силой является притяжение Земли.

Если считать Землю строго сферической, а действие гравитационного поля Земли — единственной силой, воздействующей на спутник, то движение ИСЗ подчиняется известным законам Кеплера: оно происходит в неподвижной (в абсолютном пространстве) плоскости, проходящей через центр Земли, — плоскости орбиты; орбита имеет форму эллипса (рис 3.1) или окружности (частный случай эллипса).

31.jpg

При движении спутника полная механическая энергия (кинетическая и потенциальная) остается неизменной, вследствие чего при удалении спутника от Земли скорость его движения уменьшается.

Уравнение эллиптической орбиты спутника Земли в полярной системе координат определяется формулой

32.jpg

В случае эллиптической орбиты точкой перигея называют точку орбиты, соответствующую наименьшему значению радиус-вектора r = rп, точкой апогея — точку, соответствующую наибольшему значению r = ra (рис. 3.2).

Земля находится в одном из фокусов эллипса. Входящие в формулу (3.1) величины связаны соотношениями:

33.jpg

Расстояние между фокусами и центром эллипса составляет ае, т. е. пропорционально эксцентриситету. Высота спутника над поверхностью Земли

h=r-R,

где R — радиус Земли. Линия пересечения плоскости орбиты с плоскостью экватора (а — а на рис. 3.1) называется линией узлов, угол i между плоскостью орбиты и плоскостью экватора — наклонением орбиты. По наклонению различают экваториальные (i = 0°), полярные (i = 90°) и наклонные орбиты,(0°<i<90° 90°<i<180°).

Орбита спутника характеризуется также долготой апогея д — долгота подспутниковой точки (точка пересечения радиуса-вектора с поверхностью Земли) в момент прохождения спутником апогея и периодом обращения Т (время между двумя последовательными прохождениями одной и той же точки орбиты).

Для систем связи и вещания необходимо, чтобы имелась прямая видимость между спутником и соответствующими земными станциями в течение сеанса связи достаточной длительности. Если сеанс не круглосуточный, то удобно, чтобы он повторялся ежесуточно в одно и то же время. Поэтому предпочтительны синхронные орбиты с периодом обращения, равным или кратным времени оборота Земли вокруг оси, т. е. звездным суткам (23 ч 56 мин 4 с).

Широкое применение нашла высокая эллиптическая орбита с периодом обращения 12 ч, когда для систем связи и вешания использовались спутники «Молния» (высота перигея 500 км, апогея — 40 тыс. км). Движение ИСЗ на большой высоте — в области апогея — замедляется, а область перигея, расположенную над южным полушарием Земли, спутник проходит очень быстро. Зона видимости ИСЗ на орбите типа «Молния» в течение большей части витка вследствие значительной высоты велика. Она расположена в северном полушарии и поэтому удобна для северных стран. Обслуживание всей территории бывшего СССР одним из ИСЗ возможно в течение не менее 8 ч, поэтому трех ИСЗ, сменяющих друг друга, было достаточно для круглосуточной работы. В настоящее время ради исключения перерывов связи и вещания, упрощения систем наведения антенн земных станций на ИСЗ и других эксплуатационных преимуществ осуществлен переход на использование геостационарных орбит (ГСО) спутников Земли.

Орбита геостационарного ИСЗ — это круговая (эксцентриситет е = 0), экваториальная (наклонение i = 0°), синхронная орбита с периодом обращения 24 ч, с движением спутника в восточном направлении.

Орбиту ГСО еще в 1945 г. рассчитал и предложил использовать для спутников связи английский инженер Артур Кларк, известный впоследствии как писатель-фантаст. В Англии и многих других странах геостационарную орбиту называют «Пояс Кларка» (рис. 3.3).

34.jpg

Орбита имеет форму окружности, лежащей в плоскости земного экватора с высотой над поверхностью Земли 35 786 км. Направление вращения ИСЗ совпадает с направлением суточного вращения Земли. Поэтому для земного наблюдателя спутник кажется неподвижным в определенной точке небесной полусферы.

Геостационарная орбита уникальна тем, что ни при каком другом сочетании параметров нельзя добиться неподвижности свободно движущегося ИСЗ относительно земного наблюдателя. Необходимо отметить некоторые достоинства геостационарных ИСЗ. Связь осуществляется непрерывно, круглосуточно, без переходов (заходящего ИСЗ на другой);

на антеннах земных станций упрощены, а на некоторых даже исключены системы автоматического сопровождения ИСЗ;

механизм привода (перемещения) передающей и приемной антенн облегчен, упрошен, сделан более экономичным; достигнуто более стабильное значение ослабления сигнала на трассе Земля — Космос; зона видимости геостационарного ИСЗ около одной трети земной поверхности; трех геостационарных ИСЗ достаточно для создания глобальной системы связи; отсутствует (или становится весьма малым) частотный сдвиг, обусловленный эффектом Доплера.

Эффектом Доплера называют физическое явление, заключающееся в изменении частоты высокочастотных электромагнитных колебаний при взаимном перемещении передатчика и приемника. Эффект Доплера объясняется изме

нением расстояния во времени. Этот эффект может возникнуть также и при движении ИСЗ на орбите. На линиях связи через строго гестационарный спутник доплеровский сдвиг не возникает, на реальных геостационарных ИСЗ — мало существен, а на сильно вытянутых эллиптических или низких круговых орбитах может быть значительным. Эффект проявляется как нестабильность несущей частоты ретранслируемых спутником колебаний, которая добавляется к аппаратурной нестабильности частоты, возникающей в аппаратуре бортового ретранслятора и земной станции. Эта нестабильность может существенно осложнять прием сигналов, приводя к снижению помехоустойчивости приема.

К сожалению, эффект Доплера способствует изменению частоты модулирующих колебаний. Это сжатие (или расширение) спектра передаваемого сигнала невозможно контролировать аппаратурными методами, так что если сдвиг частоты превысит допустимые пределы (например, 2 Гц для некоторых типов аппаратуры частотного разделения каналов), то канал оказывается неприемлемым.

Существенное влияние на свойства каналов связи оказывает и запаздывание радиосигнала при его распространении по линии Земля — ИСЗ — Земля.

При передаче симплексных (однонаправленных) сообщений (программ телевидения, звукового вешания и других дискретных (прерывистых) сообщений это запаздывание не ощущается потребителем. Однако при дуплексной (двусторонней) связи запаздывание на несколько секунд уже заметно. Например, электромагнитная волна от Земли на ГСО и обратно «путешествует» 2...4 с (с учетом задержки сигнала в аппаратуре ИСЗ) и наземной аппаратуре. В этом случае не имеет смысла передавать сигналы точного времени.

Вывод геостационарного спутника на орбиту обычно осуществляется многоступенчатой ракетой через промежуточную орбиту. Современная ракета-носитель представляет собой сложный космический летательный аппарат, который приводится в движение реактивной силой ракетного двигателя.

В состав ракеты-носителя входят ракетный и головной блоки. Ракетный блок является автономной частью составной ракеты с топливным отсеком, двигательной установкой и элементами системы разделения ступеней. Головной блок включает в себя полезную нагрузку и обтекатель, защищающий конструкцию ИСЗ от силового и теплового воздействий набегающего потока воздуха при полете в атмосфере и служащего для монтажа на его внутренней поверхности элементов, которые участвуют в подготовке к пуску, но не функционируют в полете. Главный обтекатель позволяет облегчить конструкцию ИСЗ и является пассивным элементом, надобность в котором отпадает после выхода ракеты-носителя из плотных слоев атмосферы, где он сбрасывается. Полезная нагрузка космического аппарата состоит из ретрансляционного оборудования связи и вещания, радиотелеметрических систем, собственно корпуса ИСЗ со всеми вспомогательными и обеспечивающими системами.

Принцип действий одноразовой многоступенчатой ракеты-носителя состоит в следующем: пока работает первая ступень, можно рассматривать остальные вместе с истинной полезной нагрузкой в качестве полезной нагрузки первой ступени. После ее отделения начинает работать вторая, которая вместе с последующими ступенями и истинной полезной нагрузкой образует новую самостоятельную ракету. Для второй ступени все последующие (если они есть) вместе с истинным полезным грузом играют роль полезной нагрузки и так далее, т. е. полет ее характеризуется несколькими этапами, каждый из которых является как бы ступенью для сообщения начальной скорости другим одноступенчатым ракетам, входящим в ее состав. При этом начальная скорость каждой последующей одноступенчатой ракеты равна конечной скорости предыдущей. Отторжение первой и последующих ступеней носителя осуществляется после полного выгорания топлива в двигательной установке.

Путь, который проходит ракета-носитель при выведении ИСЗ на орбиту, называют траекторией полета. Он характеризуется активным и пассивным участками. Активный участок полета — это пролет ступеней носителя с работающими двигателями, пассивный участок — полет отработавших ракетных блоков после их отделения от ракеты-носителя.

Носитель,стартуя вертикально (участок 1, расположенный на высоте 185... 250 км), выходит затем на криволиней

35.jpg

ный активный участок 2 в восточном направлении. На этом участке первая ступень обеспечивает постепенное уменьшение угла наклона ее оси по отношению к местному горизонту. Участки 3, 4 — соответственно активные участки полета второй и третьей ступеней, 5 — орбита ИСЗ, 6, 7 — пассивные участки полета ракетных блоков первой и второй ступеней (рис. 3.4).

При выведении ИСЗ на соответствующую орбиту большую роль играют время и место запуска ракеты-носителя. Подсчитано, что космодром выгоднее располагать как можно ближе к экватору, так как при разгоне в восточном направлении ракета-носитель получает дополнительную скорость. Эта скорость называется окружной скоростью космодрома Vк, т. е. скорость его движения вокруг оси Земли благодаря суточному вращению планеты.

36.jpg

т. е. на экваторе она равна 465 м/с, а на широте космодрома Байконур — 316 м/с. Практически это означает, что с экватора той же ракетой-носителем может быть запушен более тяжелый ИСЗ.

Завершающей стадией полета ракеты-носителя является вывод ИСЗ на орбиту, форма которой определяется кинетической энергией, сообщаемой ИСЗ ракетой, т. е. конечной скоростью носителя. В том случае, когда спутнику сообщается количество энергии, достаточное для его вывода на ГСО, ракета-носитель должна вывести в точку, удаленную от Земли на 35 875 км, и сообщить ему при этом скорость 3075 м/с.

Орбитальную скорость геостационарного ИСЗ легко подсчитать. Высота ГСО над поверхностью Земли 35 786 км, радиус ГСО на 6366 км больше (средний радиус Земли), т. е. 42 241 км. Умножив значение радиуса ГСО на 2л (6,28), получим ее длину окружности — 265 409 км. Если разделить ее на длительность суток в секундах (86 400 с), получим орбитальную скорость ИСЗ — в среднем 3,075 км/с, или 3075 м/с.

Обычно вывод спутника ракетой-носителем осуществляется в четыре этапа: выход на начальную орбиту; выход на орбиту «ожидания» (парковочную орбиту); выход на переходную орбиту; выход на конечную орбиту (рис. 3.5). Цифрам соответствуют следующие этапы вывода спутника на ГСО: 1 — первоначальная переходная орбита; 2 — первое

включение апогейного двигателя для выхода на промежуточную переходную орбиту; 3 — определение положения на орбите;

4 — второе включение апогейного двигателя для выхода на первоначальную орбиту дрейфа; 5 — переориентация плоскости орбиты и коррекция ошибок; 6 — ориентация перпендикулярно к плоскости орбиты и коррекция ошибок; 7 —

остановка платформы спутника, раскрытие панелей, полная расстыковка с ракетой; 8 — раскрытие антенн, включение гиростабилизатора; 9 — стабилизация положения: ориентация антенн на нужную точку Земли, ориентация солнечных батарей на Солнце, включение бортового ретранслятора и установление номинального режима его работы.

37.jpg

большая и малая полуоси земли в формулах

Изображение: 

геостационарные спутники земли

Изображение: 

наклонная орбита ИСЗ

Изображение: 

определение широты местности

Изображение: 

параметиры эллептической орбиты

Изображение: 

практическая схема выведения спутников на геостационарную орбиту

Изображение: 

типовая схема траиктории полета ракеты

Изображение: 

4. ВЫВОД СПУТНИКОВ НА ОРБИТУ. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И УСТРОЙСТВО РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СПУТНИКОВ.

Глава 4

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И УСТРОЙСТВО РАДИОВЕЩАТЕЛЬНЫХ СПУТНИКОВ

Спутниковое вещание — передача радиовещательных программ (телевизионных и звуковых) от передающих земных станций к приемным через космическую станцию (активный ретранслятор). Таким образом, спутниковое вещание — это частный случай спутниковой связи, которая отличается передачей определенного класса симплексных сообщений, принимаемых одновременно несколькими земными станциями или большим числом приемных станций (циркулярная передача).

ИСЗ состоит из космической платформы и полезной нагрузки. Общая масса спутника в 2500...3000 кг, в то время как масса полезной нагрузки составляет 450...500 кг. Конфигурация геостационарных спутников тесно связана с радиотехническими и конструктивными параметрами полезной нагрузки (рис. 4.1; 4.2).

Конструкция ИСЗ должна выдерживать статические и динамические нагрузки, возникающие при запуске ракеты-носителя, при включении апогейного двигателя, и различного рода орбитальные возмущения. Динамические нагрузки, вызываемые работой стартовой установки, очень велики и состоят из механических и акустических ударов и вибраций, связанных с работой двигателя и возникающих в процессе движения.

Обычно конструкция ИСЗ условно делится на две части:

главную и вспомогательную (или обеспечивающую).

Главную конструкцию (корпус) на ИСЗ выполняют из легких алюминиевых сплавов. Она содержит простую оболочку цилиндрической или конической формы с рамой или ребрами жесткости, а также различные фасонные опоры и перекладины для ячеистых панелей солнечной батареи, плоскостей антенн и других устройств.

41.jpg

Вспомогательная конструкция (платформа) включает двигатели коррекции положения и стабилизации ИСЗ на орбите, резервуары с запасом топлива для них, систему терморегулирования и другие устройства, обеспечивающие нормальное функционирование ИСЗ на орбите.

К космической платформе предъявляется ряд требований: высокая степень удержания ИСЗ в заданной позиции на ГСО и устойчивость его положения; высокая точность наведения антенн; длительный срок службы на определенной орбитальной позиции; отвод (рассеяние) тепла, выделяемого полезной нагрузкой в свободное пространство; подвод электрической энергии от солнечных батарей к радиотехнической аппаратуре.

Система терморегулирования поддерживает температуру ИСЗ в пределах, подходящих для нормального функционирования аппаратуры. В космосе теплопередача происходит главным образом в результате излучения в вакуум. Для приборов ИСЗ она происходит через их конструктивную связь с внешними излучающими радиаторами, постоянная освещенность которых сильно ограничивает емкость теплопередачи.

Внешние источники тепловой энергии, воздействующие на ИСЗ,— это тепловые излучения Солнца и Земли, а также отраженная от освещенной части Земли солнечная радиация. Эти воздействия имеют различные спектральные и геометрические характеристики и поэтому не одинаково поглощаются (воспринимаются) поверхностью спутника.

Кроме того, полезная нагрузка состоит, как правило, из подсистем с локализованным (сосредоточенным) тепловыделением, например мощные усилители на ЛБВ (лампа бегущей волны), клистронах и т. п.

Система терморегулирования на ИСЗ использует жесткозакрепленные оптические солнечные отражатели, специальные материалы для создания легких поверхностей с высокой теплопроводностью (бериллий, магний), методы специального теплового кондиционирования.

Система контроля положения ИСЗ необходима для удержания радиолуча антенны (или нескольких антенн) спутника на заданные районы Земли.

Процесс контроля положения ИСЗ на орбите включает в себя следующие процедуры: измерение положения спутника по датчикам: сравнение результатов измерения с требуемыми значениями; вычисление поправок, которые должны быть сделаны для уменьшения ошибок; введение этих поправок включением в работу соответствующих двигательных установок.

Существует несколько методов получения данных по

крену ИСЗ и тангажу (ось вращения стационарного спутника, параллельная оси Земли). Один из способов измерения и удержания ИСЗ, используемый в диапазоне Ки и дающий высокую точность, основан на применении специального пилот-луча, сформированного на земной станции и направленного в сторону приемной антенны космической станции. Этот сигнал фиксируется и обрабатывается на борту для получения информации по непосредственной ориентации бортовых антенн. Вдобавок если пилот-сигналы подавать от двух достаточно разнесенных земных станций, то прямым измерением можно выявить ошибку вращения радиолуча, а затем устранить крен и тангаж ИСЗ.

Оказывается, что только теоретически при периоде обращения геостационарного спутника вокруг Земли, равного 24 ч, и совпадении направления своей оси вращения с направлением вращения Земли наблюдателю ИСЗ представляется неподвижным. В действительности возникает неизбежное отклонение реальных параметров орбиты от идеальных под воздействием внешних и внутренних дестабилизирующих факторов.

В первую очередь к ним относятся тяготения Луны и Солнца, аналогичные приливам и отливам морей и океанов на Земле. Другими факторами являются: гравитационный градиент (разность сил земного притяжения, вызванная разностью расстояний от центра массы Земли до различных частей ИСЗ); неровности формы и неравномерности поля сил тяжести Земли; магнитное поле Земли; давление солнечного излучения; некомпенсируемые движения внутренних двигателей, зубчатых передач, рычагов. Все силы, кроме внутренних крутящих моментов, хотя и малы, но оказывают постоянное воздействие. Внутренние крутящие моменты велики, но являются кратковременными.

В результате перечисленных дестабилизирующих факторов спутник не может лететь по математической орбите. Геостационарный спутник постоянно уходит с идеальной орбиты, совершает колебательные движения в виде «восьмерки», т. е. отклоняется по широте и долготе от точки стационарного положения.

На борту любого спутника имеются двигательные установки, которые по командам оператора с Земли стабилизируют его положение на ГСО. При необходимости с помощью двигателей-толкачей спутник изменяет свое положение на орбите в направлениях север — юг и запад — восток. Именно для работы двигателей коррекции на борту спутника находится определенное количество горючего.

В некоторых случаях горючее используется для изменения позиции спутника на ГСО. Так, например, российская

компания «НТВ-Плюс» арендовала французский спутник TDF 2, который много лет находился в позиции 19° W. С помощью собственной двигательной установки спутник переместился на позицию 36° Е, где уже находились два ИСЗ ГАЛС этой компании. В результате зрители пяти программ «НТВ-Плюс» с 1 ноября 1997 г. могут смотреть их с одного направления.

Наземная служба наблюдения постоянно работает не для того, чтобы удержать спутник на идеальной орбите (это практически невозможно), а управляет им так, чтобы он оставался в допустимом окне, т. е. уходил не более чем на определенный угол от заданного положения на геостационарной орбите над экватором. Регламент радиосвязи рекомендует, чтобы нестабильность положения современных геостационарных ИСЗ по долготе и широте не превышала ± 0,1°. Углу 0,1° соответствует расстояние около 74 км.

Из-за маневров орбита геостационарных спутников будет не круговой, а слегка эллиптической. Геометрическое расстояние спутника от центра Земли колеблется в течение суток — он приближается и удаляется. При этом перигей на 10...20 км ниже, а апогей на 10...20 км выше точного радиуса ГСО.

Траектория движения спутника является эллипсом, центр которого смещен на 10...20 км по радиусу от центра Земли наружу и на 20...40 км в направлениях запад — восток. Этот эллипс называется относительной эллиптической орбитой. Его не следует путать с почти круговым абсолютным эллипсом, по которому спутник двигается вокруг Земли.

При контроле орбиты спутника окно допуска используется полностью, чтобы минимизировать расход топлива на сохранение позиции. Чтобы уменьшить число корректирующих маневров, допускается определенная болтанка спутников по долготе и широте в течение суток, так же как и определенный дрейф в пределах окна допуска. При малом окне допуска, как у спутника KOPERNIKUS, необходимы еженедельные коррекции, при большем — один раз в две недели или еще реже.

На рис. 4.3 приведена схема размещения некоторых телевизионных спутников на ГСО для вешания на Европейский регион. В позиции 36° Е находятся три спутника: GALS 1, GALS 2 и TDF 2; в позиции 19,2° Е — шесть спутников ASTRA (1A...1G); в позиции 13° Е — пять спутников НОТ BIRD и один спутник EUTELSAT II F1.

Спутники не очень велики, а в космосе много места, и статистически шансы столкновения таких объектов между собой кажутся незначительными. Инженеры, однако, хотят иметь полную гарантию.

42.jpg

Управляя спутниками в узком окне допуска, специалисты следят за тем, чтобы на относительной эллиптической орбите спутники находились в противоположных точках. Если спутник 1 расположен в ближней к Земле точке, спутник 2 находится в дальней от Земли точке. Спустя шесть часов спутник 1 окажется в восточной точке относительно эллиптической орбиты, а его партнер — в западной. Иначе говоря, оба спутника динамически разделены.

Из-за неизбежных ошибок при выполнении маневров и определении орбиты спутники двигаются по не совершенно одинаковым траекториям и не совсем в фазе. По этой причине число спутников, которые можно разместить в окне допуска, ограничено. Сегодняшняя техника позволяет безопасно удерживать в окне 0,1° от четырех до шести спутников. С использованием бортовых измерений на спутниках их количество в окне допуска будет увеличиваться.

Управляющий центр учитывает и наклонение относительной эллиптической орбиты относительно экваториальной плоскости Земли. Эта степень свободы позволяет еще безопаснее удерживать спутники в окне допуска, так как даже при смешениях отдельных относительных орбит в восточно-западном направлении спутники постоянно остаются на удалении.

На борту спутника могут быть установлены автономные устройства стабилизации положения на ГСО. Существует два основных способа стабилизации геостационарного спутника: стабилизация вращением и трехосная, или непосредственная, стабилизация.

Стабилизация вращением — простейший вид стабилизации ИСЗ в пространстве за счет вращения части ИСЗ с частотой 80...100 об/мин. При этом появляются гироскопическая жесткость и стабилизация углового положения, характеризующегося ориентацией оси вращения. Коррекция положения ИСЗ может быть выполнена путем периодических включений двигателя малой тяги, так как возмущающие факторы снижают частоту вращения части спутника, влияют на направление оси вращения.

Более широкое распространение получили ИЗС двойного вращения, когда в конструкции спутника используются вращающийся барабан и противовращательная платформа, т. е. направление вращения платформы постоянно противоположно направлению вращения барабана. За счет этого платформа имеет почти нулевую угловую скорость, занимает стабильное положение на ГСО.

Трехосная стабилизация осуществляется путем управления угловым положением спутника относительно каждой из его осей. Такое управление выполняется в результате непосредственного измерения угловых перемещений относительно всех трех осей, или за счет применения приборов с кинетическим моментом, например типа маховика, который действует одновременно как гироскоп и стабилизатор вращения. Быстроходный вращающийся маховик позволяет удерживать направление на Солнце панелей солнечных батарей, обеспечивая гироскопическую жесткость одной, двух или трех осей ИСЗ. Для поддержания постоянной ориентации спутника в условиях возмущений, которые всегда имеют место на ГСО, эти приборы снабжаются чувствительными элементами и датчиками.

Наиболее широкое распространение получили спутники с вращающимся маховиком, который благодаря гироскопическим свойствам стабилизирует одну ось спутника. Управление ориентацией таких спутников осуществляется изменением скорости вращения маховика, эпизодического использования двигателя малой тяги и стабилизации для поддержания постоянной ориентации оси собственного вращения маховика.

В зависимости от количества приемников активных ретрансляторов и других устройств аппаратура геостационарного спутника потребляет 6...7 кВт.

43.jpg

Батареи ИСЗ всегда обращены к Солнцу, их ничто и никогда не сможет затенить, благодаря чему аппаратура ИСЗ бесперебойно получает необходимое количество электрической энергии (рис. 4.4).

Фотоэлектрические солнечные батареи годами служат основным средством преобразования солнечной энергии в электрическую для питания устройств ИСЗ. Преобразователями являются полупроводниковые фотоэлементы, последовательно-параллельное соединение которых и образует солнечную батарею. Последнюю выполняют в виде нескольких панелей общей площадью до 20 м^2, имеющих до 8000 фотоэлементов. Типовая мощность на единицу площади находится в пределах 10...110 Вт/м^2 со средним КПД = 7...11%, в лучших образцах — до 15% (максимальный теоретический — 25%). Каждый фотоэлемент развивает ЭДС, равную 0,3...0,4 В (рис. 4.5).

Рассмотрим основные элементы радиотехнического комплекса космической станции, входящего в систему спутникового вещания (связи). Этот комплекс состоит из антенн, приемников и бортового ретранслятора.

В отличие от земных станций, которые имеют в своем составе одну антенну, на борту ИСЗ обычно устанавливают несколько передающих и приемных антенн. Это объясняется необходимостью формирования различных зон обслужива-

44.jpg

ния, привода в соответствие излучения антенн с размещением земных станций на поверхности Земли (чтобы не рассеивать энергию бесполезно на те районы, где она не используется или для которых не предназначена). На рис. 4.4 хорошо видны четыре антенны: большего диаметра — приемные, меньшего — передающие.

В зависимости от ширины диаграммы направленности бортовых антенн ИСЗ образуется зона покрытия (часть поверхности земного шара), в пределах которой обеспечивается уровень сигналов от спутника, необходимый для их приема с заданным качеством, а также гарантируется способность приема на входе ИСЗ сигналов от земной станции, обладающих определенной эквивалентной изотропно-излучаемой мощностью (ЭИИМ — произведение мощности передатчика на коэффициент усиления антенны в полосе передачи относительно изотропной (ненаправленной) антенны).

Зона покрытия определяется не только шириной диаграммы направленности антенны ИСЗ, но и особенностями геометрических построений, возникающих при сечении поверхности Земли конусом луча антенны. Форма этого сечения зависит от точки размещения ИСЗ, точки прицеливания — точки пересечения оси главного лепестка диаграммы направленности антенны ИСЗ с земной поверхностью. Например, точка прицеливания российских спутников ГАЛС находится между Москвой и Саратовым.

Энергия, которая принимается со спутника, определяется мощностью на конкретную площадь, например мкВт/м^2. Из

этого можно сделать вывод, что чем с большей площади мы будем снимать сигнал, который приходит с ИСЗ, тем большую полезную мощность сможем использовать. Однако это мощность небольшая, она находится на уровне космических и тепловых шумов. Поэтому полезный сигнал необходимо принимать с такой площади и с той точки пространства, от которой он будет превышать окружающие шумы и шумы самого приемника. Если на антенне не установлен усилитель, который смог бы осуществить усиление сигналов на частоте передатчика спутника (что в любительских условиях сделать практически весьма сложно), то диаметр приемной параболической антенны должен быть порядка 1,8...2,0 м.

Таким образом, зона обслуживания спутника зависит от размеров приемной антенны: чем больше диаметр антенны, тем большая зона обслуживания. На рис. 4.6 около границ зон обслуживания указаны диаметры приемных антенн в метрах (большая величина — для приема телевизионных сигналов, меньшая -г- для приема радиовещательных сигналов).

45.jpg

Зона приема может быть еще большей, если снизить требования к надежности качественного приема. Затухание сантиметровых волн, на которых ведется спутниковое вешание, зависит от состояния атмосферы: снег, дождь, туман значительно ослабляют принимаемый сигнал..

Целесообразно рассмотреть некоторые теоретические сведения, которые позволяют оценить возможности приема телевизионных сигналов с ИЗС на основе энергетических соотношений.

Обычно уже известна мощность бортового ретранслятора ИСЗ в виде ЭИИМ в заданном направлении. Например, в системе «Москва» ЭИИМ равна 43 дБВт, а в системе ASTRA (Люксембург) — более 50 дБВт в центре приемной зоны. Приемной зоной считается участок поверхности Земли, на границах которого уровень сигнала уменьшается на 3 дБ по сравнению с центром.

Затухание сигнала в свободном пространстве L (дБ) определяется по формуле

46.jpg

В интервале частот 11...12 ГГц затухание сигнала достигает 205...207 дБ. Причем для обеспечения необходимого количества приема в течение 99% времени при расчетах необходимо увеличить затухание на 4...5 дБ (с учетом действия атмосферных осадков).

Усиление параболической антенны G (дБ) вычисляют по выражению

47.jpg

где D — диаметр приемной антенны; Ка — коэффициент использования поверхности (КИП) зеркала антенны (обычно среднее значение равно 0,6).

Следовательно, уровень мощности сигнала Рс (дБВт) на входе приемника можно найти по следующему соотношению:

Pс = ЭИИМ - L + G.

Если известна плотность потока мощности сигнала у поверхности Земли, то мощность сигнала определяют умножением этой плотности потока на эффективную площадь поверхности зеркала параболической антенны.

Приемные спутниковые установки имеют полосу пропускания 25...37 МГц. Они оборудованы входными малошумящими усилителями с температурой шума Тш 120...130 К и

48.jpg

антеннами, температура шума которых равняется 50...70 К. Зная суммарную шумовую температуру и полосу пропускания, можно определить мощность шума Рш (Вт) на входе приемника:

49.jpg

Сужением полосы злоупотреблять не следует, так как при ее уменьшении до 12...14 МГц и меньше начинает исчезать звуковое сопровождение, сигнал которого обычно передается на поднесушей частоте 5,5...8,0 МГц. Затем пропадает цветность, поднесущие сигналов которой находятся в интервале 4,2...4,5 МГц, и, наконец, существенно теряется четкость с появлением других искажений.

Сигнал, принятый антенной космической станции, поступает на входное устройство (1), в качестве которого на ИСЗ применяют усилители на малошумящих лампах бегущей волны (ЛБВ) или транзисторах. В смесителе (2) с помощью гетеродина осуществляется преобразование принятого сигнала в сигнал промежуточной частоты, который усиливается в устройстве (3) (рис. 4.7).

На бортовом ретрансляторе космической станции могут использоваться устройства разделения, коммутации, объединения сигналов (4), цель которых — подавать сигналы, адресованные тем или иным земным станциям, на передающие антенны с соответствующей зоной обслуживания. Коммутация сигналов может осуществляться в пределах как одного ствола, так и нескольких стволов.

Стволом ретранслятора или земной станции спутниковой связи называют приемопередающий тракт, в котором радиосигнал (радиосигналы) проходит через общие усилительные элементы (общий выходной каскад передатчика) в некоторой

выделенной стволу общей полосе частот. Очевидна некоторая условность такого определения, во всяком случае для земных станций. Так, несколько стволов могут иметь общие элементы — антенну, волноводный тракт, малошумяший входной усилитель. С другой стороны, на земной станции полоса одного ствола может разделяться фильтрами для последующего детектирования сигналов от различных земных станций, проходящих через общий ствол ИСЗ.

Более четкое значение понятия «ствол» сохраняется для бортового ретранслятора. Диапазон частот, в котором работает система связи, принято разделять на некоторые участки полосы (шириной 35...40, 80...120 МГц), усиление сигналов в которых осуществляется отдельным трактом — стволом. В настоящее время вместо понятия «ствол» используют определение «транспондер».

Число транспондеров, одновременно действующих на ИСЗ, составляет обычно от 6 до 12, достигая на наиболее мощных ИСЗ нескольких десятков. Сигналы этих транспондеров разделяются по частоте, пространству и поляризации. Числом транспондеров, их полосой пропускания и ЭИИМ определяется в основном важнейший суммарный показатель ИСЗ — его пропускная способность, т. е. число организуемых через ИСЗ каналов — телефонных и радиотелевизионных. Пропускная способность, по существу, является характеристикой системы, а не ИСЗ.

Пропускная способность транспондера ИСЗ зависит в некоторой степени не только от основных показателей — полосы пропускания и ЭИИМ, но и от других параметров, определяющих искажения передаваемых сигналов — линейности амплитудной характеристики, величины AM — ФМ преобразования и др. Эти параметры влияют на взаимные помехи между сигналами различных земных станций, на достоверность приема сигналов и тем самым на энергетические потери, обусловленные прохождением сигналов через неидеальный тракт бортового ретранслятора ИСЗ.

После коммутатора (4) сигнал поступает на усилитель (2), смеситель (5), на оконечный усилитель мощности (6) и передающую антенну. На схеме не показаны резервные элементы и устройства переключения на резерв. Эти устройства достаточно сложны, поскольку степень резервирования различна для каждого элемента тракта в зависимости от его надежности, важности для жизнеспособности ИСЗ, продолжительности срока службы (рис. 4.7).

В околоземном пространстве на высотах ГСО спутник подвергается воздействию ряда факторов космической среды, сокращающих срок его службы. В самых трудных условиях эксплуатируются устройства, элементы и материалы, расположенные вне герметичных отсеков на внешней поверхности ИСЗ. Приборы, находящиеся внутри ИСЗ (в гермо-

контейнерах), главным образом «атакует» проникающая радиация — корпускулярные излучения большой энергии: космические лучи, в частности тяжелые ядра. Наиболее интенсивными первичными факторами, влияющими на внешнюю поверхность ИСЗ и его работоспособность, являются космический вакуум, потоки плазмы, корпускулярные и магнитные излучения, микрометеориты. Они способствуют созданию собственной атмосферы ИСЗ и его электризации на ГСО.

Собственная атмосфера возникает из-за изменения космического вакуума самим ИСЗ за счет эрозии материалов с негерметизированных поверхностей спутника, неизбежных утечек газа и его конденсата из герметизированных отсеков, выхлопных продуктов ракетных двигателей (газы, частицы несгоревшего топлива).

Собственная атмосфера изменяет физические и химические характеристики космического пространства вблизи ИСЗ. Кроме того, ионы, атомы и молекулы собственной атмосферы, осаждаясь на внешних поверхностях функциональных элементов бортовой аппаратуры, образуют пленку загрязнения, которая под воздействием ультрафиолетового излучения Солнца, потока частиц (протонов, электронов и т. п.), тепла может увеличиться. В результате создаются специфические условия для работы аппаратуры ИСЗ или отдельных его узлов, как правило, нарушающие ее нормальное функционирование. Это касается бортового радиоэлектронного оборудования, установленного в негерметизированных отсеках или на внешней поверхности ИСЗ. Характеристики элементов солнечных батарей ухудшаются из-за деградации в структуре полупроводников, появляющейся вследствие их бомбардировки электронами и протонами космического пространства. На ГСО основной причиной снижения характеристик элементов батарей является «бомбардировка» их протонами, причем наибольшая интенсивность воздействия наблюдается во время вспышек на Солнце. Поскольку вспышки носят циклический характер, реальный срок службы солнечных элементов зависит от времени запуска ИСЗ. Для защиты от радиации солнечных элементов их, например, покрывают жидким кварцем или микропленкой с добавкой церия.

На высотах ГСО на поверхности ИСЗ накапливается электрический заряд, создающий разность потенциалов до 20 кВ, которая может вызвать пробой или образование электрической дуги в вакууме, так как многие материалы не могут выдерживать такие большие напряжения. Эти явления в свою очередь, приводят к возникновению электромагнитных помех в различных электрических цепях ИСЗ, которые воздействуют как на входное приемное оборудование, так и непосредственно на цепи коммутации и управления. Наблюдались случаи полного выхода из строя полупроводниковых

элементов. Кроме того, явления, связанные с возникновением электрической дуги между отдельными частями ИСЗ, приводят к термическому разложению теплозащитного покрытия, т. е. испарению или выгоранию материала.,(алюминия), входящего в состав покрытия, к загрязнению поверхности ИСЗ продуктами испарения, дополнительно нарушая нормальное функционирование светочувствительных приборов ориентации и датчиков давления.

Для устранения воздействия электризации ИСЗ на работу его оборудования принимают следующие конструктивно-технологические меры: заземляют все узлы оборудования и кабелей на основную несущую платформу; в конструкции ИСЗ выбирают правильное сочетание металлических и диэлектрических поверхностей с точки зрения равномерного распределения потенциалов по всей поверхности; уменьшают площади диэлектрических материалов на внешней поверхности ИСЗ или применяют специальные прозрачные и проводящие покрытия; уменьшают число различных отверстий и щелей в конструкции для ограничения проникновения зарядов внутрь корпуса ИСЗ, тщательно экранируют электронные цепи от воздействия электрических и магнитных полей в широком частотном и амплитудном интервалах; разрабатывают электронные схемы, устойчивые к воздействию широкого спектра электромагнитных помех.

На борту любого спутника имеются двигательные установки, которые по командам оператора с Земли стабилизируют его положение на орбите. Срок эксплуатации спутника ограничен количеством горючего для двигателей коррекции, которое он может взять с собой на борт. В зависимости от типа спутника его «жизнедеятельность» составляет от 7 до 12...15 лет. По истечении этого периода на остатках горючего по команде с Земли спутник выводится на так называемую «кладбищенскую орбиту».

Эта орбита находится примерно на 200 км выше геостационарной. Здесь отработавшие спутники уже не представляют опасности для действующих ИСЗ на ГСО. Кроме того, находясь на новой орбите, спутники постепенно удаляются от Земли, тогда как находясь на орбите ниже геостационарной, они приближались бы к нашей планете.

Однако не всегда причиной «гибели» спутника бывает окончание запаса горючего. Например, 17 ноября 1995 г. в 17 ч 25 мин по московскому времени ракетой-носителем «Протон» с космодрома Байконур был выведен на ГСО спутник ГАЛС-1. На его борту были установлены два ретранслятора мощностью 85 и 45 Вт. К сожалению, передатчик мощностью 85 Вт не выдержал тестовых испытаний и вышел из строя. Зрители программы «НТВ-Плюс» так и не услышали новостей с орбиты, хотя планируемый срок работы ретранслятора на ИСЗ составлял 7,5 лет.

зоны обслуживания спутником ТВ-САТ

Изображение: 

постоянная Боьцмана

Изображение: 

расчет от поверхности земли

Изображение: 

структурная схема бортового ретранслятора

Изображение: 

схема расположения спутников на геостационарной орбите над европой

Изображение: 

схема солнечной батареи

Изображение: 

формула расчета

Изображение: 

фото спутника ТВ

Изображение: 

фотография солнечных батарей на спутнике

Изображение: 

5. ФИКСИРОВАННЫЕ И ВЕЩАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ.

Глава 5

ФИКСИРОВАННЫЕ И ВЕЩАТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

Спутниковые системы, передающие радиотелевизионные программы, можно разделить на две службы: фиксированную спутниковую (ФСС) и вещательную спутниковую (ВСС).

ФСС — служба радиосвязи между земными станциями (называют телепорт), расположенными в определенных, фиксированных пунктах, при использовании одного или нескольких спутников. К ФСС относят также фидерные линии, по которым осуществляется подача программ в телепорт.

При передаче радиотелевизионных программ с помощью систем ФСС различают прямое и косвенное распределение программ. В случае прямого распределения программы подают от ФСС непосредственно на наземные вещательные станции без каких-либо промежуточных распределительных систем. В случае косвенного распределения программы поступают от земных станций ФСС для дальнейшего распределения по наземным сетям (радиорелейные линии и кабельные магистрали) к различным наземным вещательным станциям, работающим в диапазонах MB и ДМВ.

Из российских к службе ФСС относятся системы «Экран» и «Москва», которые начали работать в 1976 и 1980 гг. соответственно. На ГСО используются спутники типа ГОРИЗОНТ и ЭКСПРЕСС. Из зарубежных к ФСС относятся спутники организаций INTELSAT, EUTELSAT, ASTRA с аналогичными названиями.

Мощность передатчиков на спутниках ФСС меньше (например, спутники ГОРИЗОНТ имеют мощность ретранслятора 40 Вт и коэффициент усиления передающей антенны ИСЗ — 30 дБ), чем передатчиков спутников ВСС (до 100...120 Вт и более). Такие сигналы обычно не принимаются (или плохо принимаются) на индивидуальные приемные установки, так как для обеспечения высокого качества приема необходима аппаратура более высокой стоимости и сложности. Вот почему некоторые владельцы спутниковой аппаратуры с достаточно высокими ее параметрами для индивидуального приема, добиваясь тщательной ориентации антенны на спутник, не могут получить изображение на экране телевизора с хорошим качеством.

В качестве примера можно привести прием на территории Республики Беларусь программы НТВ со спутника ГОРИЗОНТ-35 (80° Е) и других ИСЗ этой серии. Стабильность положения таких ИСЗ на ГСО ниже, чем для спутников ВСС, так как прием должен обеспечиваться с помощью антенн диаметром 2.5...3 м и более. В результате после точной ориентации на спутник владелец аппаратуры замечает, что примерно через 4 ч качество приема снижается и возникает необходимость в новой корректировке антенны на этот ИСЗ. Некоторые радиолюбители для бесперебойного приема этой программы устанавливают две антенны с разной ориентацией на спутник. В случае ухода ИСЗ из «поля зрения» первой антенны осуществляется переход на вторую.

Следует отметить, что успехи развития техники сверхвысоких частот в последнее время позволяют создавать относительно простые и недорогие телевизионные установки с антеннами приемлемых размеров для индивидуального приема не только ВСС, но и фиксированной службы. Это привело к тому, что многие телезрители в разных странах приобретают приспособления для приема телевизионных программ со спутников ФСС, не имея для этого формального права. Поэтому некоторые владельцы телевизионных программ, которые передаются спутниками ФСС, зашифровывают свои передачи. Их прием возможен только после приобретения специального дешифровального приспособления и оплаты за прием.

ФСС работает в различных частотных диапазонах (С и Ки), однако для нас интерес представляют спутники ФСС, которые работают на частотах, смежных с частотами ВСС (11,7...12,5 ГГц). Это полосы частот 10,7...11,7 и 12,5...12,75 ГГц. В Европе на этих частотах работают передающие телевизионные программы ИСЗ Международной организации спутниковой связи INTELSAT, Европейская организация для спутниковой связи EUTELSAT, национальные спутники или ИСЗ, принадлежащие коммерческим организациям TELECOM (Франция), KOPERNIKUS (Германия), ASTRA (Люксембург).

Каждый спутник ВСС имеет несколько передатчиков-ретрансляторов, а спутники ФСС — до десяти и более ретрансляторов, передающих одновременно множество программ. В настоящее время передающая часть станций ФСС строится по принципу «много программ на одну несущую», что позволяет более экономно расходовать энергетический

и частотный ресурс транспондера. Большинство ретрансляторов имеет ограниченную зону обслуживания, поэтому не все программы можно принимать на территории Республики Беларусь (например, передачи со спутника KOPERNIKUS и др.).

К ФСС необходимо отнести многофункциональную спутниковую радиовещательную систему для стран СНГ, которая принята в эксплуатацию 1 октября 1996 г. Международная телерадиокомпания «Мир» была создана для обеспечения объективной информацией о суверенных государствах и сохранения информационного пространства. Технической основой для сбора и распространения информации был выбран восточный луч спутника INTELSAT 604 в точке стояния 60° Е.

Сеть сбора новостей работает следующим образом: центральная станция сети постоянно передает из Москвы четыре мультиплексированных канала и одновременно принимает один канал любой из шести земных станций, работающих в режиме передачи и теле- и радионовостей по расписанию. Земные станции, расположенные в Санкт-Петербурге, Алма-Ате, Бишкеке, Баку, Ереване и Минске, передают на центральную станцию свою программу, занимая по очереди одну и ту же частотную позицию. Одновременно они принимают четыре канала от центральной станции в Москве.

Удачное сочетание расположения зоны освещения восточного луча спутника INTELSAT 604, которая покрывает все страны СНГ, и представляемых компанией «Романтис» (Берлин) наиболее передовых технологий в области цифрового теле- радиовещания позволило на более качественном уровне и за короткий срок решить задачу построения системы сбора новостей для телерадиокомпании «Мир». Телевизионные сигналы передаются в цифровом виде по системе MPEG-2.

Рассмотрим устройство приемных установок спутникового телевидения «Экран» и «Москва» в системе ФСС.

Все приемные устройства спутникового телевидения построены по супергетеродинной схеме. Они подразделяются на две группы: установки одно- и двуствольные (одно- или двучастотные), принимающие сигналы только с одного спутника, и устройства, рассчитанные на большое число сигналов с нескольких спутников. В первой группе применяется одинарное преобразование частоты, во второй — двойное. В первом случае промежуточная частота (ПЧ) обычно равна 70 МГц, а полоса пропускания — 25...37 МГц. Во втором случае первая ПЧ может находиться в пределах 0,95... 1,75 ГГц при полосе пропускания 800 МГц. Вторая ПЧ может быть в интервале 70...850 МГц с полосой пропускания, как и в первом случае.

Антенная система кроме элементов конструкции антенны содержит облучатель (активная направленная антенна), узел выбора необходимой поляризации (поляризатор) и устройство наведения на выбранный спутник. Оно содержит механический привод (актуатор) и блок, называемый позиционером, для управления этим приводом.

Наружный блок (конвертер) представляет собой малошумяший усилитель или усилитель-преобразователь колебаний высокой частоты в сигнал ПЧ. Этот блок во всех установках, как правило, расположен на антенне, он часто выполнен в виде единой конструкции с облучателем и поляризатором.

Внутренний блок (приемник спутникового телевидения, или тюнер, или ресивер) для устройств первой группы (с одним преобразованием частоты) содержит усилитель ПЧ, демодулятор частотно-модулированного сигнала, тракты изображения и звука. Для установок второй группы (с двойным преобразованием частоты) — усилитель первой ПЧ, селектор каналов, усилитель второй ПЧ, демодулятор ЧМ сигнала, тракты изображения и звука.

Ремодулятор (формирователь стандартного телевизионного сигнала) обеспечивает получение обычного сигнала в диапазоне MB или ДМВ для подачи на антенный вход телевизора. Он может и отсутствовать, если внутренний блок установлен непосредственно в телевизоре, что уже делают в некоторых отечественных и зарубежных моделях. Для иллюстрации рассмотрим состав различных приемных устройств спутникового телевидения (рис. 5.1).

Установка системы «Экран» рассчитана для работы с одним из двух сигналов с несущими частотами 714 или 754 МГц. Принятый антенной системой (АС) сигнал поступает на малошумящий транзисторный усилитель (МШУ), расположенный непосредственно на антенне. После МШУ частотно-модулированный сигнал через усилитель радиочастоты (УРЧ) с полосовым фильтром поступает на преобразователь, включающий в себя смеситель (См1) и гетеродин (Г1). Преобразованный на частоту 70 МГц сигнал проходит через усилитель промежуточной частоты (УПЧ) на частотный детектор (ЧД). Выделенные после него сигналы изображения и звука приходят раздельно на амплитудный модулятор (AM) и смеситель (См2), на которые воздействуют колебания гетеродина (Г2). Полученные сигналы поступают на сумматор, где и формируется стандартный телевизионный сигнал для подачи на антенный вход телевизора.

51.jpg

Приемная установка «Москва» обеспечивает прием одного канала с центральной частотой 3675 МГц. Ее антенна — параболическое зеркало диаметром 1,5 или 2,5 м со спиральным облучателем для сигналов с круговой поляризацией (рис. 5.2). Наружный блок (усилитель-преобразователь) расположен на волноводном входе облучателя с тыльной стороны зеркала антенны. Он содержит МШУ, полосовой фильтр (ПФ), смеситель (См) с гетеродином (Г) и предварительный усилитель промежуточной частоты (ПУПЧ). Сигналы ПЧ с предварительного усилителя проходят на внутренний блок, состоящий из основного усилителя промежуточной частоты (УПЧ) с фильтром ПЧ, в котором сформирована необходимая полоса пропускания; частотного детектора (ЧА); видеоусилителя (ВУ) и тракта звука, содержащего демодулятор поднесущей звука (ДЗ) с системой обратной связи по частоте.

Рассмотрим более подробно типовую приемную установку для полосы частот 10,95...12,5 ГГц (рис. 5.3). Параболическая антенна (диаметр в зависимости от места расположения установки равен 0,9...1,2 м) принимает сигналы с двумя ортогональными проекциями (Н и V) для систем ФСС, в которых обычно используется линейная поляризация, или левого и правого направления вращения для радиовещательных систем (с круговой поляризацией LZ или RZ). Сигналы с ИСЗ принимаются антенной в интервале частот 10,95...11,7 или 11,7...12,5 ГГц и, пройдя узел выбор поляризации (ВП), поступают на наружный блок.

Наружный блок состоит из широкополосного малошумящего усилителя (МШУ); полосового фильтра помех (ПФ);

балансного смесителя (См1); гетеродина (П), представляющего собой генератор, частота которого стабилизирована диэлектрическим резонатором; предварительного усилителя промежуточной частоты (ПУПЧ). В упрощенных

52.jpg

радиолюбительских конструкциях МШУ и ПФ могут отсутствовать, и передаваемый со спутника сигнал поступает непосредственно на смеситель(См1),расположенный в фокусе зеркала параболической антенны. После первого преобразования принятый сигнал уже в интервале частот 0,95... 1,75 ГГц по коаксиальному кабелю с незначительным затуханием поступает во внутренний блок. Напряжение питания на наружный блок подается через разделительный фильтр

по центральному проводнику того же кабеля с внутреннего блока.

Во внутреннем блоке после основного усиления в усилителе (УПЧ1) осуществляются второе преобразование частоты в смесителе (См2), выбор необходимого канала, демодуляция, разделение видео- и звукового сигналов и перенос их в стандартный телевизионный канал.

Необходимый канал выбирают настройкой гетеродина (Г2) второго преобразователя посредством блока управления (БУ). Гетеродин представляет собой транзисторный генератор высокочастотных колебаний, управляемый напряжением, которое подается на включенный в контур варикап. Этот полупроводниковый диод предназначен для работы в качестве управляемой емкости. Действие его основано на зависимости барьерной емкости от величины приложенного к диоду обратного напряжения.

Тракт второй промежуточной частоты обеспечивает формирование полосы пропускания в фильтре сосредоточенной селекции (ФСС) и дополнительное усиление во втором усилителе промежуточной частоты (УПЧ2). В тракт обязательно входит эффективная система автоматической регулировки усиления (APУ) с глубиной регулировки усиления 25...30 дБ. Такой большой диапазон регулировки усиления необходим для того, чтобы установка могла хорошо работать в любых условиях приема, характеризующихся разными диаметрами приемных антенн, длинами соединительных кабелей между наружным и внутренним блоками, уровнями электромагнитных сигналов в данной местности с различных ИСЗ.

Демодуляция сигнала обычно осуществляется в синхронном фазовом детекторе (СФД), который состоит из основных узлов (рис. 5.4): фазового детектора (ФД); частотно-модулированного генератора (ЧМГ); устройства управления (УУ), включающее в себя специальный фильтр и видеоусилитель; входного видеоусилителя (BУ).

После устройства СФД (см. рис. 5.3) следует фильтр (Ф), разделяющий сигналы изображения и звукового сопровождения. В тракт изображения входят устройство привязки уровня, восстанавливающий контур системы предыскажений и устройство регулировки выходного уровня в усилителе видеосигналов (BY).

Тракт звука содержит смеситель с гетеродином, усилитель ПЧ и частотный детектор ДЗ. На частоту поднесущей настраиваются изменением частоты гетеродина. Для улучшения помехоустойчивости тракт звука охвачен цепью обратной связи по частоте или включает в себя СФД.

В зарубежных спутниковых приемных установках широко используются специальные модули, реализующие функции отдельных узлов внутреннего блока, таких, как селектор каналов, синхронный фазовый детектор, тракт звука, формирователь радиосигнала. Большое внимание уделяется сервисным функциям: автоматическому выбору нужного канала и поляризации, управлению положением антенны. Во всех установках предусмотрен пульт дистанционного управления (ПДУ).

К ВСС относится служба радиосвязи, где сигналы космических станций предназначены для непосредственного приема населением. При этом непосредственным считается как индивидуальный, так и коллективный прием. В последнем случае программа вешания доставляется индивидуальным абонентам с помощью той или иной наземной системы распределения — кабельной или эфирной — передатчиком небольшой мощности. Заметим, что термин «радиовещание» объединяет как телевизионное, так и звуковое вещание. Определенная таким образом радиовещательная спутниковая служба включает в себя не все виды систем спутникового вещания, а только те из них, которые предназначены для приема на сравнительно простые и недорогие приемные установки, но с более низким качеством, чем этого требуют магистральные линии подачи программ на наземные вещательные станции.

Такой тип вешания называется НТВ (непосредственное телевизионное вещание). Соответствующий английский термин — DTH (Direct-To-Home, что означает «прямо домой»). Такое сокращение и такой тип вешания повсеместно используются на Западе. Проблемам DTH и соответствующей аппаратуре будут посвящены последующие разделы этой книги.

Для DTH необходим следующий минимальный комплект аппаратуры (рис. 5.5). Это прежде всего параболическая антенна, в фокусе которой установлены малошумяший усилитель и преобразователь частот, а также специальный приемник.

53.jpg

54.jpg

Малошумящий преобразователь (внешний блок) обычно обозначают как LNB (Low Noise Blockonvertor). Он усиливает и конвертирует принимаемый сигнал в другой частотный диапазон — тот, в котором работает спутниковый приемник.

блок схема

Изображение: 

минимальный комплект аппратуры для приема спутникового ТВ

Изображение: 

структурная схема приемной установки

Изображение: 

структурная схема фазового детектора

Изображение: 

6. ПРИЕМНЫЕ СПУТНИКОВЫЕ АНТЕННЫ.

Глава 6 ПРИЕМНЫЕ СПУТНИКОВЫЕ АНТЕННЫ

 

6.1. Параболические антенны

6.1. Параболические антенны

Прием сигналов спутникового телевидения осуществляется специальными приемными устройствами, составной частью которых является антенна. Для профессионального и любительского приемов передач с ИСЗ наиболее популярны параболические антенны, благодаря свойству параболоида вращения отражать падающие на его апертуру параллельные оси лучи в одну точку, называемую фокусом. Апертура — это часть плоскости, ограниченная кромкой параболоида вращения.

Параболоид вращения, который используется в качестве отражателя антенны, образуется вращением плоской параболы вокруг ее оси. Параболой называется геометрическое место точек, равноудаленных от заданной точки (фокуса) и заданной прямой (директрисы) (рис. 6.1). 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 F следующие: (р/2, 0). Начало координат (точка 0) называется вершиной параболы.

По определению параболы отрезки MF и РМ равны. Согласно теореме Пифагора MF^2 =FK^2+ MK^2. В то же время FK = = х - р/2, КМ = у и РМ = х + р/2, тогда (х - р/2)^2 + у^2 = (х + р/2)^2.

Возводя в квадрат выражения в скобках и приводя подобные члены, окончательно получаем каноническое уравнение параболы:

у^2 = 2рх, или у = (2рх)^0.5. (6.1)

По этой классической формуле сделаны миллионы антенн для приема сигналов спутникового телевидения. Чем же заслужила внимание данная антенна?

6-11.jpg

Параллельные оси параболоида, лучи (радиоволны) от спутника, отраженные от апертуры к фокусу, проходят одинаковое (фокусное расстояние). Условно два луча (1 и 2) падают на площадь раскрыва параболоида в разных точках (рис. 6.2). Однако отраженные сигналы обоих лучей проходят к фокусу F одинаковое расстояние. Это означает, что расстояние A+B=C+D. Таким образом, все лучи, которые излучает передающая антенна спутника и на которую направлено зеркало парабо

6-12.jpg

лоида, концентрируются синфазно в фокусе F. Этот факт доказывается математически (рис. 6.3).

Выбор параметра параболы определяет глубину параболоида, т. е. 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 является более удобной и амплитудное распределение становится более равномерным. Так, при диаметре апертуры 1,2 м и параметре 200 мм глубина параболоида равна 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 считается вариант, когда параметр несколько больше, чем радиус апертуры.

Спутниковая антенна — единственный усиливающий элемент приемной системы, который не вносит собственных шумов и не ухудшает сигнал, а следовательно, и изображение. Антенны с зеркалом в виде параболоида вращения делятся на два основных класса: симметричный параболический рефлектор и асимметричный (рис. 6.4, 6.5). Первый тип антенн принято называть прямофокусными, второй — офсетными.

6-13.jpg

6-14.jpg

Офсетная антенна является как бы вырезанным сегментом параболы. Фокус такого сегмента расположен ниже геометрического центра антенны. Это устраняет затенение полезной площади антенны облучателем и его опорами, что повышает ее коэффициент полезного использования при одинаковой площади зеркала с осесимметричной антенной. К тому же, облучатель установлен ниже центра тяжести антенны, тем самым увеличивая ее устойчивость при ветровых

нагрузках.

Именно такая конструкция антенны наиболее распространенна в индивидуальном приеме спутникового телевидения, хотя в настоящее время используются и другие принципы построения наземных спутниковых антенн.

Офсетные антенны целесообразно использовать, если для устойчивого приема программ выбранного спутника необходим размер антенны до 1,5 м, так как с увеличением общей площади антенны эффект затенения зеркала становится менее значительным.

Офсетная антенна крепится почти вертикально. В зависимости от географической широты угол ее наклона немного

6-15.jpg

меняется. Такое положение исключает собирание в чаше антенны атмосферных осадков, которые сильно влияют на качество приема.

Принцип работы (фокусировки) прямофокусной (осесимметричной) и офсетной (асимметричной) антенн показан на рис. 6.6.

Для антенн особое значение имеют характеристики направленности. Благодаря возможности использовать антенны с высокой пространственной избирательностью осуществляется прием спутникового телевидения. Важнейшими характеристиками антенн являются коэффициент усиления и диаграмма направленности.

Коэффициент усиления параболической антенны зависит от диаметра параболоида: чем больше диаметр зеркала, тем выше коэффициент усиления.

Зависимость коэффициента усиления параболической антенны от диаметра приведена ниже.

6-16.jpg

Роль коэффициента усиления параболической антенны можно проанализировать с помощью электрической лампочки (рис. 6.7, а). Свет равномерно рассеивается в окружающее пространство, и глаз наблюдателя ощущает определенный уровень освещенности, соответствующий мощности электролампочки.

6-17.jpg

Однако если источник света поместить в фокус параболоида с коэффициентом усиления 300 раз (рис. 6.7, б), его лучи после отражения поверхностью параболоида окажутся параллельны его оси, а сила цвета будет эквивалентна источнику мощностью 13 500 Вт. Такую освещенность глаз наблюдателя воспринять не может. На этом свойстве, в частности, основан принцип работы прожектора.

Таким образом, антенный параболоид, строго говоря, не является антенной в ее понимании преобразования напряженности электромагнитного поля в напряжение сигнала. Параболоид — это лишь отражатель радиоволн, концентрирующий их в фокусе, куда и должна быть помешена активная антенна (облучатель).

Диаграмма направленности антенны (рис. 6.8) характеризует зависимость амплитуды напряженности электрического поля Е, создаваемого в некоторой точке, от направления на эту точку. При этом расстояние от антенны до данной точки остается постоянным.

Увеличение коэффициента усиления антенны влечет за собой сужение главного лепестка диаграммы направленности, а сужение его до величины менее 1° приводит к необходимости снабжать антенну системой слежения, так как геостационарные спутники совершают колебания вокруг своего стационарного положения на орбите. Увеличение ширины диаграммы направленности приводит к снижению коэффициента усиления, а значит, и к уменьшению мощности сигнала на входе приемника. Исходя из этого, оптимальной шириной главного лепестка диаграммы направленности яв-

6-18.jpg

ляется ширина в 1...2° при условии, что передающая антенна спутника удерживается на орбите с точностью ±0,1°.

Наличие боковых лепестков в диаграмме направленности также снижает коэффициент усиления антенны и повышает возможность приема помех. Во многом ширина и конфигурация диаграммы направленности зависят от формы и диаметра зеркала принимающей антенны.

Самой важной характеристикой параболической антенны является точность формы. Она должна с минимальными ошибками повторять форму параболоида вращения. Точность соблюдения формы определяет коэффициент усиления антенны и ее диаграмму направленности.

Изготовить антенну с поверхностью идеального параболоида практически невозможно. Любое отклонение от реальной формы параболического зеркала от идеальной влияет на характеристики антенны. Возникают фазовые ошибки, которые ухудшают качество принимаемого изображения, снижается коэффициент усиления антенны. Искажение формы происходит и в процессе эксплуатации антенн: под воздействием ветра и атмосферных осадков; силы тяжести; как следствие неравномерного прогрева поверхности солнечными лучами. С учетом этих факторов определяется допустимое суммарное отклонение профиля антенны.

Качество материала также влияет на характеристики антенны. Для изготовления спутниковых антенн в основном используют сталь и дюралюминий.

Стальные антенны дешевле алюминиевых, но тяжелее и больше подвержены коррозии, поэтому для них особенно важна антикоррозийная обработка. Дело в том, что в отражении электромагнитного сигнала от поверхности участвует очень тонкий приповерхностный слой металла. В случае повреждения его ржавчиной значительно снижается эффективность антенны. Стальную антенну лучше сначала покрыть тонким защитным слоем какого-нибудь цветного металла (например, цинка), а затем покрасить.

С алюминиевыми антеннами этих проблем не возникает. Однако они несколько дороже. Промышленность выпускает и пластиковые антенны. Их зеркала с тонким металлическим покрытием подвержены искажениям формы за счет различных внешних воздействий: температуры, ветровых нагрузок и ряда других факторов. Существуют сетчатые антенны, устойчивые к ветровым нагрузкам. Они имеют хорошие весовые характеристики, но плохо зарекомендовали себя при приеме сигналов Ки-диапазона. Такие антенны целесообразно использовать для приема сигналов С-диапазона.

Параболическая антенна на первый взгляд кажется грубым куском металла, но тем не менее она требует аккуратного обращения при хранении, транспортировке и монтаже. Любые искажения формы антенны приводят к резкому снижению ее эффективности и ухудшению качества изображения на экране телевизора. При покупке антенны необходимо обратить внимание на наличие искажений рабочей поверхности антенны. Иногда бывает, что при нанесении антикоррозийных и декоративных покрытий на зеркало антенны ее «ведет» и она приобретает форму пропеллера. Проверить это можно, положив антенну на ровный пол: края антенны везде должны касаться поверхности.

Зависимость коэффициента усиления параболической антенны от диаметра

Изображение: 

Рис. 6.1 Определение основных параметров параболы и фокусного расстояния

Изображение: 

Рис. 6.3 Сходимость лучей в фокусе параболоида вращения

Изображение: 

Рис. 6.4 Внешний вид конструкции осесимметричной параболической антенны

Изображение: 

Рис. 6.5 Вид сбоку конструкции офсетной параболической антенны

Изображение: 

Рис. 6.6 Пояснение принципа фокусировки параболических антенн

Изображение: 

Рис. 6.7 Пояснение значения коэффициента усиления параболической антенны

Изображение: 

Рис. 6.8 Диаграмма направлеенности антенны

Изображение: 

6.2. Изготовление параболической антенны

6.2. Изготовление параболической антенны

В промышленных условиях параболоид вытягивается из дюралюминиевого или стального листа с помощью мощных гидравлических прессов. К другой разновидности относятся параболоиды, изготовленные из пластических масс методом литья с последующей металлизацией поверхности напылением. В любительских условиях использовать оба метода

6-21.jpg

практически невозможно. Однако в специальной литературе неоднократно были описаны достаточно простые технологии изготовления самодельных параболоидов методом выклейки стеклотканью по шаблону с последующей оклейкой металлической фольгой. В тех же источниках приведены готовые таблицы вычисленных координат параболы одного определенного параметра, что позволяет избавиться от несложного, но громоздкого расчета. Если окажется, что целесообразно использовать параболу с другим значением параметра, такой расчет можно выполнить по формуле (6.1).

Можно доверить расчет параболоида и электронно-вычислительной машине (ЭВМ). В табл. 6.1 приведен результат расчета самой выгодной формы параболоида, сделанный с помощью ЭВМ. Здесь значения абсциссы Х (согласно рис. 6.9) заданы через 5 мм в интервале 0...1000 мм. Соответственно значениям Х в средней колонке приведены значения ординат Y. Результаты расчетов параболоида Yinv по значениям Х и Y приведены в правой колонке. Расчет сделан для фокусного расстояния 750 мм, которое обычно выбирается в пределах 0,2...0,4 от диаметра параболоида.

По координатам (табл. 6.1) из стального листа толщиной 4...5 мм изготавливается лекало-шаблон (рис. 6.10). К нему прикручиваются угольники (ребра) жесткости. Приваривать их к шаблону с помощью сварки нежелательно, так как при охлаждении металла могут нарушиться размеры лекала.

6-22.jpg

Лекало закрепляется в точке А на мощном поворотном устройстве (рис. 6.11) на конических подшипниках. Одна обойма подшипника закрепляется к полу (6), а другая — к потолку (3). Соединяются они с помощью оси, в центре которой установлено лекало. Оно находится на расстоянии 70...80 мм от пола (если шаблон разместить ниже, то неудобно будет работать).

Пространство от пола до лекала заполняется кирпичами или камнями, а верхний слой изготавливается из армированного стальным проводом бетона.

6-23.jpg

6-24.jpg

6-25.jpg

6-26.jpg

Поворачивая шаблон, выравнивают верхний слой раствора. Добавляют немного сильного раствора, который состоит из цемента и мелкого гравия с песком (1:1). Перед смешиванием песок желательно просеивать через сито. Пo мере усадки нижнего слоя периодически добавляют новый раствор. Бетонная глыба имеет обратную форму параболы, поэтому она должна быть сделана с точностью до 0,5 мм.

Через одну-две недели поверхность глыбы шлифуют наждачной бумагой и покрывают парафином, устраняя небольшие неровности. Затем всю поверхность обмазывают воском или маслом и легко полируют. После такой обработки форма готова для формирования первой антенны-параболы.

6-27.jpg

Изготавливать форму-глыбу из гипса нежелательно, так как он очень быстро застывает. Форму можно делать из дерева (фанерных шайб), однако это более трудоемко. Подготовив форму, лекало и ось удаляют из центра. Следующий этап — наклейка антенны.

В качестве арматуры для антенны используют стеклоткань или другую плотную и гладкую ткань. Парабола клеится эпоксидной или полиэфирной смолой, или синтетическим столярным клеем. Клеящее вещество наносят тонким слоем на бетонную форму с помощью кисточки или пульверизатора. При этом эпоксидная смола должна быть перемешана с отвердителем. В этот раствор желательно добавить заполнитель, который предупреждает стекание смолы (например, мелко нарезанный порошок пенопласта). Затем на бетонную форму накладывают первый слой ткани (лучше цельный кусок на всю поверхность). Снова намазывают клей и накладывают второй слой, но уже из более грубой ткани. Так, не давая засохнуть нижним слоям, накладывают 3...5 слоев ткани.

Затем приступают к изготовлению восьми радиальных и двух окружных ребер жесткости. Первое окружное делают по краю антенны, второе (диаметром примерно 1000 мм) — накладывают посередине. Ребра жесткости делают из пластин пенопласта, ширина и высота которых равна 100 мм, длина — 300 мм. Куски пенопласта приклеивают по окружности и радиусам. Через окружное ребро твердости заворачивают лишние края ткани и тем самым формируют красивый бортик антенны.

Радиальные и центральные ребра жесткости оклеивают двумя-тремя слоями стеклоткани. В перекрестьях радиальных ребер с центровым необходимо вклеить кусочки дерева размером 50 х 50х 50 мм. На следующем этапе к ним будет крепиться антенна с площадкой поворотного механизма.

Металлические детали и ребра жесткости заклеивать в конструкцию антенны нежелательно, так как у металла и эпоксидной смолы разные коэффициенты расширения. После отвердения клея, через сутки-двое, антенну снимают с формы, обезжиривают поверхность и начинают самую ответственную операцию — оклейку фольгой отражающей поверхности. Зеркало параболы изготавливают из полосок алюминиевой фольги, которую приклеивают только медленно засыхающим клеем БФ-2. Ширину фольги подбирают экспериментально. Наклеивать полоски нужно очень аккуратно: чем меньше складок, тем лучше будет отражение принимаемого сигнала. В процессе клейки фольги следует быть осторожным, так как можно порезать пальцы.

В фокусе осесимметричной антенны устанавливают конвертер. Чтобы неподвижно поддерживать его в этой точке, в конструкции антенны предусматривают дополнительное приспособление (рис. 6.12). Приспособление для крепления головки изготавливают из трех дюралюминиевых трубок, которые прикручивают к металлической шайбе с отверстием в центре для головки. По краям параболической антенны трубки закрепляют уголками. Точки крепления дюралюминиевых трубок размещают через 120° по поверхности антенны.

Необходимо точно вычислить и затем обозначить крестиком центр параболоида. Параболоид устанавливают строго горизонтально и отвесом центрируют центр фокусной шайбы на трех дюралюминиевых трубках. Шайба должна находиться за фокусом на расстоянии 3...5 см от действительного фокуса. Это необходимо для свободного движения конвертера, настройки на наибольший сигнал.

6-28.jpg

Форму для выклейки параболических антенн меньшего диаметра (1,0..Л,2 м) можно сделать другим способом. Рекомендуется такая последовательность изготовления формы.

Из стальной проволоки диаметром 4...5 мм делают каркас (рис. 6.13: точками обозначены места сварки элементов каркаса). Меридиональные (продольные) ребра каркаса предварительно изгибают по простейшему шаблону из толстой фанеры. Кривую для изго-

6-29.jpg

товления шаблона можно построить на миллиметровой бумаге как эквидистанту(равноотстоящую) с зазором 20...25 мм относи тельно профиля па раболоида, рассчи танного по фор муле (6.1) при фо кусном расстоянии F = 450 мм. Затем каркас обтягивают мелкоячеистой сет кой, закрепив ее проволокой.

Далее изготав ливают лекало-шаб лон (рис. 6.14) из листового дюралю миния или стали толщиной 4...5 мм;

ось — из латуни или дюралюминия; втул ку — из стали. Отверстие во втулке и ось шаблона изготавливают с допуском, обеспечивающим скользящую посадку по второму-третьему классу. Например, при диаметре оси 30 мм допуски для втулки и оси равны соответственно +0,021 и - 0,021 мм.

6-210.jpg

Перед заливкой горки в каркас вставляют соосно и фиксируют втулку шаблона (рис. 6.15). Каркас заливают раствором из малоусадочного цемента или смесью песка с жидким стеклом. При этом необходимо дать возможность схватиться нижним слоям раствора. Толщина купола готовой формы не должна превышать 20...25 мм, иначе она будет долго сохнуть. Верхний слой купола формируют, соскабливая шаблоном лишний, не совсем застывший раствор (рис. 6.16).

После высыхания формы в течение нескольких дней на ее поверхности могут появиться тре

6-211.jpg

6-212.jpg

щины. Их замазывают раствором эпоксидной смолы с наполнителем и снова выравнивают шаблоном. После полного высыхания поверхность зачищают мелкой наждачной бумагой.

Рис. 6.10 Конструкция лекало-шаблона для изготовления параболической антенны

Изображение: 

Рис. 6.11 Конструкция поворотного устройства для изготовления параболической антенны

Изображение: 

Рис. 6.12 Конструкция приспособления для крепления конвертера в фокусе осесимметричной антенны

Изображение: 

Рис. 6.13 Конструкция каркаса из стальной проволоки для изготовления параболической антенны

Изображение: 

Рис. 6.14 Конструкция лекало-шаблона и втулки

Изображение: 

Рис. 6.15 Установка втулки в каркас для изготовления параболической антенны

Изображение: 

Рис. 6.16 Формирование купола с помощью лекало-шаблона

Изображение: 

Рис. 6.9 Расчет формы параболоида вращения

Изображение: 

Таблица 6.1. (окончание)

Изображение: 

Таблица 6.1. (продолжение 1)

Изображение: 

Таблица 6.1. (продолжение 2)

Изображение: 

Таблица 6.1. Размеры параболоида в декартовой системе координат (диаметр 2000 мм, фокус 750 мм)

Изображение: 

6.3. Плоские и сферические спутниковые антен

6.3. Плоские и сферические спутниковые антенны

В настоящее время в спутниковом непосредственном телевизионном приеме (СНТП) в качестве антенн наиболее широко применяются два основных параболоида вращения:

осесимметричный и офсетный. Трудоемкость изготовления параболического отражателя вынудила искать альтернативные конструкции антенн, более технологичных в производстве и самостоятельном изготовлении. К таким конструкциям относится плоский зональный отражатель Френеля (рис. 6.17).

Огюстен Жан Френель (1788—1828), французский физик, один из основателей волновой оптики, в процессе изучения дифракции света использовал метод разделения фронта волны на кольцевые зоны, названные впоследствии его именем.

Зональная антенна Френеля (ЗАФ) по принципу действия существенно отличается от обычно используемых антенн, содержащих в основе параболический отражатель. Описание антенны и методика ее расчета составлены В. Никитиным (Москва) и автором данной книги.

Антенный отражатель Френеля представляет собой проводящие концентрические кольцевые поверхности, расположенные в одной плоскости. Под воздействием падающей волны электромагнитного поля согласно принципу Гюйгенса каждое кольцо становится источником вторичного излуче-

6-31.jpg

6-32.jpg

ния, которое направлено в разные стороны в отличие от параболоида вращения, отражающего все лучи в направлении фокуса. Можно подобрать такую ширину каждого кольца зональной антенны и расстояние между ними, чтобы сигналы вторичного излучения от средних линий каждого кольца в определенной точке пространства совпадали по фазе. Для этого достаточно, чтобы расстояния между средними линиями колец и указанной точкой отличались на длину

волны сигнала — lв. Эту точку по аналогии с параболоидом можно назвать фокусом. В фокусе, как и в параболической антенне, находится облучатель.

На рис. 6.18 показано сечение (вид сбоку) верхней части центрального диска антенны и первого кольца. Если в качестве фокуса выбрана точка, которая находится на расстоянии f от плоскости с кольцами, то сигналы, излученные серединами колец, будут совпадать по фазе в фокусе при следующих значениях расстояний между краями колец и фокусом:

6-33.jpg

Сигналы, излученные серединой колец, оказываются в фазе с сигналом, излученным центром диска. Расфазировка между сигналами, излученными кромкой диска и его центром, а также кромками колеи и их серединой, составляет всего 1/4 длины волны.

Таким образом, расчет ЗАФ сводится к выбору места расположения фокуса F на воображаемой оси антенны, т. е. расстояния f от полотна антенны, и вычислению внутренних и наружных радиусов колец в зависимости от длины волны л, ретранслятора по формуле (6.2). Расстояние f не критично

и его выбирают в пределах 500...1000 мм (для антенн больших диаметров).

Сигналы, которые излучают края колеи, отличаются по фазе от сигналов, которые излучает окружность (находится в середине кольца), обеспечивающая синфазность. Широкие кольца обеспечивают широкополосность антенны. В связи с тем, что радиусы колеи ЗАФ зависят от длины волны сигнала, может показаться, что антенна является узкополосной и для каждой частоты (или длины волны) спутникового транспондера понадобятся соответствующие размеры колец. Однако расчеты показывают, что это не так.

Если радиусы колец рассчитаны для средней частоты диапазона 10,7...11,7 ГГц (длина волны 26,8 мм) или 11,7...12,5 ГГц (длина волны 24,8 мм), то для минимальной и максимальной частот диапазонов те окружности, которые соответствуют равенству фаз сигналов, будут располагаться на поверхности колец.

В табл. 6.2, 6.3 приведены результаты расчета размеров ЗАФ для указанных диапазонов частот. В формулу (6.2) последовательно подставляли в качестве значения n орядковые номера радиусов (четные номера соответствуют внутренним радиусам, нечетные — наружным, a r1— радиусу центрального диска). Расстояние f от центрального диска до фокуса F выбрано равным 1000 мм. Ширина колец уменьшается равнозамедленно. Радиолюбителю не обязательно изготовлять ЗАФв полном объеме. В случаях, когда в месте приема используется параболическая антенна диаметром 90 см, в конструкции ЗАФ можно ограничиться пятью кольцами (пятому кольцу соответствуют радиусы г10 и r11). При этом для диапазона частот 10,7...11,7 ГГц диаметр ЗАФ равен 1098 мм, для 11,7...12,5 ГГц — 1024 мм.

Таблица 6.2

6-34.jpg

6-35.jpg

6-36.jpg

Если рассчитать радиусы колеи для средней длины волны всего вещательного диапазона Ки (10,7...12,75 ГГц), на его краях эти «синфазные» окружности выходят за пределы поверхности колец. Поэтому на краях такого широкого диапазона синфазного сложения сигналов не получается.

6-37.jpg

В результате расчета получают радиусы «синфазных» окружностей, где п—номер кольца. Центральному диску соответствует n = 1. Ширину выбирают произвольно. На практике можно изготовить центральный диск радиусом 50 мм, а ширину каждого кольца взять равной 20 мм. В этом случае синфазная окружность находится примерно в середине кольца.

Зональная антенна плоская по форме, поэтому она значительно технологичнее в любительских условиях изготовления. Такая антенна может быть выполнена из большого куска фольгированного пластика или методом травления, или путем вырезания промежутков между кольцами. Ее также можно изготовить наклейкой колец из фольги или ровной жести на лист гетинакса, текстолита, оргстекла, древесно-волокнистого полотна (ДВП). Для снижения ветровой нагрузки в диэлектрическом основании антенны просверливают произвольное количество отверстий.

Основным недостатком зональной антенны по сравнению с параболической такого же диаметра является меньший коэффициент усиления, так как не вся энергия сигнала, попадающая на полотно антенны, направляется к облучателю. В условиях слабого сигнала потеря усиления даже на 2 дБ приводит к поражению сигнала шумами и потере цветности. Для компенсации недостатка коэффициента усиления ЗАО необходимо увеличивать диаметр полотна антенны, хотя при достаточной мощности спутникового ретранслятора и больших углах места (меньше влияют тепловые шумы Земли) для данной точки приема такая антенна обеспечивает хорошие результаты.

Закрепить конвертер в фокусе ЗАФ можно тем же способом, что и для прямофокусной параболической антенны (см. рис. 6.12).

Ряд зарубежных фирм производит плоские антенны, которые представляют собой систему из большого количества излучателей (простейших полуволновых вибраторов). Они расположены во много рядов и этажей, соединенных между собой фидерными линиями. Такая конструкция плоской антенны называется антенной решеткой (АР).

Точки питания вибраторов в этажах и рядах соединены таким образом, что принятые каждым вибратором сигналы складываются в фазе. В точках питания АР мощность сигнала равна сумме мощностей, принятых всеми вибраторами. В

этих же точках находятся входные клеммы приемной части устройства (конвертера), куда поступает принятый решеткой суммарный по мощности сигнал.

Например, для частоты 12 ГГц синфазная решетка состоит из 2304 полуволновых вибраторов, размешенных в 48 рядов и 48 этажей. Такая решетка имеет размеры 600 х 600 мм, ширина ее диаграммы направленности в обеих плоскостях по половинной мощности составляет 4,2° без учета ее сужения за счет диаграмм направленности вибраторов. Конструктивно решетку можно выполнить известным печатным способом путем травления фольгированного пластика. Однако фольгированные гетинакс или текстолит, даже стеклотекстолит непригодны из-за чрезмерно больших потерь в диапазоне сантиметровых волн. Наполнитель стеклотекстолита (стекловолокно) характеризуется хорошими электрическими свойствами, но связующее звено, которым является фенолформальдегидная смола, в этом диапазоне имеет чрезмерно большое значение угла потерь tgВ. Лучше использовать фторопласт или ударопрочный полистирол, а также органическое стекло.

Плоские антенны очень технологичны в производстве, а синфазная решетка имеет дополнительные преимущества по сравнению с зональной антенной Френеля, так как не нуждается в облучателе и ее выходные клеммы можно расположить в плоскости самой антенны. Сложность использования синфазной решетки заключается в необходимости такого соединения вибраторов с клеммами антенны, чтобы принятые всеми вибраторами сигналы поступали к выходу антенны с одинаковой фазой.

Фирма «Blaupunkt» выпускает квадратную планарную антенну, в которой вибраторы расположены в одной плоскости (рис. 6.19). Радиоволны через диффузное (пористое) синтетическое покрытие попадают на металлические элементы-облучатели, напыленные на тонкопленочные подложки. Алина этих элементов кратна длине волны принимаемого сигнала и все они синфазно подключены к направленным на конвертер собирательным шинам, которые сведены к центру квадрата.

При соответствующих размерах синфазной АР и количестве вибраторов коэффициент усиления такой плоской решетки может быть не ниже, чем у антенны с параболическим отражателем. Это связано с тем, что у синфазной решетки узкая диаграмма направленности, так как в фазе складываются только сигналы, поступающие к решетке перпендикулярно ее плоскости.

Кроме того, достоинствами плоских антенн являются возможность их изготовления методами печатного монтажа,

6-38.jpg

что обеспечивает высокую воспроизводимость параметров;

снижение на 10...30% ветровой нагрузки по сравнению с параболическими антеннами; простота перевозки, хранения

и установки.

Если фазы всех излучателей плоской АР равны, то суммарный луч диаграммы направленности расположен перпендикулярно плоскости антенны (рис. 6.20).

Однако если ввести в фидерные линии синфазной АР фазовращатели (ФВ) и менять фазу сигнала в каждом излучателе, то в определенном (заданном) направлении сигналы придут в фазе и усилят друг друга. Такая антенная

решетка называется фазированной (ФАР). Диагональ антенны расположена перпендикулярно поверхности земли (рис. 6.21; 6.22).

В технологии решетки заложена возможность установки управляемых ФВ одновременно с излучающими элементами. В устройстве фазовращателя используются полупроводниковые диоды, или варакторы.

В зависимости от количества принимаемых с различных спутников программ количество ФВ может равняться 12 или 24. Система фазоврашателей из 12 диодов может вести прием в секторе ±8°, система из 24 диодов — в секторе ±16°.

В фазоврашателях используют интегральные микросхемы (ИМС). Таким образом, возможна распайка ФВ на той же печатной плате, где вытравлены излучатели.

В настоящее время внимание к АР значительно возросло в связи с достижениями в области изготовления печатных плат и созданием новых высококачественных диэлектрических материалов с малым углом потерь. Относительная простота их изготовления в заводских условиях обеспечивает производство большого количества антенных элементов и всех фидерных линий в едином технологическом цикле.

Отличием ФАР от используемых сегодня параболоидов вращения является микросекундное переключение луча на нужный спутник, в то время как в электромеханических системах с параболическим зеркалом этот процесс занимает десятки секунд и даже несколько минут.

Конвертер, прикрепленный к обратной стороне плоской печатной антенны, не затеняет апертуру. Невосприимчивость к воздействию прямых солнечных лучей, ветра и дождя гарантирует качественную работу конвертера в сложных климатических условиях.

Плоская форма и сравнительно небольшие габариты антенны (например, 65 х 65 см) не нарушают эстетичного внешнего вида здания и при ее установке не требуют согласования с архитектурными организациями.

Внедрение ФАР открывает новые, удобные для пользователя режимы работы (автопоиск спутников с последующим запоминанием координат и мгновенное переключение на нужный спутник), что в свою очередь позволяет использовать их в СНТВ, устанавливаемых на подвижных объектах.

Сегодня эксплуатируется еще один вид спутниковой антенны — сферическая спутниковая антенна. Она имеет оригинальную конструкцию: шарообразная линза из диэлектрика, фокусирующая сигнал со спутника на концентрическую с фокальной плоскостью (рис. 6.23).

6-39.jpg

6-310.jpg

Работа антенны аналогична процессу видения боковым зрением. Ведь мы видим не только то, что находится перед нами, но и в значительном секторе как по горизонтали (90...940), так и по вертикали (70...770).

По конструкции сферическая антенна напоминает планету Сатурн, на поясе (кольце) которой (фокальная плоскость) укреплено несколько конвертеров. Сферическая антенна многоспутниковая. Это означает, что на одну такую антенну одновременно можно принимать сигналы нескольких спутников, находящихся на разных позициях ГСО. При этом необходимо установить на кольце сферической антенны конвертеры для каждого выбранного спутника.

Одна сферическая антенна диаметром 1,0...1,5 м может заменить семь-восемь параболических антенн соответствующих размеров, охватывая по азимуту сектор до 90...1250 и по углу места — 40...600.

Следует отметить, что сферическая антенна не требует позиционера и опорно-поворотных устройств (ОПУ).

Экспериментальные образцы сферических антенн производят ряд зарубежных фирм и российская фирма «Конкур».

6-311.jpg

К расчету антенны Френеля

Изображение: 

К расчету антенны Френеля

Изображение: 

Рис. 6.17 Схематическое изображение зональной антенны Френеля

Изображение: 

Рис. 6.18 Определение фокусного расстояния зональной антенны Френеля

Изображение: 

Рис. 6.19 Квадратная планарная спутниковая антенна, диаграмма направленности синфазной антенной решетки

Изображение: 

Рис. 6.21 Внешний вид плоской фазированной спутниковой антенны

Изображение: 

Рис. 6.22 Фазированная антенная решетка с электронным сканированием луча

Изображение: 

Рис. 6.23 Принцип фокусировки сферической антенны

Изображение: 

Таблица 6.2 Плоская зональная спутниковая антенна (окончание)

Изображение: 

Таблица 6.2 Плоская зональная спутниковая антенна

Изображение: 

Таблица 6.3 Плоская зональная спутниковая антенна

Изображение: 

6.4. Опорно-поворотные устройства

6.4. Опорно-поворотные устройства

Для точной ориентации параболической антенны на ИСЗ в ее конструкции необходимо предусмотреть поворотные механизмы, которые позволяют изменять положение антенны по горизонтали и вертикали, жестко фиксировать выбранное направление (рис. 6.24 — 6.30).

Стойку антенны сваривают из стальных труб и обязательно закрепляют на фундаменте. При большом диаметре параболоида «ветровое» давление на его зеркало может достигать нескольких сот килограммов. Для обеспечения

6-41.jpg

6-42.jpg

6-43.jpg

6-44.jpg

6-45.jpg

устойчивости и работоспособности антенны при скорости ветра до 25...30 м/с опорная стальная труба должна иметь диаметр 90...100 мм и толщину стенки 4...5 мм (высота трубы — 1,2...2,0 м). Основание и раскосы для трубы лучше всего изготавливать из стального швеллера, ширина полки которого 40...50 мм. Для изготовления других силовых элементов конструкции (азимутальной втулки, угломестной рамы и других узлов) целесообразно использовать стальной уголковый прокат. Неподвижные соединения деталей из стали лучше делать электросваркой, что уменьшит люфты.

6-46.jpg

6-47.jpg

Чтобы знать, на какой спутник в данный момент ориентирована параболическая антенна, необходимо оснастить ее указателями поворота. Если антенна хорошо видна, можно установить на ней достаточно большие шкалы, показывающие углы поворота и подъема. Если такой вариант нецелесообразен, можно сделать электронное устройство управления антенной (рис. 6.31; 6.32).

В качестве датчиков углов поворота антенны используются обычные переменные резисторы (например, типа СП-1). Номиналы их сопротивлений не критичны. Они не обязательно должны быть одинаковыми, но их линейная характеристика должна быть типа А.

В качестве индикаторов используются миллиамперметры со стрелкой посередине. Калибровку показаний осуществляют следующим образом (рис. 6.32). Параболическую антенну устанавливают так, чтобы она приняла горизонтальное положение, и резистором R3 выставляют на «ноль» стрелку прибора РА1. Затем антенну поворачивают на 25°, чтобы она приняла вертикальное положение, и устанавливают стрелку прибора на крайнее деление шкалы. При этом резистор R5 находится в среднем положении.

Для регулировки горизонтального поворота антенну устанавливают в южном направлении. При этом резистор R6 на антенне также находится в среднем положении. Резистором R2 устанавливают на «нуле» стрелку прибора РА2. Поворачивают антенну на 90° и резистором R4 устанавливают стрелку прибора на крайнее деление шкалы.

Ручные механизмы для наведения параболической антенны часто представляют собой конструкцию типа «винт — качающаяся гайка» (рис. 6.33; 6.34).

6-48.jpg

На одном конце ходового винта на ОПУ шарнирно закреплена втулка (4), допускающая безлюфтовое вращение в ней винта (3). Гайка (5), через которую проходит винт (3), также выполнена в виде шарнира, установленного на другом элементе конструкции ОПУ, при повороте винта смещающейся (поворачивающейся) относительно элемента с прикрепленной к нему втулкой (4). Шарниры (2) позволяют изменить угловое положение ходового винта (3) при изменении взаимного положения узлов ОПУ (6), на которых шарнирно закреплены гайка (5) и втулка (4) механизма. Механизм наведения приводится в движение с помощью рукоятки (1).

6-49.jpg

 

Рис. 6.24 Конструкция поворотного устройства параболической антенны

Изображение: 

Рис. 6.25 Конструкция опорной стойки-мачты антенны

Изображение: 

Рис. 6.26 Конструкция обоймы оси вертикального поворота антенны

Изображение: 

Рис. 6.27 Конструкция обоймы оси горизонтального поворота антенны

Изображение: 

Рис. 6.28 Конструкция рамы повротного механизма

Изображение: 

Рис. 6.29 Конструкция кронштейна для начальной установки вертикального уклона антенны

Изображение: 

Рис. 6.32 Принципиальная электрическая схема идикатора угла поворота и подъема антенны

Изображение: 

Рис. 6.33 Конструкция механизма наведения антенны типа "винт - качающаяся гайка"

Изображение: 

Рис. 6.34 Параболическая антенна с ручным механизмом наведения типа "винт - качающаяся гайка"

Изображение: 

7. НАВЕДЕНИЕ АНТЕННЫ НА СПУТНИК.

Глава 7

НАВЕДЕНИЕ АНТЕННЫ НА СПУТНИК

Оптимальное место установки спутниковой антенны — балкон или лоджия со свободным обзором в южном направлении, т. е. без затеняющих предметов (например, зданий или деревьев), на воображаемой линии, соединяющей антенну и спутники. Установить ее можно также на стене около окна, на крыше, на глухом участке стены. В сельской местности антенну часто устанавливают непосредственно на земле (рис. 7.1).

Желательно, чтобы антенна находилась вблизи телевизора, а место ее установки было доступно для владельца. Это значительно облегчает обслуживание антенны, а также прокладку соединяющего их фидера. Нельзя устанавливать антенну под крышей, так как прием слабого сигнала с передатчика ИСЗ окажется невозможным.

Когда антенна должна принимать телевизионные передачи со многих спутников, необходимо учесть то, что с Юга должны просматриваться Запад и Восток на угол 65°. В этом 130-градусном угле и находятся крайние спутники. В простейшем случае углы отклонения от Юга на Запад и Восток можно измерить транспортиром. Его прикладывают к вертикальному штырю или отвесу и просматривают над транспортиром местность — нет ли препятствия. Измерение выполняют точнее с помощью теодолита или угломерных приборов.

Географический Юг определяют только при солнечной погоде в точный временной полдень. Точное время полдня зависит от географического расположения населенного пункта и ряда других факторов. Например, время полдня для Минска — 12 ч 54 мин...13 ч 22 мин.

Для определения направления на Юг на горизонтальной плоскости, выверенной по уровню, устанавливают по отвесу

71.jpg

вертикальный штырь и следят за его тенью, отмечая ее длину (рис. 7.2). Наиболее короткой тень бывает в истинный полдень, когда она направлена на Север. В связи с тем что вблизи полдня длина тени изменяется мало, отмечают две равноудаленные от штыря точки конца тени и проводят между ними линию Север — Юг.

Далее устанавливают строго вертикально (по отвесу) опорную трубу. Антенну поворачивают на Юг так, чтобы полярная ось ОПУ и ось параболы лежали в меридиональной плоскости, проходящей через ось опорной трубы и отмеченным штырьками направлением на Юг (рис. 7.2). Антенну жестко собирают и закрепляют в выбранном для установки месте. Следует учесть, что при настройке антенну придется немного поворачивать в вертикальной и горизонтальной плоскостях, поэтому окружающие предметы не должны препятствовать этому движению. С особой осторожностью необходимо обращаться с зеркалом антенны, так как малейшие его деформации могут привести к резкому снижению качества принимаемого сигнала.

При установке приспособления для крепления конвертера металлические трубки равномерно закрепляют на краях параболы, чтобы не деформировать зеркало антенны (рис. 7.3). Конвертер в держателе ориентируют соединителем вниз, чтобы снизить вероятность проникновения воды внутрь конвертера. Желательно предусмотреть влагозащитную петлю (рис. 7.3).

Полезно подумать и о заземлении антенны.

72.jpg

73.jpg

74.jpg

Если она не заземлена, это может привести к выходу из строя конвертера под воздействием статического электричества или выгоранию входного высокочастотного тракта приемной установки из-за удара молнии. И то и другое происходит очень редко, но вероятность таких аварий существует. Обычно в центре параболической антенны просверливают отверстие и с помощью болта и гайки с шайбами прикручивают провод заземления диаметром 4...6 мм (рис. 7.4). Далее провод соединяют с за-землителем, в качестве которого могут использоваться трубы, кусок металла, лист жести, находящиеся на глубине 1,5...2 м. Если держатель конвертера не металлический, то к корпусу LNB присоединяют провод для снятия электростатических зарядов. Антенны, установленные на балконах, лоджиях, стенах зданий, не требуют дополнительного заземления, так как здания, как правило, оснащены автономным заземлением. В тех случаях, когда заземление необходимо (антенна установлена на возвышенности и рядом нет высоких сооружений, оснащенных заземлением), дополнительно устанавливают молние-

75.jpg

76.jpg

77.jpg

отвод — металлический штырь, который должен возвышаться на 1,5...2 м над антенной. Это лучший способ защиты антенны от молнии, он не требует заземления спутниковой антенны.

Антенна должна быть оснащена юстировочным устройством для точного наведения на ИСЗ по двум координатам:

азимуту и углу места (рис. 7.5).

Угол места — это угол между направлением на спутник и плоскостью горизонта. Азимут — отклонение спутника от направления на Север и плоскостью горизонта (по часовой стрелке).

Геостационарные ИСЗ размещены на круговой орбите, плоскость которой совпадает с экваториальной плоскостью Земли и характеризуется одной координатой — восточной или западной долготой.

Линии широты и долготы используются для описания места установки приемной спутниковой антенны (рис. 7.6, 7.7).

Если бы точка приема находилась на экваторе, ориентировать антенну на спутник можно было бы 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 углами места и азимутами. Зная достаточно точно долготу ИСЗ и координаты точки приема (широту и долготу), можно вычислить необходимое направление антенны на этот спутник по азимуту и углу места.

Тем не менее абсолютно точно определить нужное направление антенны на спутник невозможно из-за неточности известных координат наземной точки приема и отсчета азимутального направления антенны (при использовании компаса возникают ошибки из-за наличия магнитного склонения и влияния магнитных масс), а также неточностей выполнения антенного отражателя и установки облучателя.

Ширина главного лепестка диаграммы направленности параболоида очень мала. Без предварительного определения необходимого направления антенны на спутник методом вычисления практически невозможно «поймать» его сигнал, а после ориентирования по результатам вычислений следует осуществить тонкую юстировку направления антенны непосредственно по приему сигнала спутникового ретранслятора.

Направление антенны на спутник путем вычисления азимута А и угла места М оси параболоида определяют в следующем порядке. Сначала вычисляют разность долгот:

78.jpg

где в1 — долгота точки приема (см. табл. 7.1); (в2 — долгота спутника (см. рис. 4.3).

Здесь значения долготы следует подставлять с учетом знака (при западной долготе — с отрицательным знаком, при восточной — с положительным).

Затем определяют угловое расстояние между точкой приема и положением спутника над экватором:

С = arccos (cosв cosu).

Здесь (u — северная широта точки приема. Рассчитывают азимут А направления антенны на спутник:

A=180±arctg(в)/sin(u)

Здесь знак плюс используется, когда спутник расположен западнее точки приема, а минус — когда он восточнее.

Угол места М направления антенны над горизонтальным направлением вверх вычисляют по формуле

М=arctg(cosC-0,15105)/sinC

В табл. 7.1 указано географическое положение некоторых населенных пунктов Республики Беларусь. Координаты точки приема используют с максимальной точностью. Большие города, например Минск, достаточно протяженные, поэтому координаты 53°54'северной широты и 27°30'восточной долготы относятся только к телевизионной башне на набережной реки Свислочь. Для других районов Минска эти координаты будут усредненными и могут привести к неточностям в расчетах. Координаты точки приема можно определить по топографической карте.

79.jpg

710.jpg

711.jpg

Для оперативного определения угла места и азимута направления наземной антенны на ИСЗ можно воспользоваться рис. 7.8. На диаграмме приняты следующие обозначения: (uо — географическая широта точки размещения наземной спутниковой антенны (вверх от 0 — северная широта, вниз — южная); d долгота установки антенны; d0 — положение ИСЗ на ГСО (см. рис. 4.3); d-d0 — координаты

подспутниковой точки.

Для ориентации антенны на спутники НОТ BIRD, EUTELSAT II F1 (d=13°Е) в Минске вначале определяют координаты под-спутниковой точки:

d-d0=27°-13°=14°30'.

Получилось положительное значение координаты под-спутниковой точки, поэтому на диаграмме его откладывают по линии d-d0 вправо от точки 0. Затем по линии (u0 вверх от точки 0 откладывают значение 54° северной широты. На пересечении пунктирных линий, проложенных от этих координат, определяют азимут. По диаграмме он равен 200°.

Для определения угла места от точки азимута необходимо вправо (так как значение подспутниковой точки явля-

712.jpg

ется положительным) провести кривую до пересечения с линией отсчета углов места. Получаем значение угла места 28°.

Если вычислять азимут и угол места по приведенным выше формулам, получим следующие значения: А = 197,77° и М= 27,14°.

Из этого следует, что точное значение А и М по приведенной диаграмме определить практически невозможно. Однако пользоваться диаграммой необходимо, так как установщик антенны знает направление ориентации на выбранной ИСЗ. Более точной ориентации антенны на ИСЗ можно достигнуть при включенном комплексе спутниковой аппаратуры по наибольшему принимаемому сигналу (наилучшее качество изображения и звука для этой точки приема).

В комплект спутниковой антенны кроме параболического отражателя входят системы подвески и крепления антенны.

В соответствии с типами этих систем спутниковые антенны подразделяются на азимутальные и полярные. Азимутальные антенны способны настраиваться на выбранный спутник и жестко фиксироваться. Полное точное название этого типа подвески — азимутально-угломестная, так как ориентирование антенны (поворот антенны) осуществляется по двум координатам: по азимуту и углу места.

Отличительная особенность этого способа ориентирования состоит в том, что для поворота по азимуту антенна вращается вокруг оси, расположенной перпендикулярно относительно поверхности Земли, которая называется азимутальной осью ОПУ антенны. На любой широте точки приема, за исключением северного и южного полюсов, азимутальная ось пересекает плоскость экватора и соответственно плоскость ГСО под острым углом. Это приводит к тому, что каждому спутнику, находящемуся на ГСО, соответствуют для данной точки приема персональные значения азимута и угла места направления антенны. В случае переориентации антенны с одного спутника на другой приходится изменять направление антенны по азимуту и углу места. Поэтому в данной системе антенна поворачивается в горизонтальной плоскости (по азимуту) электродвигателем с редуктором и в вертикальной плоскости (по углу места) вторым электродвигателем с редуктором (см. рис. 6.24—6.31).

Все геостационарные спутники находятся на одной линии, которая представляет собой окружность. Поэтому есть возможность вести ориентацию антенны только по одной кривой с помощью одного поворотного устройства. Для этого антенна должна вращаться по азимуту не вокруг вертикальной азимутальной оси, а вокруг дополнительной оси, параллельной оси вращения Земли, которая соединяет северный и южный географические полюсы. В связи с тем что в направлении оси вращения Земли находится Полярная звезда, эта дополнительная ось называется полярной осью.

Эта система ориентации подвески была изобретена для астрономических приборов. Она позволяет принимать сотни телевизионных программ с различных ИСЗ (рис. 7.9).

Для полярной ориентации необходимы механизмы вертикальной оси и поворота антенны по углу места, но они используются только один раз, при установке антенны. В дальнейшем переориентирование антенны с одного спутника на другой осуществляется только поворотом вокруг полярной оси.

Поскольку оси вращения Земли и полярная ось в подвеске антенны разнесены в пространстве на расстояние, соизмеримое с радиусом Земли (6366 км) и с радиусом геостационарной орбиты (35 786 км), возникает принципиальная ошибка

713.jpg

способа ориентации (к тому же Земля не имеет идеальную шарообразную форму).

Если зеркало антенны установлено на подвеске так, что главный лепесток диаграммы направленности перпендикулярен полярной оси подвески, то в процессе вращения зеркала относительно полярной оси он будет параллельным плоскости экватора и никогда не пересечет орбиту спутников-ретрансляторов. Для настройки антенны на геостационарную орбиту главный лепесток ДН необходимо опустить на угол a называемый углом склонения (деклинации). Корректирующий угол деклинации рассчитывают по формуле

а = arctg( sinu)/(6,618 -cosu)

где (u — значение географической широты в точке приема. Коррекция положения антенны по углу деклинации является дополнительной и постоянной для данного географического региона (табл. 7.2). Очевидно, что угол а при размещении антенны на полюсе будет максимальным и равным 8°40'. По мере приближения к экватору угол а уменьшается до нуля, если антенна находится в одной меридиональной плоскости со спутником Земли (рис. 7.10).

714.jpg

715.jpg

716.jpg

717.jpg

На ГСО (см. рис. 4.3) положение некоторых спутников обозначено с долями градуса. Например, спутник KOPERNIKUS имеет координаты 23,5°Е (один градус делится на 60 мин, т. е. одна десятая градуса составляет 6 мин). Таким образом, 23,5° необходимо читать как 23°30'.

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

55°42'36" = 55 + 42/60 + 36/3600 = 55,71°.

Все сказанное выше об угле деклинации относится к осесимметричной параболической антенне. Угол ее наклона к горизонту зависит в первую очередь от географической широты места установки антенны (рис. 7.11). Чем севернее место установки антенны, тем меньше будет ее наклон к горизонту. Чем южнее установлена антенна, тем больше будет ее наклон к горизонту. В африканских странах антенны

718.jpg

расположены почти горизонтально. Например, в Конго, где проходит линия экватора, антенна «лежит» горизонтально. Такая чаша собирает попадающие в нее осадки и антенна перестает работать. Поэтому в странах, которые находятся вблизи линии экватора, устанавливают параболические антенны с множеством отверстий на зеркале.

Используются и офсетные антенны, угол наклона которых зависит не только от географической широты, но и от конструкции антенны. Приближенно можно считать, что положение офсетной антенны на территории Республики Беларусь должно быть близко к вертикальному. Для осесимметричной антенны угол склонения лежит в пределах 6...7°.

К месту установки антенны необходимо подвести электропитание, включить ресивер и малогабаритный телевизор. Если антенна установлена на балконе или лоджии, в этом нет необходимости, так как все и так под рукой. Если антенна находится на крыше, туда следует провести удлинитель электросети для подключения ресивера и телевизора. Это необходимо, так как в процессе ориентирования антенны на ИСЗ нужно хорошо видеть экран с места установки антенны.

Если ориентировщиков антенны двое, между ними следует установить временную телефонную связь, а спутниковая аппаратура (ресивер, телевизор) остается в квартире.

Настройка антенны на более качественное изображение не всегда дает необходимый результат. Ряд зарубежных фирм производит индикаторы спутникового сигнала, которые стоят довольно дорого. Однако опытные радиолюбители могут изготовить их самостоятельно.

Вычисление разности двух долгот

Изображение: 

Рис. 7.1. Установка офсетной антенны на земле

Изображение: 

Рис. 7.2. Определение точного направления на юг

Изображение: 

Рис. 7.3. Установка осесимметричной параболической антенны

Изображение: 

Рис. 7.4. Заземление параболической антенны

Изображение: 

Рис. 7.5. Определение азимута и угла места

Изображение: 

Рис. 7.6. Условные линии широты и долготы на поверхности земного шара

Изображение: 

Рис. 7.7. Положение спутника HOT BIRD над экватором в позиции 13 град. восточной долготы

Изображение: 

Таблица 7.1. Географическое положение некоторых населенных пунктов Республики Беларусь

Изображение: 

Рис. 7.10. Углы деклинации, места и подъема полярной оси по отношению к подвеске параболической антенны

Изображение: 

Рис. 7.11. Углы подъема спутниковой антенны

Изображение: 

Рис. 7.8 Диаграмма для определения углов направления антенн земных станций на ИСЗ

Изображение: 

Рис. 7.9. Схема полярной ориентации параболической антенны на ИСЗ

Изображение: 

Таблица 7.1. Географическое положение некоторых населенных пунктов Республики Беларусь (окончание)

Изображение: 

Таблица 7.1. Географическое положение некоторых населенных пунктов Республики Беларусь (продолжение)

Изображение: 

Таблица 7.2. Значения углов подъема полярной оси, деклинации и места в зависимости от географической долготы точки приема (в гра

Изображение: 

Таблица 7.2. Значения углов подъема полярной оси, деклинации и места в зависимости от географической долготы точки приема (в гра

Изображение: 

Таблица 7.2. Значения углов подъема полярной оси, деклинации и места в зависимости от географической долготы точки приема (в гра

Изображение: 

8. ПРИЕМНАЯ АППАРАТУРА СПУТНИКОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ.

Глава 8 ПРИЕМНАЯ АППАРАТУРА СПУТНИКОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

8.1. Облучатели и поляризаторы

8.1. Облучатели и поляризаторы

Принимающая головка, находящаяся в фокусе параболического зеркала антенны, состоит из трех частей: облучателя, поляризатора и конвертера (рис. 8.1).

Эти функционально различные блоки конструктивно можно объединить и выполнить в одном корпусе (попарно или все три элемента вместе).

Отраженный параболической антенной сигнал идет на облучатель. Его назначение — передать принятую антенной энергию телевизионного ретранслятора спутника по волноводу к конвертеру.

Облучатель — один из важнейших узлов антенной системы, поэтому к нему предъявляются определенные требования: диаграмма направленности должна быть осесимметричной и без боковых лепестков; облучатель не должен сильно затенять параболическую антенну, так как это приводит к искажению ее диаграммы направленности и снижению коэффициента использования поверхности параболоида вращения.

8-11.jpg

8-12.jpg

Облучателями параболических антенн служат слабонаправленные антенны. Это могут быть рупоры, щелевые антенны, спирали, диэлектрические антенны и др. Наиболее простыми являются облучатели в виде открытого конца волновода — прямоугольного или круглого сечения (рис. 8.2).

Волновод круглого сечения в большей степени удовлетворяет требованиям, предъявляемым к облучателям антенных систем,— диаграмма направленности осесимметрична, в отличие от пирамидального (прямоугольного) волновода.

Конструкции облучателей для осесимметричной и офсетной антенн несколько различаются. Это связано с тем, что параболическая антенна характеризуется отношением ее фокусного расстояния к диаметру параболоида вращения (F/D).

Большинство изготавливаемых сейчас осесимметричных спутниковых антенн имеют параметр F/D примерно 0,3...0,4, а офсетные — порядка 0,5...0,6. В соответствии с этим облучатели для осесимметричных и офсетных антенн изготавливают с разными «углами раскрытия».

В конструкции современных облучателей предусмотрены три металлических кольца для лучшей фокусировки электромагнитных волн и обеспечения более узкой диаграммы направленности антенны. Таким образом, облучатель является направленной антенной, которая установлена в фокусе параболического отражателя (рис. 8.3, 8.4).

Облучатель устанав ливается для более пол ного использования по верхности зеркала и реа лизации максимального коэффициента усиления антенны.

Электромагнитная вол на, распространяющаяся в пространстве от переда ющей антенны спутника до антенны наземной стан ции, характеризуется по ляризацией, т. е. ориента цией вектора напряжен ности электрического по ля Е относительно поверх ности Земли (см. гл. 1, п. 5).

Поляризатор является устройством, которое обе спечивает выбор необходимого вида поляризации принимаемой радиоволны. Обычно поляризатор устанавливается между облучателем и конвертером (рис. 8.5). При сборке важно обеспечить герметичность соединения. Так, например, резиновые прокладки должны точно располагаться в металлических пазах и не иметь перекосов.

По принципу своего действия поляризаторы могут быть механическими, ферритовыми (электромагнитными) и импульсными ферритовыми.

В состав механического поляризатора входит петлеподобный или штыревой проводник (3) (элемент связи с электрическим трактом конвертера) и исполнительный механизм (6) (рис. 8.6). Элемент связи (4) входит в электромагнитное поле волновода и преобразует его энер

8-13.jpg

8-14.jpg

8-15.jpg

гию в электрический ток. Такую же роль выполняет любая телевизионная антенна, которую мы привыкли видеть на крышах зданий или мачтах.

Для того чтобы в элементе связи развивалась максимальная электродвижущая сила, которая в его проводнике создает наибольшее электрическое поле, необходимо придать зонду такое же положение, как и излучателю антенны на спутнике. Соответственно приемная система должна отделять сигналы одной поляризации от другой и принимать их отдельно.

В механических поляризаторах переход с одной поляризации на другую осуществляется повышением напряжения питания от 13 В (V поляризация) до 18 В (Н поляризация). Система с переключением позволяет получать два фиксированных значения поляризации, выбор которой происходит механическим перемещением — поворотом вокруг своей оси элемента связи с помощью шагового электродвигателя. Наличие подвижных элементов снижает надежность механического поляризатора.

В электромагнитном поляризаторе (рис. 8.7) выбор поляризации (рис. 8.8) осуществляется изменением величины тока в катушке (3), намотанной на ферритовый сердечник (2). Надежность такого поляризатора выше, так как отсутствуют подвижные механические детали. К тому же, поляризаторы с токовым управлением позволяют выполнять плавную подстройку поляризации.

Поляризация сигнала, который передается со спутника, строго параллельна (Н) или перпендикулярна (V) поверхнос-

8-16.jpg

8-17.jpg

ти Земли только на долготе самого спутника. Если прием осуществляется более на Восток или на Запад, то из-за кривизны поверхности Земли плоскость поляризации больше наклонена относительно ее поверхности. Чем дальше долгота точки приема находится от долготы спутника, тем этот угол наклона больше. В соответствии с этим поляризатор

размешается под большим или меньшим углом к поверхности Земли.

Подобная проблема возникает в том случае, если антенну устанавливают с позиционированием на несколько спутников. Для каждого ИСЗ угол наклона свой, поэтому и необходима плавная токовая подстройка поляризации. Для каждого спутника выбирают свое значение управляющего тока и угол наклона плоскости поляризации к горизонту.

На европейских спутниках (ASTRA, EUTELSAT и др.) в основном используется линейная поляризация, а на российских (GALS1, GALS2, TDF2) — только круговая. Для приема круговых волн перед поляризатором устанавливают еще один элемент — деполяризатор, который преобразует круговую поляризацию в линейную (рис. 8.9).

Устройство, преобразующее один вид поляризации поля в волноводе круглого сечения (2) в другой, представляет собой отрезок волновода, в котором имеются продольные неоднородности в виде диэлектрических пластин (материал тефлон или др.) (1) и металлических стержней (Н или V). Очевидно, что фазовые скорости волн, у которых векторы f напряженности электрического поля параллельны или перпендикулярны пластинам или стержням, различны.

Пусть в волноводе круглого сечения с продольными неоднородностями распространяется линейно поляризованная волна, у которой вектор Е образует с плоскостью неоднородностей угол 45°. Разложим этот вектор на две составляющие: параллельную и перпендикулярную плоскости неоднородности. На входе деполяризатора обе составляющие поля одинаковые и имеют одинаковые фазы. Если длина, параметры и конфигурации пластин или стержней подобраны таким образом, что на выходе устройства разность фаз между параллельной и перпендикулярной составляющими вектора f равна 90° (3.14/2), то на выходе устройства вместо линейно поляризованного поля получим поле с круговой поляризацией. Это и есть поляризатор 3.14/2. Если в такой поляризатор поступает поле с круговой поляризацией, то оно преобразуется в поле с линейной поляризацией. В зависимости от положения диэлектрической пластины и штырей в волноводе осуществляется преобразование круговой поляризации в вертикальную или горизонтальную.

В ряде случаев при приеме сигналов с обоими видами

8-18.jpg

8-19.jpg

поляризации (линейная с европейских спутников и круговая с российских GALS и TDF2) можно обойтись и без деполяризатора. Однако при этом скажется проигрыш на 3 дБ в уровне кругового сигнала, что соответствует увеличению требуемого диаметра антенны в 1,4 раза. Для трансляций с GALS это не критично, так как на территории Республики Беларусь его сигнал принимается, например, в Минске на «тарелку» значительно меньшего диаметра (0,6...0,9 м), чем сигналы с любого европейского спутника.

Поляризаторы различаются еше и с точки зрения дискретности (прерывистости) изменения поляризации. В механических поляризаторах плоскость поляризации меняется дискретно на 90°. Поляризаторы с токовым управлением позволяют плавно изменять плоскость поляризации.

Существуют также импульсно-ферритовые поляризаторы, в которых поляризационный зонд передвигается с помощью механизма. Для управления этим механизмом к поляризатору посылается последовательность импульсов, длительность которых несет информацию о требуемом положении поляризатора. В таких поляризаторах плоскость поляризации меняется дискретно, но с небольшим шагом дискретизации.

Электромеханические поляризаторы требуют трех управляющих сигналов от ресивера, в то время как магнитным необходимы только два (рис. 8.10).

Преимуществом электромеханических поляризаторов по сравнению с магнитными являются несколько меньшие потери сигнала. Сейчас электромагнитные поляризаторы используются в основном в С/Кu-роторах.

Рис. 8.1. Элементы принимающей головки

Изображение: 

Рис. 8.2. Рупорные облучатели параболических антенн

Изображение: 

Рис. 8.4. Облучатель для Кu - диапазона (полоса частот 10,7-12,75 ГГц)

Изображение: 

Рис. 8.5. Стыковка поляризатора с облучателем

Изображение: 

Рис. 8.6. Конструкция металлического поляризатора

Изображение: 

Рис. 8.7. Поляризаторы с токовым управлением угла наклона плоскости поляризации

Изображение: 

Рис. 8.79. Поперечное сечение круглого волновода с деполяризатором

Изображение: 

Рис. 8.8. Конструкция электромагнитного поляризатора

Изображение: 

Рис. 8.80. Подключение поляризаторов разных типов к ресиверу "Витязь ТСТ-002С"

Изображение: 

8.2. Высокочастотные малошумящие преобразователи

8.2. Высокочастотные малошумящие преобразователи

Кроме облучателя и поляризатора в фокусе приемной параболической антенны устанавливается высокочастотный малошумяший усилитель-преобразователь, так называемый конвертер. В зарубежной литературе по спутниковому телевидению он сокращенно обозначен как LNB (рис. 8.11).

8-21.jpg

Это небольшой электронный блок, который собирает электромагнитный сигнал, отраженный от зеркала антенны, осуществляет его преобразование в более низкочастотный и усиливает его. Необходимость уменьшения частоты принятого сигнала объясняется следующими требованиями.

Наземные антенны спутникового телевидения могут устанавливаться на расстоянии до нескольких десятков метров от ресивера. Для передачи спутникового сигнала необходим специальный кабель с небольшим затуханием на частотах до 2 ГГц. Однако спутники в Ки-диапазоне работают на частотах в 5...6 раз больших. В обычном коаксиальном кабеле, используемом при приеме наземного телевидения в диапазонах MB и ДМВ, сигнал спутникового телевидения полностью рассеивается (поглощается) при длине кабеля около 1 м. Поэтому в приемной аппаратуре спутникового телевидения необходимо предусмотреть такое устройство, которое могло бы снизить частоты сигналов, передаваемых по кабелю от антенны к ресиверу. Таким устройством и является конвертер.

В истории развития конвертеров можно выделить следующие этапы: параметрические усилители, использующие для усиления высокочастотную «накачку»; системы на туннельных диодах; транзисторные усилители. Сегодня наиболее широко используется система третьего типа, так как транзисторные конвертеры отличаются низкой стоимостью, простотой настройки и хорошими техническими характеристиками, особенно когда появились транзисторы на арсениде галлия (GaAs).

Сигнал, отраженный от зеркала параболической антенны, например в полосе частот 10,9...11,7 ГГи, поступает на МШУ (1), состоящий из нескольких транзисторов (рис. 8.12). Такой МШУ может усиливать принятый с ИСЗ сигнал на 30 дБ. Полосно-пропускаюший фильтр (ППФ), или фильтр верхних

8-22.jpg

8-23.jpg

частот (ФВЧ) (2), служит для ослабления шумов зеркального канала и снижения паразитного излучения частоты гетеродина.

Важнейшую роль в устройстве конвертера играют смеситель (3) и гетеродин (4). Последний генерирует сигнал с частотой 10 ГГц, который подается на смеситель (3). В смесителе происходит основное преобразование: из сигнала спутникового телевидения благодаря сигналу гетеродина вычитается 10 ГГи. Результирующий сигнал поступает на усилитель промежуточной частоты (УПЧ) (5) в полосе частот 0,9...1,7 ГГц. В такой полосе сигнал спутникового телевидения можно подавать по кабелю к ресиверу. Однако в каскадах ФВЧ и смесителе было дополнительное затухание сигнала порядка 10...12 дБ. Поэтому перед подачей спутникового сигнала в кабель УПЧ повышает его уровень примерно на 30 дБ.

Конвертер предназначен для установки в фокусе параболической антенны с соотношением F/D, равным 0,2...0,4 (рис. 8.13). Например, фокусное расстояние F = 750 мм, а диаметр D = 2000 мм. В данном случае отношение F/D = 0,375.

СВЧ преобразователь снижает частоту сигналов передатчика спутника в полосе частот 10,95...11,36 ГГц на 10 ГГи и имеет коэффициент шума (Кш) не более 5...6 дБ. По сравнению с Кш конвертеров современных зарубежных фирм это низкий показатель. Однако необходимо учесть то, что этот конвертер предназначен для самостоятельного изготовления опытными радиолюбителями. Низкий Кш можно

компенсировать установкой осесимметричной антенны большого диаметра, например 1,5...2 м.

Преобразователь построен по схеме прямого усиления без предварительного усиления сигнала в полосе частот 10,95...11,36 ГГц. Такая схема тракта весьма проста, а усиление спутникового сигнала приходится на УПЧ в полосе частот 0,95...1,36 ГГи.

Сигнал ПЧ создается в смесительном диоде VD1 типа АА112А, а ответственную роль гетеродина выполняет диод VD3 типа АА703А (или типа АА703Б).

Названия типов диодов расшифровываются следующим образом:

первый элемент названия диода — буква А, это соединения галлия, из которых изготовлен диод;

второй элемент — буква, указывает подкласс полупроводникового прибора: А — диоды СВЧ;

третий элемент — трехзначное число, указывает назначение и качественные особенности полупроводникового прибора, а также порядковый номер разработки: диоды, в шифрах которых есть цифры от 101 до 199,— смесительные диоды СВЧ; диоды, в шифрах которых цифры от 701 до 799, — генераторные диоды СВЧ;

четвертый элемент — буква, которая указывает разновидность типа в названное группе полупроводниковых приборов.

Таким образом, диод типа АА703А — это СВЧ генераторный диод, который изготовлен из соединений галлия. Этот диод является наиболее важной деталью в конвертере. Диоды такого класса носят название диодов Ганна (создан в 1963 году). В отличие от выпрямительных, туннельных и диодов других типов, работа в которых определяется в р-n переходах, принцип действия диодов Ганна обусловлен процессами, возникающими в однородном полупроводнике с электронной проводимостью (без р-n перехода). Диод Ганна имеет динамическое отрицательное сопротивление, которое возникает благодаря объемному эффекту (эффекту Ганна) в таком однородном полупроводнике, поэтому при подключении к резонатору он может генерировать колебания СВЧ. При подключении к диоду высокодобротных резонаторов частота колебаний слабо зависит от напряжения питания диода и его нагрева и в основном определяется настройкой резонатора.

Конвертер работает следующим образом. Сигнал ПЧ через разделительный конденсатор С2 подается на малошумящий транзистор VT1, нагрузкой которого является индуктивность L2. Второй каскад на транзисторе VT2 является

таким же усилителем сигнала ПЧ, как и первый на транзисторе VT1.

Окончательное усиление сигнала ПЧ осуществляется в третьем каскаде на транзисторе VT3 до уровня те менее 25 дБ. Как и в первом каскаде, в усилителях ПЧ на транзисторах VT2 и VT3 в цепи коллектора используются индуктивности L3 и L4. На резисторе R9, установленном в эмиттерной цепи этого транзистора, создается отрицательная обратная связь по постоянному току, которая через резисторы R2, R4, R6 подается соответственно на базы транзисторов VT1...VT3. Резистор R 10 ограничивает величину тока через диод VD2 типа КС162А, предназначенный для двустороннего ограничения напряжения.

Постоянный ток транзисторов VT1...VT3 можно изменять путем подбора сопротивления резисторов R3, R5, R7. Величина тока коллектора определяет шумовые характеристики транзистора. Поэтому необходимо подбирать величину тока для каждого транзистора, что особенно важно для первого каскада усиления на транзисторе VT1. В принципиальной схеме приведены номиналы сопротивлений этих резисторов, которые являются оптимальными для транзисторов типа КТ3115 или КТ3132.

Через индуктивность L1 и резистор R1 протекает постоянный ток сдвига рабочей точки смесительного диода VD2. Контрольная точка КТ1 предназначена для подключения миллиамперметра для измерения величины этого тока.

Через индуктивность L5 протекает ток источника питания (напряжение питания — в пределах +9...15 В), поскольку СВЧ преобразователь питается по тому же коаксиальному кабелю, по которому поступает выходной сигнал ПЧ ко входу ресивера.

Параллельно проходным конденсаторам С4, С8, С13 желательно включить конденсаторы емкостью 4,7 пф (на рис. 8.13 не показаны). Это улучшит блокировку эмиттеров транзисторов VT1...VT3.

В усилителе ПЧ применены следующие радиодетали.

Индуктивности L1 и L5 — катушки из медного провода длиной 65 мм, диаметром 0,1...0,2 мм, намотанного на оправке диаметром 4 мм. Индуктивности L2...L4 — медные посеребренные провода диаметром 1 мм и длиной 10 мм, которые находятся на высоте 2 мм от дна корпуса усилителя.

Конденсаторы С2, С5, СП, С14 типа КД-1; конденсаторы С4, С8, С13 типа КТПМ; конденсаторы С16 типа К53-1 или аналогичный; конденсаторы С1, СЗ, С7, С9, С12, С15 типа КМ-5, у которых при монтаже оставлены минимальные выводы.

Резисторы R2, R4, R6 типа С-23-06 или аналогичные;

резистор R10 типа MAT-0,25, остальные резисторы — типа МЛТ-0,125.

Соединитель XI любого типа для соединения с коаксиальным кабелем с волновым сопротивлением 50 Ом, например СР-50.

Конструкция усилителя ПЧ конвертера может быть выполнена следующим образом. Усилитель помещают в цилиндрический влагонепроницаемый корпус, который изготовлен из тонкой листовой латуни (рис. 8.14).

На рис. 8.15 показан один из вариантов монтажа усилителя ПЧ преобразователя. Радиоэлементы VD1, R3, R5, R7, R8, R9, VD2 находятся с нижней стороны монтажной платы.

На рис. 8.16 схематично показано устройство части СВЧ преобразователя, в котором осуществляются генерации напряжения гетеродина и его смешивание с входным сигналом от передатчика ИСЗ.

Входной сигнал, отраженный от зеркала параболической антенны, поступает в круглый волновод (1), внутренняя поверхность которого должна быть полированной для уменьшения потерь сигнала. Далее сигнал поступает на плавный переход (2) с круглого волновода (1) на прямоугольный (3), который конструктивно состоит из двух симметричных частей. Между этими частями находится медная фольга определенной конфигурации, создающая электрическую линию (4). Эта линия обеспечивает режим холостого хода смесительного диода VD1 (см. рис 8.13) на частоте спутникового сигнала и короткого замыкания на зеркальной частоте, что обеспечивает снижение потерь преобразования.

Сигнал ПЧ с диода VD1 через полосковый фильтр (см. рис. 8.26) поступает на усили

8-24.jpg

8-25.jpg

тель. Фильтр создает короткое замыкание для частот принимаемого сигнала и гетеродина Между двумя фторопластовыми пластинами толщиной 1 мм зажата полосковая линия из медной фольги. Выходы смесительного диода VD1 припаяны к фольге как можно ближе к корпусу диода для уменьшения индуктивности выводов.

С другой стороны прямоугольного волновода (5) находится гетеродин (9) (диод Ганна), закрепленный в резонаторе (7). Питание диода (9) блокировано конструктивным конденсатором (8) (см. рис. 8.24). Цилиндрический резонатор (7) пространственно связан с волноводным отверстием (6).

Внешний вид конструкции СВЧ преобразователя показан на рис. 8.17. Верхняя обкладка блокировочного конденсато-

8-26.jpg

8-27.jpg

8-28.jpg

pa (6) изолирована от крышки резонатора (4) картонной прокладкой. Диод Ганна зажимается винтом (7), который ввинчивается в верхнюю обкладку блокировочного конденсатора. Внутренние поверхности резонатора полируют для повышения качества работы резонатора.

Прямоугольный волновод (рис. 8.18, 8.19) состоит из двух частей (рис. 8.20—8.24). Настройку СВЧ преобразователя начинают с гетеродина. Собирают гетеродин отдельно и подключают к нему регулируемый источник постоянного напряжения 0...12 В. При этом необходимо строго соблюдать полярность — широкий конец диода АА703А должен быть подключен к отрицательной полярности источника питания. Постепенно увеличивая напряжение, контролируют напря-

8-29.jpg

8-210.jpg

8-211.jpg

женность поля около выходного отверстия индикатором, который представляет собой диод сантиметрового диапазона (например, типа АК или ДКВ). К диоду подключают микроамперметр, например магнитофонный индикатор уровня марки М476. Если индикатор не зашкаливает при приближении диода к отверстию резонатора с увеличением напряжения до 12 В, то ко дну резонатора винтом М2 прикрепляют шайбу из фторопласта толщиной 2...3 мм, просверлив в ней отверстие для диода гетеродина.

8-212.jpg

Подбирая толщину или размер фторопластовой шайбы, добиваются устойчивой генерации. Это делают следующим образом: индикатор напряженности ставят вблизи отверстия, со стороны индикатора просовывают отражающую пластину. При этом измеряют расстояние между двумя положениями пластины, при которых показания индикатора изменяются с одного минимума на другой. Это будет половина длины волны в воздухе (для частоты 10ГГц—15мм). Подрегулировать частоту гетеродина можно фторопластовым винтом М5, который завинчивается в крышку резонатора.

После достижения необходимой частоты гете-

8-213.jpg

родин подключают к усилителю ПЧ преобразователя и замеряют ток через диод VD1 типа АА112А. Ток должен быть в пределах 2...5 мА (подключенный к контрольной точке КТ1 индикатор М476 показывает 0 дБ).

Если через транзисторы VT1...VT3 протекает ток и отсутствует генерация (самовозбуждение) усилителя, то усилитель ПЧ преобразователя работоспособен. Потребление тока при напряжении питания 9...12 В составляет не более 350 мА.

Для непосредственного вешания со спутников используются два основных диапазона: С-диапазон (3,5...4,2 ГГи) и Ku-диапазон (10,7...12,75 ГГи). Ки-диапазон условно разбит на три части, которые также называются диапазонами.

Первый диапазон с полосой частот 10,7...11,8 ГГц обозначается FSS (Fixed Satellite Services), второй с 11,8...12,5 ГГц — DBS (Direct Broadcasting Satellite), третий с 12,5...12,75 ГГц — TELECOM.

Конвертеры С-диапазона принимают все сигналы «своей» полосы частот, но они абсолютно не пригодны для приема в Ки-диапазонах. Поэтому для диапазонов С и Ки необходимо использовать разные конвертеры.

Выпускаемые С-диапазонные конвертеры в основном предназначены для профессионального приема. Существуют и С-диапазонные конвертеры для индивидуального приема, например OXBRIDGE, VECOM, CALIFORNIA AMPLIFER, GARDINER. Часть выпускаемых моделей совмещены с облучателями.

Ки-конвертеры бывают трех типов: однодиапазонные с полосой частот 10,7...11,8 ГГц, двухдиапазонные с 10,7...12,5 ГГи и трехдиапазонные (Full Band) с полосой частот 10,7...12,75 ГГи.

Важнейшим параметром каждого конвертера является частота гетеродина, которую кратко обозначают LOF (Local Oscillator Frequency). В первых однодиапазонных конвертерах (см. рис. 8.12) частота гетеродина равнялась 10 ГГи. В современных полнодиапазонных конвертерах приняты другие значения частот гетеродинов. Для полнодиапазонных конвертеров дополнительно сообщают два параметра: LOF-1 (частота гетеродина 9,75 ГГи) и LOF-2 (10,6 или 10,75 ГГи). Эти указания дают возможность определить, какой сигнал предельной частоты будет принят спутниковым ресивером.

Конвертер состоит из следующих основных узлов (рис. 8.25). МШУ (1) усиливает спутниковый сигнал в полосе частот 10,9...12,7 ГГц, который подается на делитель (2). После разделения на два канала сигналы подаются через ППФ (3) на смесители (5). На каждый из смесителей подается сигнал от гетеродина (4). Low — низкочастотный гетеродин, High — высокочастотный.

Переключение диапазонов происходит путем переклю-

8-214.jpg

8-215.jpg

чения только гетеродинов (4) и первых каскадов УПЧ (6) каждого диапазона напряжением 13/18 В, поступающим по центральному проводнику коаксиального кабеля.

С того или иного УПЧ (6) сигнал поступает на делитель (7) и далее на второй УПЧ. Такие конвертеры выпускают фирмы «ECHOSTAR», «CHAPARAL», «CALIFORNIA AMPLIFER», «GARDINER». Сейчас получили распространение полнодиапазонные конвертеры другого типа (рис. 8.26). Сигналы спутников, находящихся на орбите, различаются по поляризации, что требует ее плавной подстройки. Например, вертикальная поляризация на спутниках TELECOM на 30° отличается от поляризации на спутнике EUTELSAT.

В волноводах таких конвертеров зонды V и Н поляриза-

8-216.jpg

ций расположены соосно, под углом 90°. В такой конструкции (предложена фирмой «CAMBRIDGE») один зонд затеняется другим, в связи с этим коэффициент шума V и Н поляризаций не одинаков.

Входные транзисторы по V и Н поляризациям работают на общую согласующую цепь (все МШУ). В отличие от предшествующих полнодиапазонных конвертеров этот имеет общий ППФ (2) на оба диапазона 10,7...12,7 ГГц. На смеситель (4) в нем переключаются только гетеродины (3) (Low и High), что существенно упрощает схемные решения и уменьшает габариты конвертера.

В конвертере CAMBRIDGE используется также УПЧ (5) на высокочастотных микросхемах (по усилению заменяет два СВЧ транзистора), что позволило сократить количество усилительных элементов.

В конвертерах фирм MNI и LASAT найдено оригинальное решение: смеситель и гетеродин собраны на одном транзисторе. В результате в конвертере стало одним каскадом меньше.

В конвертере OXFORD применена СВЧ микросхема, объединяющая оба гетеродина, смеситель и усилитель ПЧ. Такое решение стало очередным шагом к миниатюризации бытовых конвертеров.

Таким образом, полнодиапазонный конвертер (встречается название «интегральный») содержит два однополосных в одном корпусе с совмещенным облучателем. Конвертер, совмещенный с облучателем, сокращенно обозначается LNBF, т. е. LNB Full Band (рис. 8.27).

Конвертер справа имеет два выхода для одновременной регистрации сигналов V и Н поляризаций. В Full Band конвертерах сохранено переключение V и Н поляризаций напряжением 13/18 В (в первом и втором диапазонах способ один и тот же). Это означает, что интегральные полнодиапазонные конвертеры могут быть использованы совместно с ресиверами старого типа с полосой частот 10,7...11,8 ГГц. В конвертере также осуществляется переключение гетеродинов для работы в диапазонах FSS или DBS.

В современных так называемых «универсальных»,конвер-терах верхний диапазон (DBS и TELECOM) включается с помощью тонового сигнала 22 кГц, который имеет форму меандра амплитудой 0,6 В. При появлении в коаксиальном кабеле (здесь же передается промежуточная частота от конвертера к ресиверу) сигнала 22 кГц, который добавляется к постоянному напряжению питания конвертера 13/18 В, приводится в действие второй гетеродин (LOF-2). В этом случае конвертер будет принимать сигналы частот диапазона 11,7...12,75 ГГц. Без сигнала с частотой 22 кГц в действие приводится только первый гетеродин (LOF-1), и конвертер работает как однополосный. Напряжение 13/18 В в таких универсальных конвертерах используется для переключения поляризации.

Универсальные конвертеры выпускают фирмы «OXFORD», «OXBRIDGE», «CAMBRIDGE», «VECOM», «GRUNDIG» и др.

Следует отметить, что конвертер усиливает не только полезный сигнал, но и приходящие с ним шумы. Кроме того, как и любой электронный прибор, он сам повышает уровень шума. Для конвертеров Кu-диапазона шум измеряется в децибелах.

Лучшие конвертеры имеют коэффициент шума 0,5...0,8 дБ, худшие — 1,0...1,3 дБ и более. При использовании конвертера с меньшим Кш можно «сэкономить» на диаметре параболической антенны при том же качестве воспроизведения изображения на экране телевизора.

Шум конвертеров С-диапазона измеряется в градусах Кельвина (К) и лежит в пределах 15...50 К. Чем меньше шум конвертера (значение Кш ниже), тем меньше он вносит искажений в телевизионный сигнал и тем дороже стоит.

Если необходимо вести прием в диапазонах С и Кu, в фокусе антенны можно установить два конвертера (рис. 8.28). Каждый конвертер имеет свой облучатель и поляризатор. При этом облучатель хотя бы одного конвертера окажется не совсем в фокусе антенны, что несколько снизит коэффициент направленного действия антенны и ослабит принимаемый сигнал. Однако в большинстве случаев в зоне обслуживания спутников такая потеря сигнала может быть практически незаметной.

8-217.jpg

Второй путь — можно приобрести конструкцию, называемую С/Ки-ротором. Это устройство включает в себя облучатели для С и Кu диапазонов, разделяющие принимаемый электромагнитный поток на две части. С/Кu-роторы совмещены с электромеханическими поляризаторами. Эта конструкция снижает стоимость системы и упрощает процесс

Основные недостатки конструкции С/Кu-ротора следующие:более значительные потери мощности сигналов Ku-диапазона; частый выход из строя движущихся частей электромеханического поляризатора, особенно при низких температурах.

8-218.jpg

В настоящее время налажен выпуск совмещенных конвертеров для приема сигналов в С и Кu диапазонах. Такие конвертеры по техническим параметрам пока уступают однодиапазонным конвертерам, однако обеспечение приема в обоих диапазонах является наименее трудоемким. В табл. 8.1 представлены технические и эстетические параметры некоторых конвертеров Кu-диапазона.

Выход конвертера соединяется с ресивером с помощью коаксиального кабеля, на концах которого необходимо установить так называемые F-соединители.

На рис. 8.29 показаны F-соединитель (слева) и этапы подготовки (разделки) коаксиального кабеля для соединения с ним. На первом этапе снимают защитную оболочку кабеля. Затем с центрального проводника кабеля снимают изоляцию (диэлектрик внутри оплетки кабеля). На третьем этапе оплетку кабеля отгибают на защитную оболочку. После этого

8-219.jpg

8-220.jpg

на кабель насаживают F-соединитель. При этом роль центрального штыря соединителя выполняет внутренний проводник кабеля. При стыковке F-соединителя с кабелем дополнительная пайка не нужна.

Далее необходимо обеспечить защиту места стыковки от атмосферных осадков (рис. 8.30). На место соединения наматывают 8...10 витков изоляционной ленты типа ПХВ. Чтобы лента с

течением времени самопроизвольно не разматывалась, на место стыковки необходимо наложить проволочный бандаж. На конвертер, а также на выходной соединитель с коаксиальным кабелем, постоянно воздействуют атмосферные явления и другие факторы. Как правило, производители конвертеров не снабжают его защитным футляром. Поэтому некоторые владельцы спутниковой аппаратуры устанавливают защитные устройства самостоятельно. Конструкцию защитного устройства(рис. 8.31) предложил В. Ткачев (г. Лоев).

Она состоит из трех основных деталей: алюминиевой полоски толщиной 1,5...2 мм и длиной 140...160 мм; дуги для крепления конвертера; пластмассовой прозрачной бутылки.

Используют две полоски, в которых предварительно просверливают два отверстия и в них нарезают резьбу М4. Затем полоски изгибают (рис. 8.31,б)и привинчивают к дуге крепления головки.

Следующий этап — изготовление футляра из пластмассовой прозрачной бутылки объемом 1 л. Затем конвертер закрепляют и настраивают на рабочее положение. Сверху надевают пластмассовый футляр, в котором просверливают четыре отверстия напротив отверстий в полосках алюминия. Футляр закрепляют болтиками над конвертером, находящимся внутри. В результате конвертер защищен от дождя и снега. Для защиты от перегрева прямыми солнечными лучами пластиковую заготовку изнутри окрашивают в белый цвет.

Однако установка защитного футляра приводит к дополнительному затенению зеркала параболической антенны, что снижает коэффициент использования его поверхности. При слабом уровне сигнала спутникового ретранслятора в месте установки антенны защитный футляр значительно ухудшает качество телевизионного приема.

8-221.jpg

Рис. 8.11 Внешний вид конвертера фирмы Philips

Изображение: 

Рис. 8.12 Структурная схема простейшего конвертера

Изображение: 

Рис. 8.13 Схема принципиальная электрическая сверхвысокочастотного преобразователя (конвертера)

Изображение: 

Рис. 8.14 Раскройка корпуса учителя промежуточной частоты СВЧ преобразователя

Изображение: 

Рис. 8.15 Монтажная плата усилителя ПЧ преобразователя

Изображение: 

Рис. 8.16 Схематическое устройство СВЧ преобразователя

Изображение: 

Рис. 8.17 Внешний вид конструкции СВЧ преобразователя

Изображение: 

Рис. 8.18 Конструкция круглого волновода СВЧ преобразователя

Изображение: 

Рис. 8.20 Конструкция прямоугольного волновода

Изображение: 

Рис. 8.21 Конструкция крышки резонатора

Изображение: 

Рис. 8.22 Конструкция верхней обкладки блокировочного конденсатора

Изображение: 

Рис. 8.23 Конструкция зажимного винта для диода Ганна

Изображение: 

Рис. 8.24 Конструкция электрической линии из медной фольги

Изображение: 

Рис. 8.25 Структурная схема полнодиапазонного конвертера

Изображение: 

Рис. 8.26 Структурная схема полнодиапазонного конвертера с общим каналом усиления

Изображение: 

Рис. 8.27 Конвертеры Кu-диапазона, монолитно объединенные с облучателем и поляризатором

Изображение: 

Рис. 8.28 Параболические антенны с двумя и одним конвертером в фокусе

Изображение: 

Рис. 8.29 Монтаж F-соединителя с коаксиальным кабелем

Изображение: 

Рис. 8.30 Стыковка коаксиального кабеля с конвертором

Изображение: 

Рис. 8.31 Защитны колпак для укрытия конвертера от атмосферных воздействий

Изображение: 

Таблица 8.1. Основные параметры конвертеров Кu-диапазона

Изображение: 

8.3. Приемники спутникового телевидения

8.3. Приемники спутникового телевидения

В мире уже существует множество торговых марок спутниковых ресиверов. Фактически любой из них можно использовать для индивидуальной приемной системы спутникового телевидения. Ни одна из фирм-производителей ресиверов не поставляет владельцу принципиальных электрических схем, поэтому познакомимся с принципом работы узлов ресивера с помощью упрощенной радиолюбительской схемы (рис. 8.32).

Ресивер представляет собой УКВ ЧМ приемник с полосой пропускания 30 МГц. Сигнал от СВЧ преобразователя по коаксиальному кабелю поступает на входной перестраиваемый фильтр (ПФ1), подавляющий зеркальный канал. Усилительный каскад (УК-1) компенсирует потери сигнала в фильтре. Затем сигнал подается на смесительный каскад (См1). Сюда же идет сигнал от гетеродина, перекрывающего широкий спектр частот 1,25...2,2 ГГц в зависимости от положения регулятора «Настройка». В смесителе (См1) выделяется первая промежуточная частота 450 МГц (среднее значение) и усиливается резонансно-полосовым усилителем (РПУ). Далее в цепи усилителя РПУ включается аттенюатор АТТ, который выравнивает уровень сигнала при сильных изменениях его на входе.

После аттенюатора ослабленный сигнал вновь усиливается каскадом (УК2) и поступает на второй смеситель (См2).

8-31.jpg

Необходимость использования этого устройства обусловлена тем, что на частоте 450 МГц очень трудно получить большое усиление и крутые фронты фильтров. Поэтому первая промежуточная частота преобразуется во вторую на 70 МГц. Для этого используется второй гетеродин, вырабатывающий сигнал с частотой 520 МГц.

Далее следует широкополосный усилитель (ШУ) на двух транзисторах. Столь сложная схема усилителя оправдана в первую очередь его стабильностью. ШУ не склонен к самовозбуждению, а между его каскадами включен фильтр нижних частот (ФНЧ), который резко подавляет спектр частот выше 84 МГц.

Усилительный каскад (УКЗ) компенсирует потери в ФНЧ. Затем фильтр высоких частот (ФВЧ) подавляет все частоты ниже 54 МГц. Таким образом формируется полоса шириной 30 МГц, необходимая для пропускания полного цветового телевизионного сигнала (ПЦТС).

После ФВЧ сигнал поступает на усилительные каскады (УК1) и (VK5), которые осуществляют дополнительное усиление ПЦTC перед подачей его на устройство ограничения.

Детектор обеспечивает полосу детектирования частотно-модулированного сигнала 30 МГц при средней частоте 70 МГц. При превышении определенного уровня сигнала на входе ограничителя сигнал усиливается усилителем УК АРУ и подается на аттенюатор (АТТ), который шунтирует сигнал на «землю».

Полученный после ЧМ детектора сигнал усиливается видеоусилителем (ВУ), который обеспечивает полосу пропускания до 6 МГц. Далее включается видеофильтр (ВФ), обеспечивающий компенсацию частотных предыскажений в передающих трактах Земля — спутник и спутник — Земля. Это обусловлено свойствами ЧМ сигнала. Практически устройство ВФ ограничивает высокие частоты и полностью «срезает» сигнал выше цветовой поднесущей.

На выходе канала изображения приемника установлен двойной эмиттерный повторитель (ЭП). Столь мощный выход необходим для работы на коаксиальный кабель, длина которого может достигать десятков метров, а также для подключения нескольких телевизоров через согласующие устройства.

В приемнике предусмотрена автоматическая подстройка частоты (АПЧ), хотя практически в ней нет необходимости. Поэтому в приемнике предусмотрена возможность отключения АПЧ.

В системе спутникового телевизионного вешания по каналу связи кроме сигнала изображения передается и другая информация. Это обычное звуковое сопровождение на поднесушей частоте в пределах 5...10 МГц. Есть еще и стереофоническое звуковое сопровождение, отдельные звуковые каналы, передающие стерео и монорадиограммы, код шифрованных телевизионных каналов и др. Так как программ много и звуковое сопровождение может быть на разных поднесуших частотах, необходима оперативная перестройка приемника. Этим оправдана относительно сложная часть звукового тракта.

На звуковой тракт сигнал поступает с ЧМ детектора через полосовой фильтр (ПФ2), настроенный на среднюю частоту 6,5 МГц, и далее — на вход смесителя (СмЗ). Здесь используется микросхема, которая выполняет роль как смесителя, так и гетеродина. Последний перестраивается в пределах 15,7...18,7 МГц.

На выходе микросхемы получаем ПЧ звука, равную 10,7 МГц. Это уже стандартная ПЧ для УКВ ЧМ приемников и в тракте звука можно использовать стандартный ПЧ фильтр Z1 на частоту 10,7 МГц.

После усиления и ограничения сигнал поступает на ЧМ детектор и далее — на усилитель звуковой частоты (УЗЧ) и громкоговоритель (Гр). Сигнал звукового сопровождена можно подать на вход УЗЧ бытового телевизора.

Автоматическая подстройка частоты звука (АПЧ) очень желательна, так как при сильном сигнале она проводит «захват» звуковой поднесушей и в большинстве случаев не требует ручной перестройки при переключении каналов.

8-32.jpg

8-33.jpg

8-34.jpg

Спутниковый ресивер по внешнему виду и размерам напоминает видеомагнитофон (рис. 8.33, 8.34).

К внешним устройствам ресивер подключается с помощью соединителей типа «колокольчик» и SCART (рис. 8.35). Внешний вид контактов соединителя SCART показан на рис. 8.36. На рис. 8.37 показаны выходные гнезда отечественного ресивера «Витязь ТСТ-002С».

Управление всеми ресиверами осуществляется с помощью пульта дистанционного управления (ПДУ). В ПЛУ

(рис. 8.38) вмонтирован передатчик команд, работающий на инфракрасных лучах (ИКЛ). Непосредственно в ресивере находится приемник ИКЛ.

Важнейшей характеристикой любого ресивера является его статический порог, который определяет отношение сигнал/шум на выходе ресивера от отношения сигнал/шум сигнала, поступающего на вход ресивера с конвертера (рис. 8.39). Общепринятой величиной статического порога является 6 дБ. При уменьшении этого соотношения изображение на экране телевизора резко ухудшается.

В табл. 8.2 приведены характеристики некоторых зарубежных ресиверов спутникового телевидения, работающих по аналоговым системам цветного телевидения.

Ресивер может быть подключен к телевизору несколькими способами (рис. 8.40). Эфирная антенна наземного телевидения включается в гнездо ANT IN ресивера, далее через ряд соединителей сигнал подается на антенный вход телевизора. С ресивера сигнал поступает на видеомагнитофон и телевизор, например в 36-м канале ДМВ, поэтому те-

8-35.jpg

8-36.jpg

8-37.jpg

левизор должен быть оснащен селектором каналов (СКД) ДМВ. Если этот канал занят местным эфирным вещанием, то в ресивере и видеомагнитофоне предусмотрена возможность перестройки на другой канал ДМВ по усмотрению владельца аппаратуры.

В большинстве современных моделей телевизоров предусмотрены низкочастотные входы в виде соединителей SCART или «коло-

01.jpg

8-38.jpg

8-39.jpg

8-310.jpg

8-311.jpg

кольчик». Предпочтительно подключать ресивер к телевизору с помощью кабеля, который завершается с обеих сторон соединителем SCART или двумя соединителями «колокольчик». В случае низкочастотного подключения телевизор необходимо перевести в режим монитора согласно инструкции по его эксплуатации («Режим AV»).

Необходимо обратить внимание на наличие в телевизоре декодера PAL/SECAM, чтобы иметь возможность принимать телевизионные передачи с западноевропейских спутников в цвете и со звуковым сопровождением.

Многие спутники ведут телевизионное вещание по стандарту D2-MAC. Ни один из бытовых телевизоров не может принять передачи по этому стандарту, поэтому к ресиверу необходимо дополнительно подключить декодер D/D2-МАС. Некоторые ресиверы имеют встроенный D/D2-MAC (табл. 8.3).

Таблица 8.3

8-312.jpg

Сложнее обстоит дело с приемом цифрового телевидения по стандарту MPEG-2. В этом случае необходимы специальный телевизионный приемник и замена всего тракта системы приема спутникового телевидения, пожалуй, за исключением антенны. Те, кто хочет вести прием программ с ИСЗ по стандарту MPEG-2, должны приобрести новый комплект оборудования. И это оправдано, так как, например, после запуска спутников НОТ BIRD-3...6 владелец аппаратуры цифрового телевидения сможет смотреть около 400 программ только с одной позиции 13° Е.

Выбирая ресивер, следует обратить внимание на одну из важнейших его характеристик. Это ширина полосы первой ПЧ, т. е. частоты, поступающей на вход ресивера после конвертера, который преобразует СВЧ, передаваемые со спутника, в более низкие, удобные для дальнейшей обработки. Чем шире полоса промежуточной частоты, тем большее количество спутниковых программ вы сможете охватить. В современных ресиверах часто встречаются полосы частот 950...2050, 700...2050 и 900...2150 МГц. Третий вариант позволяет принимать весь Кu-диапазон в системе с универсальным конвертером.

Современные ресиверы позволяют корректировать качество изображения различных спутниковых каналов за счет уменьшения ширины промежуточной частоты видеосигнала

11.jpg

8-313.jpg

с 36 до 9 МГц. Она может меняться плавно, с шагом 1 МГц (ресивер Echostar 8700) или дискретно: 9/13/15/27 МГц (ресивер Manhatten 7400+ и др.) Сужение полосы позволяет избавиться от импульсных помех, но при этом цветное изображение становится более тусклым и невыразительным.

Для переключения частотных поддиапазонов гетеродина полнодиапазонного или двухдиапазонного конвертеров в ресиверах часто предусмотрен тоновый генератор частотой 22 кГц. Опытные радиолюбители могут самостоятельно собрать генератор по схеме (рис. 8.41).

Задающий генератор прямоугольных импульсов с частотой 22 кГц собран на микросхеме DA1. С выхода 3 через резистор R4 импульсы подаются на базу транзистора VT1. Когда транзистор закрыт, на диоде VD2 падает напряжение (около 0,7 В). Когда транзистор открыт, диод VD2 шунтируется малым сопротивлением его перехода эмиттер-коллектор и снижение напряжения на диоде составляет примерно 0,1 В. Подбором сопротивления резистора R 4 устанавливают такой режим работы транзистора VT1, чтобы он был надежно открыт при отрицательном импульсе на базе и надежно закрыт при положительном.

Подбором сопротивления резистора R3 устанавливают частоту импульсов на выводе 3 DA1, равную 22 кГц (период колебаний 42...50 мкс).

Стабилитрон VD1 обеспечивает неизменность частоты тона при переключении напряжения питания 13/18 В. Развязывающий фильтр в цепи питания не нужен. При напряжении питания 18 В генератор потребляет ток 8 мА.

Прибор предназначен для использования двухдиапазонных конвертеров с ресиверами, не имеющими управляющего сигнала 22 кГц. Он разработан в лаборатории спутникового телевидения фирмы «General Satellite».

Часто возникает вопрос о просмотре телевизионных программ с нескольких спутников, которые находятся на разных позициях ГСО. С помощью специальных устройств антенна может дистанционно позиционироваться на разные спутники. Передвигает специальное приспособление — актуатор. Это обычный выдвижной рычаг-толкатель с электродвигателем, управляемый электрическими сигналами.

Обычно для антенн диаметром 1,2...1,5 м используется 12-дюймовый актуатор (12 дюймов — его длина), а для антенн диаметром 1,8...2,0 м — 18-дюймовый. Для антенн меньших диаметров обычно используется другое поворотное устройство — SuperMount (супермаунт), которое позволяет, в отличие от актуатора, вращать антенну «от горизонта до горизонта», «захватив» при этом все спутники, с которых возможен прием сигнала. Супермаунты менее устойчивы к ветровым нагрузкам, чем устройства с актуатором, поэтому они используются только для антенн диаметром 0,9...1,2 м.

Для управления актуатором или супермаунтом необходимо специальное устройство — позиционер, который подает управляющие сигналы и питание на актуатор. Управляющие сигналы — это импульсы от датчиков актуаторов. Например, чтобы сориентировать антенну на первую позицию, необходимо послать 400 импульсов, на вторую — 600, а на третью — 300. Для идентификации положения антенны следящие системы используют реверсивные счетчики, которые ведут отсчет в прямом и обратном направлениях. Они считают каждый импульс датчика, причем счетчик срабатывает только на замыкание или на размыкание геркона (герметизированный контакт — реле).

Иногда позиционер выполняют в виде отдельного блока, который по форме напоминает ресивер. Однако есть некоторые модели ресиверов, интегрированных с позиционером (табл. 8.4).

Если позиционер выполнен в виде отдельного блока, необходимо, чтобы ресивер имел функцию управления внешним позииионером. Управление перемещением антенны может осуществляться по заданной программе, с помощью которой осуществляется наведение на 6...10 и более спутников. Необходимо обращать внимание на то, чтобы ток управления актуатором был необходимой величины для данной модели ресивера.

К сервисным возможностям ресивера можно отнести функции телетекста и таймера. Практически все современные модели ресиверов снабжены таймером, который включает и выключает спутниковый приемник в определенное время. Эту функцию удобно использовать для записи передач на видеомагнитофон.

Например, ресивер NTV-3000, предназначенный для приема программ НТВ-Плюс, благодаря наличию таймера и третьего соединителя SCART позволяет в отсутствие пользователя записывать передачи со спутника с программированием начала записи на 28 дней вперед. При этом не нужно оставлять телевизор включенным.

Многие ресиверы имеют «родительский ключ», чтобы не допустить детей к тем или иным программам. Тот же ресивер NTV-3000 позволяет закрыть паролем доступ к любому каналу. Это очень удобно, если ребенок, когда он дома один, смотрит боевики или репортажи со спортивных матчей, вместо того, чтобы делать уроки. Наличие эротических передач на НТВ-Плюс делает эту функцию еще более актуальной.

Количество каналов, запоминаемых ресивером, в дорогих моделях может быть от 99 до нескольких сотен. Обычно ресиверы запрограммированы на наиболее популярные в Европе каналы. Однако часто возникает необходимость переименовать заложенные в память спутникового приемника программы. Многие ресиверы позволяют это сделать.

Как и для видеосигнала, для сигнала звукового сопровождения важную роль играет ширина промежуточной частоты. Сужая эту полосу, можно отстраниться от помех, пожертвовав качеством звука. В разных моделях ресиверов полоса ПЧ звука изменяется или плавно в пределах 130...600 МГц (все модификации ресиверов Расе), или дискретно: 110/180/280/380 МГц (ресиверы Echostar LT730, LT950 и др.)

Некоторые спутники передают наиболее популярные программы на нескольких языках. Например, программа Eurosport со спутника НОТ BIRD-1 передается на шести языках, для

этого используется соответствующее число поднесуших частот. Ресивер позволяет владельцу спутниковой системы выбрать звуковое сопровождение на одном из них по своему усмотрению.

Любой ресивер может принимать звуковое сопровождение в моно- или стереоварианте, однако только некоторые модели имеют систему воспроизведения «объемного звучания». Для меломанов в некоторых моделях существует функция Dolby Pro-Logic surround sound, которая позволяет моделировать различные аудиоэффекты (студия, театр, стадион, космос и др.). Это ресиверы моделей Расе MSS 538G, Amstrad SRX2001 и др.

Большинство спутниковых приемников предполагает использование внешнего усилителя звуковой частоты в телевизоре, аудиосистеме. Однако появились модели Расе MSS 1034 и 1038, которые имеют УЗЧ мощностью 4 х 25 Вт. К ним достаточно подсоединить акустические колонки.

 

Рис. 8.32 Структурная схема приемника спутникового телевидения

Изображение: 

Рис. 8.33 Внешний вид спутникового ресивера

Изображение: 

Рис. 8.34 Вид спутникового ресивера со стороны соединителей

Изображение: 

Рис. 8.35 Внешний вид соединителей типа "колокольчик" ("тюльпан") и SCART

Изображение: 

Рис. 8.36 Внешний вид контактов соединителя разъема типа SCART

Изображение: 

Рис. 8.37 Выходные гнезда ресивера "Витязь ТСТ-002С"

Изображение: 

Рис. 8.38 Подключение пульта дистанционного управления к ресиверу "Витязь ТСТ-002С"

Изображение: 

Рис. 8.39 Зависимость отношения сигнал-шум на выходе ресивера от этого же отношения на входе

Изображение: 

Рис. 8.40 Схема соединения спутникового ресивера с видеомагнитофоном и телевизором

Изображение: 

Рис. 8.41 Схема принципиальная электрическая генератора тона 22 кГц

Изображение: 

Таблица 8.2 Характеристики ресиверов спутникового телевидения (окончание)

Изображение: 

Таблица 8.2 Характеристики ресиверов спутникового телевидения (продолжение)

Изображение: 

Таблица 8.2 Характеристики ресиверов спутникового телевидения

Изображение: 

Таблица 8.3 Характеристики спутниковых ресиверов со встроенным декодером D2-MAC

Изображение: 

Таблица 8.4 Характеристики спутниковых ресиверов со встроенным позиционером

Изображение: 

9. СИСТЕМЫ КОДИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ.

Глава 9 СИСТЕМЫ КОДИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ. ОБЗОР СПУТНИКОВ

9.1. Системы кодирования телевизионного изображения

9.1. Системы кодирования телевизионного изображения

Организация вещания через ИСЗ требует больших затрат, которые состоят из стоимости создания программ и стоимости линии связи от источника программы до абонента. Коммерческие каналы демонстрируют фильмы, шоу, спортивные, эротические и другие передачи, на которые затрачиваются немалые средства. Поэтому эти каналы обычно и кодируют, так как это единственный способ возместить расходы на создание коммерческой программы. Кодирование канала заставляет абонента оплачивать просмотр: потребителю приходится покупать декодер и карточку-ключ и в большинстве систем платить абонентскую плату.

В системе обслуживания абонентов кодированных каналов с помощью компьютера ведется учет абонентской платы, продажи декодеров или карточек, а также в месте источника программы вырабатываются сигналы на адресное включение и выключение декодеров. Зашифрованная кодовая посылка чаше всего .передается на ИСЗ в составе телевизионного сигнала в скрытом виде. Декодер наземной станции принимает кодированный сигнал и декодирует его в зависимости от того, получено разрешение на открытие (декодирование) принятого сигнала или нет. Кодирующее устройство может находиться и на передающей спутниковой станции.

Принцип кодирования телевизионных программ заключается в искажении импульсов синхронизации разверток или самого видеосигнала. В первом случае устройство синхронизации телевизионного приемника не может обнаружить

9-11.jpg

начало синхронизирующих импульсов по строкам и полям. В результате полностью нарушается работа устройства синхронизации и на экране телевизора видно только хаотическое мелькание полос (рис. 9.1).

Восстановление искаженных сигналов синхронизации разверток для специалистов в области несанкционированного доступа (проще говоря, пиратов) — дело несложное, поэтому системы с этим методом кодирования были быстро «вскрыты».

Разработчики методов кодирования вынуждены искать более совершенные способы закрытия видеосигнала. Следующим этапом в этом направлении стал переход на цифровую обработку видеосигнала.

С помощью быстродействующего аналого-цифрового преобразователя (обычно 8- или 10-разрядного) аналоговый видеосигнал переводится в кодирующем устройстве в соответствии с алгоритмом кодирования. Далее сигнал опять переводится в аналоговую форму для передачи через спутниковый тракт. В декодере наземной станции происходит обратное преобразование. В настоящее время используются два основных метода цифрового кодирования: рассечение и перестановка рассеченных частей строк телевизионного сигнала и перемешивание строк.

Первый используется в системе VideoCrypt и является одним из наиболее распространенных методов кодирования телевизионного изображения в системах непосредственного спутникового вещания стандарта PAL. В кодирующем устройстве каждая строка рассекается в одной из 256 точек, выбранных по псевдослучайному закону, и рассеченные части строки меняются местами (рис. 9.2). Каждая последующая

9-12.jpg

строка телевизионного изображения рассекается в другой точке. В результате структура изображения практически полностью разрушается. Синхроимпульсы в этой системе не изменяются и звуковое сопровождение не кодируется.

Декодер ресивера делает обратную операцию: рассекает и переставляет части каждой строки телевизионного изображения. Информацию, необходимую для восстановления изображения, декодер получает из двух источников: один ключ передается в интервале гасящего импульса полей, другой распространяется в виде абонентской карточки. Основные секретные ключи находятся в карточке, поскольку декодер не адресный, т. е. не содержит информации, присущей конкретному абоненту.

Метод перемешивания строк применяется в системе Nagravision. Его в основном используют на французских спутниках TELECOM, ведущих передачи по аналоговой системе SECAM. Суть кодировки в системе Nagravision заключается в следующем. Сигнал изображения на передающей стороне переводится в цифровую форму и заносится в память. Далее порядок строк перемешивается по псевдослучайному закону, сигнал переводится обратно в аналоговый вид и подается на передатчик. На приемной стороне осуществляется обратная операция. Как и в системе VideoCrypt, синхроимпульсы не изменяются и звуковое сопровождение не кодируется.

Метод кодирования по системе Nagravision требует наличия в декодере цифровых микросхем памяти, объема которых достаточно для запоминания информации и полукадре, что заметно повышает стоимость декодера. Аля ее снижения была разработана модификация метода (Syster), в которой строки в полукадре разделены на шесть блоков и перемешивание строк осуществляется внутри каждого блока. Это усовершенствование позволило уменьшить объем необходимой памяти и в конечном счете удешевить декодер.

Для авторизации (опознавания) декодера применяется специальный ключ со встроенной микросхемой, аналогичной карточке в системе VideoCrypt. Система кодирования изображения Syster используется на российских спутниках ГАЛС-1, -2 (36°Е).

9-13.jpg

В связи с широким распространением стандарта D2-MAC в спутниковом вешании возникла необходимость кодирования телевизионных сигналов этого стандарта. В системе D2-MAC яркостные и цветоразностные компоненты изображения передаются отдельно (см. рис. 2.4), поэтому рассечение и перестановка этих компонент также осуществляются раздельно. Эта система, получившая название EuroCrypt, широко используется на спутниках SIRIUS (5,2°E), TELE-X (5°Е), INTELSAT-707 0°W), THOR-1 (0,8°E), TV SAT-2 (0,6°Е).

Для системы кодирования EuroCrypt разработаны два способа: перестановка компонент с двухкратным рассечением и перестановка компонент цветоразностного сигнала. В первом случае обеспечивается больший уровень засекречивания, сигналы яркости и цветности разрезаются каждый в некоторой точке и компоненты их переставляются местами. Место рассечения изменяется по псевдослучайному закону независимо для каждой компоненты (рис. 9.3). Во втором случае при меньшей степени зашиты от рассекречивания рассечению и перестановке подвергается только сигнал цветности.

Если при использовании описанных выше методов кодирования канал звукового сопровождения остается открытым, метод EuroCrypt предусматривает его кодирование. Звуковой сигнал кодируется путем преобразования его в цифровую форму с помощью дельта-модуляции. Для повышения помехозащищенности используется помехоустойчи-

9-14.jpg

вое блоковое кодирование: цифровой поток преобразуется в пакеты и передается в последовательных строках вместо строчных гасящих импульсов (на рис. 9.4).

С развитием цифрового телевидения появились возможности для создания новых методов кодирования. Сегодня нельзя назвать ни одного достаточно широко применяемого метода кодирования, который не был бы в той или иной мере вскрыт. Эксплуатация любой системы кодирования сводится к борьбе с «пиратами»: смене кодов, карточек, выявлению источника информации и т. д.

Рис. 9.1 Сигналы синхронизации разверток телевизионных приемников

Изображение: 

Рис. 9.2 Строка телевизионного сигнала, кодированного по методу VideoCrypt

Изображение: 

Рис. 9.3 Строка телевизионного сигнала в стандарте D2-MAC, кодированного по методу EuroCrypt

Изображение: 

Рис. 9.4 Структура строки телевизионного сигнала при кодировании звукового сопровождения по методу EuroCrypt

Изображение: 

9.2. Обзор популярных спутников

9.2. Обзор популярных спутников

Наибольший интерес для телезрителей на территории СНГ представляют спутники EUTELSAT II-F1 и НОТ BIRD-1...5, находящиеся в позиции 13°Е (см. рис. 4.3, 7.7). С этих ИСЗ в широком луче транслируются популярные европейские программы. При соответствующем подборе диаметра антенны и коэффициента шума конвертера эти программы можно принимать вплоть до Новосибирска, поэтому на территории Республики Беларусь особых проблем для приема передач с позиции 13°Е не возникает.

Спутник EUTELSAT II-F1 был запущен на ГСО в сентябре 1990 г. Он имеет семь ретрансляторов с полосой пропускания 72 МГц и девять — с полосой 36 МГц. Мощность передатчика каждого ствола 50 Вт. Шесть широкополосных ретрансляторов постоянно работают в диапазоне 10,95...11,2 ГГц, четыре узкополосных — в диапазоне 12,5...12,75 ГГц. Еще шесть ретрансляторов (пять узкополосных и один широкополосный) могут независимо переключаться с диапазона 11,45...11,7 ГГи на 12,5...12,75 ГГц и обратно.

Прием и передача сигналов осуществляются двумя антеннами (условно назваными «восточной» и «западной»), каждая из которых работает на двух ортогональных линейных поляризациях. На приеме все стволы подключены к восточной антенне в режиме широкого луча, формирующего зону с общеевропейским охватом.

В зависимости от положения переключателей могут формироваться два вида лучей на передачу: широкий с европейским покрытием и ЭИИМ 44...46 дБ на всей территории Европы и узкий суперлуч (суперпучок), охватывающий Центральную Европу с ЭИИМ 50...52 дБ.

В широкополосных стволах с горизонтальной поляризацией, подключенных к узкому пучку, обычно передается по две программы в стволе, поэтому доля мощности, приходящаяся на каждую программу, снижается на 4...5 дБ и диаметр приемной антенны должен быть увеличен.

Существенное улучшение приема европейских программ на территории СНГ произошло после запуска в марте 1995 г. в позицию 13°Е шестого спутника серии EUTELSAT, получившего название НОТ BIRD-1. До этого на ГСО уже работали спутники этой серии: II-F3 (16°Е), II-F2 (10°Е) и II-F4 (7°Е).

Во избежание взаимных помех 16 стволов нового ИСЗ находятся в полосе частот 11,2...11,53 ГГи, не занятой стволами спутника EUTELSAT II-F1. Все стволы используются для распределения телевизионных программ. Отличительной способностью НОТ BIRD-1 является специально разработанная передающая бортовая антенна широкого луча, которая обеспечивает обширную зону обслуживания на востоке.

В 1996 и 1997 гг. на ГСО были запущены соответственно ИСЗ НОТ BIRD-2, HOT BIRD-3. Спутники оборудованы 20 стволами мощностью по 110 Вт каждый. Как и на спутниках EUTELSAT II-F, передающие антенны ретрансляторов имеют по два пучка — широкий и узкий.

Большой популярностью позиция 13°Е пользуется еще и потому, что с имеющихся здесь ИСЗ можно принять 35 некодированных (открытых) программ.

9-21.jpg

9-22.jpg

Примечание. М — моновариант; С — стереовариант.

3 табл. У.1. приведены названия программ, частоты Ки-диапазона, на которых их передают, поляризация излучаемых радиоволн, а также поднесушие частоты звукового сопровождения и язык передачи со спутников, позиции 13°Е. Следует отметить, что эти программы передаются по аналоговому стандарту PAL.

В конце 1997 г. в ту же позицию был выведен спутник НОТ BIRD-4 с 20 стволами на борту. Из них 13 работают в диапазоне 10,7...10,95 ГГц, который использовался в то время только в системе спутников ASTRA. В 1998 г. на позицию 13°Е выведен спутник НОТ BIRD-5. На двух последних спутниках этой серии установлен цифровой мультиплексор Skypfex, который позволяет объединять на борту в общий цифровой поток отдельные цифровые потоки, передаваемые различными земными станциями. Таким образом, в конце 1998 г. в позиции 13°Е одновременно работали шесть ИСЗ, транслирующих свыше 400 разных цифровых программ.

При ориентировании антенны на позицию 13°Е и достаточном ее диаметре можно дополнительно принимать программы со спутника EUTELSAT II-F2, находящегося в позиции 10°Е. Этот ИСЗ ретранслирует 13 некодированных программ по стандарту PAL с линейными поляризациями излучаемых радиоволн.

Для направления на спутник EUTELSAT II-F1 и НОТ BIRD-1..5 из Минска необходимо ориентировать антенну по углу места 27,14° и азимуту 197,77°.

Бельгийские спутники ASTRA, сосредоточенные в позиции 19,2°Е, интересны с точки зрения непосредственного приема. Они занимают лидирующее положение в Западной и Центральной Европе. Однако сигнал с них принимается на небольшие антенны только в самых западных районах СНГ (Западная Украина и Беларусь, Калининград, Литва).

Спутники ASTRA-1C, -1D ретранслируют 18 открытых программ по стандарту PAL с линейными поляризациями. Новые спутники ASTRA 1E и 1F имеют специальный восточный луч. Такой же луч планируется на следующих спутниках этой серии — 1G и 1Н. Сигнал восточного луча этих спутников можно принимать на территории Республики Беларусь на антенну диаметром 60...70 см. Однако в настоящее время на этих спутниках нет ни одной аналоговой программы. Судя по всему, они предназначены только для цифрового вешания. Более того, фактически все цифровые пакеты с этих спутников кодированы, а карточки на них продаются только в Западной Европе.

Аля направления на спутник ASTRA из Минска необходимо ориентировать антенну по углу места 28,09° и азимуту 190,25°.

С европейских спутников пока не слышна русская речь. Владельцы спутниковых антенн ищут в космосе передачи на русском языке. Однако тут возникают определенные сложности. Дело прежде всего в том, что российские программы разбросаны по многочисленным спутникам, находящимся на различных позициях ГСО. Передачи эти предназначены для непосредственного приема не на индивидуальные антенны (хотя такой прием возможен), а на специальные антенны большого диаметра наземных приемных станций. Далее принятые с ИСЗ сигналы поступают на местные телевизионные станции наземного эфирного вещания, которое осуществляется в диапазонах MB и ДМВ.

9-23.jpg

9-24.jpg

Примечание. SECAM/S — система кодирования канала по методу Syster.

В табл. 9.2 указано размещение российских спутников, которые ведут трансляцию на русском языке в диапазонах С и Кu, на ГСО.

Звуковое сопровождение со всех российских спутников передается в моноварианте. Исключение составляет программа «НТВ+ Музыка», где на поднесуших 7,38 и 7,56 МГц передается стереофоническое звучание.

Наибольший интерес для любителей спутникового телевидения представляет НТВ-Плюс — первый и пока единственный проект платного спутникового телевидения. 17 ноября 1995 г. ракетой-носителем «Протон» с космодрома Байконур был выведен на ГСО спутник непосредственного телевизионного вещания ГАЛС1 в точку 71°Е, где он проходил тестовые испытания. 1 сентября 1996 г. в точку 36°Е от Гринвича был выведен новый спутник ГАЛС2. Туда же переведен спутник ГАЛС1.

На спутнике ГАЛС1 установлены два ретранслятора мощностью 85 и 45 Вт. К сожалению, передатчик мощностью 85 Вт перестал работать еще до начала регулярного вещания. Остался передатчик, который работает на частоте 11,834 ГГц.

На ГАЛС2 установлены три ретранслятора: мощность первого составляет 85 Вт, частота передачи — 11,919 ГГц;

второго — 85 Вт, частота передачи — 12,169 ГГи; третьего — 45 Вт, частота передачи — 11,765 ГГц.

В ноябре 1997 г. компания НТВ-Плюс взяла в аренду спутник TDF-2, принадлежащий европейской организации EUTELSAT. Он был переведен с позиции 19°W в позицию 36°Е. На спутнике находятся три передатчика: два работают на частотах 11,881 и 12,034 ГГи, один остается в резерве.

В настоящее время на позиции 36°Е сосредоточена группа из трех спутников, с которых передается пять телевизионных программ. Звуковое сопровождение программы «НТВ+ Музыка» передается в моноварианте на поднесушей частоте 6,8 МГц и в стереоварианте. Для уменьшения взаимовлияния при стереоприеме стереоканалы разнесены на 180 кГц (7,56 МГц минус 7,38 МГц).

С позиции 36°Е передаются три радиовещательные программы в моно варианте: «Серебряный дождь» (11, 765 ГГц, L), «Руслан» (12,169 ГГи, L) и «Эхо Москвы» (12,169 ГГц, L). Программы «Спорт», «Музыка», «Мир кино», «Наше кино» закодированы по методу SECAM Syster. Программа «Детский мир» передается в открытом канале с конца 1997 г. В порядке эксперимента в некодируемом режиме транслируется основной канал НТВ, который вешает в большинстве российских городов и ряде белорусских. Однако этот транспондер может быть использован и для других телевизионных проектов.

В дальнейшем на позиции 36°Е появятся еще три спутника:

первый — РИТМ/МОСТ1 (BONUM-1) — с восемью транспондерами, второй — EUTELSAT W4 (компания НТВ-Плюс планирует арендовать 16 из 32 его транспондеров), строится еще один российский спутник для НТВ-Плюс — ГАЛС-Р16.

Коммерческая эксплуатация спутника РИТМ/МОСТ1 началась с января 1999 г. Спутник EUTELSAT W4 предполагается запустить на орбиту в следующем году. Спутник

ГАЛС-Р16 планируется вывести на ГСО в 2001 г. Его транспондеры будут использоваться для вешания каналов «НТВ-Плюс» и других проектов компании. Ввод в строй этих спутников позволит увеличить число каналов «НТВ-Плюс».

В планы объединения EUTELSAT входит запуск спутника SESAT в точку 36°Е. На нем могут появиться новые телевизионные каналы, не имеющие отношения к проектам НТВ-Плюс, но которые сделают эту орбитальную позицию еще более привлекательной для приема спутникового телевидения.

Спутники INTELSAT 707, THOR, TV-SAT2, находящиеся в орбитальной позиции 1°W, также представляют большой интерес для телезрителей. На них присутствуют несколько каналов, на которых демонстрируются только фильмы. Таких каналов нет на НОТ BIRD. Это скандинавские каналы Filmnet и TV1000, демонстрирующие киноленты на языке оригинала.

Спутники THOR и TV-SAT2 имеют луч, который захватывает северо-западные районы СНГ. Зона покрытия INTELSAT 707 проступает дальше на юг. Прием его передач возможен в европейской части России, в Республике Беларусь, на Украине, в Прибалтике.

Для направления на спутники INTELSAT 707, THOR, TV-SAT2 из Минска необходимо ориентировать антенну по углу места 23,28° и азимуту 213,93°.

 

Таблица 9.1 Параметры спутников EUTELSAT II-F1, HOT BIRD-1, HOT BIRD-2 в позиции 13 град в.д. (окончание)

Изображение: 

Таблица 9.1 Параметры спутников EUTELSAT II-F1, HOT BIRD-1, HOT BIRD-2 в позиции 13 град в.д.

Изображение: 

Таблица 9.2 Параметры российских спутников на геостационарной орбите (окончание)

Изображение: 

Таблица 9.2 Параметры российских спутников на геостационарной орбите

Изображение: 

10. ОБЗОР СПУТНИКОВ. ПРИЕМ НАЗЕМНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ.

ОБЗОР СПУТНИКОВ. ПРИЕМ НАЗЕМНОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ.

10.1. Ультракороткие волны.

10.1. Ультракороткие волны

В Республике Беларусь передача телевизионных сигналов осуществляется преимущественно в диапазоне метровых волн. Для этой цели отведено 12 каналов со спектром частот 48.5...100 и 174...230 МГц (I...III диапазоны). Этим частотам соответствуют длины волн 6,2...3,0 и 1,73,..1,30 м. В табл. 10.1 приведены частотные параметры телевизионных каналов метрового диапазона УКВ.

В большинстве случаев ультракороткие волны в отличие от коротких, средних и длинных используются только на небольших расстояниях, так как УКВ не могут огибать земную поверхность и дальность действия телевизионного передатчика ограничивается пределами «прямой видимости» между антеннами передатчика и приемника (рис. 10.1).

При определенных условиях радиоволны обладают способностью огибать препятствия (дифракция). Если размеры препятствия соизмеримы с длиной волны, то дифракция проявляется наиболее сильно. Препятствия с такими размерами являются как бы антенной, которая принимает электромагнитные колебания и тут же их переизлучает. С повышением частоты дифракция радиоволн уменьшается. С учетом дифракции радиус дальности приема можно рассчитать по формуле

R0(км)=4,12(H^0.5+h^0.5),

где R0 — расстояние, км; Н и h— соответственно высота передающей и приемной антенн, м.

Однако все чаше наблюдаются случаи, когда УКВ распространяются на расстояния, значительно превышающие дальность прямой видимости. Это связано с состоянием нижних слоев тропосферы, в которых возникают флуктуации (случайные колебания, отклонения) температуры воздуха, его

Таблица 10.1

10-11.jpg

плотности и влажности. Благодаря этому изменяются показатель преломления и связанная с ним диэлектрическая проницаемость воздуха, непрерывно меняющаяся во времени и в каждой точке пространства. Когда электромагнитная волна УКВ передатчика попадает в одну из таких неоднородных областей, создается поток рассеянной энергии, который может повысить напряженность поля в месте приема.

Особенностью распространения УКВ в тропосфере являются замирания приходящих сигналов, приводящие к нерегулярным измене-

10-12.jpg

ниям контрастности изображения, потере цветности на экране телевизора. Предположительно медленные замирания обусловлены перемещением очагов рассеяния, а быстрые — интерференцией множества волн, создаваемых этими очагами.

Дальний прием телевизионных сигналов за счет особенностей распространения волн в тропосфере позволяет намного расширить зону приема, принимать передачи одного, двух, а иногда и большего количества телецентров, благодаря чему увеличивается число принимаемых программ.

В последние годы значительно возросло количество технических средств телевизионного вещания. В таких условиях не представляется возможным охватить всю территорию страны многопрограммным телевизионным вешанием без взаимных помех между станциями, работающими в соседних каналах. Многопрограммное вещание без помех возможно лишь при наличии дополнительных каналов. Однако уже сегодня на метровых волнах очень «тесно». В связи с этим активно осваивается диапазон дециметровых волн, в котором для телевизионного вешания выделено 40 каналов в спектре частот 470...790 МГц. Этим частотам соответствуют длины волн 64...38 см (табл. 10.2).

Таблица 10.2

10-13.jpg

10-14.jpg

Зная номер канала для дециметрового диапазона, можно определить номинальную частоту несушей изображения fиз и частоту, ограничивающую полосу каждого канала снизу fн и сверху fв, по формулам

fиз = 470 + (N - 21) • 8 + 1,25 = 303,25 + 8N, МГц, fн = 470 + (N - 21) • 8 = 302 + 8N, МГц, fв = 470 + (N - 20) • 8 = 310 + 8N, МГц,

где N — порядковый номер канала ДМВ.

В табл. 10.3 показано, как основные телевизионные каналы и программы распределены на территории Республики Беларусь. БТ — Белорусское телевидение; РТР — телевидение России; OPT — общественное российское телевидение;

МТ — местное телевидение; К — программа «Культура»; НТВ — независимое телевидение; ОТ — областное телевидение; Н — горизонтальная поляризация излучаемых радиоволн; V — вертикальная поляризация.

Таблица 10.3

10-15.jpg

10-16.jpg

10-17.jpg

10-18.jpg

Рис. 10.1 Прямая видимость между передающей и приемной антеннами

Изображение: 

Таблица 10.1 Частотные каналы телевизионного вещания метрового диапазна УКВ

Изображение: 

Таблица 10.2 Частотные каналы телевизионного вещания дециметрового диапазна УКВ (окончание)

Изображение: 

Таблица 10.2 Частотные каналы телевизионного вещания дециметрового диапазна УКВ

Изображение: 

Таблица 10.3 Распределение телевизионных каналов и программ на территории Республики Беларусь (окончание)

Изображение: 

Таблица 10.3 Распределение телевизионных каналов и программ на территории Республики Беларусь (продолжение 1)

Изображение: 

Таблица 10.3 Распределение телевизионных каналов и программ на территории Республики Беларусь (продолжение 2)

Изображение: 

Таблица 10.3 Распределение телевизионных каналов и программ на территории Республики Беларусь

Изображение: 

10.2. Особенности телевизионного приема в Минске.

10.2. Особенности телевизионного приема в Минске

Большинство жилых домов столицы оснащено телевизионными антеннами коллективного пользования (ТАКП). При таком способе приема для каждого подъезда установлены две антенны. Одна типа ТВК-5/1,3 (телевизионная, «Волновой канал», пятиэлементная, для каналов 1 и 3), другая типа ТВК-7/6-12 (семиэлементная для каналов 6...12). Конструкции этих антенн представлены на рис. 10.2 и 10.3.

Через фильтр сложения сигналы от антенн по одному кабелю подаются в кабельную сеть здания и распределяются к каждой квартире, подключенной к ТАКП.

Таким образом, зрители через эфир принимают только три программы: БТ (1-й канал), РТР (3-й канал) и ОРТ (6-й канал). Практически все ТАКП принимают программу «Восьмой канал» на антенну ТВК-7/6-12. Однако в многоэтажных домах, где к системе ТАКП подключены десятки телевизоров, сигнал 8-го канала рассеивается в кабельной сети и не доходит до абонента, так как телевизионный передатчик в этом канале маломощный.

10-21.jpg

10-22.jpg

Дополнительное оснащение ТАКП антенным усилителем, который усиливает телевизионные сигналы в полосе каналов б...12, позволяет без помех принимать сигнал 8-го канала. Промышленностью такие устройства выпускаются, однако ТАКП в городе ими практически не оборудованы. В большинстве случаев прием программы «Восьмой канал» может быть обеспечен только при благоприятных условиях и на индивидуальную антенну, установленную в комнате, на балконе или лоджии, причем окно комнаты, где стоит телевизор, должно выходить в сторону пос. Колодищи (ориентируйтесь по направлению антенн коллективного пользования). На пути распространения радиоволн не должно быть препятствий в виде более высоких и близко расположенных зданий и т. п.

Условия приема программ «Культура» и НТВ через эфир в каналах 27 и 37 гораздо хуже, чем в 8-м канале, так как значительно более высокочастотные каналы ДМВ рассеиваются в кабеле в несколько раз больше, чем метровые волны. Поэтому даже ТАКП с соответствующей антенной ДМВ с

усилителем не обеспечивают телевизионный прием. Телевизионные сигналы каналов 27 и 37 рассеиваются в распределительной кабельной сети многоэтажного дома по пути к телевизору абонента.

Как и в 8-м канале, здесь можно посоветовать прием только на индивидуальную антенну при тех же условиях установки. В телевизоре должен быть установлен селектор каналов ДМВ. В торговом названии таких телевизоров обычно присутствует буква «Д» (например, «Горизонт 61TЦ 421Д»). Для телевизоров, у которых отсутствует селектор каналов ДМВ, но конструкцией предусмотрена установка блока, это сделать несложно.

В других случаях телевизор необходимо оснастить автономной приставкой-конвертером типа ПСКД-6, ПСКД-6М (торговое название «Белгород» и др.). Такие приставки не требуют вмешательства в конструкцию телевизора, питаются от сети переменного тока 220 В и преобразовывают сигнал любого канала ДМВ в 1-й или 2-й каналы метровых волн. Приставка-конвертер может работать совместно с телевизором любого типа и класса.

В системах ТАКП прием в каналах 27 и 37 возможен только при установке на каждый подъезд антенны ДМВ, конвертера-преобразователя сигналов ДМВ и MB, фильтра сложения сигналов и усилителя. А это стоит недешево. В системах кабельного телевидения СКТ обеспечение приема на ДМВ осуществить гораздо проще и дешевле: достаточно установить одну антенну ДМВ, дополнительную аппаратуру на головной станции СКТ и передавать по разветвительной кабельной сети телевизионные сигналы диапазона ДМВ совместно с сигналами диапазона MB к нескольким сотням или тысячам телевизоров собственным абонентам.

Телевизионные сигналы любого частотного канала, которые передаются через эфир с радиотелевизионного передающего центра в пос. Колодищи, на головной станции СКТ обязательно должны быть преобразованы в другие частотные каналы. При передаче по сети СКТ непреобразованного телевизионного сигнала возникают значительные помехи, потому что кабель большой длины работает как антенна. Другими словами эфирный сигнал, накладываясь на сигнал тех же частот СКТ, вызывает непредсказуемые помехи изображения и звукового сопровождения. Поэтому, например, сигнал 1-го канала конвертируется в 7-й канал, 3-го — в 10-й, 6-го — в 12-й, 27-го — в 5-й, а 37-го канала — во 2-й канал.

Дополнительно СКТ может передавать в отдельном канале свою программу, которая кодируется и с помощью индивидуального дешифратора (устанавливается в телевизор специалистами СКТ) принимается абонентом за дополнительную плату.

С 1999 г. СКТ города транслирует своим пользователям 8 или 9 программ . Это БТ, семь российских каналов и Евроспорт. Все программы не кодированы и подаются абонентам за небольшую дополнительную плату.

Через эфир из пос. Колодищи в настоящее время передается шесть различных программ в каналах 1, 3, 6, 8, 27 и 37. Пять из них, кроме 8-го канала, конвертируется в другие каналы СКТ. Программа «Восьмой канал» — коммерческое телевидение, поэтому СКТ не обязаны ее ретранслировать. Наибольший интерес для жителей Минска и его окрестностей представляет современная система индивидуального приема телевидения — так называемое «эфирно-кабельное» телевидение. Это система наземного телевизионного вещания, аналог кабельного телевидения, но без кабеля, некоторым образом сходная со спутниковой вещательной системой (только спутник-ретранслятор в этом случае находится на Земле). Система вешания называется MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System, или многоканальная многоточечная распределительная система). Она работает в специальном частотном диапазоне 2,5...2,7 ГГц и с июля 1996 г. запущена в коммерческую эксплуатацию в Минске.

Систему приемно-передаюшего тракта эфирно-кабельного телевидения по системе MMDS можно разделить на три основные функциональные части: приемно-формирующую, усиливающе-передаюшую и принимающую (рис. 10.4).

Прием спутниковых каналов на передающем центре системы MMDS осуществляется на профессиональном уровне с помощью осесимметричных параболических антенн (1) диаметром от 2 до 4,5 м. Это значительно улучшает качество изображения и звукового сопровождения по сравнению с индивидуальными приемными системами, использующими антенны диаметром не более 1,5...2,0 м. Использование антенны большого диаметра позволяет также принимать телевизионные сигналы со спутников, не доступных для владельцев индивидуальных систем спутникового телевидения.

На центральной станции семь параболических антенн (1) направлены на разные ИСЗ, работающие в диапазоне Кu. Прием девяти популярных зарубежных программ осуществляется со спутников НОТ BIRD-1, НОТ BIRD-3, ASTRA 1A, ASTRA 1E и TELECOM 2B.

Принятые с ИСЗ сверхвысокочастотные сигналы поступают на ремодулятор (2), где преобразуются в низкочастотные сигналы перед подачей на коммутатор входных сигналов (3). Сюда же поступают низкочастотные сигналы шести государственных программ и сигнал фильмового канала. Пос-

10-23.jpg

ледний создается непосредственно в студии MMDS благодаря воспроизведению записей различных фильмов с помощью профессионального видеомагнитофона.

В модуляторе (4) сигналы всех 24 программ модулируют по амплитуде «свою» промежуточную частоту 38,9 МГц (ПЧ звука 34,2 МГц). В усиливаюше-передаюшем блоке (5) осуществляется перенос сигналов в полосу частот 2,5...2,7 ГГц. Передатчик мощностью 50 Вт (на каждую программу отдельный) с помощью антенны (6) с круговой диаграммой направленности и горизонтальной поляризацией обеспечивает зону уверенного приема в радиусе 60 км. Передающая антенна установлена на телевизионной башне (176 м) в центре Минска. На телебашню на берегу реки Свислочь необходимо ориентировать индивидуальные антенны абонентских приемников системы MMDS.

Важно, чтобы в непосредственной близости от принимающей антенны в направлении на передающую не было препятствий (каких-либо сооружений или деревьев).

Аппаратура системы MMDS состоит из приемной антенны (7) в виде дугообразной решетки размером 40х50 см, в фокусе которой находятся облучатель и конвертер, и приемника (8) системы MMDS, преобразующего принятые абонентской антенной сигналы в частоты MB диапазона. Последний устанавливается рядом с бытовым телевизором.

Абонентский MMDS-приемник (8) соединяется с антенным входом бытового телевизора, настроенного на один и тот же частотный (четвертый) канал, или с низкочастотным входом. Переключение сигналов всех принимаемых каналов осуществляется с помощью ПДУ абонентского приемника. Таким образом, на выходе приемника MMDS (как и на входе телевизора) в каждый момент времени присутствует только один сигнал из всех возможных телевизионных каналов, закодированных по аналоговым системам цветного телевидения PAL или SECAM. Поэтому бытовой телевизионный приемник должен быть оборудован декодером PAL/SECAM.

Все программы системы MMDS закодированы. Абоненты ежемесячно вносят плату за просмотр передач. Чтобы они могли свободно смотреть по своему выбору любую из программ, в абонентский приемник встроен дескремблер, т. е. дешифратор принимаемых сигналов. Каждый абонентский приемник имеет индивидуальный номер, и его дескремблер управляется по эфирному каналу из передающего центра.

Это позволяет реализовать адресную систему кодирования, обеспечивающую широкий выбор услуг и возможностей для абонента и вариантов оплаты программ. Группы телевизионных каналов могут образовывать «пакеты программ» дескремблера. Используются два пакета программ, отличающихся стоимостью, объемом и содержанием: самый дорогой пакет включает в себя 24 транслируемых телевизионных канала. Более дешевый пакет позволит смотреть программы только 18 каналов. Абонент системы MMDS сможет выбрать любой пакет программ, заплатив за него. В случае задолженности по оплате приемник данного абонента может быть временно дистанционно (путем подачи соответствующих команд из передающего центра) заблокирован.

Система MMDS позволяет реализовать новый прогрессивный тип расчетов — оплату за фактический просмотр. В этом случае абонент бесплатно смотрит лишь 5 мин выбранной программы, в течение которых он решает, смотреть программу дальше или нет. До истечения этого времени

абонент должен нажать кнопку «ОПЛАТА» на ПДУ, вычитая тем самым определенную сумму из внутреннего счетчика кредита. В противном случае изображение и звук в канале исчезнут.

Полезной функцией абонентского приемника системы MMDS является наличие ограничения просмотра для детей — так называемый «родительский ключ». Для этого каждый принимаемый канал может быть снабжен секретным кодом, вводимым с ПДУ, который известен только взрослым абонентам.

«Родительский ключ» применяется на ряде программ ИСЗ.

Рис. 10.2 Конструкция 5-элементной антенны расширенного диапазона типа ТВК-5/1,3

Изображение: 

Рис. 10.3 7-элементная антенна расширенного диапазона типа ТВК-7/6-12

Изображение: 

Рис. 10.4 Структурная схема многоканальной многоточечной распределительной системы эфирно-кабельного телевидения (MMDS)

Изображение: 

10.3. Фидерные линии.

10.3. Фидерные линии

Фидер (в радиотехнике) — линия, предназначенная для передачи электрических колебаний высокой частоты. Поэтому любые провода, с помощью которых антенна подключается к телевизору, являются фидером, или фидерной линией. Назначение фидера состоит в передаче энергии высокой частоты от антенны к телевизионному приемнику с минимальными потерями. Фидерная линия должна удовлетворять следующим требованиям: не возбуждаться под действием электромагнитного поля (не обладать «антенным эффектом»); пропускать нужную полосу частот; иметь параметры, обеспечивающие легкость согласования ее с антенной или телевизором.

Иногда в качестве фидера используют телефонный кабель, электроосветительный шнур, сплетенные монтажные провода и т. п. (рис. 10.5, а). Качество таких самодельных фидеров невысокое.

Электромагнитное поле высокочастотных колебаний, передаваемых по такой линии, не имеет четко выраженной границы, которая отделяла бы его от окружающего поля. Часть энергии рассеивается в пространстве, причем с повышением частоты эти потери возрас-

10-31.jpg

тают. Открытая линия не только является источником помех, но и сама воспринимает их от других источников излучения. Поэтому их можно использовать в исключительных случаях, временно и только в условиях ближнего приема.

Если линию обнести металлическим экраном, то электромагнитная энергия не будет излучаться в окружающее пространство и наоборот. В линии, ограниченной экраном, можно вместо двух проводов использовать один, а в качестве второго провода будет служить экран. Такая линия называется несимметричной экранированной.

Если ось внутреннего проводника несимметричной линии, имеющего вид цилиндра, и ось экрана совпадают, такую линию называют коаксиальной. Входы всех современных телевизоров рассчитаны на подключение несимметричного коаксиального фидера (рис. 10.5, б).

Кроме полиэтилена 1 для изоляции в радиотехнических кабелях можно использовать и другие материалы: 2 — фторопласт (фторлон); 3 — полистирол; 4 — полипропилен и его смеси; 5 — резина; 6 — неорганическая изоляция. Электрические и конструктивные характеристики некоторых кабелей типа РК приведены в табл. 10.4.

Каждому кабелю присвоено условное обозначение, которое включает буквы, обозначающие марку кабеля,— РК (радиочастотный коаксиальный) и три числа. Первое число указывает на величину номинального волнового сопротивления, второе — на величину номинального диаметра по изоляции, округленную для диаметра 2 мм до ближайшего целого числа, третье число — двух- или трехзначное. Первая цифра указывает на материал изоляции кабеля, а последующие обозначают порядковый номер конструкции кабеля. Например, РК-75-4-15 обозначает: радиочастотный коаксиальный кабель с номинальным волновым сопротивлением 75 Ом, с номинальным диаметром по изоляции 4 мм, изоляция из полиэтилена (1), порядковый номер конструкции 5.

Фидерные линии характеризуются следующими параметрами: волновым сопротивлением, постоянной затухания, коэффициентом укорочения длины волны, электрической длиной.

Волновое сопротивление фидерной (или длинной) линии — это отношение напряженности электрического поля в какой-то точке поперечного сечения линии к напряженности магнитного поля в той же точке в случае, когда электромагнитная волна при распространении вдоль кабеля не испытывает отражений.

10-32.jpg

10-33.jpg 01.jpg

Примечание: М — медная проволока; МС — посеребренная медная проволока; БС — посеребренная бронзовая проволока; П — полиэтилен; В — поливинил-хлоридный пластикат; ОМ — оплетка медной проволокой; ОМС — оплетка посеребренной медной проволокой; ДОМ — двойная оплетка мелкой проволокой; ДОМЛ — двойная оплетка луженой медной проволокой; ОМЛ — оплетка луженой медной проволокой; ПМП — повив из медных прямоугольных проволок.


Для кабелей типа РК установлены следующие ряды номинального волнового сопротивления: 50, 75, 100 и 200 Ом.

Так как индуктивность и емкость линии зависят от ее геометрических размеров, волновое сопротивление можно вычислить, используя эти величины. Аля этого необходимо снять с конца кабеля наружную защитную оболочку, завернуть оплетку и штангенциркулем или микрометром измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем, сняв изоляцию, нужно измерить диаметр центрального проводника. Точное значение волнового сопротивления коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией можно рассчитать по формуле

W=91lg(D/d),

где W—волновое сопротивление кабеля, Ом; D—диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции, мм; d— диаметр центрального проводника кабеля, мм.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией несложно определить с достаточной степенью точности по графику (рис. 10.6): если D/d =3,3...3,7, кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом, если D/d = 6,5...6,9, волновое сопротивление составляет 75 Ом.

Постоянная затухания кабеля характеризует снижение напряжения по мере распространения электромагнитных колебаний вдоль линии. Это происходит за счет потери энергии на активном сопротивлении проводов кабеля и потерь в диэлектрике (изоляции). Затухание в проводах зависит также от удельного сопротивления металла проводов (чем меньше их удельное сопротивление, тем меньшими в них будут потери), геометрических размеров поперечного сечения кабеля и частоты электромагнитных колебаний.

Затухание выражается в децибелах. Чтобы определить погонное затухание в фидере антенны, следует умножить

10-34.jpg

10-35.jpg


величину затухания на длину кабеля в метрах. Затухание в коаксиальном кабеле возрастает с увеличением частоты (рис 10.7).

Коэффициент укорочения длины волны характеризует уменьшение скорости радиоволны в кабеле по сравнению со скоростью в свободном пространстве при заполнении его диэлектриком с диэлектрической проницаемостью е>1. Со снижением скорости распространения радиоволны уменьшается и ее длина. Значит, длина волны в фидере, заполненном диэлектриком, меньше, чем в свободном пространстве.

Величина, показывающая, во сколько раз длина волны в линии, заполненной диэлектриком с e > 1, меньше длины волны в воздухе, называется коэффициентом укорочения длины волны. Для линий со сплошным диэлектриком, в частности для коаксиальных кабелей, коэффициент укорочения в=е^0.5 . Длину волны в кабеле Lk можно определить с помощью длины волны в воздухе Lсв по формуле

10-36.jpg

В большинстве коаксиальных кабелей в качестве изоляции между центральным и наружными проводами используется полиэтилен, диэлектрическая постоянная которого е=2,3. Коэффициент укорочения для этих кабелей составляет 1,52. В некоторых коаксиальных кабелях изоляцией служит пористый полиэтилен, включающий мельчайшие пузырьки воздуха. Коэффициент укорочения в этих кабелях равен примерно 1,25.

Электрическая длина волны кабеля определяет сдвиг фазы высокочастотного напряжения при распространении его по кабелю. При изготовлении согласующих и симметрирующих устройств телевизионных антенн, а также в соединительных линиях синфазных антенн часто нужно определить длину волны отрезка кабеля, который обеспечивает необходимый сдвиг фазы высокочастотного напряжения.

Электрическая длина фидера всегда больше геометрической. Например, если отрезок кабеля имеет длину половины волны, то его электрическая длина составляет только три четверти волны.

Отрезок длинной линии может резонировать на определенных частотах. Как и колебательный контур, он характеризуется входным сопротивлением, которое зависит от длины отрезка. В линии с бегущими волнами тока и напряжения, когда нагрузочное и волновое сопротивления линии равны, входное сопротивление на концах равно волновому независимо от ее длины. В замкнутой или разомкнутой линии входное сопротивление является реактивным и зависит от длины волны, принимая значения от нуля до бесконечности.

Так, например, у разомкнутой линии Rвx=0 при длине волны, равной L/4,L*3/4, L*5/4 и т. д., т. е. при нечетном числе четвертей волн. У короткозамкнутой линии Rвх = 0 при длине волны, равной L/2, L, L*3/2 и т. д., т. е. при четном числе четвертей волн.

Входное сопротивление равно бесконечности у разомкнутой линии, которая имеет длину, кратную четному числу четвертей волн, и у короткозамкнутой, имеющей длину, кратную нечетному числу четвертей волн.

Резонансные свойства отрезков длинной линии широко используются в приемных телевизионных антеннах, согласующих и симметрирующих устройствах, фильтрах сложения, в высокочастотных каскадах в качестве резонансных контуров для приема на дециметровых волнах и др. Широкое применение получили четвертьволновые отрезки линий в качестве широкополосных трансформаторов для согласования входных сопротивлений антенн с волновым сопротивлением фидера.

Для распайки кабеля к штекеру или к распределительной коробке ТАКП с него снимают защитную оболочку на длину 50 мм и шилом расплетают оплетку, которую затем свивают в один или два жгута (для первого случая — два жгута, для второго — один). С центрального провода на расстоянии 15 мм снимают изоляцию. При этом во избежание повреждения центрального провода изоляцию лучше снимать чистым разогретым паяльником, обведя бороздку по ее окружности. Центральный провод и оплетку коаксиального кабеля необходимо облудить припоем ПОС-40.

Фидер антенны желательно выполнить из целого куска кабеля, так как соединение из двух или нескольких отрезков, как правило, нарушает однородность волнового сопротивления, что при большой длине фидера приводит к появлению отраженных сигналов.

Для соединения кабелей типа РК существует несколько способов. Наиболее простой из них — сращивание с помощью проволочного бандажа (рис. 10.8). При этом часть изоляции кабеля не восстанавливается, что приводит к нарушению волнового сопротивления в месте пайки, кроме того, возрастают потери сигнала. Поэтому такой способ сращивания кабелей пригоден только на частотах метровых волн (до 200...300 МГц). Однако его приходится использовать при соединении синфазных антенн, сборке фильтров сложения и других устройств.

Наиболее распространенный способ сращивания отрезков кабеля — в стык (рис. 10.9). Он используется на частотах MB и ДМВ диапазонов и осуществляется в четыре этапа. На первом этапе (на рис. не показан) на каждом из составляемых концов внешнюю оболочку разрезают на две части длиной по 80 мм, которые отгибают в противоположную от конца кабеля сторону и временно закрепляют. Медную оплетку на концах кабеля расплетают на 15 мм. Прядки оплетки отгибают в противоположную соединению сторону. Нерасплетенную часть оплетки сдвигают в ту же сторону. С каждого конца кабеля с центрального провода снимают изоляцию на 30 мм.

10-37.jpg

10-38.jpg

Внутренние проводники концов кабеля соединяют в навив, если центральный провод многопроволочный. Если он однопроволочный и достаточно толстый (например, у кабеля марки РК-75-9-12 диаметр внутреннего проводника равен 1,37 мм), то оба конца центрального провода следует спилить до половины с помощью надфиля примерно на 10 мм, залудить, а при пайке наложить один на другой, чтобы не было выступающих частей.

Если центральные провода тонкие, их можно сложить внахлест на 10 мм (заходят друг за друга), а затем произвести пайку. Предварительно место пайки покрывают флюсом из раствора канифоли в спирте. Место пайки центральных проводов лучше всего поместить в ванночку с расплавленным припоем ПОС-60 на 10...15 с. Пайку с помощью кислоты использовать не следует.

Далее необходимо восстановить изоляцию. В трубке делают продольный разрез и на место пайки надевают полиэтиленовую трубку из отходов кабеля длиной около 30 мм. Швы трубки и места соединения с изоляцией нагревают до растекания полиэтилена.

На следующем этапе сращивают оплетки кабелей. Для этого их снова сдвигают к концам кабелей. Концы оплеток для большей прочности можно обмотать несколькими витками луженой голой монтажной проволоки, а затем после обработки флюсом места соединения произвести пайку.

На последнем этапе на оплетку накладывают отогнутые концы защитной оболочки. При необходимости их укорачивают. Во избежание проникновения влаги внутрь кабеля мес-

10-39.jpg

то соединения поверх защитной оболочки обматывают двумя слоями изоляционной ленты марки ПХВ.

При установке антенны важно выбрать способ присоединения к ней кабеля, так как неприкрытые контакты наружной антенны, подвергаясь воздействию коррозии, могут значительно ухудшить качество ее работы. Для защиты контактов от воздействия влаги место соединения кабеля с антенной заключают в соединительную коробку, которая одновременно используется и для крепления вибратора к несущей траверсе (стреле) антенны. Для замедления окисления места соединения кабелей в соединительной коробке заливают стеарином, воском или эпоксидной смолой.

При наружной проводке кабель укладывают вдоль мачты и крепят к ней скобами в интервале 0.5...1 м. По ближайшему гребню крыши кабель подводят к кронштейну (рис. 10.10). Это устраняет трение кабеля о выступающие острые края кровли. Один из концов деревянной планки имеет вырез с

большим закруглением, предотвращающим излом кабеля при изгибе. Второй конец крепится к кронштейну двумя винтами под гайку. Планку устанавливают под углом 15...20 к плоскости крыши, чтобы на кабель не попали талые воды. Кронштейн прикрепляют к карнизу крыши. При большой длине кабеля для предупреждения обрыва от ветровой нагрузки его подвешивают на стальном тросе.

При пересечении с проводами электросети кабель прокладывают под ними в полутвердых изоляционных трубках. Расстояние между кабелем и проводами электросети, газовыми и водопроводными трубами должно быть не менее 200 мм.

К деревянной стене фидер присоединяют однолапчатыми скобами под шуруп, на бетонных или кирпичных стенах — дюбелями с волокнистым наполнителем. На прямолинейных участках проводки кабель крепится каждые 500 мм, на поворотах и изгибах — через 50...60 мм в зависимости от радиуса. Лапки скобок на углах должны быть повернуты внутрь угла.

Фидер заводится в комнату через отверстие в раме, просверленное под углом, чтобы дождевые капли не стекали внутрь рамы. Перед вводом в оконную раму кабель необходимо немного ослабить.

В жилых помещениях кабель прокладывают параллельно архитектурным линиям. При этом следует избегать резких перегибов кабеля и сжатия его скобками. Радиус изгиба не должен быть меньше, чем пятикратный диаметр кабеля. В комнатах и коридорах кабель прокладывают по напольным плинтусам. Конец кабеля длиной не менее 2 м оставляют свободным для включения в телевизор.

Таблица 10.4 Конструктивные и электрические данные радиочастотных коаксиальных кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией (око

Изображение: 

Рис. 10.10 Кронштейн для прокладки фидера

Изображение: 

Рис. 10.5 Фидерные линии

Изображение: 

Рис. 10.6 График волнового сопротивления кабеля

Изображение: 

Рис. 10.7 Зависимость удельного затухания коаксиальных кабелей от частоты сигнала

Изображение: 

Рис. 10.8 Сращивание коаксиальных кабелей с помощью проволочного бандажа

Изображение: 

Рис. 10.9 Соединение кабелей способом встык

Изображение: 

Таблица 10.4 Конструктивные и электрические данные радиочастотных коаксиальных кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией (про

Изображение: 

Таблица 10.4 Конструктивные и электрические данные радиочастотных коаксиальных кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией

Изображение: 

Ф.1 Определение длины волны в кабеле Lk с помощью длины волны в воздухе Lсв

Изображение: 

10.4. Согласующие и симметрирующие устройства.

10.4. Согласующие и симметрирующие устройства

Под согласованием понимают обеспечение равенства волнового сопротивления фидера входным сопротивлениям антенны и телевизора. Особое значение для повышения качества изображения имеет согласование фидера со входом телевизора.

У современных телевизоров вход несимметричный, 75-омный, поэтому при использовании в качестве фидера коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом согласование на входе телевизора обеспечивается автоматически. Что касается точности согласования фидера с антенной, то оно играет роль преимущественно при приеме слабых сигналов.

Симметрирование — это подключение симметричной антенны (имеется в виду «электрическая» симметрия) к несимметричному фидеру (коаксиальный кабель), при котором исключаются протекание токов по внешнему проводнику (оплетке) фидера и его антенный эффект. Антенный эффект может возникнуть в любом фидере при неправильном подключении его к антенне, что приводит к искажению диаграммы направленности антенны и приему помех.

Если фидерная линия возбуждается под действием электромагнитного поля, при приеме сигналов от близко расположенного передатчика на вход телевизора будут поступать два сигнала — от антенны и фидера. Более слабый сигнал, принятый фидерной линией, достигнет входа первым. В результате на экране могут появиться менее контрастные изображения, сдвинутые влево от основного. Если сдвиг между основным и повторным изображениями невелик, основное изображение получается нечетким, а его контуры — утолщенными. В условиях дальнего приема антенный эффект приводит к уменьшению соотношения сигнал/шум на входе телевизионного приемника.

Симметрирующее устройство должно выполнять роль перехода, который позволяет соединить симметричные относительно земли антенны с несимметричным фидером. Согласующее устройство должно преобразовать входное сопротивление антенны до уровня волнового сопротивления фидера, благодаря чему обеспечивается максимальный сигнал на входе телевизора.

Симметрирующий мостик (рис. 10.11) представляет собой две металлические трубки (1), которые прикрепляются к концам активного вибратора (2) антенны путем сварки, болтовыми соединениями и другими способами в точках А и Б, и закороченные на расстоянии четверти длины волны в свободном пространстве металлической перемычкой (3) произвольной ширины. Важно обеспечить надежный контакт с трубками мостика, особенно если предусмотрена возможность небольшого передвижения перемычки. Путем незначительного изменения длины М мостика с помощью короткозамыкающей перемычки можно добиться

10-41.jpg

наибольшей контрастности изображения на экране телевизора, особенно при слабом принимаемом сигнале.

Расстояние между трубками мостика не критично, в основном оно определяется разрывом между концами вибратора антенны. На метровых волнах оно может быть 50...100 мм, на дециметровых — 10...30 мм. Диаметр трубок мостика любой, но он должен быть одинаковым для обеих трубок. Обычно его выбирают таким же, как и диаметр трубок вибратора антенны. Практически на метровых волнах диаметр равняется 10...20 мм, а на дециметровых — 5...10 мм.

Фидер (4) (кабель марки РК с волновым сопротивлением 75 Ом) протягивают внутри одной из трубок — левой или правой. Если кабель протягивают через правую трубку, то и оплетку кабеля припаивают к точке Б, а центральный проводник — к точке А и наоборот. Если кабель невозможно протянуть в трубке, то его прикрепляют к ней в нескольких местах. Если кабель прокладывают к точкам А и Б, нельзя снимать защитную оболочку, так как не будет обеспечено симметрирование антенны.

Симметрируюший короткозамкнутый шлейф (рис. 10.12) представляет собой четвертьволновый мостик на отрезках коаксиального кабеля. Роль трубок мостика играют оплетки кабелей. Оплетку фидера и центральный проводник припаивают к вибратору антенны аналогично мостику. Нижний конец шлейфа (2) соединяют с оплеткой фидера (4) с помощью жесткой металлической перемычки (3), которая одновременно фиксирует расстояние между кабелями. Для перемычки можно использовать оплетку шлейфа. Оплетки кабелей (1) и (2) припаивают друг к другу легкоплавким припоем во избежание оплавления изоляции. Отрезок шлейфа выполняют из кабеля, который идет для изготовления фидера.

Оба конца центрального провода кабеля можно срезать заподлицо и оставить разомкнутыми или спаять с оплетками, так как он не участвует в работе шлейфа. Для обеспечения параллельности кабелей необходимо установить между ними

10-42.jpg

изоляционные распорки (5). Вместо них можно закрепить кабели параллельно друг другу на изоляционной пластине.

Размеры описанных выше устройств для метровых волн приведены в табл. 10.5, а для дециметровых — в табл. 10.6. В верхних каналах диапазона ДМВ длины волн относительно короткие, поэтому трудно установить шлейф длиной 10...15 см. В таких случаях длину шлейфа (мостика) можно увеличить в нечетное количество раз. Принцип работы этих устройств такой же.

10-43.jpg

10-44.jpg

Мостик и шлейф имеют одинаковые параметры и диапазонные свойства. Механически более прочен и надежен четвертьволновый мостик, но изготовить его несколько сложнее, чем шлейф.

Оба симметрирующих устройства используют в антеннах, входное сопротивление которых близко к 75 Ом (например, линейный полуволновый вибратор, рамочные антенны, многоэлементные антенны типа «Волновой канал», широкополосные и др.). Мостик и шлейф широко применяются при подключении коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом к синфазным антеннам, когда сумма входных сопротивлений отдельных антенн близка к 75 Ом.

В этих случаях симметрирующие устройства типа мостика и шлейфа обеспечивают согласование входного сопротивления антенны с волновым сопротивлением 75-омного фидера, так как они являются устройствами трансформаторного типа с коэффициентом трансформации, равным единице.

Согласующие четвертьволновые трансформаторы часто применяются в сложных многоэтажных антеннах, а также если нужно трансформировать активное сопротивление нагрузки.

При отсутствии гибких коаксиальных кабелей с необходимым волновым сопротивлением необходимое волновое сопротивление можно получить, включив параллельно несколько одинаковых по длине отрезков кабелей. Например, три параллельно включенных отрезка кабелей с волновым сопротивлением 75 Ом (или два с 50 Ом) образуют линию с волновым сопротивлением 25 Ом.

Полуволновая согласуюше-симметрирующая петля используется для подключения несимметричного фидера к антенне, входное сопротивление которой больше волнового сопротивления фидера (например, к петлевому вибратору антенн типа «Волновой канал»).

Симметрирование петлевого вибратора с помощью отрезка кабеля, длина которого составляет половину длины волны в кабеле, достигается сдвигом фазы сигнала на 180°. Поэтому напряжения на входных зажимах А и Б петлевого вибратора относительно точки нулевого потенциала 0 имеют противоположные фазы, что обеспечивает симметрию токов в левой и правой частях вибратора (рис. 10.13). На внешнюю поверхность оплетки кабеля токи не затекают, так как оплетка изолирована от вибратора.

Согласование с помощью полуволновой петли. При равных диаметрах трубок петлевого вибратора, настроенного

в резонанс с принимаемым сигналом, его входное сопротивление составляет 292 Ом. Следовательно, сопротивление каждой половины петлевого вибратора между любым из входных зажимов (А или Б) и точкой нулевого потенциала 0 составляет 146 Ом (292: 2). Известно, что входное сопротивление кабеля, длина которого равна половине длины волны (в кабеле), равно сопротивлению, на которое он нагружен. Следовательно,полуволновая петля передает без изменений сопротивление из точки А в точку

Б, которое в каждой из них составляет 146 Ом. В точке Б происходит сложение двух активных параллельно включенных сопротивлений. Общее сопротивление на конце кабеля составляет 73 Ом, что обеспечивает хорошее согласование фидера с петлевым вибратором. Оплетки кабелей фидера и петли необходимо спаять друг с другом.

В табл. 10.5, 10.6 приведена геометрическая длина полуволновой согласующе-симметрируюшей петли частотных каналов MB и ДМВ диапазонов с учетом укорочения длины волны в кабеле.

10-45.jpg

Рис. 10.11 Симметрирующий мостик

Изображение: 

Рис. 10.12 Симметрируюший короткозамкнутый шлейф

Изображение: 

Таблица 10.5 Согласующе-симметрирующие устройства диапазона метровых волн, мм

Изображение: 

Таблица 10.6 Размеры согласующих и симметрирующих устройств для каналов дециметровых волн (окончание)

Изображение: 

Таблица 10.6 Размеры согласующих и симметрирующих устройств для каналов дециметровых волн

Изображение: 

10.5. Антенны типа «Волновой канал» диапазона метровых волн.

10.5. Антенны типа «Волновой канал» диапазона метровых волн

Антенны типа «Волновой канал» широко используются в системах коллективного приема и при индивидуальном приеме. Это связано с тем, что они обеспечивают получение большого коэффициента усиления при сравнительно небольших габаритах. В зарубежной литературе антенну «Волновой канал» называют антенной Уда-Яги (имена впервые описавших ее японских изобретателей).

Антенны типа «Волновой канал» состоят из активного вибратора (обычно это петлевой вибратор), рефлектора и ряда директоров, расположенных на обшей несушей стреле параллельно друг другу (рис. 10.14; табл. 10.7).

10-51.jpg

10-52.jpg

Рис. 10.15. 5-элементная антенна типа «Волновой канал»:

1—активный петлевой вибратор; 2—рефлектор;

3 — пассивные директоры

Принцип действия антенны пятиэлементной (рис. 10.15;

табл. 10.8). Если активный полуволновый вибратор (1), имеющий симметричную диаграмму направленности в виде восьмерки, подключить к источнику высокочастотных колебаний, то он будет излучать электромагнитную энергию как в направлении рефлектора (2), так и в сторону директоров (3). Под воздействием электромагнитной энергии в рефлекторе наведутся токи, которые будут источником вторичного излучения. Длина рефлектора и расстояние от него до активного вибратора подобраны таким образом, что излучение рефлектора ослабляет излучение активного вибратора в его сторону и усиливает в направлении директоров. Таким образом, рефлектор служит экраном, который усиливает излучение в одном направлении за счет его ослабления в другом. Для получения эффекта экранирования необходимо, чтобы ток, который течет по рефлектору, опережал по фазе ток, текущий по активному вибратору. Необходимая длина рефлектора на 5...10% превышает половину длины волны.

Таблица 10.8

10-53.jpg

10-54.jpg

Таблица 10.9

10-55.jpg

Амплитуда тока в рефлекторе несколько меньше, чем в активном вибраторе. Поэтому излучение в направлении рефлектора компенсируется не полностью. Часть энергии, которую излучает активный вибратор, «просачивается» через рефлектор, что является причиной появления задних и боковых лепестков диаграммы направленности. Кроме того, эти лепестки появляются в связи с неточной фазировкой токов в рефлекторе и активном вибраторе.

Для уменьшения задних и боковых лепестков диаграммы направленности, т. е. увеличения коэффициента защитного действия (КЗД) всей антенны, рефлектор выполняют из двух-трех и более элементов (рис. 10.16; табл. 10.9). Расстояние между элементами рефлектора по вертикали для каналов 1...5 равняется 800 мм, для каналов 6...12 — 550 мм.

Усилению излучения антенны в главном направлении способствуют директоры, которые возбуждаются, как и рефлектор, под воздействием электромагнитного поля, которое наводит активный вибратор. Для сложения полей директоров необходимо, чтобы в каждом последующем вибраторе ток отставал по фазе на такой же угол, на какой отстает волна, распространяющаяся в пространстве (это достигается подбором расстояний между директорами и их

10-56.jpg

размеров). Максимальная концентрация излучения в главном направлении получается обычно при постепенном уменьшении длин директоров в направлении от активного вибратора.

Такое расположение директоров и их конструкция способствуют тому, что электромагнитная волна, возбуждаемая активным вибратором, распространяется главным образом вдоль оси антенны, благодаря чему она и получила название «Волновой канал».

Увеличение числа директоров приводит к уменьшению полосы пропускания антенны. Если считать допустимым снижение коэффициента усиления на краях полосы на 1,5...2,0 дБ по сравнению с коэффициентом усиления на средней частоте, то рабочая полоса антенны, имеющей 5...7 директоров, составляет 10...15% от средней частоты. При числе директоров, равном 9...11, рабочая полоса частот уменьшится до ±5...6% от средней частоты. Сужение полосы пропускания приводит к потере четкости, цветности сигнала изображения и ослаблению звукового сопровождения. Поэтому в частотных каналах 1...5 нельзя применять антенны типа «Волновой канал» с числом директоров более 5...7, а в каналах 6...12 — более 9...12. Например, в частотных каналах 1...5 не рекомендуется использовать 7-элементную антенну типа «Волновой канал» (рис. 10.16; табл. 10.9). В каналах 1...5 не используются 11-элементные антенны типа «Волновой канал» (рис. 10.17; табл. 10.10, 10.11).

Таблица 10.10

10-57.jpg

Таблица 10.11

10-58.jpg

Вибратор антенны представляет собой проводник, открытый на концах, поэтому его можно рассматривать как открытый колебательный контур, резонансная частота которого зависит от индуктивности L и емкости С, определяемых геометрическими размерами. Добротность (качество контура в основном определяется отношением L/C. При большом отношении (большая самоиндукция при малой емкости получается узкополосный контур с острым резонансом (рис. 10.18, а), при малом (небольшая самоиндукция при большой емкости) —широкополосный контур с менее выраженным резонансом (рис. 10.18, б).

Таким образом, ширина полосы пропускания вибратора (F) определяется отношением L/C, которое зависит от отношения l/d (длина волны канала к диаметру вибратора). Так, при одинаковой длине вибратор большего диаметра имеет большую емкость

и полосу пропускания, так как его поверхность больше, и, следовательно, меньшее отношение L/C, чем у вибратора с меньшим диаметром проводника.

Для изготовления антенн типа «Волновой канал» диапазона MB рекомендуется использовать трубки следующих диаметров: а — несущая стрела (30...35 мм — в каналах 1...5, 18...22 мм — в каналах 6...12); 6 — вибраторы (18...22 мм — в каналах 1...5, 10...16 мм — в каналах 6...12).

Радиус изгиба трубок петлевого вибратора произвольный, поэтому для его изготовления можно использовать прямые трубки, соединенные болтовыми креплениями или с помощью сварки.

Чем лучше металл проводит электрический ток, тем меньше сопротивление и потери будут в нем при высокочастотных колебаниях тока. Поэтому для вибраторов антенн предпочтительнее использовать металлы с высокой электропроводностью (медь, латунь, алюминий, дюралюминий). Однако из-за высокой стоимости цветных металлов промышленностью выпускаются антенны из стали со специальным антикоррозийным покрытием.

На параметры антенны не влияет профиль используемого материала, так как токи высокой частоты протекают только по поверхностям вибраторов. Сплошные стержни не рекомендуется применять из-за увеличения массы антенны.

Антенну можно изготовить также из металлических уголков, квадратных брусков, полосок и других профилей. Если используются полоски, их ширина должна быть равна удвоенному диаметру трубок, который необходим для данного диапазона УKB. В практике широко применяются вибраторы из деревянных брусков, обернутых медной фольгой, из отрезков коаксиального кабеля (используется медная оплетка),

10-59.jpg

из деревянных реек круглого сечения диаметром 15 мм или квадратного (15 х 15 мм) с оплеткой из тонкого медного провода диаметром 0,5...2 мм, который располагается равномерно и симметрично.

Коэффициент усиления антенн, вибраторы которых выполнены из подручных материалов, будет несколько ниже, чем у антенн из трубок необходимого диаметра. Поэтому суррогатные вибраторы для антенн следует использовать только в зоне уверенного приема.

Коэффициент усиления — величина, показывающая, во сколько раз напряжение или мощность, развиваемые в антенне принимаемыми сигналами, при прочих равных условиях больше напряжения или мощности, развиваемых полуволновым вибратором (эталонная антенна).

Различают коэффициенты усиления по напряжению (полю) и мощности. Коэффициент усиления по мощности численно равен квадрату коэффициента усиления по напряжению. Обычно коэффициент усиления антенны выражается в децибелах (дБ) и зависит от конструкции антенны. Например, у антенны типа «Волновой канал» коэффициент усиления (Кu) почти линейно зависит от количества директоров nд, приблизительно его можно определить по формуле

Кu = (2,5 • nд)^0.5 (раз).

В табл. 10.12 приведены значения Кu антенн типа «Волновой канал» в зависимости от числа вибраторов.

Для защиты наружных антенн типа «Волновой канал» от коррозии их необходимо тщательно красить. Чтобы покрытия были прочными, металл зачищают и грунтуют (каждому типу красок соответствует определенная грунтовка). Перед окраской элементы антенны из стали (железа) на длительное время погружают в керосин или протирают рыбьим жиром (слой жира оставляют на 1.5...2 ч). Рыбий жир, пропитывая ржавчину, образует под ней пленку, препятствующую дальнейшей коррозии детали. Детали промывают (несколько минут) в насыщенном растворе хлорного олова, споласкивают в теплой воде и просушивают. На сухую поверхность вначале наносят грунтовку, а затем — краску.

Используются такие краски, которые являются хорошим диэлектриком и выдерживают климатические условия (например, синтетическая автоэмаль, нитроэмаль, глифталевые или масляные краски).

Антенны из меди или латуни также необходимо окрашивать, так как под воздействием кислорода воздуха и сернистых газов в атмосфере на поверхности этих металлов образуется слой сернистой меди, который обладает значительным сопротивлением и ухудшает работу антенны. На

10-510.jpg

качество работы антенны влияет также покрытие ее бронзовой или алюминиевой краской. Потери в антенне при низком уровне сигнала возрастают настолько, что прием может прекратиться.

Детали антенн из алюминия или его сплавов окрашивать не следует, так как оксидный слой на поверхности этих металлов обладает высоким 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.

Высокочастотные токи протекают только по поверхности металла, которая не должна представлять для токов сигнала, принятого антенной, большого сопротивления. Это предъявляет определенные требования к ее состоянию. Чтобы токи сигнала, принятого антенной, не встречали большого сопротивления, поверхности элементов антенны должны быть ровными и гладкими без поперечных прорезей или глубоких царапин, а у антенн дециметровых волн даже полированными.

Рис. 10.14 Трехлементная антенна типа "Волновой канал" (3 элемента)

Изображение: 

Рис. 10.16 7-элементная антенна типа "Волновой канал" с двойным рефлектором

Изображение: 

Рис. 10.17 11-элементная антенна типа "Волновой канал" с двойным рефлектором

Изображение: 

Рис. 10.18 График зависимости полосы пропускания от отношения L/C вибратора

Изображение: 

Таблица 10.10 Размеры 11-элементной антенны "Волновой канал", мм

Изображение: 

Таблица 10.11 Расстояния между вибраторами 11-элементных антенн "Волновой канал", мм

Изображение: 

Таблица 10.12 Коэффициент усиления антенн "Волновой канал"

Изображение: 

Таблица 10.7 Размеры 3-элементной антенны "Волновой канал", мм

Изображение: 

Таблица 10.8 Размеры 5-элементной антенны "Волновой канал", мм

Изображение: 

Таблица 10.9 Размеры 7-элементной антенны "Волновой канал", мм

Изображение: 

10.6. Рамочные антенны диапазона метровых волн.

10.6. Рамочные антенны диапазона метровых волн

Простейшая рамочная антенна представляет собой провод (трубку и другие профили), согнутый в виде квадрата, сторона которого приблизительно равна четверти длины волны. Такой рамочный вибратор можно рассматривать как систему, состоящую из двух простых синфазных вибраторов, согнутых по краям. Радиус закругления произвольный, но он не должен превышать 1/10 стороны квадрата.

В практике применяются двух- и трехэлементные рамочные антенны («Двойной квадрат» и «Тройной квадрат») (рис. 10.19, 10.20; табл. 10.13 и 10.14). В таблицах размер Н обозначает разнос между антеннами в синфазной решетке по горизонтали и вертикали, равный средней длине волны канала. При необходимости с целью уменьшения габаритов антенны для каналов 1...5 разнос антенн Н можно уменьшить вдвое.

10-61.jpg

Таблица 10.13

10-62.jpg

Таблица 10.14

10-63.jpg

10-64.jpg

Рамки выполняют из металлических трубок диаметром 10...20 мм для антенн каналов 1...5 и 8...15 мм для антенн каналов 6...12. Верхняя стрела соединяет середины обеих рамок и может быть металлической, нижняя изготовлена из изоляционного материала. Концы активной вибраторной рамки крепятся к пластине размером 30 х 60 мм, изготовленной из гетинакса, текстолита или оргстекла толщиной 6...8 мм

и расплющиваются.

Мачта должна быть деревянной, по крайней мере ее верхняя часть. Металлическая часть мачты должна заканчиваться на 1,5 м ниже антенны. Антенна крепится к мачте в центре тяжести. Рамки антенны должны быть расположены одна относительно другой так, чтобы их воображаемые центры (точки пересечения диагоналей квадратов) находились на горизонтальной прямой, направленной на

передатчик.

Активная рамка подключается к фидеру с помощью четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа (мостика). Схемы подключения к фидеру показаны на рис. 10.11 и 10.12.

Коэффициент усиления рамочных антенн примерно такой же, как и у 5-элементной антенны типа «Волновой канал». Это объясняется тем, что активной приемной частью каждой рамки являются ее верхняя и нижняя горизонтальные части (при приеме радиоволн с Н поляризацией).

Рис. 10.19 Рамочная антенна "Двойной квадрат"

Изображение: 

Рис. 10.20 Рамочная антенна "Тройной квадрат"

Изображение: 

Таблица 10.13 Геометрические размеры антенны "Двойной квадрат"

Изображение: 

Таблица 10.14 Геометрические размеры антенны "Тройной квадрат"

Изображение: 

10.7. Двухэлементная Швейцарская антенна.

10.7. Двухэлементная Швейцарская антенна

Швейцарская антенна (рис. 10.21) состоит из двух вибраторов различной длины: рефлектора (большая длина) и директора (меньшая длина), расположенных в горизонтальной плоскости. Длина вибраторов подобрана таким образом, что индуктивная составляющая тока рефлектора и емкостная составляющая тока директора в точках питания взаимно компенсируются.

Оба вибратора имеют Т-образную схему согласования и соединены между собой перекрещивающейся линией, которая изготавливается из медных проводов диаметром 1...3 мм. Расстояние между проводами линии не критично и колеблется в пределах 10...20 мм. В точке пересечения проводов линии необходима вставка из изоляционного материала.

Для укрепления вибраторов между собой в их центре устанавливают несущую стрелу, которая может быть изготовлена как из металлической трубки, так и из изоляционного материала. Элементы Т-образного согласования виб-

10-71.jpg

раторов располагаются в той же плоскости, что и сами вибраторы. Однако допускается перпендикулярное расположение к плоскости антенны, т. е. нужно повернуть ее на 90°. (Элементы Т-образного согласования находятся с верху или с низу антенны.) В таком случае удлиняются провода, которые соединяют вибраторы между собой.

Филер из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом подключают к точкам питания Х — Х через согласующе-симметрируюшую петлю (см. рис. 10.13, табл. 10.5).

Таблица 10.15

10-72.jpg

Коэффициент усиления Швейцарской антенны 5,0...5,5 дБ. Основные параметры ее примерно такие же, как и у 3-элементной антенны типа «Волновой канал». Однако эта антенна компактнее и для ее изготовления требуется меньше материала, чем для 3-элементной. В табл. 10.15 приведены геометрические размеры элементов Швейцарской антенны для диапазона MB.

Рис. 10.21 Двухэлементная Швейцарская антенна.

Изображение: 

Таблица 10.15 Размеры элементов Швейцарской антенны метрового диапазона, мм

Изображение: 

10.8. Двойная треугольная антенна.

10.8. Двойная треугольная антенна

Двойную треугольную антенну легко сделать из проволоки диаметром 1...3 мм или антенного канатика (рис. 10.22).

Полотно антенны крепится на деревянных брусках без изоляторов и состоит из параллельно соединенных и рас-

10-81.jpg

положенных в одной плоскости треугольных рамок. В углах треугольников полотна антенны проводники должны быть спаяны. Расстояние между пластинами питания во всех 12 каналах составляет 20 мм.

Фидер из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом прокладывают по одному из внутренних проводов полотна антенны до платы питания. Оплетку кабеля припаивают к пластине, соединенной с проводом, по которому проложен фидер. Центральный проводник кабеля припаивают к противоположной пластине. Дополнительные согласующе-симметрируюшие устройства при подключении фидера к двойной треугольной антенне не нужны. К середине нижней стороны треугольника может быть подсоединен провод заземления к точке нулевого потенциала 0. В табл. 10.16 приведены размеры элементов и расстояния между ними для двойной треугольной антенны метрового диапазона.

Таблица 10.16

10-82.jpg

10-83.jpg

Рис. 10.22 Двойная треугольная антенна.

Изображение: 

Таблица 10.16 Размеры двойной треугольной антенны (окончание)

Изображение: 

Таблица 10.16 Размеры двойной треугольной антенны

Изображение: 

10.9. Широкополосные антенны метровых волн.

10.9. Широкополосные антенны метровых волн

Малогабаритная 5-элементная антенна типа «Волновой канал» (рис. 10.23) предназначена для установки в зоне уверенного приема (см. рис. 10.1). Антенна может принимать телевизионные сигналы в группах каналов, указанных в табл. 10.17. Длина несушей стрелы для всех групп каналов составляет 660 мм. Расстояние D между центрами трубок активного петлевого вибратора равно 52...56 мм, расстояние S между его торцами — 26...30 мм. Диаметр трубок для изготовления вибраторов равняется 6...10 мм. Элементы антенны крепятся к несушей стреле в виде металлической трубки диаметром 20...28 мм или к деревянному бруску сечением 20 х 20 мм.

Таблица 10.17

10-91.jpg

Активный петлевой вибратор подключают к фидеру с помощью согласующе-симметрируюшей петли (см. рис. 10.13). Длину ее вычисляют как среднеарифметическую для данной группы каналов.

Коэффициент усиления малогабаритной 5-элементной антенны — 6,5 дБ. КЗД широкополосной антенны как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях более 20 дБ.

11-элементная широкополосная антенна типа «Волновой канал» с укороченной несушей стрелой показана на рис. 10.24, в табл. 10.18 приведены ее геометрические размеры для групп каналов.

10-92.jpg

10-93.jpg

Таблица 10.18

10-94.jpg

10-95.jpg

Расстояние между определенными элементами антенны одинаковое, поэтому несущая стрела для всех групп каналов равна 2680 мм. Высокое входное сопротивление антенны обеспечивается близким расположением первого директора к петлевому вибратору. Поэтому антенну подключают к фидеру с помощью полуволновой согласующе-симметрирующей петли (см. рис. 10.13), длина которой равна средней величине для этого сочетания каналов (см. табл. 10.1).

Коэффициент усиления антенны для каждой группы каналов равен 10,5 дБ. Угол раствора главного лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости должен быть не менее 20°, а в вертикальной — не менее 12°. На рис. 10.25 показана конструкция широкополосной антенны типа «Волновой канал» для работы в полосе частот каналов 6...12. Коэффициент усиления такой антенны 9 дБ. Углы раствора диаграммы направленности такие же, как и у антенны, представленной на рис. 10.24.

Широкополосный веерный вибратор. Для расширения рабочей полосы частот линейный полуволновой вибратор изготавливают из трубы большого диаметра. Недостатком «толстых» вибраторов являются значительная масса, сложность крепления и установки. Этого можно избежать, если вместо такой трубы использовать несколько тонких трубок, расположенных в одной плоскости параллельно друг другу. Такие вибраторы изготавливают из двух конусов, обращенных вершинами друг к другу. Они называются биконическими.

Простейшая разновидность биконического вибратора — веерный вибратор (рис. 10.26), каждая половина которого состоит из нескольких трубок, расположенных в одной плоскости и расходящихся под некоторым углом друг к другу. Веерный вибратор работает в полосе частот 48,5...100 и 174...230 МГц, т. е. во всех 12 каналах метрового диапазона УКВ. Алина вибратора составляет примерно l/2 на средней частоте каналов 1...5 и 3*l/2 на средней частоте каналов 6...12.

Из рис. 10.26,б видно, что угол между плоскостями, в.которых расположены трубки вибратора, составляет 120° (наклон в сторону телевизионного передатчика), и это не случайно. Диаграмма направленности линейного вибратора в горизонтальной плоскости при длине вибратора, равной l/2, имеет форму цифры восемь. В каналах 6...12 при длине вибратора 3*l/2 диаграмма направленности искажается: основной лепесток раздваивается и в направлении на телевизионный передатчик появляется провал. Для исправления диаграммы направленности, т. е. устранения провала, делают наклон плоскостей, в которых расположены трубки

вибратора. При этом не только устраняется провал в переднем лепестке «восьмерки», но и снижается уровень ее заднего лепестка, в результате вибратор в каналах 6...12 становится более направленным, чем в каналах 1...5.

Коэффициент усиления широкополосного веерного вибратора по полю (напряжению) равен 1 (0 дБ) в каналах 1...5 и 1,15 (1,3 дБ) в каналах 6...12. Длина симметрирующего короткозамкнутого мостика равна l/4 на средней частоте каналов 1...5 и 3*l/4 в каналах 6...12.

Антенна бегушей волны (АБВ) — это направленная антенна, вдоль геометрической оси которой распространяется бегущая волна принимаемого сигнала. Обычно АБВ (рис. 10.27) состоит из собирательной линии (1) и вибраторов (2). Наведенные электромагнитным полем ЭДС в вибраторах складываются в собирательной линии в фазе и поступают в фидер. В отличие от антенн типа «Волновой канал» у АБВ

10-96.jpg

10-97.jpg

все вибраторы активные, широкополосные и не нуждаются в настройке.

Собирательную линию АБВ образуют две трубки диаметром 22...30 мм, расходящиеся под небольшим углом. Она представляет собой двухпроводную линию переменного волнового сопротивления. К каждой трубке собирательной линии под углом 60° на одинаковом расстоянии друг от друга присоединены шесть трубок (вибраторов) такого же диаметра, 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 пластина используется для укрепления антенны на мачте в центре тяжести.

Фидер подключается к антенне с помощью короткозамкнутого мостика, который образован двумя металлическими трубками (5) с металлической перемычкой в нижней части. Фидер с

волновым сопротивлением 750м входит внутрь трубки мостика, которая находится справа. К его концу подключен трансформатор из кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом (длина трансформатора 700... 750 мм). Другой конец отрезка кабеля выходит через верхний конец правой трубки. Здесь оплетка кабеля припаивается к правой трубке мостика, а центральный проводник — к левой. Алина мостика (1100мм) и трансформатора (700...750 мм) выбрана так, что в диапазоне каналов 1...5 она соответствует примерно 1/4 средней длины волны, а для каналов 6...12 — 3/4 средней длины волны. Это обеспечивает приемлемое согласование антенны с фидером. На

практике иногда обходятся без согласующего устройства (при ближнем приеме). В этих случаях используют симметрирующий шлейф из отрезков коаксиального кабеля (см. рис. 10.12). Точки А и В мостика могут быть защищены крышкой (4). Коэффициент усиления антенны бегущей волны в каналах 1 и 2 составляет 3,5 дБ, в 3...5 — 4,6, в каналах 6...12 — 8 дБ.

10-98.jpg

Таблица 10.19

10-99.jpg

Зигзагообразная антенна диапазона метровых волн. Конструкция антенны сравнительно проста и отклонения в ту или иную сторону от номинальных размеров, неизбежные при ее изготовлении, практически не влияют на параметры. В качестве телевизионной зигзагообразная антенна (рис. 10.28;

табл. 10.19) может быть выполнена для работы в каналах 1...5 (50...100 МГц) или 6...12 (174...230 МГц).

Устройство зигзагообразной антенны. К деревянному бруску (1) сечением примерно 60 х 60 мм под углом 90° прикреплены две горизонтальные рейки (2) сечением 40 х 40 мм. К концам бруска крепятся две металлические пластины

(3), к концам реек — такие же металлические пластины

(4), но через диэлектрические прокладки (5). Плата питания (7) состоит из двух металлических пластин, собранных на изоляционной прокладке. Толщину материала пластин и их размеры выбирают произвольно, но расстояние между пластинами должно равняться 10...15 мм для каналов 1...5 и 7...10 мм — для каналов 6...12. На подготовленную конструкцию натягивают полотно антенны из трех параллельных проводов (6) диаметром 2...3 мм или из антенного канатика. В местах перегиба провода припаивают к пластинам (3), (4), (7).

Фидер (8) из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом прокладывают по одному из внутренних проводов полотна антенны до платы питания. Оплетку кабеля припаивают к пластине (7). Центральный проводник кабеля припаивают к противоположной пластине (3). Дополнительные согласуюше-симметрирующие устройства при подключении фидера к зигзагообразной антенне не нужны. Нижнюю пластину (3) при необходимости можно заземлить, так как она является точкой нулевого потенциала.

Зигзагообразная антенна имеет два одинаковых лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, максимумы которых ориентированы перпендикулярно плоскости полотна антенны. Таким образом, эти антенны принимают сигналы спереди и сзади, подобно линейному или петлевому полуволновому вибраторам, что создает опасность

приема помех с обратного направления. Значительно улучшить работ/зигзагообразной антенны можно за счет ее усложнения, используя рефлектор (рис. 10.29). Рефлектор образован горизонтальными проводниками, которые закреплены на деревянной или металлической раме. Полотно антенны отодвинуто от плоскости рефлектора на некоторое расстояние Е (табл. 10.19).

Диаграмма направленности этой антенны имеет один главный лепесток, а задний практически отсутствует. Наличие рефлектора повышает коэффициент усиления в 1,5...2 раза. В каналах 1...5 коэффициент усиления зигзагообразной антенны плавно возрастает от 7,8 дБ в первом канале до 14 дБ в пятом, а в каналах 6...12 — от 7,8 до 10 дБ.

10-910.jpg

Рис. 10.23 5-элементная антенна типа "Волновой канал" для приема в группах телевизионных каналов

Изображение: 

Рис. 10.24 11-элементная антенна типа "Волновой канал" с укороченной несущей стрелой

Изображение: 

Рис. 10.25 11-элементная широкополосная антенна типа "Волновой канал" для каналов 6..12

Изображение: 

Рис. 10.26 Широкополосный веерный вибратор для каналов 1...12

Изображение: 

Рис. 10.27 Двенадцатиканальная антенна бегущей волны 12 канало

Изображение: 

Рис. 10.28 Зигзагообразная проволочная антенна

Изображение: 

Рис. 10.29 Рефлектор зигзагообразной антенны

Изображение: 

Таблица 10.17 5-элементная антенна типа "Волновой канал" для приема в группах телевизионных каналов

Изображение: 

Таблица 10.18 11-элементная антенна типа "Волновой канал" с укороченной несущей стрелой

Изображение: 

Таблица 10.19 Широкополосная зигзагообразная проволочная антенна метровых волн

Изображение: 

10.10. Антенны дециметровых волн.

10.10. Антенны дециметровых волн

В диапазоне АМВ из-за уменьшения действующей длины приемной антенны при повышении частоты на входе антенны развивается меньшее напряжение, чем при тех же условиях в метровом диапазоне. Поэтому возникает необходимость устанавливать антенны с большим коэффициентом усиления. В антеннах типа «Волновой канал» это достигается при увеличении числа директоров, создании синфазных решеток из многоэлементных антенн (рис. 10.30). Так как размеры элементов антенн соседних каналов отличаются незначительно, обычно их приводят для группы каналов (табл. 10.20).

10-101.jpg

Т а б л и и а 10.20

10-102.jpg

10-103.jpg

13-элементная антенна типа «Волновой канал» состоит из трех рефлекторов, активного петлевого вибратора и 9 директоров. Расстояния между торцами петлевого вибратора А равняется 10...20 мм. Диаметр вибраторов антенны — 4...8 мм. Коэффициент усиления антенны равен 11,5 дБ, угол раствора основного лепестка диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях 40°.

19-элементная антенна типа Волновой канал для диапазона ДМВ (рис. 10.31) состоит из трех рефлекторов, активного петлевого вибратора и 15 директоров. Вибраторы изготовлены из проволоки и трубок диаметром 4 мм. Они крепятся любым способом к несущей стреле диаметром 20 мм. Длина стрелы для любой группы каналов составляет 2145 мм (табл. 10.21). Коэффициент усиления антенны составляет 14...15 дБ, угол раствора основного лепестка диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях равен 30...32.

Широкополосная антенна типа «Волновой канал» для приема в каналах 21...41 (рис. 10.32).

В зависимости от расстояния до телевизионного передатчика и зоны уверенного приема его сигналов количество элементов (директоров) антенны можно уменьшать до 8,11 или 15.

В случае когда предпочтение отдано приему в одном телевизионном канале (например, прием программы НТВ из пос. Колодищи), размеры элементов антенны и расстояния между ними можно пересчитать на этот канал.

10-104.jpg

Таблица 10.21

10-105.jpg

Наибольший коэффициент усиления (13 дБ) широкополосная антенна ДМВ имеет в 28-м канале, средняя частота которого составляет 500 МГц. Коэффициент пересчета (Кп) в этом случае определяется по формуле

Кп=530/fcp

10-106.jpg

10-107.jpg

где fcp — средняя частота канала ДМВ, МГц. Для 37-го канала, средняя частота которого 562 МГц, Кп равен:

Кп=530/562=0,943.

Умножив размеры элементов и расстояния между ними на 0,943, получим размеры антенны для 37-го канала (рис. 10.33). Так же можно пересчитать широкополосную антенну на любой канал (или группу каналов) ДМВ. Средняя частота канала (группы каналов) приведена в табл. 10.2, длина полуволновой петли — в табл. 10.1. При использовании металлической несущей стрелы (траверсы) полученные при пересчете размеры элементов увеличивают на половину ее диаметра.

Коэффициент усиления канальной антенны возрастает до 14...15 дБ. Антенну из восьми элементов используют на расстоянии до 20...30 км от пос. Колодищи, из 11 — до 30...40, из 15 элементов — до 50...60 км. За зоной уверенного приема на расстоянии до 70...90 км используют антенну из 24 элементов. Для обеспечения хорошего качества принимаемого изображения непосредственно на мачте устанавливают антенный усилитель.

Антенна мало подвержена влиянию близко расположенных предметов и имеет хорошую повторяемость. Допустимы отклонения до 2 мм от расчетных размеров практически без ухудшения параметров антенны.

Антенна типа «Волновой канал» со сложным пассивным рефлектором (рис. 10.34; табл. 10.22...10.24) состоит из решетчатого рефлектора (рис. 10.35, а), два полотна которого установлены под углом 90° на конце несушей стрелы, активного петлевого вибратора (рис. 10.35, б) и 18 директоров.

10-108.jpg

При этом два первых директора (А1 и Д2) являются двухэтажными и разнесены по вертикали на толщину несущей стрелы (табл. 10.23).

Таблица 10.22

10-109.jpg

10-1010.jpg

Главным достоинством такой антенны является надежная экранировка задней полусферы благодаря увеличению КЗД при установке сложного рефлектора. Последний концентрирует энергию полезного сигнала в направлении активного вибратора, что способствует повышению коэффициента усиления антенны.

Таблица 10.23

10-1011.jpg

Таблица 10.24

10-1012.jpg

10-1013.jpg

На рис. 10.36 показан вид сбоку описанной выше антенны. 6-элементная антенна предназначена для ближнего приема на расстоянии до 10...15 км от телевизионного передатчика:

10-элементная — 15...25; 15-элементная — 25...40; 20-элементная — на расстоянии 40...60 км и более.

В диапазоне ДМВ широко используются рамочные антенные Тройной квадрат, рамки которых выполнены из цельного куска медного, латунного провода диаметром 2...3 мм. При размерах дециметрового диапазона (табл. 10.25) антенна обладает достаточной жесткостью. Провод необходимо изогнуть определенным образом (рис. 10.37). В точках А, Б и В провода необходимо зачистить и спаять. В этой конструкции вместо шлейфа (см. рис. 10.12), изготовленного из куска коаксиального кабеля, используется четвертьволновой корот-

10-1014.jpg

козамкнутый мостик (см. рис. 10.11) той же длины, что и шлейф (см. табл. 10.5). Расстояние между проводами мостика остается прежним (30 мм). Конструкция такой антенны достаточно жесткая, и нижняя стрела здесь не нужна.

Фидер подвязывают к правому проводу мостика с наружной стороны. При подходе фидера к вибраторной рамке оплетку кабеля припаивают к точке X' центральный проводник — к точке X. Левый провод мостика закрепляют на диэлектрической стойке или в случае наружной антенны — на мачте. Важно, чтобы в пространстве между проводами мостика не находились фидер и стойка мачты.

При наличии медных, латунных или алюминиевых полосок

можно сделать ромбовидную антенну (рис. 10.38). Полоски (1) скрепляют внахлест винтами и гайками. В точке соприкосновения пластин должен быть надежный электрический контакт. Толщина полосок произвольная.

Ромбовидная антенна может работать в полосе частот каналов 21...60, коэффициент усиления ее равен 6...8 дБ. Для его повышения антенну можно снабдить рефлектором (рис. 10.39).

Простейший рефлектор представляет собой плоский экран, изготовленный из трубок или отрезков толстого провода. Диаметр элементов рефлектора некритичен (3...10 мм). Полотно рефлектора (2) крепится с помощью стоек-опор (3)

Таблица 10.25

10-1015.jpg

10-1016.jpg

к металлической или деревянной мачте (4). Точки 0 имеют нулевой потенциал, относительно земли, поэтому стойки (2) могут быть металлическими.

Фидер (5) — кабель типа РК с волновым сопротивлением 75 Ом прокладывают к точкам питания А и Б. Оплетку кабеля припаивают к точке Б, а центральный проводник — к точке А. При дальнем приеме ромбовидная антенна может быть оснащена широкополосным усилителем (6).

2-элементная Швейцарская антенна (см. рис. 10.21) также может использоваться в диапазоне ДМВ (табл. 10.26).

Таблица 10.26

10-1017.jpg

10-1018.jpg

Рис. 10.30 13-элементная антенна типа "Волновой канал" для диапазона дециметровых волн

Изображение: 

Рис. 10.31 19-элементная антенна типа "Волновой канал" для диапазона дециметровых волн

Изображение: 

Рис. 10.32 Широкополосная антенна типа "Волновой канал" для приема в каналах 21..41

Изображение: 

Рис. 10.33 Антенна типа "Волновой канал" для 37 канала

Изображение: 

Рис. 10.34 Широкополосная антенна типа "Волновой канал" со сложным решетчатым рефлектором для диапазона дециметровых волн.

Изображение: 

Рис. 10.35 Конструкция элементов широкополосной антенны

Изображение: 

Рис. 10.36 Вид сбоку антенн типа "Волновой канал"

Изображение: 

Рис. 10.37 Антенна "Тройной квадрат" из одного куска провода

Изображение: 

Рис. 10.38 Широкополосная ромбовидная антенна дециметровых волн

Изображение: 

Рис. 10.39 Ромбовидная антенна с рефлектором

Изображение: 

Таблица 10.20 13-элементная антенна типа "Волновой канал" для диапазона дециметровых волн. Размеры элементов и расстояния между

Изображение: 

Таблица 10.20 13-элементная антенна типа "Волновой канал" для диапазона дециметровых волн. Размеры элементов и расстояния между

Изображение: 

Таблица 10.21 19-элементная антенна типа "Волновой канал" для диапазона дециметровых волн. Длина вибраторов, мм

Изображение: 

Таблица 10.22 Размеры антенны дециметровых волн со сложным рефлектором

Изображение: 

Таблица 10.23 Длина несущей стрелы антенны дециметровых волн со сложным рефлектором, мм

Изображение: 

Таблица 10.24 Параметры широкополосной антенны дециметровых волн со сложным рефлектором

Изображение: 

Таблица 10.25 Рамочная антенна "Тройной квадрат" для дециметрового диапазона

Изображение: 

Таблица 10.26 Размеры элементов Швейцарской антенны дециметрового диапазона, мм

Изображение: 

10.11. Универсальная всеволновая антенна для диапазонов MB и ДМВ.

10. 11. Универсальная всеволновая антенна для диапазонов

MB и ДМВ

В тех случаях, когда местная передающая станция осуществляет многопрограммное телевизионное вещание (например, в Минске передачи идут в каналах 1, 3, 6, 8, 27 и 37), целесообразно использовать одну антенну, обеспечивающую в зоне уверенного приема и с одного направления прием всех программ. Особенно удобна такая антенна, когда телевизор имеет один антенный вход. Данным требованиям отвечает универсальная всеволновая телевизионная антенна (УВТА), конструкция которой предложена автором книги (рис. 10. 40). Коэффициент усиления в каналах 1... 5 равен 0 дБ, в каналах 6... 12—1, 3, в каналах 21... 41—10... 12 дБ.

УВТА перекрывает весь диапазон частот метровых волн (каналы 1... 5 и 6... 12) и дециметровых в полосе частот каналов 21... 41. Антенна не имеет каких-либо согласующе-симметрирующих устройств, фильтров сложения сигналов разных диапазонов УKB и подключается к телевизору одним кабелем снижения. В диапазоне метровых волн УВТА может принимать сигналы с горизонтальной и вертикальной поляризациями радиоволн.

УВТА состоит из двух антенн: метровой и дециметровой, параллельно соединенных в точках В и Г и подключенных к общему фидеру. При этом одна антенна не влияет на другую. Сигналы, принятые антенной метровых волн, поступают в фидер и не ответвляются в цепь дециметровой антенны, а

10-111.jpg

10-112.jpg

сигналы, принятые дециметровой антенной, поступают в фидер и не ответвляются в цепь метровой антенны.

Сигналы, принятые петлевым вибратором части ДМВ, поступают по двухпроводной линии к точкам В—Г и далее в фидер. Два следующих отрезка двухпроводной соединительной линии (первый между точками В—Г и А—Б, второй — между А—В и Ж—3) препятствуют ответвлению дециметровых сигналов в цепь веерного вибратора. Длина каждого отрезка равна 1/4 средней длины волны дециметрового диапазона. Второй отрезок относительно точек А—Б представляет собой разомкнутую на конце четвертьволновую линию, входное сопротивление которой близко к нулю. Поэтому первый отрезок в точках А—Б замкнут накоротко и не пропускает сигналы ДМВ.

Метровая часть антенны в развернутом виде показана на рис. 10.41. Роль короткозамыкаюшей перемычки выполняет петлевой вибратор антенны ДМВ. Длина двухпроводной линии соответствует 1/4 длины волны на средней частоте диапазона каналов 1...5 и 3/4 длины волны на средней частоте каналов 6...12. Благодаря этому мостик для сигналов метрового диапазона имеет очень большое сопротивление.

Фидер (коаксиальный кабель типа РК с волновым сопротивлением 75 Ом) вводят в отверстие петлевого вибратора в точке нулевого потенциала 0, пропускают внутри трубки правой части петлевого вибратора и правой трубки двухпроводной линии до отверстия в точке В. Для распайки в

10-113.jpg

точках В—Г кабель разделывают после протяжки в трубках. Защитную оболочку с кабеля не снимают. Оплетку кабеля припаивают в точке В, а центральный проводник — в точке Г на другой трубке линии. Если кабель невозможно протянуть в трубке, его прокладывают так же поверх трубок и закрепляют в нескольких местах.

Дециметровая часть антенны показана на рис. 10.42. Элементы антенны крепятся на несушей стреле, изготовленной из металлической трубки диаметром 20 мм (можно использовать и деревянный брусок сечением 40 х 40 мм). Петлевой вибратор дециметровой антенны и двухпроводную линию выполняют из целого куска трубки точно по размерам (см. рис. 10.41). Форма изгиба двухпроводной линии произвольная, однако между центрами ее трубок необходимо выдерживать расстояние 50 мм. Для жесткости делают распорки из материала с низкими потерями на высоких частотах и небольшой диэлектрической проницаемостью (полистирол, фторопласт, оргстекло).

Рефлектор и директоры дециметровой антенны изготавливают из трубок диаметром 8...12 мм. Расстояние между осями трубок сдвоенного рефлектора по вертикали составляет 240 мм. Веерный вибратор в точках А—В приваривают или припаивают твердым припоем к двухпроводной линии и крепят к изоляционной пластине с помощью болтовых соединений. Форма, размеры и толщина пластины значения не

имеют. Необходимо, чтобы она выдержала необходимые нагрузки. К ней же крепится и конец стрелы.

Стойка сдвоенного рефлектора может быть металлической или деревянной. Стойка и вибраторы крепятся к несушей стреле любым доступным способом, важно лишь обеспечить параллельность всех вибраторов относительно поверхности земли. Стрелу антенны устанавливают на металлической мачте в центре тяжести, но при приеме сигналов с вертикальной поляризацией верхняя часть мачты длиной 1, 3... 1, 5 м должна быть неметаллической.

В зависимости от уровня полезного сигнала в месте приема количество директоров в дециметровой части антенны может варьироваться от 7 до 20. В этих случаях следует использовать размеры широкополосной антенны типа «Волновой канал» (см. рис. 10. 32).

Рис. 10.40 Универсальная всеволновая телевизионная антенна

Изображение: 

Рис. 10.41 Метровая часть универсальной всеволновой телевизионной антенны в развернутом виде

Изображение: 

Рис. 10.42 Дециметровая часть универсальной всеволновой телевизионной антенны, вид сверху

Изображение: 

10.12. Синфазные антенны.

10. 12. Синфазные антенны

Синфазными называются комбинированные антенны, составленные из нескольких антенн типа «Волновой канал» с небольшим количеством элементов, что позволяет антенной решетке сохранить необходимую полосу пропускания частот.

11-элементные антенны имеют узкую полосу пропускаемых частот, поэтому их нельзя составлять в синфазную решетку.

В синфазной решетке одинаковые по размерам антенны разносятся по вертикали (рис. 10. 43) или горизонтали и подключаются к общему фидеру. При разносе антенн по вертикали диаграмма направленности сужается в вер

10-121.jpg

10-122.jpg

тикальной плоскости, а при разносе по горизонтали — в горизонтальной. Антенны часто разносятся и по горизонтали, и по вертикали (рис. 10. 44), тогда диаграмма направленности сужается в обеих плоскостях.

В вертикальной плоскости антенны располагаются одна над другой (рис. 10. 45) на расстоянии от половины длины волны до полной ее длины в плоскости, перпендикулярной приходящей электромагнитной волне. При этом приходящая волна достигает всех вибраторов одновременно и возбуждает в них токи одной и той же фазы. Соблюдение определенного расстояния между этажами антенны делает ее нечувствительной к волнам, приходящим с вертикальных направлений. Если волна приходит, например, снизу, то она достигает вначале нижнего вибратора, а затем, пройдя расстояние в полволны,— верхнего. Таким образом, оба вибратора оказываются возбужденными противофазно, и токи отдельных вибраторов на входе фидера взаимно уничтожаются. Это способствует значительному снижению помех

приходящих снизу. Число этажей антенны должно быть четным, в противном случае появится прием снизу.

Использование двухэтажной синфазной антенны позволяет при неизменной напряженности поля в месте приема повысить напряжение на входе телевизионного приемника не в 2 раза, а только в 2^0.5 раз (3 дБ). При использовании четырех антенн коэффициент усиления синфазной решетки возрастает на 6 дБ, при восьми — на 9 дБ и т. д. по отношению к коэффициенту усиления одиночной антенны.

Максимальное усиление синфазная антенна имеет тогда, когда расстояние между отдельными антеннами равно длине волны. Если расстояние между отдельными антеннами равно половине длины волны, коэффициент усиления снижается примерно на 20%. Выбирать расстояние между этажами больше длины волны не следует, так как это может привести не к повышению, а к снижению коэффициента усиления из-за увеличения боковых лепестков диаграммы направленности.

Для получения максимального уровня сигнала от синфазной антенны необходимо соединить вибраторы так, чтобы токи их на входе фидера складывались синфазно. При сборке таких антенн важно, чтобы активные вибраторы (рамка, петлевой вибратор) были соединены синфазно, что достигается подключением отрезков кабелей к тем же точкам активных вибраторов, которые находятся с одной стороны (с правой или левой в обоих этажах). Например, если в рамочной антенне оплетка шлейфа и центральный проводник кабеля подключены к левому концу вибратора, то такое же подключение необходимо сделать и к нижней рамке. Нижнюю антенну при этом переворачивать не нужно.

Если в антеннах типа «Волновой канал» центральные про

10-123.jpg

водники петли и фидера подключены к правому концу вибратора, то такое же подключение делают и к нижнему вибратору антенны, которую следует перевернуть на 180° по отношению к верхней.

При монтаже кабельных соединений в антенне нужно следить за тем, чтобы центральный провод кабеля не был надрезан и проволочки медной оплетки кабеля не могли случайно его коснуться.

Используя для соединения этажей антенн типа «Волновой канал» двухпроводные симметричные линии, выполненные из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом, можно обойтись без согласуюше-симметрируюших устройств у активных вибраторов.

На рис. 10. 46 приведена схема соединения двухэтажной трехэлементной антенны с использованием симметричных линий. Если входное сопротивление каждого этажа антенны составляет примерно 150 Ом, то соединительные линии с волновым сопротивлением 150 Ом хорошо согласуются с ними. В точках А—А два таких сопротивления соединены параллельно. При этом полное входное сопротивление антенны в этих точках будет равно 75 Ом.

В случае, когда входное сопротивление каждого этажа больше 150 Ом, четвертьволновые отрезки соединительных линий Т трансформируют его в точках А—А до значения, которое меньше 150 Ом. Входное сопротивление всей антенны в точках А—А при этом будет немного меньше 75 Ом.

10-124.jpg

Если входное сопротивление каждого этажа меньше 150 Ом, четвертьволновые отрезки соединительных линий трансформируют его в точках А—А до значения, превышающего 150 Ом. Входное сопротивление всей антенны в точках А—А будет больше 75 Ом. Однако во всех случаях антенна удовлетворительно согласуется с фидером из кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. Такой способ соединения этажей можно рекомендовать для многоэлементных антенн типа «Волновой канал». Фидер присоединяется к точкам А—А через короткозамкнутый шлейф Ш (размеры отрезков Т и Ш приведены в табл. 10. 5, 10. 6).

Если разнос между этажами антенны удвоить и сделать равным 2Т (расстояние от точек а—б до точек А—А равно половине длины волны в кабеле), коэффициент усиления антенны возрастет примерно на 20%. В этом случае полуволновые отрезки соединительных линий не трансформируют в точках А—А входное сопротивление каждого из этажей. Оба сопротивления соединяются в точках А—А параллельно, при этом входное сопротивление всей антенны равно примерно 75 Ом и хорошо согласуется с фидером Расстояние между точками Л—А составляет 60... 80 мм.

10-125.jpg

Для подключения двухэтажной двухрядной 5-элементной антенны типа «Волновой канал» к 75-омному фидеру можно рекомендовать схему на рис. 10. 47, где соединения между этажами выполнены с помощью симметричных линий.

Для получения необходимого входного сопротивления и улучшения согласования антенны с фидером в этой схеме использованы трансформирующие свойства линий, соединяющих этажи. Входное сопротивление этажей в точках 1—2 равно примерно 75 Ом и в каждом вертикальном ряду трансформируется в точках 3—4 четвертьволновыми отрезками соединительных линий Т до 300 Ом. Эти два сопротивления соединены параллельно, поэтому входное сопротивление одного вертикального ряда в точках 3—4 составляет приблизительно 150 Ом.

К точкам 3—4 подключены симметричные линии с волновым сопротивлением 75 Ом, составленные из отрезков коаксиального кабеля. Входные сопротивления двух таких линий от каждого из вертикальных рядов, соединенных в точках 5—6 параллельно, определяют входное сопротивление всей антенны. Это сопротивление равно примерно 75 Ом, поэтому фидер из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом следует присоединять к точкам 5—6 через симметрирующий короткозамкнутый шлейф Ш. Оплетки кабелей в точках О необходимо спаять (длины отрезков Т и Ш приведены в табл. 10. 5, 10. 6).

10-126.jpg

В ряде случаев удобно и целесообразно размещать антенны типа «Волновой канал» в четыре этажа по вертикали. Такое построение значительно сужает диаграмму направленности в вертикальной плоскости и позволяет прижать ее главный лепесток к земле. Это очень важно в условиях дальнего приема, когда сигнал приходит с линии горизонта.

На рис. 10. 48 приведена схема соединения четырех антенн, установленных на мачте по вертикали. Согласование антенн осуществляется следующим образом. Первый (нижний) этаж соединяется со вторым соединительной линией с волновым сопротивлением 75 Ом, образованной двумя отрезками 75-омного коаксиального кабеля. Алина линий, которыми соединены первый этаж со вторым и третий с четвертым, должна быть равна половине длины волны в кабеле. В связи с тем, что сигнал, проходя по линиям такой длины, задерживается на половину периода, т. е. его фаза меняется на обратную, для компенсации отрезки кабеля в линиях следует перекрещивать.

В точках А—А питания второго и третьего этажей два сопротивления по 150 Ом соединены параллельно, образуя 75 Ом. К этим точкам подключены трансформаторы, образованные отрезками 50-омного кабеля длиной Т с волновым сопротивлением 100 Ом. Поэтому в точках А—А входные сопротивления двух нижних и двух верхних этажей оказываются равными 150 Ом. Они соединены параллельно и образуют 75 Ом. К этим точкам и подключают фидер с помощью четвертьволнового симметрирующего шлейфа длиной Ш (см. рис. 10. 46). (Размеры трансформаторов Т и шлейфа Ш приведены в табл. 10. 5, 10. 6). На концах линий и трансформаторов оплетки кабелей соединяют между собой. Центральный проводник фидера, соединенный с центральным проводником и оплеткой шлейфа, подключают к левой точке А, а оплетку фидера — к правой точке А. С оплетками трансформаторов оплетку фидера не соединяют.

Схема соединения двухэтажной двухрядной рамочной синфазной антенны представлена на рис. 10. 49 (она одна для 2-элементных и 3-элементных антенн). В схеме все соединения выполнены из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. В данном случае, как и при соединении этажей двухэтажной антенны, в качестве симметрирующих устройств могут быть использованы короткозам-кнутые шлейфы или мостики. Два верхних и два нижних этажа соединяются отрезками линий одинаковой длины. При этом входное сопротивление каждой пары равно 37, 5 Ом. Отрезки кабеля длиной Т трансформируют эти сопротивления до 150 Ом и соединяются параллельно. Входное сопротивление антенны равно 75 Ом и хорошо согласуется с

фидером из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.

Повышение коэффициента защитного действия способствует ослаблению помехи, которая приходит к антенне с противоположного направления от передатчика, работающего на таких же или близких к ним частотах передатчика основного направления.

Повышенный КЗД синфазной антенны достигается следующим образом. При установке антенн на мачте верхнюю антенну необходимо сдвинуть вперед на 1/4 средней длины волны принимаемого канала. Дополнительно следует также на 1/4 длины волны в кабеле (она в 1, 52 раза меньше, чем в свободном пространстве) увеличить длину верхних отрезков «Линия» (рис. 10. 49) по сравнению с нижними отрезками, длину которых выбирают произвольно.

Сигнал, приходящий с основного направления, попадает на верхнюю антенну на четверть периода раньше, чем сигнал,

принятый нижними антеннами. Однако за счет более длинных отрезков линии сигнал от верхних антенн будет задержан также на 1/4 периода. В результате сигналы от верхних и нижних антенн попадут в точку подключения трансформатора Т одновременно в фазе и сложатся.

Сигнал помехи, которая приходит от передатчика с противоположного направления, попадет к верхним антеннам с опозданием на 1/4 периода по сравнению с помехой, которая принята нижними антеннами. Дополнительно сигнал помехи,

10-127.jpg

принятый верхними антеннами, будет задержан верхними линиями еще на 1/4 периода. Таким образом, сигнал помехи, принятый верхними антеннами, к точке подключения трансформатора Т попадает на полпериода позже, чем принятый верхними антеннами. Поэтому они окажутся в противофазе, и их сигналы будут вычитаться один из другого.

Такой способ увеличения КЗД синфазной решетки можно использовать не только для рамочных антенн, но и для антенн типа «Волновой канал». Он позволяет увеличить КЗД антенны примерно на 20 дБ, если направления на источник сигнала и помехи противоположны. Это означает, что угол между этими направлениями составляет 180°. Однако и при меньших углах (почти до 150°) целесообразно использовать такой способ увеличения КЗД антенны.

Рис. 10.43 Двухэтажная 3-элементная антенна типа "Волновой канал"

Изображение: 

Рис. 10.44 Двухэтажная двухрядная 5-элементная антенна типа "Волновой канал"

Изображение: 

Рис. 10.45 Четырехэтажная 3-элементная антенна типа "Волновой канал"

Изображение: 

Рис. 10.46 Схема соединения двухэтажной 3-элементной антенны типа "Волновой канал"

Изображение: 

Рис. 10.47 Схема соединения двухэтажной двухрядной 5-элементной антенны типа "Волновой канал"

Изображение: 

Рис. 10.48 Схема соединения четырехэтажной 3-элементной антенны типа "Волновой канал" при вертикальном расположении на мачте

Изображение: 

Рис. 10.49 Схема соединения двухэтажной двухрядной рамочной антенны

Изображение: 

10.13. Антенны вертикальной поляризации.

10. 13. Антенны вертикальной поляризации

Практически любая антенна для приема радиоволн с горизонтальной поляризацией может осуществлять прием радиоволн с вертикальной поляризацией. Для этого ее следует повернуть по отношению к поверхности земли из обычного положения на 90°. Например, вибраторы антенн типа «Волновой канал» необходимо установить перпендикулярно поверхности земли. Однако существует ряд особенностей установки антенн на мачте в случае приема радиоволн с вертикальной поляризацией.

В связи с тем что фидер приемной антенны, провод заземления и металлическая мачта, на которой она установлена, расположены обычно перпендикулярно поверхности земли, в них наводятся токи от приходящей вертикально поляризованной волны. Эти токи создают вторичное электромагнитное излучение (поле), которое изменяет электромагнитное поле, наведенное в точке приема вертикально поляризованной антенной телевизионного передатчика. Это может привести к искажению диаграммы направленности приемной антенны, изменению ее входного сопротивления и другим нежелательным явлениям. Установка приемной антенны на мачте, прокладка фидера и провода заземления требуют принятия мер, устраняющих или снижающих влияние металлических частей на поле антенны, которая принимает вертикально поляризованные волны.

Если мачта антенны деревянная, несущую стрелу можно крепить к ней в центре тяжести антенны. Однако фидер и провод заземления нельзя прокладывать по мачте, подводя их непосредственно к активному вибратору. Для прокладки

10-131.jpg

10-132.jpg

10-133.jpg

фидера и провода заземления необходим так называемый «хвостовик», который отдалит вертикальные части фидера и заземления от антенны (рис. 10. 50). Длина «хвостовика» должна выступать за рефлектор антенны на расстояние не менее 1/10 средней длины волны принимаемого канала.

Если мачта металлическая, стрелу антенны необходимо отдалить от мачты с помощью деревянной вставки на расстояние не менее 1/3 средней длины волны канала (рис. 10. 51). Прикрепить металлическую стрелу антенны к металлической мачте можно в центре тяжести, отстранив антенну от нее на расстояние не менее 1/3 средней длины волны канала (рис. 10. 52). Такой способ крепления используется для многоэлементных антенн типа «Волновой канал».

Рис. 10.50 Установка 3-элементной антенны типа "Волновой канал" на металлической мачте с помощью "хвостовика"

Изображение: 

Рис. 10.51 Установка 5-элементной антенны типа "Волновой канал" на металлической мачте в центре тяжести при приеме радиоволн с в

Изображение: 

Рис. 10.52 Установка 7-элементной антенны типа "Волновой канал" на металлической мачте в центре тяжести при приеме радиоволн с в

Изображение: 

10.14. Настройка антенн типа «Волновой канал»

10. 14. Настройка антенн типа «Волновой канал»

При дальнем приеме телевидения очень важно получить от антенны максимальный коэффициент усиления. Для этого многоэлементные антенны типа «Волновой канал» необходимо настраивать, изменяя в небольших пределах длину вибраторов и расстояние между ними. Изменение линейных размеров элементов и расстояния между ними всего на 10% от оптимальных приводит к изменению коэффициента усиления у 2-элементной антенны на 8... 12%, у 3-элементной — на 20... 30, у 5-элементной — на 40... 60%. Если антенна изготовлена по расчетным данным и не настроена, коэффициент ее усиления тем значительнее отличается от максимально возможного, чем больше элементов в антенне.

Если при настройке многоэлементной антенны стараются получить максимально возможный коэффициент усиления, антенна будет иметь узкую полосу пропускания. Вследствие этого, настраивая многоэлементные антенны, необходимо искать компромиссное решение, чтобы получить высокий коэффициент усиления и широкую полосу пропускания. Эту задачу можно решить экспериментально подбором длин пассивных вибраторов и расстояний между вибраторами антенны. Различные способы изменения длины вибраторов показаны на рис. 10. 53.

Настройку и ориентировку телевизионных антенн можно осуществлять с помощью простого портативного переносного прибора, состоящего из измерительного блока и детекторной головки (рис. 10. 54 и 10. 55).

Для переноски прибора используют пластмассовую коробку. В коробке находится усилитель постоянного тока на одном транзисторе типа КТ209 и установлен стрелочный прибор (микроамперметр на 500 мкА). С помощью переменного резистора R2 4, 7 кОм прибор устанавливают на отметку 0. Потенциометр R1 1, 5 МОм предназначен для плавной регулировки чувствительности прибора. Резистор R4 предохраняет прибор от перегрузки (ограничивает ток). Для питания прибора используется один элемент «Сириус» 3 ФМЦ-0, 25 напряжением 1, 5 В. Включается батарейка выключателем резистора R1 типа ТК1500 А-0, 5.

Для связи между лицами, проводящими настройку и ориентировку антенны, установлен тумблер, переключающий

10-141.jpg

10-142.jpg

линию на измерение, или телефон. Детекторная головка смонтирована в пластмассовом ящике размером 90 х 45 х 25 мм. В качестве детектора используется точечный диод Д2Е. Для осуществления связи или измерений служат кнопочный переключатель и клеммы, к которым подключается телефонная трубка.

Для подключения детекторной головки к телевизору предназначены два вывода с однополосными вилками и зажимами типа «крокодил». Белый провод подключается к катоду кинескопа, а синий — к шасси телевизора. Детекторная головка соединяется с измерительной коробкой двухпроводным изолированным кабелем длиной 40... 50 м (например, ТРВК 2 х 0, 5). На концах провода вмонтированы штепсельные вилки, концы которых окрашены в белый и синий цвета для соблюдения полярности при включении в гнезда измерительной коробки и детекторной головки, окрашенных так же. Эта соединительная линия используется одновременно для измерения уровня телевизионного сигнала, принимаемого антенной, и телефонной связи между лицами, которые осуществляют настройку и ориентировку антенны.

Для телефонной связи используют миниатюрные телефонные трубки с одним капсулем, который служит телефоном и микрофоном. (Трубки не требуют специальной батареи питания.) Для этого можно использовать трубки от детских телефонных аппаратов.

При настройке и регулировке антенных головок настройщик, находящийся на крыше, включает, соблюдая полярность, соединительный шнур, предварительно переключив тумблер измерительной коробки на телефон. Второй конец шнура он пропускает через окно к телевизору. Другой настройшик, находящийся у телевизора, подключает конец кабеля к гнездам детекторной головки, также соблюдая полярность. Выводы детекторной головки, которые оканчиваются вилками, подключают так: белый провод — к катоду кинескопа, синий — к шасси (корпусу) телевизора. Кнопка детекторной головки также переключается для работы на телефон.

После опробования телефонной связи соединительная линия переключается на измерение. Затем приступают к ориентировке или настройке антенных головок. Для этого настройщик, находящийся у телевизора, подключает кабель от антенны к телевизору и настраивает телевизор на прием нужного канала. Настройщик, находящийся на крыше, поворотом вправо ручки резистора R1 измерительной коробки включает питание прибора и, вращая ручку переменного резистора R2, устанавливает стрелку прибора на 0 (при отключенной соединительной линии).

Если после включения соединительной линии стрелка прибора будет резко отклоняться вправо до упора, нужно снизить чувствительность прибора поворотом влево ручки переменного резистора R1. При недостаточном угле отклонения стрелки прибора следует повысить его чувствительность поворотом ручки R1 вправо.

Ориентировку и настройку антенн следует осуществлять при передаче тест-таблицы, так как при этом напряженность поля сигнала изображения не изменяется. При передаче движушихся изображений и смене кадров будут изменяться показания прибора, поэтому произвести точную ориентировку или настройку телевизионных антенн сложно.

Находящийся на крыше настройщик поворачивает антенную головку и, следя за показаниями прибора, добивается максимального отклонения стрелки. При этом, периодически переключаясь на телефон, он справляется у находящегося возле телевизора о качестве изображения. Ориентация антенны на максимальный сигнал считается законченной при наибольшем отклонении стрелки прибора и улучшении качества изображения на экране телевизора.

Нельзя считать правильной ориентировку антенны только по показаниям прибора, так как он реагирует на частоты не только принимаемого канала, но и помех от различных установок, которые иногда превышают принимаемый сигнал по силе напряженности поля. Это может ввести настройщика в заблуждение, и антенна будет ориентирована не на максимальный прием телевизионного сигнала, а на прием помехи.

Для настройки и согласования телевизионных антенн нужно изменять расстояние между директорами, их длину, а также расстояние и длину рефлектора антенн типа «Волновой канал». При этом следует добиваться максимального отклонения стрелки прибора и улучшения качества изображения. Для согласования волнового сопротивления антенны и кабеля с входом телевизора необходимо изменять размеры согласующей петли и фильтра сложения, добиваясь улучшения качества изображения на экране телевизора.

Прибор позволяет довольно точно сориентировать и настроить телевизионную антенну, так как его стрелочный индикатор реагирует на малейшие изменения уровня телевизионного сигнала, которые нельзя заметить на экране телевизора. Прибор можно использовать и для связи между ориентировщиком спутниковой антенны и наблюдателем у телевизионного приемника.

Подстройка антенны производится путем укорочения или удлинения пассивных вибраторов до получения максимального отклонения стрелки прибора и повышения контрастности изображения. Для этого на концы трубок рефлектора и директоров надевают отрезки трубок большего диаметра (рис. 10. 53, а), передвигая которые можно изменять длину пассивных вибраторов.

Для уменьшения длины настраиваемых вибраторов их размеры предварительно делают короче по сравнению с указанными на чертежах. Надставку вибраторов можно осуществить так, как показано на рис. 10. 53, бив.

В каждом случае необходимо обеспечить надежный контакт надставленной части с основным вибратором. После

подстройки следует закрепить надставки наглухо или заменить вибратор с надставками новым, нужной длины.

Последовательность настройки. Настраивают рефлектор, изменяя его длину. Таким образом добиваются максимального отклонения стрелки прибора и увеличения контрастности изображения. Затем подбирают длину директора, ближайшего к активному вибратору,— также до наибольшего отклонения стрелки прибора и увеличения контрастности изображения. После этого регулируют длину других директоров.

Следует иметь в виду, что вследствие наличия сильной связи между элементами антенны при настройке одного из них изменяется настройка другого. Поэтому необходима повторная подстройка настроенных элементов.

Если настраивают синфазную антенну, то при подстройке изменение длины элементов должно быть одинаковым для всех этажей.

Расстройка антенны происходит в основном за счет отклонений диаметров используемых труб от размеров, указанных на чертежах. При использовании труб большего диаметра вибраторы при настройке антенны нужно несколько укоротить, а меньшего — удлинить.

При подстройке активного вибратора изменить его длину можно передвижением перемычек (рис. 10. 53, г).

Рис. 10.53 Способы изменения длины вибраторов антенн типа "Волновой канал"

Изображение: 

Рис. 10.54-55 Принципиальная схема измерительного блока и детекторной головки

Изображение: 

10.15. Грозозащита приемных телевизионных антенн

10. 15. Грозозащита приемных телевизионных антенн

Комнатные телевизионные антенны в грозозащите не нуждаются. Что касается наружных антенн, то необходимость в защите определяется местом их установки. Если наружная антенна находится вблизи высоких зданий и сооружений, оборудованных молниеотводом (например, возле фабричной трубы, высокого дома, мачты передающей радиостанции и т. п.), устройство грозозащиты устанавливать не обязательно. Если антенна установлена на крыше отдельно стоящего (даже одноэтажного) дома или на здании, которое выше окружающих домов, Грозозащита необходима.

Лучшая грозозащита — металлический заостренный штырь, установленный на вершине мачты (острие штыря должно хотя бы на 1, 5 м быть выше антенны).

Грозозащита петлевого вибратора осуществляется сравнительно просто (рис. 10. 56). Среднюю точку 0 (нулевой потенциал) и оплетки кабелей спаивают с металлической мачтой антенны и соединяют с железной крышей (при условии, что крыша дома имеет заземление). При использовании

деревянной мачты заземле ние осуществляется с по мощью проволоки диамет ром 4... 6 мм или металли ческой полоски шириной 10... 15 мм, которую уклады вают вдоль мачты.

10-151.jpg

Если кровля дома неме таллическая или не имеет грозозащиты, к антенне не обходимо сделать специаль ный заземлитель. Для этой цели подойдет металличес кая труба длиной не менее 1, 5 м или лист оцинкованно го железа, который зарыва ют в землю на глубину не менее 1, 5... 2 м (рис. 10. 57). Предварительно поверх ность заземлителя тщатель но очищают от краски, ржавчины и других изолирующих веществ. К верхнему концу трубы заземлителя или посередине листа приваривают стальной или медный провод диаметром 4... 6 мм или металлическую полосу толщиной не менее 2 мм и шириной 10 мм. Если запайка или сварка невозможны, плотный электрический контакт осуществляется с помощью болтового или иного соединения. Место пайки или сварки заливают смолой или покрывают асфальтовым лаком. После этого в траншею засыпают несколько килограммов поваренной соли и наливают ведро воды. При песчаном грунте для улучшения качества заземления в яму насыпают 2... 3 ведра древесного угля.

Аналогично производится грозозащита антенны типа «Волновой канал». Если антенна монтируется на металлической стреле и устанавливается на металлической мачте, необходимо хоро-

10-152.jpg

шо заземлить нижний конец мачты, соединив его с забитыми в землю двумя-тремя соединенными между собой заземлителями, которые располагаются один за другим по прямой линии на расстоянии 1, 5... 2 м друг от друга.

Если антенна устанавливается на деревянной мачте или стреле, под вибраторами следует проложить металлическую ленту. Последнюю соединяют с серединами активного и пассивных вибраторов путем пайки или с помощью болтовых соединений, а также с заземлителем антенны.

На рис. 10. 58 показана грозозащита приемных антенн, у которых симметрирование осуществляется с помощью короткозамкнутого мостика. Провод токоотвода подключается к короткозамыкаюшей перемычке и соединяется с заземлителем. Дополнительно можно надрезать защитную оболочку кабеля и соединить его оплетку с короткозамыкаюшей перемычкой. Таким способом можно осуществить грозозащиту любых антенн, которые используют симметрирующий мостик (шлейф).

Провод грозозащиты прокладывают по мачте (или по стене и крыше здания) и закрепляют на ней с помощью скобок. Если мачта составная (из металла и дерева), то заземляющий провод прокладывается по деревянной части, а в месте соединения дерева с металлом надежно прикрепляют к металлической части мачты.

Сопротивление заземления не должно превышать 30... 60 Ом. В зависимости от грунта выбирают количество труб, необходимых для устройства контура заземления (табл. 10. 27). В процессе эксплуатации необходимо периодически проверять целостность заземления и величину его сопротивления.

Во время грозы телевизор лучше выключить, особенно при эксплуатации индивидуальной и незаземленной антенны, а фидер отключить от антенного гнезда телевизора (фидер выносить наружу необязательно).

10-153.jpg

Таблица 10. 27

10-154.jpg

Рис. 10.56 Грозозащита петлевого вибратора

Изображение: 

Рис. 10.57 Заземлитель в системе грозозащиты антенн

Изображение: 

Рис. 10.58 Грозозащита антенны с симметритрующим мостиком

Изображение: 

Таблица 10.27 Допустимые сопротивления заземления телевизионных антенн в зависимости от грунта

Изображение: 

10.16. Делители телевизионных сигналов.

10. 16. Делители телевизионных сигналов

Многие телезрители имеют несколько телевизоров, установленных в разных комнатах. От ТАКП или СКТ в квартиру от распределительной телевизионной коробки, которая находится на лестничной площадке каждого этажа, обычно подводится один абонентский кабель к антенному входу одного телевизора. Для обеспечения телевизионного приема такого же качества у другого телевизора целесообразно проложить к нему второй фидер.

В случаях когда в распределительной коробке все отводы

10-161.jpg

10-162.jpg

заняты или нет возможности проложить дополнительный фидер, можно использовать делитель сигналов на два или три отвода (рис. 10. 59).

Некоторые владельцы двух телевизоров находят, на первый взгляд, довольно простое решение: в удобном месте абонентский фидер разрезается и к нему параллельно припаивается дополнительный кабель, по которому сигнал подается на второй телевизор в другую комнату. Однако такое подключение двух телевизоров к одному фидеру приводит к потерям принимаемого сигнала, нарушению согласования фидера со входами телевизора и другим нежелательным явлениям.

При делении сигналов по предложенным схемам уровень сигнала на входе каждого телевизора ослабляется во столько раз, на сколько телевизоров приходится делать разводку. По этому способу рекомендуется подключать телевизоры с минимальным излучением высокочастотного напряжения гетеродина (местный высокочастотный генератор, который находится в блоке селектора каналов каждого телевизора) на вход приемника.

Два телевизора к одному фидеру можно подключить с помощью разветвителя (рис. 10. 60). Это устройство обеспечивает согласование фидера с нагрузкой независимо от того, подключены ли к обоим выходам телевизоры, и незначитель-

10-163.jpg

но ослабляет сигнал на выходах 1 и 2 относительно сигнала на входе устройства.

Катушки индуктивности 11 и 12 идентичны. Они наматываются голым посеребренным проводом диаметром 4 мм и имеют по три витка. После намотки катушки снимают с оправки и растягивают в спираль с интервалом 1 мм между витками.

В случаях когда по одному фидеру поступают сигналы метрового и дециметрового диапазонов, а телевизионный приемник имеет два раздельных входа «MB» и «ДМВ», целесообразно использовать другое устройство (рис. 10. 61).

В таком разветвителе потери полезного сигнала незначительны, нет необходимости дополнительно осуществлять ручную коммутацию диапазонов на входе телевизора, чем обеспечивается длительная эксплуатация антенных гнезд.

Катушки 11 и 13 устройства разветвления сигналов имеют индуктивность 0, 03 мкГн, а катушка L2 — 0, 05 мкГн. Они наматываются на оправке диаметром 4 мм проводом ПЭТВ-0, 47. Намотка рядовая. Катушки L1 и L3 имеют два витка, а катушка L2 — три витка. Конденсаторы С1... СЗ типа КД или КТ.

Рис. 10.59 Принципиальные схемы делителей напряжений для подключения телевизоров к одному фидеру

Изображение: 

Рис. 10.60 Принципиальная схема устройства разветвления сигналов на два телевизора

Изображение: 

Рис. 10.61 Принципиальная схема устройства деления сигналов от одного фидера на входы "МВ" и "ДМВ" телевизора

Изображение: 

10.17. Антенный коммутатор.

10. 17. Антенный коммутатор

Современные телевизоры имеют один антенный вход, так как в них вмонтированы всеволновые селекторы каналов. В то же время аппарат можно дополнить отдельными антеннами метровых и дециметровых волн. Как же в таком случае подключить антенны разных диапазонов к одному входу телевизора? Если телевизионный прием ведется с одного направления, то наиболее оптимальным вариантом является установка универсальной всеволновой телевизионной антенны (см. параграф 10. 11). Однако телевизионный прием может осуществляться с разных направлений и антенн диапазонов MB и ДМВ.

Во время просмотра телевизионных передач при каждом переходе с диапазона MB на диапазон ДМВ зритель должен подойти к переключателю и вручную произвести нужную коммутацию. Избежать этого неудобства, а также «сократить» один фидер можно следующим образом. На рис. 10. 62 показана схема коммутации двух антенн на общий фидер. Реле Р находится на мачте, вблизи антенны, и дистанционно управляется напряжением от телевизора с помощью тумблера В1. Питание реле осуществляется от выпрямителя телевизора и подается по фидеру.

Резистор R1 предназначен для погашения излишнего напряжения, а конденсаторы С1 и С2 (емкость 100... 1000 пФ) препятствуют замыканию постоянного напряжения питания реле антеннами и входной цепью телевизора, пропуская без потерь высокочастотный телевизионный сигнал.

Резистор R1 имеет сопротивление 10 кОм при использовании реле типа РЭС-15 (паспорт реле РС4. 591. 001П2 или РС4. 591. 08П2). Сопротивление обмотки такого реле составляет 2200 Ом. В сумме с 10 кОм резистора R1 общее сопротивление будет 12, 2 кОм. Таким образом, если от блока питания взять+ 150 В, то ток в обмотке реле станет 150: 12, 2 = 12, 3 мА. Ток срабатывания реле не более 8, 5 мА. Реле надежно сработает при включении тумблера В1. Дополнительный расход тока в 12, 3 мА является несущественным.

При ином типе или паспорте реле сопротивление резистора R1 должно быть рассчитано иначе. Например, если используется реле типа РЭС-10 (паспорта РС4. 524. 301П2 или РС4. 524. 313П2), то сопротивление резистора R1 необходимо уменьшить до 6, 8 кОм. Например, на субмодуль радиоканала

10-171.jpg

СМРК-Т-5 телевизоров 4-го поколения («Горизонт 61ТЦ421Д» и др.), на контакт 8 соединителя Х1 (А1. 1) подается напряжение+ 12 В. От этого источника можно питать реле Р. В этом случае из устройства коммутации антенн необходимо убрать гасящий резистор R1 и оставить дроссель высокой частоты Лр1, который препятствует замыканию телевизионного сигнала на «землю» через блок питания телевизора. С другой стороны реле Р препятствует замыканию телевизионного сигнала на оплетку кабеля в верхней части фидера. Индуктивность дросселя Др1, например типа ДМ-0, 1, может быть в пределах 25... 40 мкГн.

Такое устройство коммутации позволяет подключить к одному фидеру две отдельные антенны ДМВ или по одной антенне MB и ДМВ. Если дополнительно используется фильтр сложения сигналов на MB, то при определенном сочетании каналов к общему фидеру можно подключить три антенны MB или две антенны MB и одну ДМВ. При этом пара антенн MB подключается ко входам фильтра сложения, а его выход — к устройству коммутации. В результате принятые несколькими антеннами сигналы будут по одному фидеру поступать на вход телевизора. Тумблер для переключения сигналов от антенн различных каналов целесообразно устанавливать вблизи места постоянного просмотра телевизионных передач.

Рис. 10.62 Принципиальная схема устройства дистанционной коммутации антенн

Изображение: 

10.18. Устройства сложения телевизионных сигналов

10. 18. Устройства сложения телевизионных сигналов

В практике телевизионного приема часто возникает необходимость установки двух или нескольких отдельных антенн для разных направлений, каналов и диапазонов. Устройство сложения сигналов MB и ДМВ диапазонов (рис. 10. 63) обеспечивает поступление сигналов от обеих антенн к телевизору практически без их ослабления и не допускает

10-181.jpg

10-182.jpg

проникновения сигнала от одной антенны в фидер другой. Для этого в устройстве имеются фильтр нижних частот (ФНЧ) L2, L3, СЗ и фильтр верхних частот (ФВЧ) С1, L1, С2.

Катушки L1 и L3 идентичны, они наматываются на каркасах диаметром 4 мм и содержат по два витка провода ПЭТВМ диаметром 0, 475 мм. Индуктивность каждой катушки 0, 03 мкГн. Катушка L2 наматывается на такой же каркас тем же проводом, но содержит три витка, а ее индуктивность составляет 0, 056 мкГн. Намотка всех катушек рядовая, виток к витку. Оси катушек должны быть взаимно перпендикулярны, все соединительные проводники — минимальной длины. Устройство находится в металлической коробочке, к которой припаиваются оплетки кабелей.

Назначение фильтра сложения сигналов метрового диапазона состоит в том, чтобы сигнал, принятый антенной 1 нижнего канала, полностью поступил в фидер и не ответвлялся в цепь антенны 2 верхнего канала, а сигнал, принятый антенной 2, полностью поступил в фидер и не ответвлялся в цепь антенны 1 (рис. 10. 64). Эта задача решается при использовании двух фильтров.

Фильтр, образованный элементами L1, С1, L2, С2 и С5, представляет собой ФНЧ, а фильтр, образованный элементами L3, СЗ, L4, С4 и L5,— ФВЧ. Если антенна 1 рассчитана на прием сигнала с меньшим номером канала, т. е. 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 представляют 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 составлять приблизительно 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. В качестве оправки можно использовать изоляцию коаксиального кабеля соответствующего диаметра. Катушки L1... L4 располагаются на одном общем каркасе, расстояние между ними должно быть 8... 10 мм. Катушку L5 наматывают на отдельный каркас и размещают так, чтобы ее ось была перпендикулярна оси других катушек. Количество витков катушек и емкости конденсаторов для разных комбинаций каналов приведены в табл. 10. 28.

Таблица 10. 28

10-183.jpg

10-184.jpg

Фильтр сложения сигналов на рис. 10. 64 построен на сосредоточенных постоянных — катушках индуктивности и конденсаторах. Однако для определенного сочетания каналов можно построить фильтр на распределенный постоянных, т. е. на отрезках коаксиального кабеля (рис. 10. 65).

Работа этого фильтра основана на трех важнейших выводах теории длинных линий:

1) входное сопротивление линии длиной 1/4 длины волны, короткозамкнутой на конце, бесконечно велико;

2) входное сопротивление линии длиной 1/2 длины волны, короткозамкнутой на конце, равно нулю;

3) входное сопротивление линии длиной, равной целому числу полуволн, короткозамкнутой на обоих концах относительно точек, находящихся внутри линии, бесконечно велико.

Фильтр рассчитан на подключение двух антенн: антенны с меньшим номером канала («а») и с большим («6»). Алина отрезка 2 равна 1/2 длины волны в кабеле для канала «б», длина отрезка 3 — 1/4 длины волны в кабеле для канала «б», длина отрезка 4 — 1/4 длины волны в кабеле для канала «а», а длина отрезка 6 — 1/2 длины волны в кабеле для канала «а». Длину отрезков 1 и 5 подбирают так, чтобы суммарная длина отрезков 1 и 2 составляла 1/2 длины волны в кабеле для канала «а», а суммарная длина отрезков 5 и 6 — несколько полуволн в кабеле для канала «б».

Поступая по фидеру к точке соединения отрезков 1 и 2, сигнал от антенны канала свободно проходит через отрезок 3 и далее в фидер к телевизору, так как отрезки 1 и 2 в сумме имеют длину, равную 1/2 волны для этого канала, и их сопротивление бесконечно велико. Сигнал не ответвляется в отрезок 4 благодаря тому, что отрезок 6 для него равен 1/2 длины волны и замыкает накоротко конец отрезка 4. Алина этого отрезка составляет 1/4 длины волны для канала «а», так что входное сопротивление отрезка 4 бесконечно велико. Аналогично проходит сигнал от антенны канала «б» с тем 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 приведены в табл. 10. 29, а размеры отрезков 1 и 5 — в табл. 10. 30. Здесь выше диагонали приводятся размеры В, а ниже диагонали — Г.

Таблица 10. 29

10-185.jpg

Таблица 10. 30

10-186.jpg

Приведем пример определения длин отрезков кабелей фильтра сложения для подключения антенн 1 и 3 каналов к общему фидеру. Индекс «а» в этом случае соответствует каналу 1, а индекс «б» — каналу 3. По табл. 10. 29 находим размеры отрезков: 2 — 1226 мм, 3 — 6613 мм, 4 — 933 мм, 6 — 1866 мм. Из табл. 10. 30 в строке для канала 1 и столбце для канала 3 находим длину отрезка 1 (В) — 638 мм, а в строке для канала 3 и столбце для канала 1 — длину отрезка 5 (Г) — 589 мм.

В диапазоне каналов 6... 12 антенны соседних каналов соединять с помощью такого фильтра сложения нельзя, но в случаях, когда номера каналов различаются на два, длина некоторых отрезков оказывается незначительной (меньше 50 мм). Такой фильтр будет работать хуже обычного, так как погрешность длины отрезка составит значительный процент от его длины. По той же причине не удается создать фильтры сложения для дециметровых каналов или для сочетания метрового и дециметрового каналов.

Рис. 10.63 Принципиальная схема устройства сложения синалов МВ и ДМВ диапазона

Изображение: 

Рис. 10.64 Принципиальная схема устройства сложения синалов метрового диапазона на сосредоточенных постоянных

Изображение: 

Рис. 10.65 Монтажная схема фильтра сложения сигналов метрового диапазона из отрезков коаксиального кабеля

Изображение: 

Таблица 10.28 Параметры радиоэлементов фильтра сложения сигналов метрового диапазона

Изображение: 

Таблица 10.29 Длина отрезков фильтра сложения сигналов метровых волн на распределенных постоянных, мм

Изображение: 

Таблица 10.30 Длина отрезков фильтра сложения сигналов метровых волн на распределенных постоянных, мм

Изображение: 

11. СПИСОК ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

Список принятых сокращений

АБВ — антенна бегущей волны

AM — амплитудная модуляция .

АПЧ — автоматическая подстройка частоты

АР — антенная решетка

АРУ — автоматическая регулировка усиления

АТТ — аттенюатор

БУ — блок управления

ВСС — вещательная спутниковая служба

BY — видеоусилитель

ГСО — геостационарная орбита

ДЗ — демодулятор поднесущей звука

ДМВ — дециметровые волны

ЗАФ — зональная антенна Френеля

ИКА — инфракрасные лучи

ИМС — интегральные микросхемы

ИСЗ — искусственный спутник Земли

КЗД — коэффициент защитного действия

ЛБВ — лампа бегущей волны

MB — метровые волны

МШУ — малошумящий усилитель

НСТВ — непосредственное спутниковое телевизионное

вешание

НТВ — непосредственное телевизионное вешание

ОПУ — опорно-поворотное устройство

DДY — пульт дистанционного управления

ППФ — полосно-пропускающий фильтр

ПУПЧ — предварительный усилитель промежуточной

частоты ПФ — полосовой фильтр ПХВ — полихлорвинил ПЧ — промежуточная частота ПЦTC — полный цветовой телевизионный сигнал РПУ — резонансно-полосовой усилитель СВЧ — сверхвысокие частоты СКТ — система кабельного телевидения CM — смесительный каскад СНТВ — спутниковое непосредственное телевешание СФД — синхронный фазовый детектор ТАКП — телевизионная антенна коллективного

пользования УЗЧ — усилитель звуковой частоты УК — усилительный каскад УКВ — ультракороткие волны УПЧ — усилитель промежуточной частоты УРЧ — усилитель радиочастоты

YY — устройство управления

ФАР — фазированная антенная решетка

ФВ — фазовращатель

ФВЧ — фильтр высоких частот

ФА — фазовый детектор

ФМ — фазовая модуляция

ФНЧ — фильтр низких частот

ФСС — фиксированная спутниковая служба

ЧГ — частотный гетеродин

ЧД — частотный детектор

ЧМ — частотное модулирование

ЧМГ — частотно-модулированный генератор

ШУ — широкополосный усилитель

ЭАС — электродвижущая сила

ЭИИМ — эквивалентная изотропно-излучаемая мощность

ЭП — эмиттерный повторитель

12. Словарь

Англо-русский словарь терминов

спутникового телевидения. Пояснение обозначений на кнопках (клавишах) ПДУ входов и выходов

ресиверов и видеомагнитофонов

AFG — АПЧ (автоматическая подстройка частоты)

ANT IN — входное гнездо для подключения наружной антенны наземного телевидения

AUDIO — слуховой, звуковой (выходы каналов звука на стереофонический усилитель)

Band — полоса (диапазон)

Cancel — отмена

Cn Adj — настройка выходного сигнала ресивера на тот или иной канал ДМВ

Channel tuning (UHF 30-39) — диапазон каналов ДМВ, на частоты которых можно модулировать принятую со спутника программу

Daily — ежедневный (режим таймера)

DECODER — гнездо подключения декодера к ресиверу для просмотра кодированных программ

Digital TV — цифровое телевидение

Direct-To-Home (DTH) — «прямо домой» (непосредственное телевизионное вещание со спутников)

Dish — чашеобразная антенна

Dual — конвертер, имеющий два выхода с разнесенными поляризациями Н и V

East — Восток

Enter — ввод

Feed — волновод (облучатель)

FINE — точно

Frequency — частота

Full Band — полнодиапазонный (конвертер

НОТ BIRD — «горячая птица» (название серии спутников)

High — высокочастотный (диапазон, гетеродин)

If input — вход ПЧ от LNB

Low — низкочастотный гетеродин (диапазон)

Low Neise Blockonvertor (LNB) — малошумящий преобразователь

Mode — режим

Monthly — ежемесячный (режим таймера)

Moving Picture Expert Group (MPEG) —экспертная группа движущихся изображений (название стандарта спутникового цветного телевидения)

Multichannel Multipoint Distribution System (MMDS) — многоканальная многоточечная распределительная система

Multiplexed Analogue Components (MAG)—система уплотнения аналоговых компонент (название стандарта спутникового цветного телевидения)

Multifeed — конструкция из двух или большего количества конвертеров. Один из них находится в фокусе параболической антенны, второй — с боку от него. Устройство позволяет принимать сигналы с нескольких спутников без поворота антенны в пределах 6... 7°

North — Север

OFF — выключение

ON — включение

P/L — Parental Lock («родительский ключ»)

Picture element — пиксел (одна точка в прямоугольном массиве экранных точек)

Polarity — поляризация

Search — поиск

Single — единый

South — Юг

SKEW — плавная настройка поляризации

Skip — перескакивание (при переключении пропуск канала, закрытого «родительским ключом»)

TEST SIG — тест-сигнал (для проверки и настройки тракта между магнитофоном и телевизором без воспроизведения видеосигнала с ленты)

TV — соединитель для подключения к ресиверу бытового телевизора

TV OUT — выход видеосигнала в диапазоне ДМВ

Twin — два конвертера в одном корпусе, имеющие по два выхода сигналов разных поляризаций: H/V+ H/V

Video — выход видеосигнала по низкой частоте

West — Запад

Weekly — еженедельный (режим таймера)

13. Приложения.

Приложение l

Пересчет децибел в отношения напряжений или токов (децибелы положительные, отношения больше единицы)

дБ

Отношение напряжений (токов)

дБ

Отношение напряжений (токов)

дБ

Отношение напряжений (токов)

1

2

1

2

1

2

0,0

1,000

2,6

1,349

5,2

1,820

0,1

1,012

2,7

1,365

5,3

1,841

0,2

1,023

2,8

1,380

5,4

1,862

0,3

1,035

2,9

1,396

5,5

1,884

0,4

1,047

3,0

1,413

5,6

1,905

0,5

1,059

3,1

1,429

5,7

1,928

0,6

1,072

3,2

1,445

5,8

1,950

0,7

1,084

3,3

1,462

5,9

1,972

0,8

1,096

3,4

1,479

6,0

1,995

0,9

1,109

3,5

1,496

6,1

2,018

1,0

1,122

3,6

1,514

6,2

2,042

1,1

1,135

3,7

1,531

6,3

2,065

1,2

1,148

3,8

1,549

6,4

2,089

1,3

1,161

3,9

1,567

6,5

2,113

1,4

1,175

4,0

1,585

6,6

2,138

1,5

1,189

4,1

1,603

6,7

2,163

1,6

1,202

4,2

1,622

6,8

2,188

1,7

1,216

4,3

1,641

6,9

2,213

1,8

1,230

4,4

1,660

7,0

2,239

1,9

1,245

4,5

1,679

7,1

2,265

2,0

1,259

4,6

1,698

7,2

2,291

2,1

1,274

4,7

1,718

7,3

2,317

2,2

1,288

4,8

1,738

7,4

2,344

2,3

1,303

4,9

1,758

7,5

2,371

2,4

1,318

5,0

1,778

7,6

2,399

2,5

1,334

5,1

1,799

7,7

2,427

7,8

2,455

11,6

3,802

15,4

5,888



Продолжение прил. I

дБ

Отношение напряжений (токов)

дБ

Отношение напряжений (токов)

дБ

Отношение напряжений (токов)

1

2

1

2

1

2

7,9

2,483

11,7

3,846

15,5

5,957

8,0

2,512

11,8

3,890

15,6

6,026

8,1

2,541

11,9

3,936

15,7

6,095

8,2

2,570

12,0

3,981

15,8

6,166

8,3

2,600

12,1

4,027

15,9

6,237

8,4

2,630

12,2

4,074

16,0

6,310

8,5

2,661

12,3

4,121

16,1

6,383

8,6

2,692

12,4

4,169

16,2

6,457

8,7

2,723

12,5

4,217

16,3

6,531

8,8

2,754

12,6

4,266

16,4

6,607

8,9

2,786

12,7

4,315

16,5

6,683

9,0

2,818

12,8

4,365

16,6

6,761

9,1

2,851

12,9

4,416

16,7

6,839

9,2

2,884

13,0

4,467

16,8

6,918

9,3

2,917

13,1

4,519

16,9

6,998

9,4

2,951

13,2

4,571

17,0

7,079

9,5

2,985

13,3

4,624

17,1

7,161

9,6

3,020

13,4

4,677

17,2

7,244

9,7

3,055

13,5

4,732

17,3

7,328

9,8

3,090

13,6

4,786

17,4

7,413

9,9

3,126

13,7

4,842

17,5

7,499

10,0

3,162

13,8

4,898

17,6

7,586

10,1

3,199

13,9

4,955

17,7

7,674

10,2

3,236

14,0

5,012

17,8

7,762

10,3

3,273

14,1

5,070

17,9

7,852

10,4

3,311

14,2

5,129

18,0

7,943

10,5

3,350

14,3

5,188

18,1

8,035

10,6

3,388

14,4

5,248

18,2

8,128

10,7

3,428

14,5

5,309

18,3

8,222

10,8

3,467

14,6

5,370

18,4

8,318

10,9

3,508

14,7

5,433

18,5

8,414

11,0

3,548

14,8

5,495

18,6

8,511

11,1

3,589

14,9

5,559

18,7

8,610

11,2

3,631

15,0

5,623

18,8

8,710

11,3

3,673

15,1

5,689

18,9

8,810

11,4

3,715

15,2

5,754

19,0

8,913

11,5

3,758

15,3

5,821

19,1

9,016



10-211.jpg

10-212.jpg

Приложение 2. Приставки для обозначения кратных и дольных единиц (ГОСТ 7883-55) (окончание)

Изображение: 

Приложение 2. Приставки для обозначения кратных и дольных единиц (ГОСТ 7883-55)

Изображение: 

Телеприем на дачном участке далеко за городом

Телеприем на дачном участке,далеко за городом.

1. Основные требования, нормы и технические характеристики.

Основные требования, нормы и технические характеристики.

Мастера-радиолюбители на своих садовых и приусадебных участках, а также в фермерских хозяйствах смогут квалифицированно выбрать, изготовить и установить ту телеантенну, которая точно соответствует географическому месту расположения садового дома, где действует оптимальный уровень электромагнитного сигнала.

С целью лучшего использования приведенного в справочнике информационного материала рассмотрим последовательно общие для всех телеантенн сведения, требования и нормы.

1.1. Условные и сокращенные обозначения

1.1. Условные и сокращенные обозначения

А — электрический ток (сила электрического тока)

AL — коэффициент индуктивности

В — магнитная индукция

С — индуктивность

с — скорость распространения волны

D — коэффициент направленного действия передающей антенны

е — диэлектрическая проницаемость

Е — напряженность поля в месте приема

f — частота

Н — напряженность магнитного поля

L — индуктивность

Р — мощность, излучаемая антенной

Т — период колебания волны

Unp — напряжение на входе приемного устройства

в — показатель затухания кабеля

g — коэффициент усиления антенны по напряжению

np — коэффициент полезного действия

W — волновое сопротивление

К — коэффициент бегущей волны

Ra — входное сопротивление антенны

lдл длина несущей волны

а — коэффициент затухания

Ј — коэффициент согласования антенны с фидером

U — напряжение электрическое

R — полное сопротивление

Конструктивные размеры

D —наружный диаметр

dt —внутренний диаметр трубки

d —диаметр провода

Н —высота антенны

hg — действующая высота антенны

R — расстояние прямой видимости

n — число жил в кабеле

S — расстояние между трубками (вибраторами)

l — длина вибраторов

t — расстояние между проводниками

Сокращенные обозначения

AM — амплитудная модуляция

АРУ — автоматическая регулировка усиления

АСС — аппаратура средств связи

ЛТК — антенна телевизионная комнатная

АЧХ — амплитудно-частотная характеристика

БП — блок питания

ВЧ — высокая частота

ГВЧ — генератор высокой частоты

3Ч — звуковая частота

КБВ — коэффициент бегущей волны

КЗД — коэффициент защитного действия

КНД — коэффициент направленного действия

КПД — коэффициент полезного действия

ПЧ — промежуточная частота

РЭА — радиэлектронная аппаратура

СИП — стабилизированный источник питания

ТА — телевизионная антенна

ТАКП — телевизионная антенна коллективного поль зования

ТЦ — телевизионный центр

УПЧЗ — усилитель промежуточной частоты звука

УПЧИ— усилитель, промежуточной частоты изобра жения

УСС — симметрирующе-согласующее устройство

УЭИТ — универсальная электрическая испытательная таблица

ХИТ — химический источник тока

ЧМ — частотная модуляция

ЭДСэлектродвижущая сила

ЭРИ — электрорадиоизделие

ЭРЭ — электрорадиоэлемент

1.2. Основные понятия и их определения

1.2. Основные понятия и их определения

Приведенные ниже термины и определения упрощают понимание всего информационного материала, касающегося телевизионных антенн.

Антенна — устройство, предназначенное для излучения или приема радиоволн.

Антенный соединитель — электромеханическое устройство, предназначенное для механического соединения и разъединения вручную электрических цепей (проводов, кабелей, узлов и блоков) в различных видах аппаратуры при выключенном источнике тока через соединитель.

Антенный элемент — первичный или вторичный излучатель.

Вибратор — первичный или вторичный излучатель, выполненный из прямых проводов или труб или совокупности проводов и труб.

Входное сопротивление антенны — полное электрическое сопротивление цепи, измеренное на входных зажимах антенны.

Главный лепесток диаграммы направленности — лепесток, в пределах которого излучение антенны максимально.

Диаграмма направленности — графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны или коэффициента направленного действия от направления антенны в заданной плоскости.

Директор антенны — вторичный излучатель (или совокупность вторичных излучателей антенны), расположенный по отношению к первичному излучателю со стороны главного лепестка диаграммы направленности антенны с целью увеличения коэффициента направленного действия антенны.

Заземление антенны — проводник (или группа проводников), обеспечивающий соединение земли или корпуса подвижного объекта с одним выводом выхода радиопередатчика (входа радиоприемника), ко второму выводу которого подключается антенна.

Коэффициент защитного действия антенны — отношение мощности, выделяемой антенной при приеме с бокового или заднего направления, к мощности на той же нагрузке при приеме с направления на ТЦ.

Коэффициент направленного действия антенны — отношение квадрата напряженности поля, создаваемого антенной в заданном направлении, к среднему значению квадрата напряженности поля по всем направлениям.

Коэффициент полезного действия — отношение мощности радиоизлучения, создаваемого антенной, к мощности радиочастотного сигнала, подводимого к антенне.

Коэффициент усиления антенны — отношение мощности на входе эталонной антенны к мощности, подводимой ко входу рассматриваемой антенны, при условии, что обе антенны создают в данном направлении на одинаковом расстоянии равные значения напряженности поля или такой же плотности потока мощности.

Лепесток диаграммы направленности — часть диаграммы направленности антенны, которая находится внутри области, ограниченной двумя соседними направлениями минимального излучения.

Линейный симметричный вибратор — симметричный вибратор, оси проводников которого располагаются по одной прямой.

Направленность антенны — способность антенны эффективно излучать или принимать радиоволны в определенных направлениях.

Направленная антенна — антенна, обеспечивающая в определенном направлении(ях) более эффективное излучение или прием радиоволн.

Настроенная антенна — антенна, параметры которой соответствуют предъявляемым требованиям на одной рабочей частоте.

Ненаправленная антенна — антенна, обеспечивающая одинаковую эффективность излучения или прием

радиоволн по всем направлениям в заданной плоскости.

Несимметричный вибратор — вибратор, располагающийся над проводящей поверхностью и сочленяющийся одним концом с кабелем снижения, второй выход которого соединяется с проводящей поверхностью, например с землей, противовесом антенны или корпусом объекта.

Отражатель антенны — вторичный излучатель, устройство, представляющее собой определенную поверхность и служащее для изменения плотности потока мощности электромагнитной волны.

Полуволновой (четвертьволновой) несимметричный вибратор — линейный несимметричный вибратор, длина которого равна половине (четверти) длины волны.

Полуволновой (одноволновой) симметричный вибратор — линейный симметричный вибратор, электрическая длина которого равна половине длины волны (одной длине волны).

Противовес антенны — проводник (или группа проводников), изолированный от земли, подсоединяемый к одному выводу выхода радиопередатчика (входа радиоприемника), ко второму выводу которого подключается антенна.

Рефлектор антенны — вторичный излучатель (совокупность вторичных излучателей), расположенный по отношению к первичному излучателю со стороны, противоположной главному лепестку диаграммы направленности антенны с целью увеличения коэффициента направленного действия антенны.

Симметричный вибратор — вибратор в виде двух симметрично располагаемых в одной плоскости проводников одинаковой длины и формы, к смежным концам которых подводится кабель снижения.

Снижение антенны — часть антенны, представляющая собой вертикальный или наклонный провод, связанный нижним концом с фидером или входом радиоприемника, а другим — с верхней частью антенны.

Ширина диаграммы направленности — угол между двумя направлениями диаграммы направленности антенны, на границах которого напряженность поля падает до определенного значения.

Широкополосная антенна — антенна, параметры которой соответствуют предъявляемым требованиям при коэффициенте перекрытия диапазона частот 1,2 — 1,5.

1.3. Классификация каналов телевидения по частоте

1.3. Классификация каналов телевидения по частоте

Важное значение в вопросах организации телевизионной сети в стране на выделенных частотах имеет принятая классификация видов радиоволн и их границ, видов радиочастот и каналов телевещания.

Передача радио- и телепрограмм осуществляется по каналам связи с помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве со скоростью света. Радиоволны, на которых ведутся передачи, составляют спектр электромагнитных колебаний. В настоящее время этот спектр условно делится на несколько диапазонов.

В табл. 1.1 указываются виды радиоволн и их границы по длине. Как следует из таблицы, границы по длине волн условно разделены по десятичному признаку.

В табл. 1.2 приводятся виды радиочастот и их условные границы.

1-31.jpg

В табл. 1.3 представлены диапазоны радиоволн и частота нх колебании, принятые Международным консультативным комитетом радиосвязи.

Для передачи сигналов телеизображения и звукового сопровождения используются определенные полосы частот УКВ-диапазона от 48,5 до 958 МГц, в котором работают все каналы: с 1-го по 64-й.

В табл. 1.4 приведены частотные каналы телевещания метрового диапазона, на которых передаются первые 12 каналов.

1-32.jpg

В табл. 1.5 даются частотные каналы телевещания дециметрового диапазона, на которых транслируются 19 программ (от 21-го канала до 76-го). Название дециметрового диапазона принято вследствие того, что длина волны любого из этих каналов меньше 1 м. Каждый канал занимает полосу частот, равную 8 МГц. Разнос между несущими частотами сигналов изображения и звукового сопровождения составляет 6,5 МГц.

1-33.jpg

1-34.jpg

Таблица 1.1 Виды радиоволн и их границы по длине

Изображение: 

Таблица 1.2 Виды радиочастот и их условные границы

Изображение: 

Таблица 1.3 Диапазоны радиоволн и частота их колебаний

Изображение: 

Таблица 1.4 Частотные каналы телевещания метрового диапазона

Изображение: 

1.4. Технические характеристики телевизионных антенн

1.4. Технические характеристики телевизионных антенн

Выбор необходимой конструкции ТА для своего загородного дома радиолюбитель может произвести с большой степенью точности на основании анализа или расчета технических характеристик и главных параметров

различных типов антенн с учетом влияния внешних климатических и механических нагрузок, действующих в данной местности. К таким нагрузкам относятся: температура окружающей среды, относительная влажность воздуха, ветровые нагрузки, налипание мокрого снега и оледенение.

Контрастность и четкость изображения на телеэкране и качество звукового сопровождения целиком зависят от двух взаимосвязанных факторов: от модели телевизора и от приемной ТА.

Поочередно рассмотрим основные параметры и характеристики ТА: диаграмму направленности, входное сопротивление, КБВ, коэффициент усиления, кпд, действующую длину (высоту) антенны и ширину полосы пропускания.

Диаграмма направленности антенны показывает зависимость ЭДС на зажимах антенны от направления прихода сигнала. Наводимая в антенне ЭДС зависит не только от мощности приходящей в точку приема волны, но и от направления ее прихода, т. е. антенна обладает направленными свойствами. Хорошее представление о направленных свойствах антенны дает ее пространственная диаграмма, развернутая на 360 °. Если сигнал от ТЦ приходит перпендикулярно вибратору, то развивается максимальная ЭДС. Если направление телесигнала совпадает с продольной осью вибратора, то ЭДС равна нулю. Во всех других промежуточных положениях, когда сигнал приходит под углом к основному вибратору антенны, ЭДС развивается от нуля до максимума.

Более полную картину направленности ТА можно получить, если построить диаграмму в прямоугольной или полярной системах координат в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Однако для практических целей достаточное представление о направленных свойствах ТА даст диаграмма, выполненная в горизонтальной плоскости.

На рис. 1.1 изображена диаграмма направленности полуволнового линейного разрезного вибратора, приведенного на рис. 1.2. Для построения диаграммы направленности в полярной системе координат (рис. 1.1, а) берется точка 0, которая принимается за ось вибратора, из нее радиусом произвольной длины, но принятой за единицу и соответствующей максимальной ЭДС, описывается окружность или ее часть, а также под различными углами проводятся прямые линии, которые образуют сетку. На прямых линиях откладываются отрезки, величина которых соответствует напряженности поля, при повороте антенны

1-41.jpg

1-42.jpg

на заданные углы в ту или другую сторону от нулевого направления. Максимальная величина сигнала обозначается Еmaх, которая на рисунке принята за единицу масштаба. Отрезки, откладываемые на прямых линиях, соответствуют значению отношения Е/Еmах. Линия, соединяющая концы этих отрезков, и является диаграммой направленности антенны. Как правило, в полярной системе координат диаграммы строятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях — горизонтальной и вертикальной. Для рассматриваемого полуволнового линейного разрезного вибратора в первом случае диаграмма имеет вид растянутой восьмерки, а во втором — форму круга. Правда, диаграмма в виде восьмерки получается только при теоретических расчетах, не учитывающих отражения УКВ от поверхности земли и сооружений. В реальных условиях диаграмма направленности антенны выглядит по-другому: у нее кроме главного лепестка имеются и боковые и задний. Самый большой лепесток, соответствующий нулевому направлению сигнала, при котором наводится максимальная ЭДС, называется главным, а все остальные — боковыми. При построении диаграммы максимальную ЭДС принимают за единицу.

Диаграмма направленности зависит от конструкции антенны. На рис. 1.3 приведена диаграмма направленности антенны типа «волновой канал» в полярной системе координат. На рис. 1.4 — диаграмма направленности антенны типа «волновой канал» в прямоугольной системе координат. По параметрам главного и боковых лепестков можно сравнивать эти диаграммы между собой. По ширине основного лепестка можно оценивать антенну по направленным свойствам. Уровень помехозащищенности антенны зависит от параметров боковых и заднего лепестков. Одним из параметров является КЗД.

Угол раствора диаграммы (ширина) главного лепестка охватывает часть диаграммы этого лепестка, в пределах которой ЭДС в антенне уменьшается на величину, равную 2^0.5 по сравнению с максимальной (не ниже уровня 0,707 для нормированной диаграммы направленности антенны). Чем меньше ширина главного лепестка, тем больше направленность ТА. Чем меньше боковые и задний лепестки, тем слабее сказываются помехи при приеме программ. КЗД антенны определяется как отношение ЭДС, наводимой в антенне в направлении на ТЦ, к ЭДС, наводимой в ней при приеме обратной стороной: Кз = Еmах/Еобр. Требования к КЗД при приеме телесигналов на садовых участках, где обычно отсутствуют интенсивные отраженные волны, и качество изображения определяются величиной усиления антенно-фидорного устройства. Поэтому в загородной местности нет смысла применять сложные антенные комплексы, если дача расположена в пределах прямой видимости от ТЦ.

Таким образом, КНД — это величина, численно равная отношению мощностей на выходах направленной и ненаправленной антенн при приеме одного и того же источника излучения. Чем уже диаграмма направленности антенны, тем выше ее коэффициент направленного действия. КНД определяется по следующей достаточно простой эмпирической формуле:

1-43.jpg

В тех местах, где может быть много отраженных волн, особенно вблизи больших городов и поселков, где индустриальные помехи наиболее интенсивны, выбор антенны определяется не только величиной КНД, но и КЗД. Вблизи ТЦ, где мощность сигнала на входе телевизора достаточно

велика, казалось бы, можно применять простые антенны типа «симметричный вибратор», но для полного исключения отраженных волн приходится использовать, сложные направленные антенны, например типа «волновой канал».

Входное сопротивление определяется отношением напряжения к току на зажимах антенны. Величину входного сопротивления антенны необходимо знать, чтобы правильно согласовать антенну с кабелем и телевизором, тогда на вход телевизора поступает наибольшая мощность. При правильном согласовании входное сопротивление антенны должно равняться входному сопротивлению кабеля снижения, которое, в свою очередь, должно быть равно входному сопротивлению телевизора. Это особенно важно в условиях дальнего приема, когда садовые участки расположены вдали от ТЦ. Измеряется входное сопротивление в точках, к которым подключается фидерная линия.

Входное сопротивление антенны характеризуется активной и реактивной составляющими. ТА, настроенная в резонанс, имеет только активное сопротивление, которое определяется отношением напряжения на клеммах антенны к току на входе кабеля снижения. Оно зависит от типа антенны, конструктивных особенностей, размещения клемм, к которым подсоединяется фидерная линия, от расположения вблизи антенны различных сооружений и других факторов.

Входное сопротивление и характер его изменения в полосе частот телеканала определяют мощность, отдаваемую антенной в цепь нагрузки телевизора, а также неравномерность частотной характеристики антенно-фидерного тракта.

Известно, что ТА является генератором энергии, а сопротивление ТА играет роль внутреннего сопротивления этого генератора. Если ТА настроена в резонанс, согласована с нагрузкой и потерь энергии в ней нет, то передаваемая в нагрузку мощность будет максимальной.

При небольших изменениях частоты (относительно резонансной) активная составляющая входного сопротивления меняется мало, но зато появляется реактивная составляющая. На частотах ниже резонансной реактивная составляющая имеет емкостный характер, а на частотах выше резонансной — индуктивный. Чем меньше меняется входное сопротивление при изменении частоты, тем антенна широкополосное.

КБВ приемной ТА показывает степень согласования антенны с кабелем снижения и определяется отношением

напряжения в минимуме к напряжению в максимуме:

К = Umin/Umax. КБВ равен единице, если напряжения минимума и максимума равны, а это возможно только при чисто бегущей волне. Если же в кабеле снижения существует только стоячая волна, то минимум и максимум напряжения отсутствуют, т. е. равны нулю, и КПП также равен нулю. КБВ в значительной степени влияет на кпд кабеля снижения.

Для полной оценки согласования антенны с линией передачи сигнала дополнительно рассматриваются коэффициенты стоячей волны и отражения. Все эти три коэффициента связаны между собой математическими зависимостями. На практике измеряются наибольшее и наименьшее напряжения, которые действуют вдоль линии передачи и по которым можно судить о согласованности кабеля снижения с антенной.

Коэффициент стоячей волны: КСВ = I/KБB = Umax/Umin. Коэффициент отражения представляет собой отношение амплитуд падающей и отраженной волн, измерения которых осуществляются с помощью направленных ответвителей.

Устойчивое изображение на экране телевизионного приемника достигается при КБВ>0,5, так как при меньших значениях увеличивается рассогласованность линии передачи сигнала с антенной и значительно увеличиваются потери, снижается кпд фидера.

Коэффициент усиления антенны характеризует реальный выигрыш по мощности в нагрузке, даваемый данной антенной по сравнению с ненаправленным излучателем, с учетом направленных свойств антенны и потерь в ней. Коэффициент усиления антенны определяется по формуле:

Кр = РЬх.эт/Pbx. При отсутствии указания о направлении на ТЦ значение коэффициента усиления антенны соответствует направлению максимального излучения. Коэффициент усиления антенны может выражаться в децибелах и равняться увеличенному в 10 раз десятичному логарифму отношения мощностей.

Коэффициент усиления антенны тем больше, чем меньше ширина диаграммы направленности и величина заднего и боковых лепестков. Направленность антенны определяется КПД. Между коэффициентом усиления антенны и КНД существует прямая зависимость: Кр = D •np. где np — кпд антенны. По некоторым источникам, коэффициент усиления определяется так: Кр = D •np/1,64. В этой формуле КНД антенны характеризует выигрыш по

мощности в нагрузке благодаря направленным свойствам антенны и представляет собой отношение мощности, получаемой без потерь на согласованной нагрузке, к мощности, развиваемой на той же нагрузке согласованным с ней воображаемым ненаправленным излучателем при одной и той же напряженности электромагнитного поля и точке приема. При этом предполагается, что антенна ориентирована на максимум приема.

Коэффициент полезного действия антенны характеризует потери мощности в антенне и представляет собой отношение мощности излучения к сумме мощностей излучения и потерь, т. е. к полной мощности, которая подводится к антенне радиопередающей станции от передатчика: np = Ри/(Ри + Рп) = Rи/Rи + Rп. Чем меньше сопротивление излучения Rи и чем больше сопротивление потерь Rп, тем ниже кпд.

В табл. 1.6 приведены ориентировочные значения коэффициента усиления и входного сопротивления некоторых

1-44.jpg

Примечание. Коэффициент усиления антенны выражен в относительных единицах. Для перехода к децибелам можно использовать расчетную формулу или соответствующую номограмму в [2] или [6].

типов ТА. Коэффициент полезного действия приемных ТА, исключая ромбические, находится в пределах 0,93—0,96.

Действующая длина (высота) антенны — это отношение ЭДС, наводимой в антенне радиоволной, приходящей с направления главного лепестка диаграммы направленности антенны, к напряженности поля в месте приема. В некоторых источниках действующей длиной приемной антенны называют длину, которая после умножения на напряженность поля в места приема дает величину ЭДС, наводимой в антенне волной, приходящей с направления максимума диаграммы направленности. Действующая длина антенны — это параметр, используемый для уточнения свойств простейших антенн; например, антенны типа «линейный вибратор», «петлевой вибратор», «полуволновой вибратор», амплитуда тока вдоль которых меняется по синусоидальному закону.

Для полуволнового линейного вибратора действующая длина определяется по следующей формуле: lд = lдл/3.14, где lдл — длина волны в м.

Некоторые авторы вводят понятие действующей высоты антенны для определения и проведения расчетов ЭДС. Умножая действующую высоту на напряженность поля в месте приема, можно получить значение ЭДС на зажимах

1-45.jpg

антенны в случае, когда сигнал приходит с направления максимального приема: ЭДС = hg •E.

Ширина полосы пропускания — полоса частот, в пределах которой неравномерность частотной характеристики не превышает заданной. Зависимость напряжения на нагрузке от частоты особенно важна для антенн, у которых неравномерность частотной характеристики в полосе телеканала не должна превышать ±1дБ. Ширина полосы пропускания тем больше, чем меньше зависят от частоты коэффициент усиления и входное сопротивление антенны.

Основные электрические параметры и характеристики одноканальных антенн типа TВK, (телевизионная комнатная) приведены в табл. 1.7.

Рис. 1.1 Диаграмма направленности полуволнового линейного разрезного вибратора

Изображение: 

Рис. 1.4 Диаграмма направленности антенны типа "волновой квадрат" в прямоугольной системе координат

Изображение: 

Таблица 1.6 Коэффициент усиления и входное сопротивление приемных телеантенн

Изображение: 

Таблица 1.7 Основные электрические параметры и характеристики одноканальных антенн типа ТВК

Изображение: 

Ф. 1 КНД определяется по следующей достаточно простой эмпирической формуле

Изображение: 

1.5. Согласование телевизионных антенн с фидером

1.5. Согласование телевизионных антенн с фидером

При изготовлении антенны мастерам-радиолюбителям следует особое внимание уделять вопросам согласования выходного сопротивления активного вибратора антенны с сопротивлением кабеля снижения, которые, как правило, отличаются друг от друга.

Во всех случаях приемная ТА соединяется с входом телевизора с помощью кабеля снижения, который передает принятые антенной сигналы на телевизор. Фидерное устройство обладает, как правило, высоким кпд, в большой степени зависящим от материалов, из которых изготовлены его составные части, и от схемы согласования фидерной линии антенны и телевизора. В качестве фидерных линий используются высокочастотные симметричные или несимметричные коаксиальные кабели.

Согласование антенны делается для обеспечения более высокого КБВ в кабеле снижения. Согласующее устройство преобразует входное сопротивление антенны в сопротивление, близкое или равное волновому сопротивлению фидерной линии.

Симметрирование антенны осуществляется с целью увеличения помехозащищенности при приеме телепередач и производится в тех случаях, когда к симметричной антенне подключается несимметричная коаксиальная фидерная линия. Специальное симметрирующее устройство устраняет токи радиочастоты на наружной поверхности экрана коаксиального кабеля и искажения диаграммы направленности антенны.

Оба процесса выполняются одновременно одним симметрирующе-согласующим устройством (УСС). Рассмот рим поочередно следующие УСС: фазосдвигающее колено;

волновое U-образное колено; четвертьволновой коротко-замкнутый мостик; четвертьволновой стакан; полуволновое U-образное колено; эквивалент кабельной петли; воздушный симметрирующе-согласующий трансформатор (ВССТ); симметрирующе-согласующий трансформатор на ферритах (ССТФ)

На рис. 1.5 дано УСС типа «фазосдвигающее колено», которое применяется в полосе частот ±5 % от средней частоты телеканала. Полуволновой линейный неразрезной вибратор с фазосдвигающим коленом относится к простейшим слабонаправленным антеннам и применяется в качестве самостоятельной антенны на расстоянии не более 10 км от ТЦ и ретрансляторов при отсутствии помех и отраженных сигналов.

При этом следует заметить, что подключение коаксиального кабеля к неразрезному вибратору показано условно. При подключении фидера к фазосдвигающему колену необходимо выполнить следующее условие. Оплетка коаксиального кабеля должна быть припаяна в точке а непосредственно к трубке вибратора без переходного проводника.

На рис. 1.6, а, оплетка кабеля снижения также должна быть припаяна к правому вибратору в точке 1 без промежуточного проводника. Это позволяет обеспечить относительно плавный переход из симметричной двухпроводной линии в антенну.

Улучшения согласования антенного устройства с кабелем снижения можно в некоторых случаях добиться применением неоднородностей в виде различных конструктивных элементов, не приводящих к заметному изме-

1-51.jpg

нению диаграммы направленности. Главным условием применения согласующих неоднородностей является их геометрическая симметрия в обоих плоскостях поляризации. Улучшение согласования достигается за счет того, что знак реактивной составляющей входного сопротивления антенны изменяется медленно, так как во всех широкополосных антеннах с таким устройством компенсация реактивного сопротивления происходит непосредственно на входе антенны.

Изготавливается данное УСС из латунной трубки диаметром, равным диаметру полуволнового линейного вибратора, который, в свою очередь, равен одной пятидесятой длины волны (1/50lдл.).Длина колена l1 = 1/10lдл

На рис. 1.6 а, б, приведены конструкция и схема подключения несимметричного коаксиального кабеля к полуволновому линейному вибратору с помощью симметрирующего мостика и УСС типа «волновое U-образное колено». В метровом диапазоне волн широко используется симметрирующий шлейф, изображенный на рис. 1.6 а, который изготавливается из трубок диаметром d1 = 10—15 мм, приваренных к вибраторам из трубок диаметром d = 12—25 мм. Перемычка 2 делается из металла и накоротко замыкает оба отрезка трубки 1. При изготовлении УСС необходимо выполнить следующее: первый

1-52.jpg

отрезок трубки приваривают к тому плечу вибратора, который питается от центральной жилы коаксиального кабеля и вместе со вторым отрезком трубки и с наружной оболочкой кабеля образует двухпроводную симметричную линию. Перемычку 2 присоединяют на расстоянии l1 от входных клемм антенны, оно равно 1/4lдлср, где lдлср — средняя длина волны.

При подключении в точках 1 к левой 4 и к правой 5 половинам вибратора короткозамкнутого четвертьволнового отрезка линии симметрии токов в плечах восстанавливаются. Применение симметрирующего шлейфа обеспечивает пропорциональное ответвление токов в левом и правом плечах вибратора, компенсацию разности токов, незначительное ответвление токов по оболочкам кабелей без изменения входного сопротивления вибратора. Конструкция симметрирующего мостика позволяет изменять положение короткозамыкающей перемычки, а это дает возможность использовать его в очень широком диапазоне частот. Дополнительной регулировкой расстояния между трубками симметрирующего мостика в пределах 60— 80 мм можно добиться полного согласования антенны с кабелем снижения при равенстве волнового сопротивления фидера с входным сопротивлением антенны.

Широкое применение в радиолюбительской практике получило УСС типа «волновое U-образное колено» (рис. 1.6, б). Подключается оно к активному вибратору большинства ТА типа «волновой канал». Конструктивные размеры этого УСС, изготовленного из коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией марки РК-75, приведены в табл. 1.8.

1-53.jpg

Антенны с входным сопротивлением, отличающимся от волнового сопротивления кабеля снижения, согласуются между собой с помощью УСС типа «волновое U-образное

колено», у которого в качестве согласующего трансформатора применен четвертьволновой отрезок коаксиального кабеля, а удлинение одной ветви на отрезок, равный полуволне,—для изменения фазы тока, питающего вторую половину вибратора антенны.

1-54.jpg

Волновое сопротивление кабеля, образующего U-колено, определяется по следующей формуле: R^2 = RA • Wф, где RA — сопротивление нагрузки (волновое сопротивление антенны), Wф — волновое сопротивление фидера.

Для сохранения симметрии вибратора антенны при подключении к нему несимметричного коаксиального кабеля марки РК-75 может быть применен другой тип УСС:

четвертьволновой короткозамкнутый мостик (рис. 1.7). Изготавливается это устройство из металлических трубок диаметром d и d1, которые соединяются между собой по одному из вариантов конструктивного исполнения и крепятся к металлической мачте. Сквозь одну из трубок протягивают кабель снижения, оплетку его подключают

1-55.jpg

к той половине вибратора, к которой подсоединена трубка с кабелем, а центральная жила кабеля подводится к другой половине вибратора. Длина мостика l от вибратора

1-56.jpg

до короткозамкнутой перемычки равна 1/4lдлср и выбирается для каждого канала в соответствии с данными, приведенными в табл. 1.9 и 1.10.

Концы трубок, спускающиеся ниже короткозамкнутой перемычки, могут быть произвольной длины. Симметрирующий мостик не нарушает согласования, так как его входное сопротивление очень велико во всей полосе частот телеканала и не шунтирует антенну. Настройка мостика на нужный канал достигается путем перемещения металлической замыкающей перемычки вдоль трубок.

Следующее УСС для полуволнового линейного разрезного вибратора является наиболее простым по конструкции (рис. 1.8). Оно называется также «четвертьволновой короткозамкнутый мостик», но изготавливается из отрезков коаксиального кабеля, в котором роль мостика играют экраны кабелей. Как следует из рисунка, экран кабеля 5, соединяющего антенну с телеприемником, подключается к одной трубке вибратора, а экран кабеля 4 — к другой. Внутренний проводник кабеля 5 соединяют с той же трубкой вибратора, к которой подключен экран кабеля 4. На расстоянии 1/4lдл от вибратора экраны кабелей 4 и 5 соединяются друг с другом, образуя четвертьволновой

короткозамкнутый мостик. Внутренний проводник кабеля 4 припаивается либо к оплетке этого кабеля, либо к вибратору 1. Отрезки кабеля 4 и 5 закрепляются диэлектрическими планками 3. Длина мостика l3 = 1/4lдл; размер l1= 50—80 мм; l2= 50—80 мм; l4= 1—10 мм.

На рис. 1.9 дана конструкция оригинального УСС типа «четвертьволновой стакан», которое состоит из двух тонкостенных трубок, соединенных между собой, как показано на рисунке. Вибраторы 1 и 2 изготавливаются из трубок диаметром, равным 1/50lдл. Наружный корпус «четвертьволнового стакана» делается из трубки диаметром 50—60 мм и толщиной стенки 1—3 мм. Внутренний цилиндр — из тонкостенной трубки диаметром 8—16 мм и толщиной стенки 1—2 мм. Наружный 4 и внутренний 5 цилиндры соединяются между собой металлическим диском 7, который припаривается или припаевается, как указано на рисунке. Сверху между внутренним и наружным цилиндрами вставляется кольцо 3, изготавливаемое из диэлектрика. Размер наружного стакана: l1=1/4lдл l2=2—10 мм; l= 1/10lдл.

Экран коаксиального кабеля 6 подключается к верхней части внутреннего стакана и к одной трубке вибратора. Внутренний проводник кабеля соединяют со второй трубкой вибратора.

УСС типа «полуволновое U-образное колено» (рис. 1.10) при изготовлении антенн типа «волновой канал» используется в качестве активного элемента.

Как следует из схемы соединений, симметричные зажимы петлевого вибратора 1 соединены между собой по-

1-57.jpg

1-58.jpg

луволновым отрезком коаксиального кабеля 2, а несимметричный фидер 3 также своей внутренней жилой присоединяется к одному из зажимов вибратора в точке 1. Вследствие того что электрическая длина петли 2 равна полуволне, ток правой половины вибратора в точке 1 изменит свое направление на обратное, а следовательно, токи обеих половин вибратора в точке присоединения центральной жилы кабеля будут в фазе и сложатся. Симметрия токов в каждом плече вибратора сохранится.

Длина петли определяется так: l2 = lдлcp/2e^2. Длина отрезков коаксиального кабеля для изготовления УСС типа «полуволновое U-образное колено» дается в табл. 1.11.

УСС в виде кабельной петли может применяться во всех существующих конструкциях одноканальных антенн, однако в многодиапазонных антеннах (1—12-й каналы) оно не обеспечивает получение требуемых электрических характерис-

1-59.jpg

1-510.jpg

тик, да и во многих случаях оказывается неудовлетворительным из-за значительных размеров кабельной петли. Хорошие результаты можно получить, если применить УСС типа «эквивалент кабельной петли» (ЭКП), рис. 1.11. Оно представляет собой несимметричную длинную линию, свернутую и спираль. Изготавливается данное УСС на металлической трубке диаметром 5 мм, на нее наматывается изолированный провод марки ПЭВ-2 или ПЭЛШО. Наматывается сразу три провода рядовой намоткой — виток к витку, которые на выходе соединяются между собой, и все три обмотки работают параллельно. При плотной намотке на каркас, расстояние между щечками которого равно 25 мм, укладывается 16—17 витков. Схема подключения ЭКП приведена на рис. 1.12. Центральная жила коаксиального кабеля подсоединяется к точке 1 вибратора и к соединенным между собой выводам спиралей.

1-511.jpg

ЭКП обеспечивает в антеннах, рассчитанных на прием телепередач на 6—12-м каналах, и в кабелях снижения, подключаемых к ним, KБB не менее 0.6.

Устанавливается ЭКП в герметичной пластмассовой коробке непосредственно на антенне и прикрепляется к деревянной "или металлической мачте в точке 0, которая выполняет функцию заземления.

При изготовлении УСС типа ЭКП металлическая трубка диаметром 5 мм должна иметь продольный сквозной паз (прорезь) шириной до 1 мм.

На рис. 1.1.3 показано одно из наиболее эффективных УСС, которое называется воздушный симметрирующе-согласующий трансформатор (ВССТ). Устройство включается в многодиапазонные ТА, рассчитанные, например, на прием 1-5го каналов. Изготавливается ВССТ в виде двух катушек-спиралей, соединенных между собой боковыми щечками. Каждая катушка-спираль наматывается на тонкий каркас из диэлектрического материала и представляет собой отрезок двух электромагнитно связанных линий, свернутых в спираль. Катушка содержит 10 х 2 витков, намотанных рядовым способом из провода марки ПЭВ-2 или ПЭЛШОК диаметром до 0,31 мм. Диэлектрический каркас должен иметь на наружном диаметре двухзаходную резьбу с шагом 1 мм и диэлектрическую проницаемость 3,5—4.

Описываемое УСС обеспечивает в диапазонах 1—5-го каналов КБВ в 75-омном кабеле снижения не менее 0,6. Таким образом, данное УСС представляет собой четыре длинные линии, свернутые в спираль, которые включаются в цепь антенны последовательно-параллельным способом по определенной схеме. УСС устанавливается на входе ТА в пластмассовом корпусе, изолированном от мачты антенны. Схема соединений обмоток ВССТ приведена на рис. 1.14.

На рис. 1.15 изображено наиболее эффективное УСС, которое применяется в широкополосных антеннах всех типов, включая и комнатные. Называется данное УСС симметрирующе-согласующий трансформатор на ферритах (ССТФ). Оно отличается от ВССТ только конструктивным исполнением и улучшенными электрическими параметрами. Схема включения обмоток ССТФ точно такая же, как и у ВССТ (рис. 1.16). Устройство хорошо работает на всех первых 12 каналах телевидения.

Изготавливается ССТФ на высокочастотных ферритовых кольцах марки 50ВЧ с размерами 7х4х2; марки

1-512.jpg

1-513.jpg

1000BH с размерами 7х4х2; марки 100ВЧ с размерами 8,4х3,5х2. В конструкции трансформатора могут быть использованы два ферритовых кольца со своими обмотками или одно кольцо с двумя обмотками. Каждая обмотка трансформатора содержит восемь витков обмоточного провода, намотанных в два провода. Можно применить обмоточный провод марки ПЭВ-2, ПЭЛ, ПЭЛШО или ПЭВТЛ диаметром 0,23 мм, с изоляцией. Но необходимо иметь в виду, что использование трансформатора на одном ферритовом кольце дает низкий результат. В схему соединений трансформатора введен конденсатор С типа КД-1-1 пФ.

Как следует из схемы, начало обмотки I соединяется с правым плечом вибратора, а ее конец — с внутренней жилой коаксиального кабеля снижения; начало первичной обмотки I, а — с началом обмотки II и заземляется в точке 0 полуволнового вибратора. Конец первичной обмотки I, а соединяется через конденсатор С с внутренней жилой кабеля снижения. Конец обмотки II соединяется напрямую с центральной жилой кабеля снижения. Начало обмотки II, а — со вторым левым плечом вибратора. Конец вторичной обмотки II, а — с концом обмотки I, а и заземляется в точке 0, где антенна (петлевой вибратор) крепится к мачте.

В радиолюбительской практике применяются и другие УСС, конструкции которых могут быть рекомендованы для изготовления в домашних мастерских. К числу таких УСС относятся регулируемые емкостные и резисторные конструкции.

1-514.jpg

На рис. 1.17 дана схема регулируемого емкостного

УСС, которое используется для настройки неразрезного трубчатого вибратора длиной l. Устройство имеет основную трубку вибратора l, узел крепления дополнительной трубки 2, короткозамкнутую перемычку 7 и подстроечные конденсаторы 6 (С1, С2}, устанавливаемые на диэлектрической плате 3. В согласующем устройстве расстояние от середины активного вибратора 1 до короткозамкнутой перемычки определяется по формуле l1 = 1/13fcp, где fcp — средняя частота канала в МГц.

Для изготовления активного вибратора антенны 1 используется тонкостенная трубка диаметром d=(10...20) мм, диаметр дополнительной трубки d1 = (0,25...0,35)d. Расстояние между трубками: S=(3...5)d.

Емкость подстроечных конденсаторов С1 и С2 в пФ определяется из соотношений: С1= 2000/f; C2=500/f.

На рис. 1.18 приведена схема подключения активного неразрезного вибратора с регулируемым УСС, состоящим из двух дополнительных трубок 3, которые подключаются к антенне с помощью короткозамкнутых перемычек 2. Изготавливаются эти трубки такого же диаметра, как и основной вибратор. К трубкам подключается УСС типа «полуволновое U-образное колено» 4, выполненное из коаксиального кабеля 5 с волновым сопротивлением 75 Ом.

Дополнительная настройка антенны на принимаемый телеканал осуществляется перемещением короткозамкнутых перемычек 2 на равное расстояние с обеих сторон.

1-515.jpg

Рис. 1.10 Симметрирующе-согласующее устройство (УСС ) типа "полуволновое U-образное колено"

Изображение: 

Рис. 1.11 Симметрирующе-согласующее устройство (УСС ) типа "эквивалент кабельной петли"

Изображение: 

Рис. 1.12 Схема подключения ЭКП к активному вибратору

Изображение: 

Рис. 1.13 Симметрирующе-согласующее устройство (УСС ) типа "воздушный симметрирующе-согласующий трансформатор"

Изображение: 

Рис. 1.16 Схема соединений ССТФ с активным вибратором

Изображение: 

Рис. 1.17 Регулируемое емкостное УСС

Изображение: 

Рис. 1.18 Неразрезной вибратор с регулируемым УСС

Изображение: 

Рис. 1.5 Симметрирующе-согласующее устройство (УСС ) типа "фазосдвигающее колено"

Изображение: 

Рис. 1.6 Подключение несимметричного коаксиального кабеля к полуволновому линейному вибратору

Изображение: 

Рис. 1.7 Симметрирующе-согласующее устройство (УСС ) типа "четвертьволновый короткозамкнутый мостик"

Изображение: 

Рис. 1.9 Симметрирующе-согласующее устройство (УСС ) типа "четвертьволновый стакан"

Изображение: 

Таблица 1.11 Конструктивные размеры отрезков для изготовления УСС типа "полуволновое U-образное колено"

Изображение: 

Таблица 1.8 Конструктивные размеры УСС типа "волновое U-образное колено"

Изображение: 

Таблица 1.9 Конструктивные размеры симметрирующего мостика трубчатой конструкции

Изображение: 

Ф. 1 Определение длины петли

Изображение: 

1.6. Нормированные значения внешних воздействующих нагрузок

1.6. Нормированные значения внешних воздействующих нагрузок

Следует заметить, что определение параметров выбранной для повторения ТА и расчет ее основных геометрических соотношений еще не гарантируют уверенного приема в течение длительного промежутка времени и в различных условиях климатических воздействий. На садовых и приусадебных участках и в фермерских хозяйствах ТА должна быть рассчитана применительно к реальным условиям эксплуатации. Все основные электромагнитные параметры ТА не должны ухудшаться при атмосферных воздействиях, которые в нашей стране отличаются большим многообразием. К наиболее серьезным климатическим воздействиям следует отнести ветровые нагрузки, осадки в виде дождя и мокрого снега и гололед.

При сильном ветре происходит колебание ТА вместе с кабелем снижения и другими ее частями относительно друг друга, если конструкция не обеспечивает достаточной жесткости. Такие колебания приводят к значительным и периодическим изменениям диаграммы направленности как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, а следовательно к паразитной амплитудной модуляции принимаемого сигнала. В результате в антенне происходит

интерференция случайных сигналов, изменение суммарного сигнала и ухудшение изображения.

Для уменьшения воздействия ветровых нагрузок радиолюбителям следует изготавливать антенно-мачтовое устройство с минимальной парусностью и с максимальной жесткостью. Заметим, что раскачивание ТА во время сильного ветра приводит также к возникновению контактных помех, которые можно устранить только созданием надежных контактов, стабилизации антенны на мачте с помощью оттяжек и прочного крепления всех элементов конструкции.

Во всех климатических зонах страны наблюдается температура окружающей среды, при определенных значениях которой создаются условия конденсации влаги на элементах ТА. Если вода попадает в сочленение ТА и особенно внутрь фидера, то уровень согласования ТА может упасть до нуля и на экране телевизора изображения не будет.

Значительные искажения на экранах телевизионных приемников могут возникать при атмосферных осадках в виде мокрого снега, который опаснее капель дождя в силу того, что мокрый снег налипает на антенну большими массами. Это приводит к изменению распределения тока в антенне и сильным отражениям на проводниках. В результате происходит изменение входного сопротивления, ухудшение согласования ТА с фидером и серьезные искажения диаграммы направленности.

Необходимо обратить также внимание на такое частое атмосферное явление, как оледенение, которое может не только изменить конфигурацию антенного полотна, но и существенно изменить основные электромагнитные параметры антенного устройства. Лед в отличие от дождя и мокрого снега при низкой температуре обладает хорошими диэлектрическими свойствами (е = 3,2) и малыми потерями. При оледенении проводников происходит так называемое укорочение волны, понижение резонансной частоты в сторону более низких частот. Особенно сильно направленные свойства антенны меняются у антенн типа «волновой канал», в которых они зависят от фазировки токов на приемных элементах (излучателях).

При разработке, изготовлении и эксплуатации наружных антенн всех видов необходимо учитывать, что эти изделия электротехники находятся в особых условиях температурных воздействий, механических нагрузок и повышенной влажности. Неправильная оценка механических и климатических нагрузок — основная причина повреждений и преждевременного выхода из строя приемных антенн. На устойчивую и качественную работу антенных устройств существенное влияние оказывают также условия эксплуатации, нормативные параметры которых оговорены в соответствующих государственных стандартах.

Изделия электротехники производственно-технического назначения и народного потребления, изготавливаемые для нужд народного хозяйства промышленными предприятиями, классифицируются по условиям применения в определенных климатических зонах, и для них установлены требования и нормы по стойкости к внешним воздействиям. Знание этих норм и правил позволит радиолюбителям правильно изготовить антенное устройство в своей мастерской. Исполнения для различных климатических районов, категории размещения, условия эксплуатации для всех видов машин, приборов и других технических изделий народнохозяйственного, культурно-бытового назначения, хозяйственного обихода и общего назначения установлены ГОСТ 15150—89.

Условия эксплуатации некоторых электротехнических изделий приведены в табл. 1.12.

1-61.jpg

Антенные устройства, включая устройства согласования и механического привода для поворота антенн, производятся для районов с умеренным климатом (У), умеренно-холодным (УХЛ), тропическим влажным (ТВ), тропическим сухим (ТС), общеклиматическим (О), морским (М), тропическим морским (ТМ), общеклиматическим морским (ОМ) и всеклиматическим (В).

Учитывая разбросанность садоводств по всей территории России — от северных до южных районов, знание о факторах внешнего воздействия поможет радиолюбителям правильно изготовить антенну при минимальных затратах.

Конструктивные использования антенн в зависимости от места установки подразделяются на категории размещения, которые указаны в табл. 1.13.

1-62.jpg

Важное значение при эксплуатации антенн и ее узлов имеет температура окружающей среды, нормированные значения которой приведены в табл. 1.14.

Большинство антенн могут устойчиво работать при повышенной относительной влажности воздуха, которая не должна превышать предельных величин. В зависимости от исполнения изделия и категории его размещения в табл. 1.15 даются нормированные значения относительной влажности воздуха.

Нормы внешних воздействующих факторов при эксплуатации ТА даны в табл. 1.16.

Мастерам-радиолюбителям при изготовлении антенн любых типов необходимо учитывать все внешние воздействующие факторы и принимать соответствующие меры защиты. Наибольшую трудность при установке различных УСС представляет защита точек подключения коаксиального кабеля от воздействия внешней среды, так как приходится иметь дело с герметизацией объемной конструкции. Наилучшие результаты можно получить, если применить геометизацию эпоксидной смолой.

1-63.jpg

1-64.jpg




Таблица 1.12 Группы и категории размещения антенн

Изображение: 

Таблица 1.13 Категории размещения антенн

Изображение: 

Таблица 1.14 Климатическое исполнение антенн и категории размещения

Изображение: 

Таблица 1.15 Допускаемые сочетания температуры и относительной влажности воздуха при эксплуатации антенных устройств в РЭА

Изображение: 

2. Телевизионные антенны на садовых участках вблизи ТЦ.

Телевизионные антенны на садовых участках вблизи ТЦ.

 

2.1. Встроенные и комнатные антенны

2.1. Встроенные и комнатные антенны

Для приема телепередач на садовых участках вблизи городов могут быть использованы три вида ТА: встроенная, комнатная и наружная.

Малогабаритные переносные телевизоры с небольшим экраном, как правило, оборудованы встроенной телескопической антенной и одновременно имеют соответствующие гнезда для подключения наружных антенн. Обычно встроенные антенны работают без перестройки на 6 или 12 каналах. Такие антенны являются составными частями телевизоров, конструкция которых зависит от модели телевизора. Устанавливаются встроенные антенны на боковых стенках или на верхней крышке с внутренней стороны телевизора. Эти антенны позволяют принимать сигнал на расстоянии не более 2—3 км от ТЦ.

Как правило, встроенная антенна подключается к телевизору с помощью симметричного 300-омного кабеля типа КАТВ, если входное сопротивление равно 300 Ом. Можно подключить антенну и к симметричному фидерному устройству, изготовленному из витых монтажных проводов, или с помощью экранированного кабеля типа РК-1 к 75-омному входу телевизора. Наилучшие результаты достигаются при подключении антенны к 300-омному входу, так как частотная характеристика антенны в пределах каждого канала получается более равномерной и усиление на краях рабочей полосы частот будет более высоким.

При использовании встроенной антенны в загородной местности следует иметь в виду, что при подключении антенны к телевизорам, имеющим входное сопротивление 300 Ом, неравномерность частотной характеристики в полосе 1, 2, 4—6-го каналов не превышает 0,85—0,9 дБ, а

в полосе 3-го канала — не более 1 дБ; в полосе частот от 48,5 до 100 МГц коэффициент усиления антенны лежит в пределах 0,1—0,3, а на частотах 174—230 МГц коэффициент усиления повышается до 0,6—0,7.

За последние годы промышленностью освоен выпуск достаточно большого количества типов комнатных антенн, например таких, как: ЛТК — антенна телевизионная комнатная, АТКТ — антенна телевизионная комнатная телескопическая, АТКС — антенна телевизионная комнатная складная, КРТА — комнатная радиотелевизионная антенна и ряд других. Все эти антенны имеют примерно одинаковые электрические параметры и основные технические характеристики, но отличаются друг от друга количеством принимаемых программ и конструктивно-технологическим оформлением.

Все конструкции комнатных антенн обладают практически одинаковыми достоинствами и недостатками, а именно: достаточно просты в изготовлении, имеют небольшую стоимость, могут быть легко развернуты, перенесены к другому телевизору, перестроены на другой канал и т. д., но они в большой степени ограничены в дальности приема, а принимаемые вблизи ТЦ сигналы, отражаясь от стен зданий, создают на экране несколько изображений. Также они практически не защищают телевизор от помех, особенно в городских условиях. Почти все источники электропомех вызывают появление на экране телевизора различных штрихов, полос и линий. Только тщательная настройка и ориентировка антенны внутри помещения позволяет частично избавиться от этих неудобств.

Комнатная антенна оправдывает себя только в том случае, если садовый участок находится недалеко от ТЦ:

не более чем в 2 км от мощных ТЦ и в 10 км от маломощных.

Для самостоятельного изготовления можно рекомендовать следующий простейший вариант комнатной проволочной антенны (рис. 2.1). При этом используется любой

2-11.jpg

имеющийся в наличии провод с диаметром медной жилы не менее 1 мм (антенный канатик, осветительный шнур, электрический кабель, монтажный провод). Главным элементом данного изделия является антенный канатик 3, длина которого l составляет примерно 1/2lдлср принимаемых сигналов и образует два вибратора, длина которых: l5== (l - l3)/2 Входное сопротивление этой антенны равно 75 Ом.

Антенна такой конструкции относится к полуволновым линейным вибраторам и применяется для приема телепрограмм на 1—12-м каналах. В табл. 2.1 даются конструктивные размеры вибраторов комнатной антенны.

2-12.jpg

В качестве кабеля снижения антенны применяется обычный осветительный шнур, или два сплетенных изолированных монтажных провода, или коаксиальный кабель с металлической оплеткой и т. п. Изоляторы 2 и 4, расположенные на концах антенны, делаются из второпласта (гетинакса, текстолита, оргстекла) или других изоляционных материалов толщиной не менее 5 мм. Растяжки 1 и 5 антенны изготавливаются из изоляционного материала, их длина устанавливается по месту.

Длина кабеля снижения определяется расположением телевизора в комнате, но не должна превышать 3 м, так как чрезмерно длинное снижение приводит к тому, что фидерное устройство начинает работать как дополнительная антенна. В результате резко увеличивается воздействие помех на телевизор, уменьшается четкость изображения и возникают искажения, характер которых зависит от положения проводов снижения. Концы проводов снижения припаивают к телевизионному штеккеру, имеющемуся в комплекте: один конец — к центральному штырьку, а другой — к цилиндрическому основанию штеккера.

Для приема телепередач в диапазоне метровых волн

на первых 12 каналах в зоне прямой видимости — до 25 км от передающей станции — промышленностью изготавливаются комнатные ТА в основном телескопической конструкции или укороченные петлевые вибраторы нескольких типоразмеров. При использовании этих антенн приводится каждый раз изменять длину их усов, настраиваясь на выбранный канал, и, надо сказать, не всегда это получается удачно. Изменяя длину вибраторов и положение антенны, приходится терять много времени на перестройку и подстройку программ. В .целях устранения этого недостатка разработана новая комнатная антенна, рассчитанная на прием любой из 12 программ и не требующая никакой настройки во время эксплуатации при переключении каналов, за исключением первоначальной установки и ориентирования на ТЦ. На рис. 2.2, а, б, приведена конструкция комнатной антенны автора В. Гургаля с некоторыми конструктивно-технологическими изменениями.

Вибраторы этой антенны изготавливаются в виде вытянутых спиралей из латунной полосы толщиной 2—2,5 мм и шириной 20—25 мм. Спирали имеют три полных витка и шаг по горизонтали, равный 5 мм, а по вертикали — 10 мм. Длина заготовки развернутой спирали — 900 мм. Наиболее сложной частью антенны является узел крепления, ввода и подсоединения фидерного устройства,конструкция которого приведена на рис. 2.2, б.

Антенна подключается к телевизору с помощью коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. Длина кабеля не должна превышать 2 м. Коаксиальный кабель 1 припаивается к контактным лепесткам 6, изготовленным из латуни припоем марки ПОС-60. Кабель проходит через внутреннее отверстие резьбовой втулки 9.

Конструкция узла крепления может быть изменена, но необходимо выполнить условие полной электрической изоляции присоединительных лепестков 6, левого и правого вибраторов между собой и корпусом. Сопротивление этой изоляции должно быть не менее 20 МОм.

Для улучшения электрических параметров и характеристик антенны и согласования разных входных сопротивлений антенны и фидерного устройства можно применить УСС, которое подключается с одной стороны к антенне, а с другой — к кабелю снижения.

На рис. 2.3 приведена принципиальная электрическая схема воздушного симметрирующе-согласующего трансформатора (ВССТ). Способ соединения трансформатора виден на рисунке. К выводам 1 подключаются трубки

2-13.jpg

Рис. 2.2. Комнатная антенна для приема программ на 1—12-м каналах:

а — общий вид, б — yзел крепления.

вибраторов, а заземление осуществляется припайкой выводов к оплетке кабеля.Более качественный прием телепрограмм можно получить, если использовать в качестве УСС симметрирующе-согласующий трансформатор на ферритах (ССТФ), принципиальная электрическая схема которого дана на рис. 2.4. Если расстояние до ТЦ не более 20 км, то рассматриваемая антенна с согласующим трансформатором обеспечит хороший прием телепрограмм, но ее надо точно сориентировать на ТЦ.

2-14.jpg

Представляет определенный интерес гибридный трансформатор сопротивлений, который имеет следующую конструкцию. Внутри замкнутого тороидального витка установлены две индуктивности, выполненные проводом марки литцендрат на двух тороидальных сердечниках, которые разделены между собой электростатическим экраном для уменьшения емкости этого трансформатора. Принципиальная электрическая схема трансформатора и подключение его к антенне и телевизионному приемнику показаны на рис. 2.5. Как следует из схемы, связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора осуществляется объемным замкнутым витком, который разделен электростатической перегородкой.

Число витков первичной и вторичной обмоток равно 8,0 провода марки ЛЭШО 0,12 х 0,07. В качестве сердечников трансформатора выбраны ферритовые кольца типа К1610 х 4,5 марки М1000НМ=3.

2-15.jpg

Особенностью конструкции трансформатора является его симметричность как со стороны входа, так и со стороны выхода. Однако работа данного трансформатора обеспечивается и при несимметричном включении. Для этого достаточно один из проводников любой из обмоток соединить с внешним экраном трансформатора, а к другому концу присоединить внутренний проводник коаксиального кабеля, предварительно закрепленного оплеткой к объемному витку.

Рассматриваемый трансформатор обеспечивает устойчивую работу в диапазоне частот от 50 до 170 МГц. Весьма перспективно использование данного трансформатора в сочетании с конструкциями зигзагообразных антенн из тонких проводников при питании их коротко-замкнутым витком связи. В этом случае конструкция антенны получается компактной и нет необходимости в прокладке коаксиального кабеля вдоль тонкого проводника антенны.

На рис. 2.6, а, б, приведены конструкции двух вариантов исполнения комнатной антенны для приема передач, входящие в унифицированный ряд антенн автора В. Гургаля и обеспечивающие прием первых 12 каналов на небольшом расстоянии от ТЦ. Обе антенны имеют свернутые в спираль полуволновые вибраторы, которые изготавливаются из латунной полосы толщиной 1,5 — 2,5 мм.

Антенна (рис. 2.6, а) может быть сделана в виде печатной платы, состоящей из четырех одинаковых плат, соединенных между собой скобами из диэлектрика в верхней своей части. При изготовлении печатных плат из фольгированного стеклотекстолита рисунок спирали получают обычным способом — травлением. Лучшие резуль-

2-16.jpg

таты дают антенны с наклеенными спиралями из более толстого материала: дюралюминия, меди, бронзы.

На рис. 2.6, б, приведена конструкция комнатной антенны с двумя спиральными вибраторами, которые свиты с шагом, равным 5 мм, и имеют по семь витков. Длина развертки каждой спирали рассчитывается по средней длине волны 6-го канала с учетом возможного укорочения длины полуволнового вибратора и равна 840 мм. Шаг спирали в процессе изготовления может быть изменен.

Крепление печатных плат к основанию показано на рис. 2.7, а, при этом само основание должно быть изготовлено из диэлектрика.

Если в качестве фидера используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, то необходимо

2-17.jpg

между антенной и входом телевизора установить УСС типа ССТФ с распайкой выводов антенны, кабеля и трансформатора так, как показано на рис. 2.7, б. После изготовления деталей антенны и ее сборки рекомендуется закрыть печатные платы декоративным кожухом-абажуром.

Узел крепления волноводов и схема соединений спиралей между собой показаны на рис. 2.8, а. Детали 4, 6, 8 изготавливаются из диэлектриков, например из оргстекла, пластмассы, эбонита. Основным связующим элементом конструкции является стальной палец 2 диаметром 10 мм и с резьбой 8 мм. Вибраторы 1 и 9 изолированы друг от друга и иных металлических деталей конструкции

2-18.jpg

втулками и шайбами. Втулка опорная 6 изготавливается из ударопрочной пластмассы или эбонита. К ней крепится скоба 10, соединяющая вибраторы антенны с корпусом и элементами внешнего оформления.

Подключение антенны к телеприемнику показано на рис. 2.8, б, где в качестве согласующего элемента применено УСС типа ССТФ.

За предыдущие годы промышленностью было выпущено не менее десяти типоразмеров и конструктивных исполнений комнатных антенн, которые с успехом могут быть применены на садово-огородных участках. Это в первую очередь телескопические антенны типа КТТА. В качестве телескопического элемента применяются специальные конструкции, изготавливаемые из тонкостенных трубок, пружинных лент и полос, которые обеспечивают удобство для подбора положения антенны в комнате, изменения соотношения ЭДС, наведенных в антенне горизонтальной и вертикальной составляющими электромагнитного поля и т. д.

На рис. 2.9 приведен один из конструктивных вариантов КТТА, изготавливаемой из трубок и предназначенной для приема первых 5 телеканалов в диапазоне частот 48,5-100МГц. КТТА относится к антеннам типа «полуволновой линейный вибратор» с длиной половины вибратора от 700 до 1450 мм. Настройка антенны с канала на канал осуществляется путем изменения длины вибратора, состоящего каждый из четырех трубок. Полная длина вибратора для 1-го канала должна быть в пределах 2700—2900 мм, для 2-го — 2300—2500 мм, для 3-го — 1700—1900 мм, для 4-го — 1500—1700 мм, для 5-го — 1400—1600 мм.

На приусадебных участках при небольшом расстоянии от ТЦ или ретранслятора достаточная контрастность изображения на экране телевизора может быть получена в некоторых случаях и при длине вибратора меньше, чем указано выше.

КТТА может работать с коаксиальным кабелем марки РК-75 или с симметричным двухпроводным кабелем без УСС. Но применение УСС в комнатной антенне делает ее менее чувствительной к влиянию окружающих предметов, расположению кабеля и усов антенны, облегчается установка антенны в комнате, при которой получается наилучшее изображение.

2-19.jpg

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ....... .... 1

входное сопротивление ............. 73 Ом

полоса пропускания ............... 10 МГц ,

неравномерность частотной

характеристики ................. ± 0,5 дБ

диаграмма направленности

в горизонтальной плоскости ...... восьмерка

ширина главного лепестка

диаграммы направленности ....... 75—83

Радиолюбителям при изготовлении и применении КТТА необходимо иметь в виду следующее: ее электрические параметры, как правило, позволяют получить хорошие результаты при удачном выборе места установки антенны, однако в некоторых случаях не всегда удается полностью реализовать достоинства антенны из-за специфики приема телесигналов внутри помещений. На качество изображения влияет также длина коаксиального кабеля, соединяющего антенну с телевизором (оптимальная длина — 2 м). На близком расстоянии от ТЦ длину половин вибратора можно сократить на 10—25 см. Подключается коаксиальный кабель к антенне припайкой средней жилы к левой половине вибратора, а оплетки — к правой половине вибратора антенны.

В ряде случаев находящиеся в эксплуатации различные типы телескопических антенн самодельной конструкции не могут обеспечить хорошее качество приема телепередач во всем диапазоне частот первых 12 каналов из-за неточного исполнения соединений и разностенности применяемых трубок.

Необходимо отметить, что ширина полностью раздвинутой антенны типа КТТА настолько велика, что создает определенные неудобства при применении ее в малогабаритном помещении. Чтобы устранить этот недостаток, разработана антенна типа КТТА-1-12, у которой длина каждой половины телескопического вибратора составляет не более 770 мм. Если в антенне телескопическое колено составлено из четырех трубок, то минимальная его длина не превысит 200 мм.

На рис. 2.10 показана схема подключения 12-канальной комнатной антенны типа КТТА-1-12, конструкция которой может быть такой же, как и КТТА. Количество телескопических элементов антенны определяется размерами сложенного и развернутого положений антенны. Длина полностью выдвинутых трубок должна быть не

2-110.jpg

менее 2900 мм, длина каждого плеча антенны — 1450 мм, длина телескопических трубок — не более 370 мм. Промежуточные значения длины вибраторов в указанных пределах позволяют настраивать ее на любой из 12 каналов.

Конструкция 12-канальной комнатной антенны отличается не только размерами примененных телескопических трубок, но и включенными в ее схему катушками индуктивности трех типов LI, L2, L3. При изготовлении антенны необходимо учитывать, что в конструкции телескопических вибраторов могут быть использованы трубки с минимальным диаметром 8 мм, а это значит, что все трубки должны иметь минимальную толщину стенок. Материал для трубок — латунь, бронза, медь, дюралюминий, сталь углеродистая.

Размер всех выдвинутых трубок — не менее 770 мм, так как дальнейшее уменьшение приведет к значительному сужению полосы пропускания на 1-м канале.

Антенна типа КТТА-1-12 дает хорошие результаты при эксплуатации на расстоянии 16 км от ТЦ за счет укороченных длин каждой половины вибратора и компенсационных катушек индуктивности, выравнивающих емкостную составляющую входного сопротивления антенны, настраивая тем самым ее в резонанс.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ............. 0,95 дБ

входное сопротивление ............. 73 Ом

полоса пропускания ............... 8 МГц

неравномерность частотной

характеристики ................. ± 0,5дБ

радиус уверенного приема

телепрограмм .................. до 10 км от ТЦ

диаграмма направленности

в горизонтальной плоскости ....... восьмерка

ширина главного лепестка

диаграммы направленности ....... 60

Как следует из схемы, компенсационные катушки индуктивности L1 и L2 включены последовательно с вибраторами, настроенными на определенный канал. Катушки индуктивности включены в работу с помощью галетного переключателя, имеющего четыре положения, три направления и одну плату. В положении переключателя, показанном на рисунке, при полностью выдвинутых трубках вибратора антенна работает на 3-м канале. Для того чтобы она принимала 4-й канал, необходимо оставить переключатель в этом же положении, а длину вибраторов установить равной 600—650 мм. При работе на 5-м канале трубки вибраторов выдвигаются на длину 550—600 мм, а переключатель ПГ2-13-4ПЗНТ остается в том же положении.

Для работы на 6—12-м каналах вибраторы антенны должны быть выдвинуты на длину по 350 мм, а переключатель — в положение, указанное на схеме, когда обе компенсационные катушки индуктивности L1 и L2 зашунтированы контактами переключателя.

Установленные на верхней крышке два переключателя типа ПГ2 расширяют возможность регулирования антенны и нахождения наилучшего расположения ее в комнате.

Катушки индуктивности L1 и L2 изготавливаются на диэлектрическом каркасе диаметром 13 мм, поверх которого наматывается обмотка из провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,8 мм с шагом намотки 2 мм. Каждая обмотка содержит восемь витков и имеет отвод от третьего витка от начала этих обмоток, обозначенных буквами а и б. Распайка концов катушек к переключателям В1 и В2, а также к пространственной катушке L3 осуществляется припоем марки ПОС-60. После изготовления катушек L1 и L2 они покрываются изоляционным лаком, а концы зачищаются и облуживаются.

Катушка индуктивности L3 делается на деревянном или металлическом стержне диаметром 25 мм, который после намотки удаляется. В качестве провода для намотки используется коаксиальный кабель, из которого изготовлен кабель снижения, соединяющий антенну с телевизором. Намотку этой катушки можно выполнить на пустотелом каркасе из прессшпана или картона диаметром 25 мм и длиной 60 мм. Нитки этой катушки укладываются друг к другу вплотную и обвязываются прочными нитками. Катушка индуктивности L3 имеет оригинальную конструкцию: она состоит из двух абсолютно симметричных половин, содержащих по четыре полных витка в каждой половине и намотанных в одну и ту же сторону, как показано на рисунке (слева). Левую часть катушки наматывают из кабеля снижения, не обрезая его, при этом необходимо только снять верхнюю изоляцию, оголив оплетку, для припайки к ней правой половины катушки индуктивности, которая изготавливается из куска коаксиального кабеля с обрезанными заподлицо концами внутренней жилы. Этот кусок кабеля припаивается оплеткой как к катушке индуктивности L1 в точке а, так и к оплетке второй половины в середине, где ранее была снята верхняя изоляционная оболочка.

В промышленном варианте антенна имеет шарнирное крепление телескопических вибраторов, которое позволяет улучшить монтаж и наилучшим образом ориентировать антенну в комнате.

2-111.jpg

Для приема телепередач на 6—12-м каналах можно использовать антенну, называемую укороченным шлейф-вибратором (рис. 2.11). Она обеспечивает устойчивую работу в диапазоне частот 174—230 МГц. Основное достоинство этой антенны состоит в том, что она работает на всех каналах без перестройки при переключении программ. Как ранее отмечалось, длина обычною вибратора равна примерно 1/2lдл что при использовании такой антенны в комнате создает определенные неудобства.

Если обычный петлевой вибратор разрезать в середине, как показано на рисунке, то его резонансная длина уменьшается в два раза и антенна становится компактной.

Электрические параметры укороченного шлейф-вибратора несколько уступают параметрам 12-канальной комнатной антенны. Диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости имеет форму восьмерки. Достаточную контрастность изображения можно получить при приеме сигналов мощных ТЦ в радиусе 5—6 км.

Изготавливается антенна из двух трубок диаметром 8—15 мм длиной l1= 195 мм, которые образуют укороченный шлейф-вибратор. При малых расстояниях от ТЦ и длине коаксиального кабеля снижения не более 2 м согласование и симметрирование антенны данного типа не производятся. Две половины укороченного вибратора устанавливаются на диэлектрической пластине, крепятся с помощью двух скоб, которые позволяют поворачивать шлейф-вибраторы вокруг оси. Расстояние между трубками — l2=25—30 мм, а между торцом колена вибратора и отогнутым концом трубки — l3 = 30—35 мм.

Антенна «укороченный шлейф-вибратор» может быть использована для приема всех первых 12 каналов, если оба колена вибратора изготовить телескопической конструкции в виде тромбона. Один из вариантов конструкции такой антенны показан на рис. 2.12.

2-112.jpg

Конструктивные размеры телескопической антенны приведены в табл. 2.2.

2-113.jpg

При изготовлении антенны используются тонкостенные трубки из латуни (дюралюминия, стали), которые шарнирно закрепляются на пластмассовом основании. УСС не применяется.

К телевизору антенна подключается любым двухпроводным фидером.

При использовании комнатных антенн в загородной местности, расположенной вдали от ТЦ или активных ретрансляторов, необходимо применять усилители телевизионных сигналов покупной или самодельной конструкции. Различные типы усилителей рассмотрены в гл. 6 справочника.

Рис. 2.1. Комнатная проволочная антенна

Изображение: 

Рис. 2.10. Схема включения многопрограммной комнатной антенны

Изображение: 

Рис. 2.11. Комнатная антенна "укороченный шлейф-вибратор"

Изображение: 

Рис. 2.12. Комнатная антенна "тромбон"

Изображение: 

Рис. 2.2. Комнатная антенна для приема программ на 1—12-м каналах:

Изображение: 

Рис. 2.3. Схема подключения УСС к активному вибратору

Изображение: 

Рис. 2.5. Принципиальная электрическая схема симметрирующе-согласующего устройства на двух трансформаторах

Изображение: 

Рис. 2.6. Комнатная 12-канальная антенна

Изображение: 

Рис. 2.7. Узел крепления волноводов комнатной антенны

Изображение: 

Рис. 2.8. Узел крепления волноводов антенны и схема соединений с кабелем снижения

Изображение: 

Рис. 2.9. Общий вид комнатной телескопической антенны

Изображение: 

Таблица 2.1. Конструктивные размеры вибраторов комнатной антенны

Изображение: 

Таблица 2.2. Конструктивные размеры антенны "укороченный шлейф-вибратор" и комнатной антенны

Изображение: 

2.2. Конструкции простых телевизионных антенн

2.2. Конструкции простых телевизионных антенн

Как правило, на домах в садоводствах, находящихся на расстоянии не более 20 км от ТЦ и активных ретрансляторов, используются однопрограммные и многопрограммные ТА. Рассмотрим наиболее простые и распространенные наружные антенны для приема программ в метровом диапазоне волн.

Полуволновой линейный разрезной вибратор (ПЛРВ) предназначен для приема телепередач на небольших расстояниях от ТЦ и ретрансляторов в качестве самостоятельном антенны при отсутствии помех и отраженных

сигналов, применяется он также в качестве активных вибраторов в многоэлементных направленных антеннах. ПЛРВ как самостоятельная антенна принципиально не отличается от комнатной антенны, только его лучи развернуты на 180° и укреплены на стационарной мачте.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ............. 1

входное сопротивление ............. 73 Ом

КБВ ........................... 0,85

неравномерность коэффициента

усиления, не более .............. 0,4 дБ

количество принимаемых программ

на один типоразмер антенны ..... 1

кпд ............................ 0,96

помехозащищенность, не более ...... 8—10 дБ

диаграмма направленности

в горизонтальной плоскости ....... восьмерка

ширина главного лепестка

диаграммы направленности ....... 86

На рис. 2.13 показан ПЛРВ с 75-омным коаксиальным кабелем. Данная антенна относится к числу слабонаправленных, она имеет диаграмму направленности в плоскости, проходящей через продольную ось вибратора.

Лучи-вибраторы изготавливают из трубок или стержней (стальных, латунных, дюралюминиевых), а также из металлических полосок и угольников. Вибраторы крепятся на прямоугольной косынке 3 с помощью изоляторов 2. В качестве изоляторов могут быть использованы и фарфоровые ролики, и высокочастотная керамика, и пластмасса, и текстолит, и гетинакс. Диаметр трубок выбирается в пределах от 10 до 20 мм. Вместо трубок можно применить металлические полосы толщиной 5 мм, при этом за диаметр вибратора принимают половину ширины этой полоски. Наружный диаметр трубок должен составлять 10 мм и больше, внутренний диаметр трубок значения не имеет, а расстояние между внутренними торцами трубок должно быть в пределах 50—80 мм. Эти размеры справедливы для приема любого из первых 12 каналов.

Длину вибраторов выбирают из табл. 2.3. Если длина вибратора l равна 1/50lдл, то такая антенна не настроена в резонанс. Для настройки в резонанс вибратор нужно несколько укоротить. Коэффициент укорочения определяется по специальным графикам. Размеры, приведенные в таблице, даны с учетом всех поправок.

21.jpg

2-21.jpg

11.jpg

01.jpg

Для сведения радиолюбителей необходимо заметить, что на параметры антенны существенное влияние оказывают габаритные размеры трубок и в первую очередь наружный диаметр. Например, величина коэффициента укорочения вибратора зависит от отношения диаметра трубки к средней длине волны телеканала. Полоса пропускания вибратора также зависит от его диаметра. Чем больше диаметр вибратора, тем антенна широкополоснее. Достаточно широкая полоса пропускания на любом канале будет обеспечена, если диаметр трубок равен или больше 8 мм.

ПЛРВ укрепляется на металлической или деревянной мачте при помощи изоляторов. Эту антенну можно использовать для приема передач на телевизоры как с несимметричным 75-омным входом, так и на телевизоры с симметричным 300-омным входом. Подключение антенны к 75-омному несимметричному входу телевизора производится через коаксиальные кабели, которые имеют волновое сопротивление 75 Ом. Использование коаксиальных кабелей с волновым сопротивлением 50 Ом допустимо, но нежелательно.

Важно знать, что ПЛРВ обеспечивает высокую четкость изображения, так как его входное сопротивление в полосе частот телесигналов изменяется мало. Но эксплуатировать эту антенну надо там, где можно принимать только одну программу телевидения.

Но в тех районах страны, где есть возможность при нимать несколько программ, линейным полуволновым вибратором, настроенным на одну из этих программ, пользоваться нежелательно

 

Обязательное подключение УСС объясняется следующим. При настройке на прием телепередач 1-го канала входное сопротивление антенны равно 73 Ом и хорошо согласуется с кабелем снижения, волновое сопротивление которого составляет также около 75 Ом, но когда на эту антенну принимают сигналы 3-го канала, тогда ее входное сопротивление увеличивается до 600 Ом, согласование с кабелем нарушается и эффективность работы антенны резко снижается.

С этой антенной мы еще раз встретимся, когда будем рассматривать многоэлементные антенны типа «волновой каналы (гл. 4.1).

Нa рис. 1.6, б, показано соединение полуволнового вибратора с кабелем по схеме рис. 2.13, которое обеспечивает согласование с ним, токи на наружной поверхности экрана коаксиального кабеля не создают разности потенциалов на входных зажимах телевизора и не нарушают симметрию токов в вибраторах антенны. Рассогласование антенны с кабелем снижения приводит к возникновению повторных изображений, а нарушение симметрии снижает помехоустойчивость и вызывает искажение диаграммы направленности антенны.

На рис. 2.14 приведена схема подключения ПЛРВ к симметричному 300-омному входу телевизора с помощью симметричного ленточного кабеля марки КАТВ с волновым сопротивлением 300 Ом. Петля из двух равных по длине отрезков кабеля КАТВ составляет симметричный согла-

2-22.jpg

сующий четвертьволновой трансформатор 77. Кабели, из которых изготавливается трансформатор, разводятся в середине на размер l3 и образуют эллипс.

Размеры антенны, выполненной по рис. 2.14, приведены в табл. 2.4. В этой таблице даны размеры для 12 каналов телевидения, в том числе с 6-го по 12-й, на которых следует избегать использования симметричного кабеля марки КАТВ из-за больших потерь на частотах свыше 100 МГц.

2-23.jpg

На рис. 2.15, а, б, приведены схемы неправильного подключения антенны к телевизору. При подключении несимметричного коаксиального кабеля типа РК-75 к ПЛРВ, как показано на рис. 2.15, а, нарушается симметрия, так как одна половина вибратора подключена к центральной жиле кабеля, а вторая половина — непосредственно к оплетке. В результате токи, наведенные на поверхности оплетки кабеля, попадут на вход телевизора и вызовут искажение изображения. Кроме того, может исказиться и диаграмма направленности вибратора. Подключать симметричный кабель к вибратору, как показано на рис. 2.15, б, нельзя. В этом случае кабель с волновым сопротивлением 300 Ом оказывается подключенным к виб-

2-24.jpg

ратору с входным сопротивлением 73 Ом, и вибратор будет рассогласован с кабелем.

Как отмечалось ранее, для ПЛРВ наиболее простым по конструкции является УСС типа «четвертьволновой короткозамкнугый мостик», изготовленный из отрезков коаксиального кабеля (рис. 1.8).

Хорошие результаты при использовании линейного разрезного вибратора можно получить, если применить в качестве УСС симметрирующий мостик, приведенный на рис. 1.7.

На расстоянии до 25 км от ТЦ, а также более близких, но при неблагоприятных условиях приема телепередач и отсутствии металлических трубок для изготовления антенны можно воспользоваться конструкцией, данной на рис. 2.16. Здесь наружная проволочная антенна выполнена из медного провода диаметром не менее 2 мм.

Каждое плечо вибратора изготавливается из трех медных проводников, которые в середине разводятся и припаиваются к углам треугольника, выполненного из металлической пластины толщиной 1—2 мм. Медные провода одинаковой длины на концах скручены и пропаяны припоем марки ПОС-60.

Антенну располагают на двух деревянных стойках с направлением на ТЦ. Размеры этой проволочной антенны даны в табл. 2.4.

На рис. 2.17 приведена конструкция и схема соединения ПЛРВ с питанием через четвертьволновой короткозамкнутый мостик. Антенна предназначена для приема телесигналов на расстоянии, не превышающем 40 км (наибольшая эффективность — до 20 км), и обеспечивает прием

2-25.jpg

одного канала при определенно заданной длине вибратора. Перестройка антенны на другой канал осуществляется лишь при изменении длины трубок вибратора.

Антенну рекомендуется эксплуатировать в тех местностях, где передачи принимаются только на одном канале.

Собирается антенна из металлических трубок или полос определенной длины, рассчитанной на принимаемый канал. В качестве материала используются латунь, бронза, дюралюминий и сталь, которые применяются с учетом образования гальванических соединений. Детали из этих материалов соединяются между собой сваркой или пайкой, используются также резьбовые соединения. Детали 1, 3, 5, 7, 8, 9. 10—14 изготавливаются из металла, а детали 2,4,6 — из диэлектрика. Штанга 7 может быть выполнена как из дерева, так и из металла. Если вибратор делается из металлической полосы шириной 20 мм, то это соответствует трубке диаметром 10 мм.

Металлическая конструкция антенны вместе с мостиком должна быть изолирована от штанги и укрепляться на изоляторах. В качестве изоляторов используются различные диэлектрические материалы: пластмасса, гетинакс, стеклотекстолит, оргстекло и др.

Важным элементом конструкции данной антенны является металлическая перемычка, выполненная в виде двух скоб, соединенных между собой с помощью винтов. Вертикальные трубки мостика перед установкой скобы-перемычки должны быть зачищены и не иметь пятен ржавчины. Устанавливается металлическая перемычка на определенном заданном расстоянии от вибратора (это зависит от номера канала, на который рассчитана антенна). Размеры симметрирующего четвертьволнового коротко-замкнутого мостика (рис. 1.7) приведены в табл. 1.9.

Как видно из рис. 2.17, коаксиальный кабель пропущен внутри правой трубки мостика, наружная изоляция на этом участке кабеля снимается, а металлическая оплетка кабеля припаивается вверху и внизу к трубе и дополнительно оплетка кабеля припаивается к внутренней поверхности трубки вибратора. Внутренняя жила коаксиального кабеля припаивается ко второй половине вибратора и также к внутренней поверхности трубки.

Полуволновой линейный неразрезной вибратор (ПЛНВ), рис. 2.18. Эту антенну часто называют вибратором с шунтовым питанием. По своей технической характеристике ПЛНВ несколько отличается от ПЛРВ.

2-26.jpg

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ............ 1

входное сопротивление

при l1/l = 0,2. ................. 100 Ом

полоса пропускания ............... 48—100 МГц

ширина рабочей полосы ........... ± 8—10 % средней

частоты канала неравномерность коэффициента

усиления, не более .............. 0,85

помехозащищенность, не более ...... —(8...10) дБ

диаграмма направленности

в горизонтальной плоскости ....... восьмерка

в вертикальной плоскости ........ окружность

ширина главного лепестка

диаграммы направленности ....... 86

Входное сопротивление антенны зависит от геометрических размеров, и в частности от соотношения l1/l. При l1/l=0,2 входное сопротивление антенны равно 100 Ом.

К деревянной или металлической мачте антенна прикрепляется в средней точке 0 без изоляторов. В точках А и Б под винты М5 подключаются УСС и ка.бель снижения. В качестве вибратора применяется трубка диаметром 10—20 мм из латуни (меди или углеродистой стали). Длина вибратора определяется в зависимости от частоты (табл. 2.4).

На рис, 2.19 приведена конструкция петлевого вибратора с УСС, который известен также под названием шлейф-вибратор Пистолькорса, и показана схема соединения с 75-омным коаксиальным кнбелем. Петлевой вибратор является другой разновидностью ПЛРВ. Резонансная длина петлевого вибратора определяется по той же формуле, что и для ПЛРВ; с точки зрения электрических параметров линейный и петлевой иибраторы почти равноценны. Вопрос о применении того или иного вибратора можно решить, исходя из конструктивно-технологических соображении и наличия подходящих материалов. Однако петлевой вибратор обеспечивает лучшее качество приема изображения, чем антенна из прямых трубок.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления .......... .1

входное сопротивление .......... . 292 Ом

КБВ ....................... 0.65—0,9

ширина рабочей полосы ........ ± 20 % средней

частоты канала неравномерность коэффициента

усиления, не менее. .......... 0,5 дБ

помехозащищенность, не менее ... . —(10...13) дБ

диаграммы направленности

в горизонтальной плоскости ...... восьмерка

ширина главного лепестка

диаграммы направленности ....... 86

Данный вид антенны эффективен при эксплуатации на расстоянии до 20 км от ТЦ, т. е. в зоне прямой видимости. Длина вибратора выбирается из табл. 2.5 для каждого канала телевидения. В случае приема сигналов на нескольких телеканалах длина вибратора определяется для средней частоты полосы частот, занимаемой этими каналами.

Антенна шлейф-вибратор очень чувствительна к местным помехам, и устанавливать ее лучше там, где нет вблизи больших строений. Если рядом с антенной имеются высокие сооружения, например водонапорная башня, то вибратор будет принимать как прямой, так и отраженный лучи, в результате чего на экране телевизора изображение расплывается или станет двоиться. В этом случае необходимо применить другой тип антенны.

При изготовлении петлевой антенны необходимо точно соблюдать размеры всех деталей и выполнять данные рекомендации. Расстояние между осями трубок шлейф-вибратора должно быть 60—120 мм, оно зависит от диаметра трубок и длины волны. Чтобы обеспечить пропускание широкой полосы частот, вибраторы надо изготавливать из трубок, диаметр которых не менее 12 мм. Расстояние между торцами трубок вибраторов может быть 50—60 мм для всех 12 каналов (по некоторым источникам, это расстояние 80—100 мм).

Основные габаритные размеры петлевого вибратора приведены в табл. 1.12 и 2.5.

2-27.jpg

Изготавливают антенну из медной или алюминиевой трубки диаметром 10—20 мм или металлической полоски шириной 20—40 мм. Если трубку трудно изогнуть, антенну можно собрать из прямых отрезков трубки, соединив их металлическими перемычками. Середина верхней части изогнутой трубки в точке 0 крепится непосредственно к деревянной или металлической мачте без изоляции. Концы нижних трубок антенны крепятся винтами к изоляционной планке, изготавливаемой из гетинакса (текстолита или стеклотекстолита).

Устанавливать антенну необходимо не ближе 2 м от окружающих предметов. Оси трубок должны быть почти перпендикулярны направлению на ТЦ. Но наилучшее положение антенны на местности определяется опытным путем.

Телевизор, имеющий входное сопротивление 75 Ом, подключается к шлейф-вибратору без дополнительного согласования и симметрирования, если последний выполнен из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом, например РК-75. Если же телевизор имеет входное сопротивление 300 Ом, а фидерная линия и шлейф-вибратор выполнены из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом, то они подключаются к телевизору по одному из вариантов, рассмотренных выше.

Двойной петлевой вибратор (двойной шлейф-вибратор), рис. 2.20, устанавливается на мачте высотой 1,5—2 м над крышей садового дома. Мачта может быть изготовлена

2-28.jpg

из деревянного или металлического стержня любого сечения. Это устройство может использоваться в качестве активного вибратора, а в многоэлементных антеннах становится активным элементом.

Двойной петлевой вибратор как самостоятельная антенна может быть задействован только там, где нет возможности принимать несколько телепрограмм и расстояние до ТЦ не превышает 25 км. При этом вблизи приемной антенны не должно быть предметов, отражающих телесигнал. Ориентировку вибратора нужно производить так, чтобы направление на принимаемую станцию было перпендикулярно продольной оси вибратора. Наилучшее положение антенны подбирается опытным путем.

Двойной шлейф-вибратор легче укреплять на мачте, чем другие наружные антенны, так как при этом не нужны изоляторы; УСС этой антенны при применении коаксиального кабеля более простое. В то же время изготовление двойного шлейф-вибратора требует большого количества трубок, что увеличивает трудоемкость изготовления.

Эта антенна характеризуется повышенным входным сопротивлением (658 Ом) и такими же электрическими

параметрами, как у петлевого вибратора (шлейф-вибратора Пистолькорса).

При изготовлении и установке необходимо иметь в виду, что радиус изгиба трубок на концах двойного шлейф-вибратора значения не имеет. Если изогнуть трубки не предсавляется возможным, то можно замкнуть концы верхних, средних и нижних трубок прямым отрезком трубки или полоской из металла, ширина которой приблизительно равна диаметру трубок Крепление двойного петлевого вибратора к мачте производится в точке нулевого потенциала без изоляторов. Антенна должна быть расположена на мачте горизонтально Вертикальная плоскость двойного шлейф-вибратора может быть наклонена по отношению к стреле под некоторым углом. Важно только следить за тем, чтобы концы трубок антенны, к которым подключается кабель снижения, не были расположены очень близко к мачте, так как это приводит к увеличению емкости между концами трубок. Вопрос о применении двойного петлевого вибратора или других типов следует решать исходя из конструктивных соображений и технологических возможностей домашнего мастера, а также имеющихся материалов.

Изготавливается антенна из латунных или алюминиевых трубок диаметром 12—25 мм. Их можно заменить стальными трубками, очищенными от ржавчины и покрытыми краской. Все трубки вибратора соединяются между собой газовой сваркой. Паять трубки оловянным припоем не рекомендуется.

Двойной петлевой вибратор крепится в точке 0 с помощью металлической скобы, изогнутой по диаметру трубки, непосредственно к штанге антенны без каких-либо изоляторов, независимо от того, сделана она из дерева или из металла. Дополнительно вибратор можно прикрепить к штанге с помощью хомутика за среднюю трубку. В точке 0 можно использовать как резьбовое крепление, так и сварку. Концы согласующего устройства укрепляются на диэлектрической пластине, которая, в свою очередь, крепится к мачте с помощью винтов или шурупов. Фиксируется УСС хомутиками, имеющими прокладки и отверстия для винтов М4. В точках 4 и 6 вибратор прикрепляется к пластине 2 винтами М5.

Нижняя часть УСС крепится к штанге с помощью накладки и винтового соединения (см. рис. 2.19). Кабель снижения фиксируется на штанге с помощью скоб и винтов.

Концы коаксиальных кабелей разделываются, как показано на рис. 2.20, и припаиваются к концам трубки вибратора. Все три оплетки кабелей соединяются между собой и изолируются. Внутренние жилы кабелей рекомендуется припаивать к внутренней поверхности трубки вибратора. Эти жилы можно подсоединить к трубкам вибратора с помощью винтового соединения.

Конструктивные размеры двойного петлевого вибратора приведены в табл. 2.6.

2-29.jpg

П-образный полуволновой вибратор с симметрирующим устройством (рис. 2.21). Подключение УСС к антенне и принцип его работы рассмотрены в гл. 1.5 (рис. 1.7, а). Антенна предназначена для приема телесигналов в широком диапазоне частот, когда возникает необходимость вести прием сигналов с различных направлений, так как диаграмма направленности данного вибратора в горизонтальной плоскости не имеет резких провалов, где потенциал равен нулю.

П-образный полуволновой вибратор редко применяется в радиолюбительской практике, эта антенна характеризуется эллипсовидной диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, входным сопротивлением, состоящим из резистивной и реактивной составляющих, коэффициентом усиления, по мощности равным единице.

Длина вибраторов определяется так же, как у ПЛРВ, ПЛНВ и шлейф-вибратора Пистолькорса. Конструктивные размеры антенны приведены в табл. 2.7.

Входное сопротивление П-образного полуволнового вибратора имеет последовательно включенные резистивную составляющую (R1 =35 Ом) и реактивную составля-

2-210.jpg

ющую емкостного характера (R2=50 Ом). Длина вибраторов равна 1/2lдл принимаемого канала. Расстояние между отогнутыми усами антенны равно половине длины вибратора l.

Изготавливается П-образный полуволновой вибратор и четвертьволновой короткозамкнутый симметрирующий

2-211.jpg

мостик из тонкостенной трубки диаметром 10—20 мм. Трубки вибратора и симметрирующего мостика фиксируются между собой с помощью двойных хомутиков 2 и крепежных соединений, в которых используются винты М5, М6. Металлическая конструкция антенны должна быть изолирована от вертикальной штанги, и поэтому все детали крепления 7 и 8 делаются из диэлектрического материала. Поддерживающие кронштейны, прокладки и планки могут быть изготовлены из гетинакса или оргстекла.

 

Рис. 2.13 Антенна типа "полуволновой линейный разрезной вибратор"

Изображение: 

Рис. 2.14 Схема подключения ПЛРВ к симметричному кабелю с волновым сопротивлением 300 Ом

Изображение: 

Рис. 2.15 Схемы несогласованного включения кабеля снижения

Изображение: 

Рис. 2.16 Схема проволочной наружной антенны с коаксиальным кабелем снижения

Изображение: 

Рис. 2.18 Полуволновый линейный разрезной вибратор с симметричным ленточным кабелем

Изображение: 

Рис. 2.20 Двойной петлевой вибратор

Изображение: 

Рис. 2.21 П-образный полуволновый вибратор

Изображение: 

Таблица 2.3 Основные параметры элементов антенны "полуволновой линейный разрезной вибратор"

Изображение: 

Таблица 2.4 Размеры проволочной антенны и трансформатора из кабеля КАТВ

Изображение: 

Таблица 2.5 Конструктивные размеры шлейф-вибратора Пистолькорса

Изображение: 

Таблица 2.6 Конструктивные размеры двойного петлевого вибратора

Изображение: 

Таблица 2.7 Конструктивные размеры П-образного полуволнового вибратора

Изображение: 

Рис. 2.17 Полуволновой линейный разрезной вибратор с четверьтволновым короткозамкнутым мостиком

Изображение: 

Рис. 2.19 Полуволновой линейный разрезной шлейф-вибратор Пистолькорса

Изображение: 

3. Телевизионные антенны для приема ТВ-сигналов в зоне прямой видимости.

Телевизионные антенны для приема ТВ-сигналов в зоне прямой видимости .

3.1. Общие сведения

3.1. Общие сведения

На садовых участках, которые расположены на расстоянии до 50 км и, как правило, и зоне прямой видимости электромагнитного сигнала, рекомендуется применять ТЛ, рассматриваемые в данной главе.

Современному телевещанию в диапазоне УКВ присуще ограничение по дальности действия передающих станции. Это справедливо для всех ТЦ и ретрансляторов, за исключением космического телевидения. В обычных условиях дальность прямой видимости не превышает 20—25 км. Но садовые участки в большинстве случаев располагаются за этими пределами.

Правда, в практике радиолюбителей зафиксированы случаи приема телепередач на значительных расстояниях от ТЦ. Но это носит совершенно случайный характер, и ориентироваться на подобный прием не следует. Как правило, между ТЦ и приемной ТА находятся различные сооружения и естественные препятствия, а среда прохождения радиоволн подвержена всевозможным изменениям, все это вкупе очень влияет на устойчивость картинки на телеэкране.

Зона гарантированного приема телесигнала во многом зависит от рельефа местности, где расположено садоводство. Максимальное расстояние прямой видимости на равнинной местности определяется по формуле: А= = 3,57 (hnep^0.5+hnp^0.5). где hnep и hnp — высота расположения соответственно передающей и приемной антенн. Ориентировочный расчет при hnep =200 м и hnp =20 м дает результат: А = 66,45 км. Практически на садовых участках высота антенны бывает несколько меньше, и поэтому результат будет иным. Максимальное расстояние прямой видимости, как правило, является границей зоны гаран

тированного приема и представляет собой радиус действия ТЦ. На этой границе действует минимальное значение напряженности поля, при котором отношение сигнал — шум на входе телевизора обеспечивает требуемое качество изображения. Напряженность поля но мере удаления от передающей антенны уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния.

В пригороде для укоренного приема сигналов необходимо в первую очередь увеличить высоту приемной антенны и выбрать такой тип конструкции, который удовлетворяет следующим основным требованиям: антенна должна иметь простую в изготовлении и в эксплуатации конструкцию, высокую пространственную избирательность, пропускать широкую полосу частот и обеспечивать высокое отношение уровня сигнала к уровню помех при приеме, обладать слабой зависимостью входного сопротивления телевизора и коэффициента усиления.

Радиус действия ТЦ также зависит от высоты установки передающей антенны, мощности передатчика и рельефа местности. С целью увеличения радиуса действия ТЦ передающие антенны устанавливаются обычно на опорах высотой в несколько сот метров (так, высота Останкинской телебашни равна 533 м).

Рассмотренные ранее ТА не могут быть применены для приема телесигналов на расстоянии более 20 км от ТЦ без использования специальных усилителей.

Для приема телесигналов на расстоянии 20—50 км от ТЦ используются трехэлементные антенны типа «волновой канал», разнообразные конструкции антенн из длинных проводов. Наибольшее применение получили антенны, выпускаемые промышленностью, потому что самостоятельное их изготовление в домашних условиях очень затруднено.

Как правило, радиолюбители делают антенны направленного действия, рассчитанные на прием нескольких программ.

3.2. Ромбовидные двойные и одинарные антенны

3.2. Ромбовидные двойные и одинарные антенны

Многие типы рассматриваемых антенн изготавливаются из проводников, которые укладываются параллельно друг другу на заранее подготовленном основании. В качестве проводников используется медная или алюминиевая проволока, а также антенный канатик (их размеры указаны в соответствующих таблицах справочника).

На садовых участках можно видеть различные варианты исполнения зигзагообразных широкополосных ТА. Эти антенны привлекают к себе внимание радиолюбителей из-за простоты конструкции, высоких электрических характеристик и хорошего согласования с 75-омным коаксиальным кабелем снижения в широком диапазоне частот. Подобные антенны незначительно отличаются друг от друга, но применять рекомендуется только лучшие из них.

3-21.jpg

Зигзагообразная антенна (ЗТА) из трех проводников

(рис. 3.1) предназначена для приема телесигналов на первых 12 каналах на границе зоны уверенного приема и в зоне полутени. Антенна позволяет согласовать волновое сопротивление коаксиального кабеля фидерного устройства с входным сопротивлением телевизора во всем диапазоне частот телепередач, что дает возможность принимать программы 1—5, 6—12, 21—39-го каналов, т. е. ЗТА можно сделать для приема как каждого канала отдельно, так и многих каналов сразу. В конструктивном отношении эта антенна достаточно проста, обладает хорошими электрическими параметрами и техническими характеристиками. Основное достоинство данной антенны заключается в том, что она хорошо согласуется с коаксиальным кабелем снижения. имеющим волновое сопротивление около 75 Ом, а это значит, что никаких дополнительных согласующих и симметрирующих устройств ей не требуется.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ........... 3,66—6,1 дБ

КНД ........................... 6,05—10,15 дБ

КБВ ........................... 0,39—0,81

рабочая частота .................. 50—230 МГц

неравномерность коэффициента

усиления, не менее. ............. 0.8 дБ

волновое сопротивление филера ..... 75 Ом

кпд ............................ 0,98

помехозащищенность, не менее ...... —(13...19) дБ

диаграмма направленности

в горизонтальной и вертикальной

плоскостях ..................... эллипс

угол раствора диаграммы

направленности, не менее ........ 70

Диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости имеет два лепестка, развернутых на 180°. Это свойство антенны необходимо учитывать при установке ее на садовом участке.

Располагая антенну на крыше в месте, где отсутствуют отраженные электромагнитные волны, можно получить высокое качество изображения как с прямого, так и с обратного направлений, что объясняется достаточно большим КНД.

Приемное полотно ЗТА состоит из двух расположенных в одной плоскости ромбических рамок, соединенных параллельно. При работе потребуются: деревянные бруски сечением 50х60 или 60х60 мм, антенный канатик или

медный провод диаметром 2,5—3,5 мм, фольгированный гетинакс или стеклотекстолит, паяльник с низковольтным питанием 60 Вт и некоторые вспомогательные материалы

Деревянный брусок выбранного сечения, обеспечивающею максимальную прочность конструкции, служит одновременно центральной стойкой антенны и вертикальной мачтой. К этому бруску под углом 90 жестко прикрепляются две поперечные рейки 5, сечение которых может быть меньше, чем центральной стойки, например 40х40 мм. Рейки врезаются в стойку, закрепляются винтом и дополнительно прямоугольной пластинкой 7, изготовленной из диэлектрика.

К центральной стойке снизу и сверху, а также к концам поперечных реек крепят шесть металлических планок 2, крепление которых к центральной стойке осуществляется без каких-либо изоляторов, но к концам поперечных реек эти планки укрепляются только через изоляционные прокладки.

На середине антенны, между поперечными рейками, прикрепляется диэлектрическая пластина 6, к которой в свою очередь крепятся две металлические пластины с закругленной кромкой. Полотно антенны состоит из трех параллельно натянутых проводов 3 из медного провода. Для удобства монтажа на всех металлических планках и пластинках 2 и 9 устанавливаются штыри диаметром и высотой 3 мм. Расстояние между штырями зависит от размера между проводниками. Между металлическими пластинами 9 и планкой 6 проложена прокладка из картона или прессшпана.

Провода натягиваются параллельно друг другу и пропаиваются в местах изгиба к металлическим пласти нам 2 у штырей, а также к платам питания 9. Применение проводников большего диаметра, чем 3 мм, приводит не только к утяжелению антенны, но и затрудняет ее монтаж.

Полотно антенны может быть выполнено также из металлических полосок или трубок. Собрать антенну можно и из отдельных проводников, что облегчает работу над ней. При изготовлении центральной штанги антенны из металлической трубы необходимо предусмотреть возможность изоляции ее от полотна антенны.

Питание антенны осуществляется коаксиальным кабелем 8 с волновым сопротивлением 75 Ом. После натягивания и закрепления полотна антенны прокладывается кабель снижения. Он привязывается к мачте снизу и к одному из проводов антенны. Оплетка кабеля припаивается в точке Е к пластине, соединенной с проводом, к которому он привязан, а центральная жила припаивается к пластине 9. Кабель прокладывается по двум сторонам внутреннего провода одной из ромбических рамок и вводится в антенну в точке нулевого потенциала. Крепление провода к металлическим пластинам может быть выполнено с помощью резьбовых зажимов.

Конструктивные размеры ЗТА из трех проводников приведены в табл. 3.1.

Как было отмечено, радиолюбители могут изготовить ЗТА как на один отдельно выбранный телеканал, ориентируясь на данные табл. 3.1, так и в варианте, рассчитанном на прием передач с 1-го по 5-й и с 6-го по 12-й каналы включительно. Варианты ЗТА для приема телепередач с 21-го по 31-й каналы рассматриваются ниже, а конструктивные размеры многоканальной ЗТА приведены в табл. 3.2.

3-22.jpg

3-23.jpg

Иногда на садовых участках при слабом телесигнале не удается получить качественное изображение на экране телевизионного приемника ни на одном принимаемом канале даже при правильной ориентации антенны на ТЦ. Изображение и некачественный звук могут быть существенно улучшены, если применить антенный усилитель, работающий в диапазоне метровых волн, или конвертер, если прием телепрограмм ведется на каналах ДМВ.

Рассматриваемая антенна хороню работает с антенным усилителем, принципиальная электрическая схема которого приведена на рис. 6.1. Антенный усилитель включается между входом в телевизионный приемник и коаксиальным кабелем снижения.

Зигзагообразная широкополосная антенна с рефлектором (рис. 3.2) предназначена для приема телесигналов на расстоянии 50—60 км от ТЦ. Рефлектор, расположенный с внутренней стороны, увеличивает коэффициент усиления почти в два раза. улучшает направленные свойства антенны и исключает прием сигналов с обратного направления.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления для 1—5-го каналов ............. 6,2—12,2 дБ

для 6—12-го ................... 8,4—12,0 дБ

КНД ........................... 6,0—10,0

КБВ ........................... 0,4—0,8

неравномерность коэффициента усиления, не более .............. 0,4 дБ

волновое сопротивление фидера ..... 75 Ом

кпд ............................ 0,97

помехозащищенность, не менее ...... —(10...17) дБ

угол раствора диаграммы

направленности в горизонтальной плоскости, не более ............. 70

ЗТА с рефлектором имеет одностороннюю диаграмму направленности в виде вытянутых эллипсов как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, при этом

3-24.jpg

обе диаграммы практически одинаковы. Если изготавливается антенна для более широкого диапазона частот, то диаграмма направленности с вертикальной плоскости сужается и становится меньше, чем в горизонтальной плоскости.

Рефлектор изготавливается в виде решетки из ряда параллельно расположенных проводников, чем достигается уменьшение массы рефлектора и резкое снижение ветрового сопротивления. При этом длина проводников, образующих ширину рефлектора, определяется следующим образом: l = 0,5lдл.mах. В качестве проводников могут быть использованы тонкостенные трубки диаметром 5—10 мм. Высота рефлектора определяется расстоянием между проводниками (стальными проводами или прутьями), которое зависит от минимальной длины волны рабочих частот t=0,l lдл.min. Ориентировочно высота рефлектора может

быть определена по формуле: Н = 0.6lдл.mах. Полотно экрана рефлектора крепится к вертикальной штанге (металлической или деревянной). В верхней и нижней точках антенны действует нулевой потенциал, что позволяет в этих точках закреплять рефлектор металлическими деталями.

В фидерном устройстве применяется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом. Кабель снижения подключается к антенне без УСС. Коаксиальный кабель прокладывается по двум сторонам нижнего ромба антенны от точек питания, далее в нижней части антенны кабель прикрепляется к металлической подставке и по ней идет до рефлектора. Затем кабель поднимается по рефлектору вверх до точки, расположенной напротив узла питания антенны, пропускается через рефлектор наружу и образует снижение кабеля до телевизора.

Прутки или трубки рефлектора крепятся к вертикальной штанге с помощью винтов (скоб или сварки). Для уменьшения массы полотна антенны ее можно изготовить из провода диаметром 2 мм по рекомендациям, изложенным выше.

Конструктивные размеры ЗТА с рефлектором приведены в табл. 3.3. Полотно антенны может быть изготовлено как из отдельных проводников, так и из металлических тонкостенных трубок или полосок, что несколько проще. Полотно антенны можно разместить на деревянном каркасе из деревянных брусков и реек. Коаксиальный кабель подключается к металлическим платам питания, выполненным в виде закругленных сегментов.

Изготавливать ЗТА из металлических трубок рекомендуется только для приема телесигналов на высоких час

3-25.jpg

тотах 21—39-го каналов. Диаметр проводов антенны определяется так: d = (0,016. ..0,02)lдл.max. Это значит, что для работы на 1—4-м каналах антенна должна изготавливаться из трубок диаметром 100—120 мм и 50—65 мм— для работы на 5-м канале, а для 6—11-го каналов — из труб диаметром 30—35 мм и 20—27 мм — для 12-го канала. Совершенно ясно, что сделать полотно наружной антенны из труб такого диаметра трудно, антенна будет иметь очень большую массу, а учитывая эффект парусности и ветровую нагрузку, конструкция антенны потребует значительного усиления несущих частей.

На 21-м канале диаметр трубок антенны может быть уменьшен до 10 мм, а на 39-м — до 8 мм.

По некоторым источникам технической литературы, широкополосную ЗТА для работы на 6—12-м каналах можно изготовить из трубок диаметром 12—20 мм.

Применение одного из антенных усилителей, рассмотренных в гл. 6 справочника, позволяет получить высокое качество изображения на первых 12 каналах телевизионных программ, а применение конвертера значительно расширяет возможности телеприемников старых моделей, не оборудованных селекторами ДМВ.

Покупные или самодельные антенные усилители рекомендуется использовать на садовых участках, расположенных вблизи границ зоны прямой видимости или в зоне полутени.

Сварная зигзагообразная антенна из трубок с рефлектором (рис. 3.3) обеспечивает прием изображений в прямом направлении на 6—12-м каналах. Состоит антенна из двух частей: рамки и рефлектора. Рамка, изготовленная из трубок, имеет узел питания, к которому подключается фидерное устройство из коаксиального кабеля.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления на частотах

170—230 МГц. ................. 8—11 дБ

КНД ........................... 6—9 дБ

КБВ ........................... 0,4—0,8

рабочая частота .................. 48,5—230 МГц

входное сопротивление антенны ..... 75 Ом

волновое сопротивление фидера ..... 75 Ом

кпд ............................ 0,95

помехозащищенность, не менее ...... —(14...24) дБ

количество принимаемых программ . . 1—12 неравномерность коэффициента

усиления. ...................... 0,6—0,7 дБ

угол раствора диаграммы

направленности в горизонтальной

плоскости, не более ............. 50

диаграмма направленности

в горизонтальной и вертикальной

плоскостях ..................... эллипс

Сдвоенная рамка изготавливается из двух или четырех отрезков трубок с помощью газовой сварки или пайки по размерам, указанным в табл. 3.4. Достаточная прочность конструкции рамки достигается жестким креплением сваренных трубок в верхней, нижней и средней частях антенны, где действует нулевой потенциал. В этом случае рамка соединяется с рефлектором с помощью металлических стоек также сваркой и не требует изоляционных прокладок в точках Б и В.

Кабель снижения прокладывается по металлической штанге антенны и прикрепляется к ней с помощью скоб по внутренней стороне до точки А, лежащей напротив узла питания, далее спускается вниз до точки В и по стойке, соединяющей рамку и рефлектор, до нижней точки соединения трубок.

3-26.jpg

3-27.jpg

С этого момента кабель идет без верхней изоляционной оболочки внутри правой или левой стороны нижней половины рамки до узла питания. Оплетка коаксиального кабеля припаивается в нижней части рамки на входе в трубку, а в узле питания — к одному из соединений трубок. Внутренняя жила коаксиального кабеля припаивается к противоположному стыку двух трубок в узле питания.

Сварная конструкция антенны хорошо выдерживает внешние механические нагрузки, обеспечивая устойчивый прием волн.

При изготовлении антенны важное значение имеет расстояние от полотна антенны до полотна рефлектора, которое необходимо выдерживать с достаточной точностью.

Для изготовления антенны на прием телесигналов на 1—5-м каналах можно применить вместо трубок металлические прутки или медную проволоку, проложенную в два или три параллельных ряда. При использовании металлической мачты полотно рефлектора крепится к ней без изоляторов.

Рекомендованная здесь прокладка кабеля снижения устраняет антенный эффект и двойное изображение на экране телевизора.

Двойная треугольная зигзагообразная сварная антенна (ДТЗА) — одна из лучших ЗТА (рис. 3.4). Ее полотно в отличие от рассмотренных ранее антенн отличается тем, что вместо двух ромбов состоит из двух треугольных рамок.

Диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости без рефлектора представляет собой восьмерку

3-28.jpg

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ......... ... 2,5—5,1 дБ

КНД ........................... 4,1—8,2 дБ

КБВ ........................... 0,4—0,8

входное сопротивление антенны ..... 73 Ом

волновое сопротивление фидера ..... 75 Ом

рабочая частота .................. 48,5—230 МГц

неравномерность коэффициента усиления ...................... 0,4—0,6

количество принимаемых программ . . 1—12 помехозащищенность, не менее ...... —(9...12) дБ

угол раствора главного лепестка диаграммы направленности, не менее ...................... 55—65

практически правильной формы. Лепестки диаграммы имеют форму вытянутых эллипсов (см. рис. 1.1, а).

Входное сопротивление антенны в принимаемом диапазоне частот зависит от размеров антенны и ее формы, от размещения клемм, к которым подключается коаксиальный кабель или другая фидерная линия, а также от расположения вблизи антенны различных сооружении, влияющих на распределение электромагнитного поля в пространстве. В данном случае антенна хорошо согласуется с коаксиальным кабелем снижения с 75-омным волновым сопротивлением без УСС.

Рамки ДТЗА изготавливаются из трубок, проводников или антенного канатика, располагаются в одной вертикальной плоскости и соединяются между собой. Если полотно антенны выполнено из металлических полос или медных проводов, то их необходимо расположить в несколько параллельных рядов. При этом диаметр трубок, проводов, толщина полос и их ширина уменьшаются с увеличением номера канала. Чем меньше номер канала, тем должно быть больше рядов провода в ДТЗА. Наиболее оптимальным диаметром медных проводов будет 2 мм.

Эта антенна предназначена для приема телесигналов на 1—5, 6—12 или 21—39-м каналах в диапазоне частот 48,5—100,0, 100,0—230,0; 470—622 МГц.

Каждому диапазону частот соответствуют свои конструктивные размеры и технические характеристики этих антенн. Поэтому радиолюбителям, прежде чем приступить к изготовлению антенны, необходимо установить, в каком диапазоне частот можно принимать телесигналы в данной местности. ДТЗА позволяет принимать сигналы на границе прямой видимости и частично в области полутени, т. е. примерно в 50 км от ТЦ.

Если треугольные рамки изготавливаются из тонкостенных металлических трубок, то наиболее надежной конструкцией является сварная. Конструктивные размеры всех элементов антенного полотна определяются длиной волны принимаемого канала и электрическими характеристиками антенны. Например, при КБВ, равном 0,5, длина стороны треугольника вычисляется так:

С=(0,25...0,26)lдл, а = 0,09 С; В = 1,42 С + а; А = 1,42 С.

Основные конструктивные размеры сварной двойной треугольной антенны из трубок приведены в табл. 3.5.

Если возникла необходимость принимать сигналы на 1—5-м каналах, то рекомендуется изготовить антенну из медного провода, который натягивается по три-четыре проводника параллельно на каждой стороне треугольных рамок.

Как и в ранее рассмотренных конструкциях антенн данного типа, коаксиальный кабель прокладывается по вертикальной штанге антенны, припаивается оплеткой в точке б. где действует нулевой потенциал. Кабель рекомендуется прокладывать с внутренней стороны треугольной рамки. На рис. 3.4 кабель условно проложен с наружной стороны. Далее кабель идет по сторонам треугольника до узла питания,оплетка припаивается к стыку трубок с одной стороны, а внутренняя жила кабеля при-

3-29.jpg

паивается к другому стыку, расстояние между которыми обозначено буквой а (можно прокладывать кабель внутри трубок).

Полотно сварной ДТЗА из трубок крепится к металлической штанге в точках Б и В через металлические прокладки с помощью винтового соединения или сварки. В центре антенны расположен узел питания, к которому подсоединяется кабель снижения. Здесь между полотном антенны и металлической штангой установлена диэлектрическая плата из какого-либо изоляционного материала. Направленные свойства антенны можно улучшить, если снабдить антенну рефлектором, изготовленным также из трубок, который устанавливается сзади антенны на расстоянии 0,7 С.

Проволочная двойная треугольная антенна (рис. 3.5) предназначена для приема телесигналов на 1—5-м или 6—12-м каналах. Но в загородной местности рекомендуется использовать данную конструкцию только на двух-трех первых каналах телевидения. Полотно антенны изготавливается из проводников диаметром 1,5—2 мм и имеет конструктивные размеры, рассчитанные по формулам, которые носят эмпирический характер, и обеспечивающие получение наиболее оптимальных электрических характеристик ЗТА направленного действия.

Проволочная ДТЗА одинаково принимает сигналы как с прямого, так с обратного направлений, имеет достаточно

3-210.jpg

большой КНД (эта ее особенность должна учитываться при установке антенны). Для качественного приема программ телевидения необходимо, чтобы в данном месте не было отраженных электромагнитных волн с обратного направления.

Конструктивные размеры антенны приведены в табл. 3.5. Проволочная ДТЗА является вариантом ЗТА из трех проводников (см. рис. 3.1). Она состоит из двух параллельно соединенных и расположенных в вертикальной плоскости треугольных рамок. К деревянному бруску или к металлической штанге под углом 90° прикрепляются две горизонтальные рейки, размеры которых определяются номером канала. На концах реек б устанавливаются металлические пластинки 1 через диэлектрические прокладки. В центре антенны крепится плата питания, состоящая из диэлектрического основания, прокладок и двух металлических пластин, изготовленных в виде секторов. Если брусок и рейки изготовлены из дерева, то необходимо предусмотреть возможность прокладки по внутренней стороне антенны провода грозозащиты диаметром до 5 мм. В местах перегиба все проводники спаиваются между

собой и металлической.пластиной. Вместо металлических пластинок 1 можно применить фольгированный стеклотекстолит толщиной не менее 2 мм. Для удобства монтажа в местах перегиба провода устанавливаются металлические штыри диаметром 2 мм и высотой до 3 мм, которые изготавливаются в виде заклепок.

Как во всех ЗТА, коаксиальный кабель 4 распаивается на плате питания в точке нулевого потенциала. Кабель прокладывается по мачте, где закрепляется скобами, затем идет до нижней точки антенны В, далее по одному из проводит треугольника до узла питания. Оплетка кабеля припаивается к одному металлическому сектору, а внутренняя жила — к другому сектору. Сами сектора крепятся к диэлектрической пластине с помощью шурупов или винтов с гайками.

Расстояние между кромками секторов а должно быть точно выдержано для каждого канала. Это расстояние для первых 12 каналов равно 20 мм, для 21—39-го — уменьшено до 10 мм.

Если изготовить антенну для приема 1-го канала, то она обеспечит прием программ на 1—5-м каналах, а антенна, собранная по размерам 6-го канала, обеспечит прием программ на 6—12-м каналах.

Техническая характеристика:

коэффициент ..................... 2,2—5,4 дБ

КНД ........................... 5—7,5 дБ

КБВ во всем диапазоне принимаемых

частот, не менее ................ 0,31—0,8

КБВ (среднее значение) ........... 0,5

входное сопротивление антенны ..... 30—73 Ом

волновое сопротивление фидера ..... 75 Ом

рабочая частота .................. 48,5—230 МГц

неравномерность коэффициента

усиления ...................... 0,35—0,55

кпд ............................ 0,99

помехозащищенность, не менее ...... —(9...12,5) дБ

диаграмма направленности

в горизонтальной плоскости ....... восьмерка

угол раствора главного лепестка

диаграммы направленности.

не менее ...................... 50

Коэффициент бегущей волны в 75-омном кабеле зависит от относительной длины боковых сторон антенны b/lдл., выполненной из металлических проводников диаметром 2 мм и шириной полотна Г = 0,09 • Ь. По величине КНД данная антенна несколько уступает полной ЗТА. При

минимально допустимом КБВ (0,5) антенна захватывает весь спектр частот телеканалов.

Конструктивные размеры антенны (см. табл. 3.6) являются наименьшими, и при изготовлении их дальше уменьшать, не рекомендуется. Если изготовить антенну с большими, чем указано, размерами, то за счет этого улучшатся направленные свойства антенны и согласование ее с кабелем снижения

3-211.jpg

Кроме этого, направленные свойства ДТЗА из проводников можно улучшить за счет введения в ее конструкцию экрана-рефлектора, который устанавливается с тыльной стороны антенны. Экран изготавливается из металлических трубок или из стальных прутьев, которые укрепляются на металлической штанге, но можно использовать для экрана и антенный канатик или простой провод, который натягивается на деревянную раму.

Как правило, рефлектор для антенн типа ДТЗА делается в виде прямоугольника, размеры которого несколько больше габаритных размеров антенны. Но в практике встречаются экраны, повторяющие конфигурацию этих антенн, при этом электрические параметры антенн не ухудшаются.

Цельносварная двойная треугольная антенна с экраном (рис. 3.6) предназначена для приема телесигналов на

3-212.jpg

первых 12 каналах на расстоянии до 50 км от ТЦ или ретранслятора. Эта антенна является разновидностью неполной ЗТА. В конструктивном отношении данная антенна достаточно проста и имеет хорошие электрические параметры.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления:

на 1—5-м каналах .............. 6,2—12,2 дБ

на 6—12-м. .................... 8,5—12 дБ

КНД ........................... 6—10

КБВ ........................... 0,4—0.81

рабочая частота .................. 50—100 МГц

кпд ............................. 0,99

неравномерность коэффициента

усиления, не более .............. 1 дБ

помехозащищенность, не менее ...... —(15,5...26) дБ

угол раствора главного лепестка

диаграммы направленности,

не менее ...................... 55

Диаграммы направленности антенны с экраном в горизонтальной и вертикальной плоскостях почти одинаковы, представляют эллипс в широком диапазоне частот.

Для изготовления антенны применяется металлическая трубка диаметром 15 мм. Приемное полотно антенны состоит из двух треугольных рамок, расположенных в одной вертикальной плоскости и соединенных между собой. Полотно антенны можно изготовить из отдельных трубок, соединенных между собой газовой сваркой или пайкой, а также из металлических полос.

К металлической штанге, сделанной из тонкостенной трубки 1 диаметром до 40 мм, прикрепляются параллельно друг другу металлические стержни или трубки, образующие полотно экрана. Двойная треугольная рамка жестко крепится к экрану с помощью двух стоек, сделанных также из трубок. Если все соединения металлических частей антенны выполнены с помощью сварки, то получается прочная конструкция, способная противостоять различным механическим и климатическим нагрузкам. Такая конструкция, представляющая собой решетку, выдерживает практически любые ветровые нагрузки.

Фидер 7 из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом прокладывается снизу по штанге 1, крепится к ней с помощью хомутиков 6 до точки нулевого потенциала 0'. Далее кабель прикрепляется к левой или правой частям нижнего треугольника до узла питания. Оплетка кабеля припаивается к одному стыку трубок, а жила кабеля — к другому.

Экран значительно улучшает направленные свойства антенны. Его размеры больше полотна антенны примерно на 20 %. Расстояние между трубками или проводниками зависит от минимальной длины волны рабочих частот и должно быть не более 0,1lдл. В точках 0 и 0' полотна антенны действует нулевой потенциал, что позволяет приваривать трубки антенны к полотну рефлектора. Экран располагается от полотна антенны на расстоянии 0,7*Д.

Конструктивные размеры цельносварной ДТЗА с экраном приведены в табл. 3.7.

Неполная зигзагообразная антенна (рис. 3.7) предназначена для приема телесигналов на расстоянии до 50 км от ТЦ. Антенна позволяет принимать программы телевидения в диапазоне частот 1—5-го или 6—12-го каналов. В конструктивном отношении антенна проста, ее высота примерно в два раза меньше, чем у проволочной ЗТА. Она имеет почти такие же размеры, как и ДТЗА.

3-213.jpg

Техническая характеристика:

коэффициент усиления:

на 1—5-м каналах .............. 3,5—7,7 дБ

на 6—12-м. .................... 3,8—7,5 дБ

КНД ........................... 3,9—4,5

КБВ ........................... 0,35—0,5

рабочая частота .................. 50—230 МГц

кпд ............................ 0,95

соотношение В/lдл ................ 0,2—0,44

неравномерность коэффициента

усиления ...................... 0,38—0,75

помехозащищенность, не менее ...... —(13...20) дБ

угол раствора главного лепестка

диаграммы направленности,

не менее ...................... 50

Диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости имеет вид восьмерки правильной формы двухлепесткового типа. Антенна практически одинаково может принимать телесигналы как с прямого, так с обратного направлений.

К деревянному бруску 5 сечением примерно 60х60 мм под углом 90° прикрепляется горизонтальная рейка 7 сечением 40х40 мм. На концах этой репки укреплены через диэлектрические прокладки две металлические пластины 3. Такая же пластина укреплена в нижней части полотна антенны, которую можно установить без изоляционной

3-214.jpg

прокладки. В верхней части бруска устанавливается плата питания 1, которая крепится к бруску без прокладок. Плата состоит из двух металлических пластин с закругленными краями, собранных на диэлектрическом основании.

После укрепления каркаса и закрепления пластин натягивается полотно антенны, состоящее из двух, трех или четырех параллельных проводников 2 диаметром от 2 до 4 мм. В конструкции можно использовать антенный канатик. В металлические пластины 3 вклепаны штыри 4 диаметром 2—3 мм и высотой до 3 мм. Проводники 2 в местах перегиба необходимо припаять к пластинам.

Фидер 8, изготовленный из коаксиального кабеля марки РК-75 с волновым сопротивлением 75 Ом, прокладывается по вертикальной штанге до нижнего узла антенны и далее по одному из внутренних проводов до платы питания. Для согласования неполной ЗТА с несимметричным фидером необходимо использовать специальные трансформаторы, выполненные из отрезков коаксиального кабеля, конструкция которых рассмотрена выше.

Для улучшения электрических параметров и исключения приема телесигналов с обратного направления антенну можно поставить перед металлическим экраном. При этом экран может быть установлен без механической привязки к конструкции антенны.

3-215.jpg

Рис. 3.1 Наружная зигзагообразная проволочная двухсторонняя антенна

Изображение: 

Рис. 3.2 Наружная зигзагообразная широкополосная проволочная антенна с рефлектором

Изображение: 

Рис. 3.3 Наружная сварная зигзагообразная антенна из тонкостенных трубок с рефлектором

Изображение: 

Рис. 3.4 Наружная двойная зигзагообразная сварная антенна из трубок

Изображение: 

Рис. 3.5 Наружная проволочная треугольная антенна

Изображение: 

Рис. 3.6 Наружная цельносварная двойная треугольная антенна с экраном

Изображение: 

Рис. 3.7 Наружная неполная зигзагообразная антенна

Изображение: 

Таблица 3.1 Конструктивные размеры зигзагообразной антенны в проволочном варианте

Изображение: 

Таблица 3.2 Конструктивные размеры многоканальной зигзагообразной антенны

Изображение: 

Таблица 3.3 Конструктивные размеры широкополосной ЗТА с рефлектором

Изображение: 

Таблица 3.4 Конструктивные размеры сварной ЗТА с рефлектором из трубок

Изображение: 

Таблица 3.5 Конструктивные размеры сварной двойной треугольной антенны из трубок

Изображение: 

Таблица 3.6 Конструктивные раз меры ДЗТА из стальных прутков

Изображение: 

Таблица 3.7 Конструктивные размеры цельносварной ДТЗА с экраном

Изображение: 

Таблица 3.8 Конструктивные размеры неполной ЗТА

Изображение: 

3.3. Унифицированные антенны типа «волновой канал»

3.3. Унифицированные антенны типа «волновой канал»

Очень часто в загородной местности, удаленной от ТЦ на 40—70 км, используются трехэлементные антенны типа «волновой канал» с простым или петлевым вибраторами, антенны из длинных проводов и некоторые типы веерных и комбинированных антенн.

Антенна типа «волновой канал» — эффективная направленная антенна, простая по конструкции, широко используется для приема телепередач, а также в профессиональной и любительской радиосвязи.

Эти антенны обладают хорошими направленными показателями, дают большое усиление по мощности и обеспечивают дальний прием телесигналов на границе зоны прямой видимости или за ее границей, в зоне полутени, где напряженность электромагнитного поля имеет небольшую величину.

Устройство, конструктивные особенности, принцип действия и электрические параметры антенн типа «волновой канал» подробно рассмотрены в научно-технической литературе.

В настоящее время применяются антенны промышленного изготовления, рассчитанные на прием частоты одного канала. Существуют и многоканальные антенны типа «волновой канал», но их коэффициент усиления в 2—3 раза

меньше, чем у одноканальных. В радиолюбительской практике антенны типа «волновой канал» изготавливаются редко, так как требуют достаточной точности сборки и весьма критичны по своим электрическим параметрам к настройке. Для того чтобы антенна удовлетворительно работала в условиях, где напряженность электромагнитного поля незначительна, и можно было бы получить необходимое отношение сигнал — шум на входе телевизора, надо иметь большой коэффициент усиления, а это возможно только в сложных конструкциях антенн.

Несмотря на простоту конструкции и возможность получения высокого усиления и большого коэффициента защитного действия, антенна типа «волновой канал» имеет ряд недостатков. Как отмечалось выше, электрические параметры и технические характеристики этих антенн зависят от точности их изготовления, сборки и настройки, поэтому в условиях домашней мастерской изготовить антенну типа «волновой канал» с требуемыми характеристиками, при большом числе конструктивных элементов практически не представляется возможным. Незначительные неточности при сборке антенны могут привести к серьезному ухудшению направленных свойств и уменьшению коэффициента усиления.

Подключение антенного снижения из коаксиального кабеля осуществляется с помощью УСС, конструкции и схемы подключения которых рассмотрены в гл. 1. Кроме этого, учитывая, что антенны типа «волновой канал» являются относительно узкополосными, их использование для работы в диапазонах нескольких каналов ограничено. На границе прямой видимости применяют различные варианты антенн этого типа, имеющие 5—10 пассивных вибраторов.

Антенна типа «волновой канал» состоит из одного или нескольких простейших пассивных вибраторов, расположенных вблизи активного вибратора. Все вибраторы размещаются в одной горизонтальной плоскости параллельно друг другу. Закрепляются они посередине общей, стрелы, в качестве которой используется металлическая труба (деревянный брусок), создающая достаточную механическую прочность.

Все основные элементы антенны изготовляются из металлических тонкостенных трубок небольшого диаметра. Пассивные вибраторы выполняются из неразрезных трубок и закрепляются на стреле без изоляторов. Пассивный вибратор, находящийся за активным вибратором со стороны, противоположной направлению на ТЦ, называется рефлектором. Как правило, антенны типа «волновой канал» имеют один рефлектор. Пассивные вибраторы, расположенные впереди активного вибратора, называются директорами. У активного вибратора полоса пропускания несколько шире, чем у пассивного; кроме того, он крепится к стреле без изоляторов, поэтому и качестве активного вибратора используется петлевой вибратор, о котором рассказывалось выше (см. гл. 1). Все пассивные вибраторы прикрепляются в некоторых случаях (например, когда стрела из дерева) к стреле с помощью крепежных деталей — болтов или шурупов, а затем соединяются в местах крепления между собой проводником и заземляются.

Наиболее надежной и долговечной является цельносварная конструкция из трубок, когда все вибраторы привариваются к стреле в точках крепления. Стрела при этом должна быть заземлена. Длины вибраторов антенны типа «волновой канал» различаются между собой. Длина активного вибратора А = 0.5lдл, рефлектора В = (1,1...1,2)А, директоров — несколько меньше длины волны. Диаметр трубок вибраторов выбирается из числа имеющихся в наличии из ряда от 8 до 30 мм. Расстояние между вибраторами определяется так: а = (0,1. ..0,25)lдл.

Размеры определяются параметрами антенны, которые в свою очередь зависят от изменения количества вибраторов. Увеличение количества вибраторов приводит к повышению коэффициента усиления и к снижению входного сопротивления антенны, при этом характеристика направленности антенны становится более узкой, сужается также полоса пропускания частот, что вызывает ухудшение четкости принимаемого изображения и ослабление сигналов звукового сопровождения. Поэтому при выборе антенны ставьте цель: получить наивысший коэффициент усиления при минимально необходимой полосе пропускания.

Антенна типа «волновой канал» работает одинаково как на прием, так и на передачу, диаграмма ее направленности остается при этом без изменений. Питание антенны в любом случае прикладывается к входным контактам платы питания, как это было показано ранее, например к шлейф-вибратору Пистолькорса, в зоне, где существует определенная напряженность электромагнитного поля высокой частоты. Активный и пассивные вибраторы работают в этом поле, которое наводит ЭДС. Под действием ЭДС в вибраторах текут токи, амплитуда и

фаза которых зависят от их длины и расстояний до активного вибратора. Длина рефлектора и его расстояние до активного вибратора подбираются такими, чтобы поля, созданные рефлектором и активным вибратором в одном направлении, компенсировались.

Рефлектор обеспечивает получение однолепестковой диаграммы направленности, которая достигается при длине рефлектора, равной lдл/2, и располагается на расстоянии 1/4lдл. сзади вибратора. Директоры способствуют сужению основного лепестка диаграммы направленности, изготавливаются несколько короче половины длины волны и имеют сопротивление емкостного характера.

Основные параметры антенны типа «волновой канал» обеспечиваются взаимосвязанными размерами отдельных элементов конструкции.

Двухэлементная антенна типа «волновой канал» (рис. 3.8) предназначена для приема телесигналов на одном выбранном канале телевидения в местах, где применение полуволновых вибраторов (ПЛРВ, ПЛНВ) не дает положительных результатов, в тех случаях, когда вибратор принимает как прямой, так и отраженный лучи, а на экране телевизора изображение нечеткое и двоится. Дальность приема сигналов составляет 40 км при высоте приемной антенны 15—20 м.

3-31.jpg

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ................. 1,4—3,5 дБ

КЗД ............................... 0,85

КБВ ............................... 0,6-0,9

рабочая частота ...................... 48,5—230 МГц

входное сопротивление ................. 80—220 Ом

волновое сопротивление филера ......... 75 Ом

неравномерность коэффициента

усиления .................... .... 0,35

кпд ................................ 0,90

помехозащищённость, не менее. ......... (9..12,5) дБ

угол раствора главного лепестка

диаграммы направленности, не менее ... 7 5 - 78

Диаграмма направленности — односторонняя, как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, обеспечивает резкое уменьшение приема отраженных волн и электромагнитных сигналов в виде помех, приходящих с тыльной и боковых сторон антенны.

Антенна состоит из двух основных элементов: активного вибратора и пассивного вибратора — рефлектора. В качестве активного вибратора применен шлейф-вибратор Пистолькорса (см. рис. 1.10). В качестве рефлектора — металлическая неразрезная трубка, которая жестко закреплена на горизонтальной металлической стреле.

Для изготовления антенны может быть использована тонкостенная трубка практически из любого металла диаметром 12—20 мм. Длина элементов антенны рассчитана по формулам, учитывающим коэффициент укорочения вибраторов, исходя из требования обеспечить получение максимально возможного коэффициента усиления и необходимую полосу пропускания. Длина рефлектора всегда должна быть больше длины активного вибратора на 5—15 %.

Как указывалось ранее, дальность приема простого петлевого вибратора не превышает 20—25 км от ТЦ или ретранслятора, если вблизи места приема нет высоких сооружений, препятствующих прохождению волн. В данном случае дальность приема увеличивается почти в два раза и достигается получение более четкой и контрастной картинки на экране телевизора. Расстояние между трубками вибраторов отсчитывается между осями трубок и определяется так: А = (0,15...0,2)lдл.ср.

Конструктивные размеры этой антенны приведены в табл. 3.9.

Вибраторы антенны укрепляются на стреле без изоляторов. Если стрела, вибраторы и мачта антенны изготовлены из стальных труб, то наилучший способ их со-

3-32.jpg

единения — сварка, она обеспечивает наибольшую жесткость конструкции, которая способна противостоять сильным ветрам, обледенению и другим механическим и климатическим воздействиям без уменьшения переходных сопротивлений в местах соединений.

Различные детали, крепления и способы их соединения см. на рис. 3.10.

Трехэлементная антенна типа «волновой канал» (рис. 3.9)

3-33.jpg

3-34.jpg

3-35.jpg

предназначена для приема телесигналов на 1—12-м каналах, в местностях, где помехи и отраженные сигналы от всевозможных объектов не устраняются применением двухэлементной антенны. Трехэлементная антенна обеспечивает прием телесигналов на расстоянии до 50 км от ТЦ средней мощности, и местности, где существуют неблагоприятные условия приема: высокие здания, металлические конструкции, отражающие электромагнитные волны, ослабленный уровень телесигнала и помехи.

Основные электрические параметры данной антенны — диаграмма направленности, коэффициент усиления и входное сопротивление — находятся в прямой зависимости от конструктивных размеров как самих вибраторов, так и от расстояний между ними. Все технические характеристики антенны взаимосвязаны.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления . ............... 5,3 дБ

КБВ ............................... 0,65—0,9

входное сопротивление антенны ......... 90—100 Ом

волновое сопротивление фидера ......... 75 Ом

рабочая частота ...................... 48.5—230 МГц

неравномерность коэффициента усиления. . 9,4 дБ кпд ................................ 0,97

помехозащищенность .................. — (13...19) дБ

количество принимаемых программ ...... 1

максимальная масса, без штанги. ....... 3,6 кг

внешние нагрузки в местностях

с климатом ........................ УХЛ, X, В

диаграмма направленности

в горизонтальной плоскости. .......... односторонняя,

узкая, объемная ширина главного лепестка диаграммы

направленности ..................... 70

Конструктивные размеры данной антенны приведены в табл. 3.10.

Садоводы, имеющие участки в районе 40—50 км от ТЦ со сложным рельефом местности в особо неблагоприятных условиях, при наличии помех и отраженных лучей, должны использовать трехэлементную антенну в качестве основной антенны для приема телепередач по одному из первых 5 каналов.

Трехэлементная антенна состоит из вибратора, рефлектора и директора. Рефлектор располагается так же, как у двухэлементной антенны,— сзади активного вибратора, обеспечивает получение однонаправленной диаграм

3-36.jpg

мы направленности на расстоянии, равном 1/4lдл или на 5 % ближе к активному вибратору.

Директор антенны находится спереди активного вибратора на расстоянии примерно 0,1lдл.ср. Длина директора и расстояние до активного вибратора рассчитываются так, чтобы обеспечить сложение полей, создаваемых директором и активным вибратором в главном направлении. Директоры способствуют обострению основного лепестка диаграммы направленности.

Все элементы антенны укрепляются на стреле, и изготавливаемой, как правило, из тонкостенной трубки диаметром 25—30 мм с помощью сварки или промежуточных деталей (см. рис. 3.10).

В качестве активного вибратора в данной антенне в большинстве случаев применяется петлевой вибратор, который подключается к коаксиальному кабелю с помощью УСС «U-образное колено- (см. гл. 1).

Ранее промышленностью выпускались унифицированные конструкции наружных трехэлементных антенн для индивидального пользования, они назывались «антенны телевизионные унифицированные» (АТУ). В эксплуатации до настоящего времени встречаются антенны пяти типоразмеров, рассчитанные на прием одного из первых 5 каналов телевидения. Общий вид и размеры одной из этих антенн показаны на рис. 3.9. Основные технические характеристики АТУ приведены в табл. 3.11 (в обозначении унифицированных антенн первая цифра указывает номер телеканала, а вторая — число элементов).

3-37.jpg

Активный и пассивный вибраторы укрепляются на стреле без изоляторов в точке равновесия независимо от того, из какого материала изготовлена стрела. Стрела вместе с элементами также крепится к мачте в точке равновесия с помощью сварки или крепежных деталей, обеспечивающих надежную механическую прочность и выдерживающих ветровые нагрузки.

При изготовлении антенн типа «волновой канал» используются детали, показанные на рис. 3.10, в зависимости от варианта исполнения и типа конструкции антенны. При этом необходимо соблюдать основные правила сборки и установки вибраторов, рефлекторов и директоров. Все

вибраторы должны быть размещены в одной плоскости параллельно друг другу. Закрепляются они посередине общей стрелы, в качестве которой используются металлическая труба или деревянный брусок достаточной механической прочности. К металлической стреле как пассивные, так и активный вибраторы крепятся без изоляторов в центре тяжести. К деревянной стреле вибраторы крепятся с помощью болтов и шурупов, а .затем точки крепления соединяются между собой проводником диaметром 4—5 мм и заземляются.

После установки и закрепления вибраторов стрела должна быть надежно прикреплена к мачте с помощью сварки или другим способом (в центре тяжести стрелы). Нужное значение при монтаже антенны имеют точность установки вибраторов на стреле и расстояние между ними.

При настройке антенны типа «волновой канал», предназначенной для применения в условиях сильных помех и отраженных сигналов, необходимо обратить особое внимание на снижение уровня задних и боковых лепестков диаграммы направленности.

Специальным подбором размеров элементов и расстояний между ними удается создать антенну типа «волновой канал» для приема каналов, работающих на разных частотах, например на 1-м и 3-м.

Конструктивные размеры деталей антенн типа «волновой канал» приведены в табл. 3.12.

Наиболее распространенные ТА типа «волновой канал», рассчитанные для функционирования в неблагоприятных условиях, обеспечивают достаточно хорошее качество приема на всех телепрограммах, если применяются

3-38.jpg

специальные покупные или самодельные антенные усилители или конвертеры. Выбор схемы антенного усилителя зависит от модели используемого телевизионного приемника, расположения садового участка, напряженности электромагнитного поля в месте приема телепрограмм, типа ТА и возможностей мастера-радиолюбителя.

В гл. 6 приведены принципиальные электрические схемы антенных усилителей и конвертеров, которые могут быть повторены в домашних мастерских радиолюбителями, имеющими опыт изготовления супергетеродинных радиоприемников и знакомых с особенностями распространения и приема СВЧ-волн.

Начинающим радиолюбителям необходимо напомнить, что усилители используются, как правило, только при приеме радиоволн метрового диапазона, а конвертеры — для приема дециметровых волн, что соответствует 1—12-му и 21—64-му телеканалам.

Использование телевизионных усилителей позволяет значительно улучшить основные электрические характеристики рассматриваемых антенн типа «волновой канал».

Рис. 3.10a Детали конструкции наружных антенн

Изображение: 

Рис. 3.10b Детали конструкции наружных антенн

Изображение: 

Рис. 3.8 Наружная двухэлементная антенна типа "волновой канал"

Изображение: 

Рис. 3.9 Наружная трехэлементная антенна типа "волновой канал"

Изображение: 

Таблица 3.10 Конструктивные размеры трехэлеметной антенны типа "волновой канал"

Изображение: 

Таблица 3.11 Основные конструктивно-технические характеристики трехэлементных уинифицированных антенн (АТУ)

Изображение: 

Таблица 3.12 Конструктивные размеры деталей типа "волновой канал"

Изображение: 

Таблица 3.9 Конструктивные размеры двухэлеметной антенны типа "волновой канал"

Изображение: 

3.4. Телевизионная антенна типа «полуволновой вибратор уголковой конструкции»

3.4. Телевизионная антенна типа «полуволновой вибратор уголковой конструкции»

На рис. 3.11 приведены конструкция простой наружной антенны с условным названием «уголковый полуволновой вибратор» и схема соединения антенны с кабелем снижения. Эта антенна предназначена для приема телепередач на расстоянии до 50 км от ТЦ на местности, где действует достаточно высокая напряженность электромагнитного поля. Она применяется в тех случаях, когда нужно вести прием сигналов с различных направлений. Антенна уголковой конструкции относится к классу широкополосных ТА, которые охватывают три диапазона телеканалов. По действующей классификации 1-й диапазон имеет два телесигнала и занимает полосу частот от 48,5 до 66 МГц (1-й и 2-й каналы), 2-й диапазон — три канала с полосой частот от 75 до 100 МГц (3—5-й каналы) и 3-й диапазон — семь каналов с полосой частот от 174 до 230 МГц (6—12-и каналы; см. табл. 1.4). Такой большой разнос частот между диапазонами предъявляет к данным антеннам определенные требования, например к точности сборки, и создает дополнительные трудности при их изготовлении.

3-41.jpg

На наружную уголковую антенну можно принимать телесигналы на 1—12-й каналы на расстоянии 50—80 км от ГЦ. Хорошие результаты обеспечиваются при отсутствии отраженных сигналов и помех от других передающих центров на указанных частотах. Антенну изготавливают по расчетным размерам на каждый канал по средней частоте этого канала или на 1—5-й каналы по средней частоте 3-го канала.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ............. 1.3—3 дБ

KБВi .......................... 0,46—0,81

входное сопротивление антенны ..... 30 Ом

волновое сопротивление фидера . . . . . 75 Ом

рабочая частота .................. 50- 230 МГц

напряженность поля в точке приема 2 мВ/м неравномерность коэффициента усиления ...................... 0,78 дБ

КБВ ........................... 0,55—0,7

помехозащищённость. .............. —(5... 11) дБ

дальность приема сигналов ......... до 80 км

угол раствора вибраторов .......... 80

УСС ........................... мостик

угол раствора диаграммы

направленности в горизонтальной плоскости ...................... 75—80

Диаграмма направленности имеет форму вытянутого эллипса, в котором ЭДС развивается во всех направлениях прихода сигнала. Максимальная ЭДС на зажимах развивается, когда сигнал поступает с направления, перпендикулярного вибратору. Сигнал, приходящий к антенне под углом 90°, составляет примерно 0,3—0,35 максимального значения и развивает такую же пропорциональную сигналу ЭДС. В диаграмме направленности антенны не выделяются ни основной, ни боковые лепестки. Наличие почти круговой направленности антенны определяет ее применение в месте приема сигналов. Антенна в силу своей конструкции в большей степени воспринимает боковые помехи и отраженные сигналы. Это обстоятельство приходится учитывать при установке антенны на участке.

Конструкция уголковой антенны включает в свой состав: мачту 4, выполненную из тонкостенной стальной трубки диаметром 30—40 мм или из деревянного бруса переменного сечения, имеющего в верхней части сечение 40х40 или 50х50 мм; две металлические трубки, образующие полуволновой вибратор направленного действия;

УСС, выполненное из металлических трубок в виде четверьволнового короткозамкнутого мостика; крепежные сборки и детали.

Для изготовления короткозамкнутого мостика и уголкового вибратора применяются латунные (алюминиевые или стальные) трубки диаметром 8—20 мм, с толщиной стенки до 1 мм.

Конструктивные размеры уголковой антенны приведены в табл. 3.13. Описание работы УСС и размеры четвертьволнового короткозамкнутого мостика см. в гл. 1.

3-42.jpg

Основой конструкции антенны является плата 5, выполненная из диэлектрического материала, например оргстекла толщиной 4 мм, и представляющая собой трапецию с изогнутыми под углом 80° сторонами (см. рис. 3.11). Эта плата крепится к мачте с помощью болтов или винтов, с применением соответствующих прокладок и скоб. К этой плате крепятся трубки вибраторов 1 и 2 с помощью скоб и резьбовых соединений. Снизу к плате 5 крепится симметрирующий мостик (вариант крепления см. на рис. 3.11).

Коаксиальный кабель, идущий от телевизора, привязывается к мачте с помощью изоляционной ленты с шагом 0,5 м, далее протягивается через одну из трубок короткозамкнутого мостика и припаивается оплеткой к правой трубке вибратора и к трубке, через которую он проходит.

Внутренняя жила коаксиального кабеля припаивается ко второй трубке вибратора. Пайку проводников рекомендуется производить к внутренним поверхностям трубок. Вторая трубка короткозамкнутого мостика припаивается проводом к трубке вибратора, к которой припаяна внутренняя жила коаксиального кабеля.

Полуволновой вибратор антенны может быть изготовлен из металлической ленты или полосы толщиной 2—3 мм шириной 16—50 мм из дюралюминия (латуни или бронзы). Вместо пайки или сварки в конструкции антенны можно применить крепежные соединения, выполненные по правилам электрического монтажа электроустановок.

После изготовления уголковую антенну необходимо настроить на частоту принимаемого канала. Сначала антенну устанавливают в направлении принимаемой станции. Для этого антенну поворачивают в одну сторону до тех пор, пока на экране телевизора изображение не начнет исчезать. Это положение отмечают. Затем делают то же самое, поворачивая антенну в другую сторону. После этого антенну устанавливают посередине между двумя зафиксированными положениями и закрепляют. Настройку антенны завершают точной установкой металлической перемычки короткозамкнутого мостика на максимальную контрастность, передвигая ее вдоль трубок мостика.

Если антенна сделана точно, то особой настройки не потребуется. Если же для изготовления вибраторов применены трубки другого диаметра, то необходимо произвести дополнительную настройку, помня, что при уменьшении диаметра трубки длина вибраторов увеличивается.


 

Рис. 3.11 Наружная уголковая антенна

Изображение: 

Таблица 3.13 Конструктивные размеры антенны типа "уголковый полуволновой вибратор"

Изображение: 

4. Телевизионные антенны для установки в зоне с пониженным уровнем ТВ-сигнала.

Телевизионные антенны для установки в зоне с пониженным уровнем ТВ-сигнала .

4.1. Общие сведения

4.1. Общие сведения

Для приема телесигналов в местах, находящихся от ТЦ на больших расстояниях, используются как самые простые антенны, так и сложные специальные антенны с большим числом элементов. Однако усложнять антенну, увеличивая количество ее элементов, следует лишь в случаях высокого уровня помех при приеме или когда необходим остронаправленный прием. Известно, что при увеличении числа элементов возрастает коэффициент усиления мощности, сужается лепесток диаграммы направленности и антенна становится остронаправленной. Тогда для того, чтобы вести прием сигналов с различных направлении, необходимо сделать антенну вращающейся. Это, конечно, усложняет ее конструкцию, но при этом значительно повышается пространственная избирательность антенны, позволяющая осуществлять прием передач одного ТЦ без помех со стороны другого.

Если уровень помех в месте приема невысок, то следует применять простую широконаправленную антенну. Ее надо ориентировать в пространстве так, чтобы в угол раствора главного лепестка диаграммы направленности антенны вошел ТЦ, удаленный от места приема более чем на 50 км.

Прием телепередач на садовых участках, расположенных от ТЦ на больших расстояниях и где нет ретрансляторов, сопровождается рядом специфических помех, связанных с особенностями распространения метровых и дециметровых волн, и в большинстве случаев требует значительного усиления сигнала с помощью специальных устройств. В таких антеннах применяются известные конструктивные решения, позволяющие значительно улучшить их электрические параметры. Если при дальнем

приеме сигнала использовать антенну с большим коэффициентом усиления и острой направленностью, то удастся осуществлять прием не только в те моменты, когда сигнал очень сильный, но и тогда, когда сигнал слабый и на простые антенны приема получить не удается.

Хорошие результаты при дальнем приеме дает применение многоэлементных антенн типа «волновой канал», веерных и рамочных антенн, которые имеют достаточно простую конструкцию, но металлоемки и иногда требуют налаживания.

Для уверенного приема телепередач можно использовать следующие типы антенн:

в городах и больших населенных пунктах вблизи ТЦ — встроенные, комнатные и наружные антенны, радиус действия которых ограничен 20—25 км. При этом следует отметить, что зона действия антенны зависит в большой степени от мощности передающей станции. В городских условиях проблема качественного приема телепередач в основном решается с помощью наружных антенн коллективного пользования и реже с помощью комнатных антенн и антенн индивидуального пользования;

в загородной местности, расположенной от ТЦ на расстоянии 25—50 км,— антенны типа «полуволновой вибратор», типа «петлевой вибратор», вибратор с одним рефлектором, антенны из длинных проводов, промышленные антенны типа ТАИ-12, АТУ и коллективного пользования;

в садоводствах, находящихся на расстоянии свыше 50 км от ТЦ, где напряженность электромагнитного поля значительно ослаблена,— антенны типа «волновой канал», специальные антенны, антенны из длинных проводов, рамочные, зигзагообразные и некоторые другие;

при расстояниях до 100 км и больше от ТЦ — многоэлементные антенны типа «волновой канал» с простыми и петлевыми вибраторами, веерообразные антенны, рамочные, ромбические и с отражателями.

В пределах прямой видимости не возникает проблем с применением ТА, кроме указанных ранее при рассмотрении конкретных типов. В таких районах напряженность поля достаточно велика и стабильна для надежного приема телесигналов. Однако напряженность поля падает с увеличением расстояния, и в зоне прямой видимости на расстояниях в несколько десятков километров от ТЦ приходится применять направленные антенны.

В табл. 4.1 приведены значения напряженности электромагнитного ТВ-сигнала на расстоянии до 100 км от

мощного ТЦ на высоте обычного садового дома. На дальних расстояниях, например в зоне полутени, напряженность поля резко убывает, и тогда приходится использовать ТА с большим коэффициентом усиления и острой .направленностью. .Зная напряженность поля в точке приема сигнала, электрические параметры антенны, тип и длину кабеля снижения, можно определить напряжение на входе телевизора

4-11.jpg

Для приема телесигналов на больших расстояниях разработаны разные конструкции горизонтальных антенн, технология изготовления которых проще, чем вертикальных. Эти антенны обладают направленностью действия в горизонтальной плоскости, ослабляющей отраженные сигналы и действие помех.

В классификационной группе этих антенн находятся антенны типа «волновой канал» различных конструктивных исполнений и типоразмеров. Для дальнего приема используются многоэлементные антенны, антенны со сдвоенными рефлекторами, двумя вибраторами, большим количеством директоров. Многолетняя практика эксплуатации подобных антенн показывает, что на границе зоны уверенного приема и полутени антенны сложной конструкции оправдывают себя не всегда. В некоторых случаях увеличиваются шумы на экране телевизора, уменьшается четкость изображения, снижается входное сопротивление. Поэтому антенны с одним рефлектором являются предпочтительными.

Антенна типа «волновой канал» относится к антеннам направленного действия с шириной пропускания рабочей

полосы частот 8—10 %, но ширину полосы пропускания можно увеличить до 40 % за счет уменьшения коэффициента усиления. На практике это достигается изменением конструктивных размеров элементов антенны и расстояний между ними. Многоэлементная антенна типа «волновой канал», настроенная на максимально возможный коэффициент усиления, имеет узкую полосу пропускания.

В табл. 4.2 даны значения коэффициентов усиления антенн типа «волновой канал» в зависимости от количества элементов в антенне. Нижний предел коэффициента усиления соответствует максимальной полосе пропускания частот. Верхнее значение соответствует более узкой полосе.

4-12.jpg

Антенны типа «волновой канал» могут быть изготовлены для приема как одной программы на одном канале, так и в многоканальном варианте в следующих сочетаниях каналов: 1-й и 3-й, 1-й и 4-й, 2-й и 4-й, 2-й и 5-й, 1-й и 5-й, 3-й и 5-й.

Таблица 4.1 Значения напряженности электромагнитного поля ТВ-сигнала и расстояние от телецентра

Изображение: 

Таблица 4.2 Характеристика антенн типа "волновой канал"

Изображение: 

4.2. Универсальные антенны типа «волновой канал»

4.2. Универсальные антенны типа «волновой канал»

Четырехэлементная антенна типа «волновой канал»

(рис. 4.1) предназначена для приема телепередач на одном выбранном канале на расстоянии 50—60 км от ТЦ или ретранслятора. Антенна обеспечивает получение высокого качества изображения и звука при высоком уровне помех и отраженных сигналов, имеет повышенные электрические параметры и технические характеристики.

Четырехэлементная антенна имеет диаграмму направленности, расположенную в трех координатах в виде вытянутой сигары в сторону ТЦ. Такая диаграмма образуется в результате сложения полей активного вибратора, рефлектора и двух директоров. При настройке антенны путем подбора размеров деталей антенны и расстояния между ними добиваются такого соотношения фаз всех

4-21.jpg

полей, чтобы они в направлении директора складывались, а в направлении рефлектора — вычитались, как бы образуя волновой канал, вдоль которого проходит поток ЭДС. Диаграмма направленности четырехэлементной антенны значительно уже, чем у трехэлементной.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ................. 2,5—2,8 дБ

КБВ ............................... 0,58—0,85

входное сопротивление ................. 40 Ом

волновое сопротивление фидера ......... 75 Ом

переходное сопротивление в деталях

крепления, между стрелой и

вибраторами, не более. . ............. 0,1 Ом

коэффициент затухания в кабеле

снижения на частоте 50—200 МГЦ .... 0,76—2 дБ

кпд ................................ 0,97

рабочая частота ...................... 48,5—230 МГц

неравномерность коэффициента усиления. . 0,8 дБ помехозащищенность .................. -(14...20) дБ

ширина главного лепестка диаграммы

направленности в горизонтальной

плоскости. ......................... 60

При выборе конструкции антенны типа «волновой канал» необходимо учитывать как качественные характеристики, так и обращать внимание на настройку антенны на частоту передающей телестанции. На садовых участках обычно нет необходимых измерительных приборов, и поэтому настройку производят непосредственно при приеме сигналов — по контрастности изображения на экране телевизора. Сначала антенну точно по азимуту устанавливают в направлении передающего ТЦ или ретранслятора. Это положение фиксируют. Но ecли нет карты и компаса и по азимуту втравить антенну не представляется возможным, это делают, медленно поворачивая антенну влево до тех пор, пока на экране телевизора изображение не начнет исчезать. Затем проделывают то же самое, поворачивая антенну вправо. После этого антенну устанавливают посредине между двумя зафиксированными положениями.

Подстройку и настройку производят только в том случае, если при изготовлении антенны были использованы трубки нерекомендованного диаметра и длины. При этом необходимо иметь в виду, что если вибраторы изготовлены большего диаметра, то длина их должна быть несколько меньше, а при уменьшении диаметра — больше. Настройка антенны заключается в установлении оптимальной длины рефлектора и директоров.

В четырехэлементной антенне расстояние между рефлектором и активным вибратором регулируется в пределах (0,15...0,25)lдл длина рефлектора больше активного вибратора на 10—20 %; расстояние между активным вибратором и первым директором и между директорами равно (0,1...0,2)lдл.

У антенн типа «волновой канал» входное сопротивление находится в пределах от 32 до 40 Ом, а это значит, что для УСС можно использовать любой коаксиальный кабель, имеющий волновое сопротивление 50 или 75 Ом. На практике необходимо длину кабеля снижения установить опытным путем. Выходное сопротивление антенн типа «волновой канал» в большой степени зависит от расстояния между первым директором и активным вибратором, а также от расстояния между активным вибратором и рефлектором. При увеличении этих расстояний выходное сопротивление антенн типа «волновой канал» возрастает. При этом необходимо иметь в виду, что входное сопротивление антенн типа «волновой канал» указано при условии применения петлевых вибраторов. Если же вместо петлевых вибраторов применяются обычные симметричные (разрезные) вибраторы, то приведенные в тексте значения входных сопротивлений антенн должны быть уменьшены в четыре раза.

Коэффициент усиления антенны, состоящей из четырех элементов, выше, чем у трехэлементной антенны, почти в полтора раза и во многом зависит от конструктивных размеров вибраторов.

Изготавливается антенна из металлических трубок одинакового диаметра в пределах определенной частоты телевещания. Можно рекомендовать к применению тонкостенные трубки диаметром 18 мм для 1—5-го каналов, диаметром 12 мм — для 6—12-го и 8 мм — для 21—10-го.

Конструктивные размеры данной антенны приведены в табл. 4.3.

4-22.jpg

Четырехэлементная антенна состоит из активного петлевого вибратора 4, рефлектора 3, двух директоров 1 и 2, укрепленных на одной несущей стреле, и УСС. Стрела устанавливается на мачте в точке равновесия (центре тяжести). Подключение кабеля снижения 7 к активному вибратору 4 производится с помощью УСС 6. Варианты соединения элементов антенны с помощью специальных крепежных деталей и пайки см. на рис. 3.11. Но наиболее надежной конструкцией является сварная: она долго выдерживает постоянное воздействие климатических и механических нагрузок (ветра, дождя, снега, инея, росы, грибков и т. д.). Такая антенна наиболее технологична.

При распайке коаксиального кабеля в монтажной коробке, а также при монтаже и разделке оплетку кабеля нельзя разрезать. Ее всегда расплетают и паяют, предварительно скрутив проволочки в одну или две косички. При разделке коаксиального кабеля необходимо следить за тем, чтобы случайно не подрезать проволочки центральной жилы и чтобы на нес не замкнулись проволочки оплетки. Токоведущие провода и жилы коаксиального кабеля к вибраторам антенны и в распределительных коробках лучше припаивать или прикреплять винтами с гайками, тщательно зачищая места соединения. В соединениях не должно быть ржавчины.

Применение четырехэлементной антенны с узкой диаграммой направленности целесообразно в условиях города, поселков, вблизи высоких сооружений. Кроме того, в районах сильных помех даже при небольших расстояниях от ТЦ использование этой антенны может оказаться полезным, если только источник помех не находится со стороны ТЦ на линии, проходящей через ТЦ и приемную антенну.

Пятиэлементная антенна типа «волновой канал» (рис. 4.2) предназначена для приема телепередач на расстояниях свыше 50 км от ТЦ в неблагоприятных условиях (при наличии помех и отраженных сигналов).

Техническая характеристика:

коэффициент усиления. ... ............ 6,5—7,8 дБ

рабочая частота ...................... 48,5—230 МГц

входное сопротивление антенны ......... 32 Ом

волновое сопротивление фидера ......... 75 Ом

количество принимаемых программ

на один типоразмер антенны ......... 1

неравномерность коэффициента усиления. . 1 дБ КБВ ............................... 0,6—0.7

помехозащищенность .................. -(15...26) дБ

оптимальное расстояние от ТЦ ......... 50—60 км

угол раствора диаграммы направленности

в горизонтальной плоскости. .......... 50

Антенна состоит из рефлектора 1, он же основной пассивный вибратор, активного вибратора 3 и трех директоров 4, 7 и 8, которые являются пассивными элементами. Все вибраторы расположены в одной плоскости параллельно друг другу. Закрепляются они в центре тяжести на общей стреле, в качестве которой используется тонкостенная трубка.

Для соединения элементов антенны со стрелой применена деталь крепления, показанная на рис. 3.10, а. Трубки

пассивных вибраторов устанавливаются в паз детали 2 и закрепляются двумя винтами М4 или Мб (их размеры определяются диаметром имеющейся трубки). К общей стреле эта сборка прикрепляется также с помощью двух винтов и гаек М4 или Мб. Эта конструкция обладает достаточной жесткостью, легко противостоит ветровым нагрузкам и удобна при сборке и настройке антенны. Узел крепления вибраторов показан на рис. 4.2.

Наиболее простым и надежным вариантом пятиэлементной антенны является сварной вариант. Все вибраторы в данном случае привариваются к центральной стреле в точках, соответствующих центрам тяжести. Стрела после установки заземляется. Крепление стрелы с вибра-

4-23.jpg

торами к мачте производится в центре тяжести стрелы. Рефлектор и директоры изготавливаются из тонкостенных трубок одинакового диаметра (10—30 мм). Стрела с мачтой соединяется с помощью хомута и скобы произвольной конструкции. Для удобства настройки антенны в стреле просверливаются дополнительные отверстия, необходимые для перестановки пассивных вибраторов. После сборки вибраторы и детали крепления покрываются морозостойкой краской.

В этой антенне активный вибратор, рефлектор и директоры изготавливаются из металлических трубок, наружные диаметры которых зависят от частоты принимаемого сигнала: 16—22 мм для 1—5-го каналов; 10—11 мм для 6—12-го;

8—10 мм для. 21—41-го. Оптимальная толщина этих трубок 1—1,5 мм. Основная несущая стрела антенны изготавливается из трубки наружным диаметром 35 мм для 1—5-го каналов;

диаметром 18—25 мм для 6—12-го; диаметром 16—20 мм для 21—41-го и толщиной 2—2,5 мм.

В качестве активного элемента антенны применяется петлевой вибратор, выполненный из коаксиального кабеля (см. гл. 1). Петлевой вибратор подключается к коаксиальному кабелю с помощью УСС типа «полуволновое U-образное колено», размеры которого зависят от частоты принимаемого канала.

В табл. 4.4 даны конструктивные размеры пятиэлементной антенны, необходимые для изготовления ее в домашней мастерской. В технической литературе приводятся сведения о размерах подобных антенн, несколько отличающиеся от приведенных в данной таблице. Это объясняется тем, что многоэлементная антенна типа «волновой канал», собранная по размерам на максимальный коэффициент усиления, всегда имеет узкую полосу пропускания частот. Поэтому при настройке и регулировке многоэлементных антенн приходится изменять размеры как самых вибраторов, так и расстоянии между ними, чтобы наилучшим образом удовлетворить достаточно противоречивые требования одновременного получения широкой полосы пропускания частот и высокого коэффициента усиления. Пятиэлементная антенна рассчитана на получение возможно большего коэффициента усиления при минимально необходимой полосе пропускания.

Антенна имеет увеличенное количество пассивных вибраторов, чем обеспечивается хорошее качество изображения на экране телевизора в местах, отстоящих от ТЦ на дальних расстояниях. Как отмечалось ранее, рефлектор обеспечивает получение однолепестковой диаграммы направленности. Длина рефлектора и его расстояние от активного вибратора рассчитаны таким образом, чтобы поля, создаваемые рефлектором и активным вибратором в главном направлении, складывались.

Система директоров, состоящая их трех вибраторов, значительно сужает ширину диаграммы направленности. Длины директоров и расстояния между ними и от них до активного вибратора рассчитываются с таким условием,

4-24.jpg

чтобы обеспечить сложение электромагнитных полей, создаваемых директорами и активным вибратором в главном направлении.

Сложение электромагнитных полей активного вибратора, рефлектора и трех директоров образует объемную диаграмму направленности пятиэлементной антенны, которая вытянута в сторону главного направления. Чем больше количество директоров, тем уже диаграмма направленности. Для того чтобы данная антенна могла обеспечить устойчивую работу в месте приема сигналов, необходимо тщательно выдержать все основные размеры.

При изготовлении антенны размеры ее элементов выбираются из указанной выше таблицы, но они могут быть и пересчитаны исходя из следующих соображений. Пассивный вибратор (рефлектор) делается всегда длиннее активного на 10—20 %, а пассивные вибраторы (директоры) изготавливаются на 10—15 % короче активного вибратора. Расстояние между активным вибратором и реф-

4-25.jpg

лектором устанавливается в пределах (0,15...0,25)lдл.р, где lдл.p — рабочая частота принимаемого канала телевидения. Расчетное расстояние между активным вибратором и первым директором, а также между директорами устанавливается равным (0,1 ...0,2)lдл.р.

Необходимо иметь в виду, что с уменьшением расстояния между активным и пассивными вибраторами входное сопротивление антенны резко уменьшается. Если надо немного расширить полосу пропускания, то можно увеличить расстояние между элементами на величину, лежащую в пределах (0,16...0,2)lдл.р, но при этом уменьшится коэффициент усиления.

При определении размеров антенны в формулах учас-

4-26.jpg

твует не cpеднне значение длины волны, а только ее расчетное значение lдл.р, лежащее между двумя несущими частотами, ближе к несущей частоте сигналов изображения, чем к сигналам звукового сопровождения.

Если при постройке антенны окажется, что произошло ослабление несущей частоты сигнала звука, то необходимо укоротить длину первого директора на 8- 10 %.

На рис. 4.3 приведены схемы конструктивных исполнений наружных антенн типа «волновой канал, рассчитанных на прием телесигналов в диапазоне частот от 48,5 до 230 MГцi и более. Они относятся к антеннам направленного действия многоэлементной конструкции с высокими электрическими параметрами, позволяющими осуществлять прием телепередач на первых 12 каналах на границе зоны прямой видимости или в полутени, где напряженность электромагнитного поля значительно ослаблена.

В радиолюбительской практике антенны сложной конструкции не изготавливаются. На первых 5 каналах к антеннам предъявляются повышенные требования к электрическим параметрам — коэффициенту усиления и отношению сигнал — шум на входе телевизора, а это, и свою очередь, вызывает необходимость применять от 5 до 11 вибраторов. Все это приводит к усложнению конструкции, увеличению массогабаритных характеристик и к резкому сужению полосы пропускания.

Эти антенны наиболее эффективны на высоких частотах (от 100 МГц и выше).

Различные варианты многоэлементных антенн типа «волновой канал» имеют свои положительные и отрицательные стороны, проявляющиеся в конкретных условия\ применения.

Трехэлементная антенна типа «волновой канал» с двойным рефлектором (рис. 4.3, а).

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ............ 5,3 дБ

КБВ ........................... 0.55—0,8

рабочая частота .................. 48,5—66 МГц

неравномерность коэффициента

усиления ...................... 0,5 дБ

количество принимаемых программ

на один типоразмер антенны ..... 1

помехозащищенность .............. -(12...18) дБ

угол раствора диаграммы

направленности в горизонтальной

плоскости...................... 75

Рефлектор обеспечивает значительное расширение рабочей полосы пропускания частот и коррекцию диаграммы направленности в части уменьшения боковых лепестков. Двойной рефлектор состоит из двух параллельных трубок, симметрично размещенных в вертикальной плоскости относительно несущей стрелы. В качестве активного вибратора применяется шлейфибратор Пистолькорса, имеющий входное сопротивление 292 Ом.

Применение антенны по схеме (рис. 4.3, а) на границе уверенного приема увеличивает шумы, проявляющиеся на экране телевизора, например, в виде штрихов и черточек. Используется антенна для приема телевизионных программ на 6—12-м каналах и реже на 1—5-м каналах.

Конструктивные размеры антенны с двойным рефлектором приведены в табл. 4.5. При анализе размеров между элементами антенны легко увидеть, что расстояние между активным вибратором и первым директором меньше, чем у трехэлементной антенны с 6-го по 12-й канал, а это приводит к снижению входного сопротивления и требует более точного изготовления антенны и тщательного согласования ее с кабелем снижения.

4-27.jpg

На садовых участках трехэлементную антенну с двойным рефлектором можно рекомендовать только в тех случаях, когда есть необходимость значительно уменьшить влияние помех и отраженных сигналов.

Пятиэлементная антенна типа «волновой канал» с двойным рефлектором (рис. 4.3, б).

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ............ 8.0-9,0 дБ

КБВ, не менее ................... 0,6

рабочая частота .................. 48.5—230 МГц

входное сопротивление антенны ..... 32 Ом

волноное сопротивление фидера ..... 75 Ом неравномерность коэффициента

усиления, не более .............. 9,5 дБ

количество принимаемых программ

на один типоразмер антенны ..... 1

помехозащищенность .............. -(14...18) дБ

угол раствора диаграммы

направленности в горизонтальной

плоскости ...................... 48-56

При настройке пятиэлементной антенны (рис. 4.2), предназначенной для эксплуатации в условиях сильных помех и отраженных сигналов, особое внимание уделяется уменьшению величины задних и боковых лепестков диаграммы направленности. Применение двойного рефлектора вместо одиночного вибратора позволяет улучшить помехозащищённость антенны за счет изменения размеров задних и боковых лепестков до минус 18—24 дБ в сложных условиях приема телепередач.

Подключение антенны к телевизору производится с помощью коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом через УСС, подключенное к петлевому вибратору. Конструкция данной антенны отличается от пятиэлементной типа «волновой канал» (см. рис. 4.2) только наличием двойного рефлектора. Для крепления вибраторов к стреле и стрелы к мачте используются детали, показанные на рис. 3.10, и крепежные винты с гайками М4, М5 или Мб.

Конструктивные размеры данной антенны приведены в табл. 4.6.

Пятиэлементная антенна типа «волновой канал» с двойным первым директором (рис. 4.3, в) предназначена для приема телесигналов в диапазоне частот 1—5-го каналов в зоне полутени на расстоянии свыше 50 км от ТЦ. Эта антенна относится к группе широкополосных многоканальных антенн с высокими электрическими параметрами. Ширину пропускания обычных пятиэлементных антенн типа «волновой канал» определяют пассивные вибраторы, их конструкция и размеры. На практике можно увеличить ширину пропускания антенны почти на 40 % за счет подбора размеров вибраторов и расстояний между ними. При этом коэффициент усиления антенны, как правило, уменьшается.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ............. 6,5—8.0 дБ

КПД .......................... 10-11

КБВ, не менее ................... 0,65

рабочая частота .................. 48,5—230 МГц

входное сопротивление антенны .... 292 Ом

волновое сопротивление фидера ..... 50—75 Ом

неравномерность коэффициента

усиления, не более .............. 9 дБ

количество принимаемых программ

на один типоразмер антенны ..... 2

кпд ........................0.95

полоса пропускания частот ......... ± 4 %

помехозащищенность ..............-( 15. .17) дБ

угол раствора диаграммы

направленности в горизонтальной

плоскости...................... 60—66

Главный лепесток диаграммы направленности данной антенны представляет собой вытянутый вперед эллипс правильной формы с некоторым сужением в сторону директоров.

Пятиэлементная антенна с двойным директором в зависимости от размеров вибраторов может принимать телесигналы в следующих сочетаниях каналов: 1-й и 3-й, 1-й и 4-й, 2-й и 4-й, 2-й и 5-и, 1-й и 5-й, 3-й и 5-й. Конструктивные размеры антенн для каждого из этих сочетаний каналов приведены в табл. 4.7.

Антенна подключается к телевизору с помощью фидерной линии, изготовленной из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом, и подсоединяется к петлевому вибратору через проволочный симметрирующе-согласующий трансформатор (см. рис. 1.16). Проволочный трансформатор используется для согласования любых широкополосных антенн с входным сопротивлением 300 Ом.

Четыре катушки ССТ намотаны на двух диэлектрических каркасах диаметром 8 мм двойным изолированным проводом. Каждая катушка трансформатора содержит 12 витков провода марки ПЭЛШО диаметром 0,3 мм или ПЭВ-2 диаметром 0,31 мм. Намотка рядовая — виток к витку в два провода. Оба каркаса с намотанными проводами устанавливаются на общем основании, при этом между каркасами должно быть не менее 18 мм.

Активный вибратор, рефлектор и директоры изготавливаются из тонкостенных латунных (дюралюминиевых или стальных) трубок диаметром 16—22 мм Для 1—5-го каналов, 10—14 мм — .для 6—12-го. Двойной директор жестко соединяется со стрелой антенны без изоляторов и между собой отрезком трубки такого же диаметра. Наиболее прочной и надежной в эксплуатации является антенна сварной конструкции, в которой все трубки привариваются непосредственно к стреле. К мачте стрела с вибраторами крепится с помощью хомутов, скоб и крепежных соединений.

На рис. 4.3, г изображена сварная пятиэлементная антенна типа «волновой канал» с конструктивными размерами, обеспечивающими прием телесигналов на 3-м и 5-м каналах. Расчетные значения размеров вибраторов и расстояний между ними обеспечивают устойчивую работу телевизора на расстоянии свыше 50 км от ТЦ и в зоне полутени. Отличается данная антенна от рассмотренной ранее такой же антенны (рис. 4.3, в) только точностью изготовления ее отдельных элементов и аккуратностью сборки.

Конструктивные размеры сварной пятиэлементной антенны, рассчитанной на прием передач 3-го и 5-го каналов, даны в табл. 4.6.

Шестиэлементная антенна типа «волновой канал» с двумя рефлекторами и двойным первым директором (рис. 4.3, д) предназначена для установки в зоне предельной видимости радиосигнала с ослабленной напряженностью электромагнитного поля. Конструкция этой антенны отличается от ранее рассмотренных тем, что после основного активного вибратора включено два рефлектора (вместо одного), а первый директор антенны выполнен в виде двух параллельных вибраторов. Это позволяет изменить электрические параметры антенны в части расширения полосы пропускания частот за счет некоторого снижения коэффициента усиления.

Конструктивные размеры шестиэлементной антенны, рассчитанной на прием 1-го и 5-го каналов, приведены в табл. 4.6.

Пятиэлементная антенна с тройным рефлектором (рис. 4.3, е) предназначена для установки в зоне за пределами прямой видимости, в условиях действия сильных помех и отраженных сигналов на расстоянии более 50 км от ТЦ. Рефлектор, выполненный из трех вибраторов, обеспечивает образование узконаправленных лепестков диа-

4-28.jpg

граммы направленности антенны и ее устойчивую работу в полосе частот 1—12-го каналов.

Конструктивные размеры пятиэлементной антенны с тронным рефлектором приведены в табл. 4.8.

В качестве активного вибратора применен шлейф-вибратор Пистолькорса, имеющий большое входное сопротивление — 292 Ом. Активный вибратор создает вокруг себя в плоскости, перпендикулярной к его оси, электромагнитное поле, которое наводит токи в тройном рефлекторе и директорах. В результате этого они сами излучают электромагнитные поля. Размеры вибраторов и расстояния между ними рассчитываются таким образом, чтобы обеспечить сложение полей в главном направлении. Рефлекторы позволяют получить однолепестковую диаграмму направленности — однонаправленной характеристики излучения. Директоры способствуют обострению главного лепестка диаграммы направленности. Все вибраторы этой антенны образуют объемную диаграмму направленности, вытянутую в сторону главного направления, т. е. в сторону директоров.

Главными условиями хорошей работы этой антенны являются высокая точность изготовления ее элементов, скрупулезная выдержка размеров при сборке и тщательная настройка. В некоторых случаях для юстировки антенны применяются подстроечные наконечники, которые после окончательной настройки жестко закрепляются.

На отдаленных садово-огородных участках пятиэлемент

ная антенна с тремя рефлекторами практически не используется из-за сложности ее изготовления в домашних условиях.

Семиэлементная антенна типа «волновой канал» (рис. 4.3, ж) предназначена для приема телесигналов в радиусе действия мощной передающей станции до 100 км (оптимальное расстояние 60—70 км). Устанавливается антенна в местности, где много индустриальных и других электромагнитных помех, а также отраженных сигналов.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ............ 8 дБ

КБВ. .......................... 0,6—0,75

рабочая частота ................. 50—230 МГц

входное сопротивление антенны ... 32 Ом входное сопротивление активного

вибратора антенны ............. 292 Ом

волновое сопротивление фидера. .... 75 Ом

неравномерность коэффициента

усиления...................... 1 дб

номера рабочих каналов .......... 1—12-й, 6—12-и

количество принимаемых программ

на один типоразмер антенны. .... 1 или 6

помехозащищенность. ............. -(16...26) дБ

угол раствора главного лепестка

диаграммы направленности ...... 45°

Антенна имеет один вибратор, расположенный на конце стрелы (рефлектор), активный вибратор Пистолькорса и

пять неразрезных вибраторов (директоров). Все вибраторы укрепляются параллельно друг другу на горизонтальной стреле, создавая антенную систему «волновой канал». Петлевой вибратор Пистолькорса крепится в точке нулевого потенциала. В качестве согласующе-симметрирующей системы применен отрезок коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом в виде полуволнового U-образного колена. Входное сопротивление петлевого вибратора 292 Ом. Схема подключения U-образного колена к вибратору показана на рис. 1.10.

Изготавливается антенна, как правило, из металлических трубок с тонкими стенками диаметром 8—30 мм. Мачта и стрела могут быть сделаны из металлической трубки или из деревянного бруска (рейки). Сечение бруска должно обеспечивать прочность конструкции и жесткость. Наилучшее конструктивное решение достигается в сварном варианте, когда все вибраторы жестко приварены к центральной несущей стреле в точках равновесия, а стрела с вибраторами приварена к вертикальной мачте в точке тяжести.

Можно рекомендовать применение этой антенны на каналах высоких частот (свыше 6-го канала). На первых пяти каналах семиэлементные антенны почти не используют из-за больших габаритных размеров и массы, но главным образом из-за недопустимо узкой полосы пропускания, ухудшающей качество изображения и звука. Но в некоторых случаях с этим приходится мириться.

Настройка и регулировка семиэлементной антенны является сложным делом, их не всегда удается качественно выполнить. Одновременно надо знать, что изготовление элементов антенны и ее сборка должны осуществляться с учетом повышенных требований к настройке антенны и ее ориентации на ТЦ или ретранслятор. Требования к точности подстройки антенны обусловлены теми недостатками, которые присущи в основном семиэлементным антеннам, но являются общими для всех антенн типа «волновой канал».

Во-первых, эти антенны очень зависят от конструктивных размеров элементов, от точности их изготовления и настройки. Увеличение количества активных и пассивных элементов антенны, а также конструктивные ошибки приводят, как правило, к отрицательному результату. Несоблюдение требований тщательной настройки и регулировки антенны после изготовления может привести к серьезному ухудшению се направленных свойств.

Во-вторых, антенны типа «волновой канал» всегда требуют подключения их к телевизору с помощью коаксиального кабеля и УСС, что значительно усложняет их конструкцию и затрудняет настройку.

В-третьих, так как семиэлементные антенны узкополосные, это затрудняет их использование не только в диапазонах частот нескольких каналов, но даже для приема телесигналов по одному из первых каналов, в которых относительная полоса частот достаточно велика.

Здесь необходимо заметить, что имеются и другие многоканальные антенны типа «волновой канал», однако их коэффициент усиления существенно хуже.

Конструктивные размеры семиэлементной антенны типа «волновой канал» приведены в табл. 4.9.

Размеры антенны рассчитаны таким образом, чтобы можно было получить достаточно широкую полосу пропускания при возможно большем коэффициенте усиления и принимать телепередачи многих каналов.

Семиэлементная антенна типа «волновой канал» с двойным рефлектором и пятью директорами (рис. 4.3, з) имеет более расширенную полосу пропускания по сравнению с предыдущей антенной (рис. 4.3, ж), высокий коэффициент усиления и поэтому применяется для приема

4-29.jpg

телепередач на всех каналах в зависимости от расстояния до ТЦ: 1—5-й каналы — 70—80 км, 6—12-й — 60—70 км, 21—41-й — 50—60 км.

Конструктивные размеры семиэлементной антенны с двойным рефлектором и пятью директорами приведены в табл. 4.10 В качестве активного вибратора применен петлевой вибратор с УСС типа «полуволновое U-образное колено».

41.jpg

42.jpg

Рис. 4.1 Наружная четырехэлементная антенна типа "волновой канал"

Изображение: 

Рис. 4.2 Наружная пятиэлементная антенна типа "волновой канал"

Изображение: 

Рис. 4.3 Варианты наружных антенн типа "волновой канал"

Изображение: 

Рис. 4.3b Варианты наружных антенн типа "волновой канал"

Изображение: 

Таблица 4.3. Конструктивные размеры четырехэлементной антенны типа "волновой канал"

Изображение: 

Таблица 4.4. Конструктивные размеры пятиэлементной антенны типа "волновой канал"

Изображение: 

Таблица 4.8 Конструктивные размеры пятиэлементной антенны типа "волновой канал" с тройным рефлектором

Изображение: 

Таблица 4.8 Конструктивные размеры трехэлементной антенны типа "волновой канал" с двойным рефлектором

Изображение: 

Таблица 4.9 Конструктивные размеры семиэлементной антенны типа "волновой канал"

Изображение: 

Таблица 4.10 Конструктивные размеры семиэлементной антенны типа "волновой канал" с двойным рефлектором и пятью директорами

Изображение: 

Таблица 4.6-4.7 Конструктивные размеры пятиэлементной антенны типа "волновой канал" с двойным рефлектором

Изображение: 

4.3. Широкополосные антенны

4.3. Широкополосные антенны

В загородной местности очень распространены широкополосные антенны веерного типа разнообразных конструктивных исполнении. Большинство таких антенн изготавливаются кустарным способом без соблюдения конструктивных требований, и поэтому они не обеспечивают контрастного изображения на телеэкранах. Как все прочие антенны, рассмотренные выше, веерные антенны требуют точности изготовления и тщательной настройки.

Некоторые антенны подключаются к фидеру без УСС простым электрическим проводом, без необходимого раствора вибраторов и правильной ориентации на ТЦ. Отличительными особенностями веерных антенн являются простота их конструкции и хорошее согласование электрических параметров с современными моделями телевизоров.

Веерные антенны применяются в тех случаях, когда необходимо вести прием телепередач с различных направлений, в тех районах, где садово-огородные участки расположены на равном удалении от передающих телестанций. Это относится в первую очередь к центральной части России, где сосредоточено наибольшее количество мощных и средних ТЦ, ретрансляторов и станций регионального назначения. Поэтому дальность приема телесигналов может лежать в пределах как прямой видимости, так и в полутени. Пользуясь классификацией распределения частот метрового диапазона волн для передачи программ телевидения, можно рекомендовать данную группу антенн для работы в III диапазоне. (Напомним, диапазон I имеет два телеканала и занимает полосу частот, лежащую в пределах 48,5—66 МГц, диапазон II занимает три канала телевидения с полосой частот от 76 до 100 МГц и диапазон III — семь каналов с полосой частот от 174 до 230 МГц.)

Двенадцатиканальная веерная антенна малой направленности (рис. 4.4) относится к многопрограммным антеннам, работающим в диапазоне частот от 48,5 до 100 МГц

4-31.jpg

и обеспечивающим прием телепрограмм на 1—5-м каналах. Использование антенны на более высоких частотах не дает положительных результатов. Электрические параметры рассчитаны на среднюю частоту — 72 МГц, при которой входное сопротивление антенны согласовано с сопротивлением нагрузки. На более высоких частотах происходит незначительное рассогласование и изменение направленных свойств этой антенны.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ............. 1

КБВ ........................... 0,4—0,7

КНД ........................... 8—10 дБ

входное сопротивление антенны ..... 90 Oм

волновое сопротивление фидера ..... 75 Ом.

рабочая частота .................. 48,5—230 МГц

помехозащищённость ........... . . —(9...16) дБ

неравномерность коэффициента

усиления, не более .............. 0,5 дБ

количество принимаемых каналов

без перестройки ................ 12

угол раствора главного лепестка

диаграммы направленности ....... 80—95

Диаграмма направленности веерной антенны на частотах 48,5—100 МГц имеет вид правильной восьмерки при растворе трубок вибратора так же, как у линейного вибратора. Для повышения качества изображения на экранах телевизоров и сохранения главного направления приема во всем диапазоне частот обе половины веерного вибратора располагаются под углом 120° и, таким образом, не лежат в одной вертикальной плоскости. Такая веерная антенна обладает малой направленностью действия во всем диапазоне принимаемых частот на первых 12 каналах.

Антенна состоит из четырех металлических трубок, развернутых в двух координатах вертикальной плоскости. Антенну можно изготовить из дюралюминиевых (латунных или стальных) тонкостенных трубок диаметром 12—25 мм или из металлических полосок толщиной 3—4 мм и шириной 25—50 мм как более технологичный вариант, но с большей материалоемкостью.

В качестве УСС применяется полуволновое U-образное колено или четвертьволновой короткозамкнутый мостик из трубок такого же диаметра, что и вибраторы. (Подключение УСС см. на рис. 1.7.) На рис. 4.4 показан симметрирующий мостик, который соединяет антенну с 75-омным коаксиальным кабелем через ВЧ-трансформатор, выполненный из куска коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 90 Ом. Длина мостика и трансформатора равна 1/4lдл. на частоте 68 МГц и 3/4lдл. на частоте 204 МГц. Длина трансформатора (700 мм) взята с учетом укорочения длины волны в кабеле в 1,5 раза. В большинстве веерных антенн длина трансформатора принимается равной длине мостика до короткозамкнутой перемычки.

Конструктивные размеры антенны рассчитаны по

средней длине волны, основные из которых показаны на рис. 4.4.

 

Изготавливаются вибраторы из тонкостенных трубок такого же диаметра, как и симметрирующий мостик. Все трубки антенны и мостика соединяются в узлах питания антенны с помощью накладок и резьбовых соединений. Основная деталь в узле питания — плата 9, сделанная из толстого листа оргстекла и изогнутая под углом 120°. Эта плата является несущей конструкцией антенны. Края платы 9 укреплены с обеих сторон изогнутыми металлическими полосками 2, которые свинчены между собой винтами и гайками МЗ. Трубки вибраторов попарно крепятся к плате 9 с помощью накладок 6, имеющих пазы, расположенные под углом 40°, и крепежного болта 7. Под этот же болт Мб крепится скоба 8, удерживающая трубку короткозамкнутого мостика 5 и лепесток, к которому припаивается центральная жила согласующего трансформатора. Дополнительно все трубки антенны прикреплены к плате 9 с помощью винтов М4, расположенных на расстоянии 60—70 мм от узла питания.

Мачта антенны изготавливается из трубки диаметром 35—40 мм с толщиной стенки 1,5—2 мм. К мачте с помощью скоб и крепежных деталей прикрепляется плата 9 с собранными на ней платой питания и вибраторами, а также дополнительно короткозамкнутый мостик с помощью диэлектрических накладок 10 и винта Мб.

Короткозамкнутая перемычка 11 закрепляется на трубках мостика таким образом, чтобы сохранялась возможность ее перестановки при настройке антенны. Внутри одной из трубок мостика проходит трансформатор 13 и соединенный с ним центральной жилой кабель снижения 12.

Наиболее надежной конструкцией будет та, в которой все трубки антенны в точках нулевого потенциала соединены между собой газовой сваркой, а потом прикреплены к диэлектрической плате 9.

Широкополосная веерная антенна (рис. 4.5) предназначена для установки в зоне уверенного приема телепрограмм на 1—12-м каналах, где есть возможность принимать сигнал с разных направлений в радиусе действия мощных и средних ТЦ. Эксплуатация данной антенны на приусадебных участках дает хорошие результаты. Кстати, эта антенна имеет несколько названий:

уголковая, двенадцатиканальная с малой направленностью, веерная.

Широкополосная веерная антенна используется в районах, где нет сильных радиопомех, а телевизионные передающие станции расположены в разных направлениях на расстоянии до 50—80 км от ТЦ. Поворотом антенны на более мощную станцию можно добиться наибольшего уровня сигналя на входе телевизора и минимального уровня помех. Коли при этом на экране телевизора будут наблюдаться значительные повторные контуры, то антенну нужно повернуть в ту или иную сторону до положения, в котором контуры не будут существенно ухудшать качество изображения. В тех случаях, когда ослабить повторные контуры не удается, нужно применить антенну с более острой диаграммой направленности или антенну с повышенной помехозащищенностью.

4-32.jpg

Техническая характеристика:

коэффициент усиления:

на частоте 72 МГц. ................ 1 (0 дБ)

на частоте 200 МГц. ............... 1,18 (1,5 дБ)

КБВ .............................. 0,3—0,7

рабочая частота ..................... 48,5—230 МГц

входное сопротивление антенны .... .... 90 Ом

волновое сопротивление фидера ........ 75 Ом

количество принимаемых программ ...... 12

длина вибратора (полная):

на частоте 72 МГц ........... ..... 1/2lдл

на частоте 200 МГц. ............... 3lдл/2

коэффициент укорочения длины вибратора 1,54 помехозащищенность ................... (9...15) дБ

угол раствора главного лепестка

диаграммы направленности, более ..... 75

диаграмма направленности

в горизонтальной плоскости. .......... эллипс с задним

лепестком

Многие радиолюбители пытаются принимать программы телевидения на самодельные и кустарные антенны, изготавливаемые некоторыми кооперативами, без УСС, и, естественно, не получают контрастного изображения, а на дальних расстояниях работает только один канал.

Антенна состоит из широкополосного вибратора и УСС, которые изготавливаются из металлических трубок диаметром 10—20 мм или из металлической полосы толщиной 3—5 мм. Ширина полосы берется равной двум диаметрам. На рисунке показан технологически совершенный вариант сварной конструкции, обеспечивающий полную унификацию при массовом производстве и возможность легкой и точной настройки и регулировки. Три трубки, образующие половину веера вибратора, привариваются встык газовой сваркой к одной из трубок короткозамкнутого мостика. Перед сваркой трубки вибратора необходимо разделать так, чтобы было плотное прилегание торца трубки к боковой поверхности, при этом между двумя крайними трубками вибратора должен быть установлен угол в 45°. После сварки и рихтовки трубок просверливаются отверстия для крепления жил коаксиального кабеля и стопорения после сборки.

Вибраторы с мостиком прикрепляются к мачте антенны с помощью резьбовых соединений через диэлектрические планки 4 и скобы 8

Мачту 2 изготавливают либо из тонкостенной трубки диаметром 35—45 мм, либо из деревянного бруска и устанавливают на высоте не менее 7—10 м. К мачте при

крепляются две диэлектрические планки 4 с помощью болтовых соединений. Несущая конструкция антенны должна обеспечивать достаточную жесткость и прочность, чтобы противостоять ветровым нагрузкам.

Перед установкой антенны на место ее необходимо оснастить заземляющим проводом и покрасить. Все места паек также надо закрасить масляной краской и закрыть крышками. Узел питания антенны вместе с выводами коаксиального кабеля необходимо закрыть общей пластмассовой крышкой.

Многопрограммная направленная двенадцатиканальная антенна, выполненная в виде развернутого веера (рис. 4.6), предназначена для приема телесигналов на одном из первых 12 каналов. Эту антенну еще называют по-другому — антенной Кузнецова, по имени ее создателя.

4-33.jpg

Техническая характеристика:

коэффициент усиления:

на 1-м и 2-м каналах ..... ... 1,5

на 3—5-м .................... 1,7

на 6—12-м. ................. 2,5

КБВ .................... ... 0,6—0.7

рабочая частота ............... 48,5—230 МГц

входное сопротивление ............. 40 Ом (переменное)

волновое сопротивление фидера .... 75 Ом

количество принимаемых программ . . 12 длина основного вибратора беа учета коэффициента укорочения ........ 1/2lдл.

помехозащищенность ............. —(11...16) дБ

угол раствора главного лепестка

диаграммы направленности

в горизонтальной плоскости, более 50

Антенна относится к многопрограммным широкополосным системам, которые работают как единый вибратор по принципу антенны бегущей волны. В качестве собирательной линии используются две трубки, расходящиеся под углом 5°, к которым на равном расстоянии друг от друга приварены по шесть трубок такого же диаметра. Длина трубок вибраторов равномерно изменяется, создавая переменное волновое сопротивление. Сварная конструкция антенны обеспечивает необходимую прочность и противостоит механическим нагрузкам. Решетка из трубок создает минимальное сопротивление ветровым нагрузкам, и антенна меньше подвергается вибрациям и раскачиванию, что особенно важно для получения четкого изображения на экране телевизора.

Для согласования входного сопротивления антенны с телеприемником используется УСС типа «четвертьволновой короткозамкнутый мостик». Фидер из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом подсоединяется к точкам И и Б, расстояние между которыми 1,5—2 мм. Также можно использовать УСС, примененное в антенне, изображенной на рис. 4.4.

Данная антенна редко эксплуатируется на приусадебных участках из-за своих повышенных массогабаритных характеристик и материалоемкости.

При сборке антенны особое внимание необходимо обратить на точность размеров собирательной линии. Детали крепления антенны к мачте и вибраторов между собой выбираются по месту, и регламентировать их нет необходимости.

Направленная веерная антенна из металлических полос (рис. 4.7) относится к группе многопрограммных

антенн, работающих на одной из выбранных программ без перестройки. Используется антенна в сложных условиях приема на местности, где возможен прием с различных направлений при минимальных отраженных сигналах и помехах. Антенна позволяет вести уверенный прием на расстоянии прямой видимости и в районе полутени от мощной передающей телестанции.

При эксплуатации данной антенны на приусадебном участке необходимо знать, что широкополосная и широкодиапазонная антенна восприимчива ко всякого рода помехам, имеет недостаточную пространственную избирательность и меньшее усиление, чем такие же антенны, рассчитанные для работы на одном канале Поэтому чаще всего данная антенна применяется при многопрограммном телевещании в зоне уверенного приема.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления:

на 1—5-м каналах .................. 1,0 (0 дБ)

на 6—12-м ........................ 1,2 (1,55 дБ)

КБВ ............................... 0,55—0,8

входное резистивное сопротивление

антенны ........................... 60 Ом

волновое сопротивление фидера ......... 75 Ом

средняя частота программы:

на 1—5-м каналах .................. 72 МГц

на 6—12-м ........................ 202 МГц

полная длина вибраторов на средней частоте:

на 1—5-м каналах .................. 1/2lдл.ср

на 6—12-м ........................ 3/2lдл.ср

тип антенны ......................... направленная

количество принимаемых программ без перестройки .................... 12

помехозащищенность ..................— (12...17) дБ

угол раствора диаграммы

направленности в горизонтальной плоскости. ......................... > 60

В антенне вместо традиционных трубок применены металлические полосы длиной 1080 мм, рассчитанные с учетом укорочения на прием первых 12 программ телевидения. Полосы раскрыты между собой под углом 45°. В вертикальной плоскости обе половины антенны развернуты под углом 120°. Точность установки указанных выше углов должна быть максимально возможной.

Изготавливается антенна из металлических полос-шин (дюралюминиевых, латунных или стальных) любой толщи

ны. Ширина металлических полос колеблется в пределах от 20 до 50 мм. Основным узлом конструкции является плата питания, сделанная из прочного диэлектрика, на которой собираются и монтируются лепестки ,вибраторов, фидерная линия и согласующее устройство. Металлические полосы-шины попарно укрепляются на плате 7 тремя винтами 9, к одному из которых присоединяется трансформатор 4. Схема подключения трансформатора приведена на рисунке. Кабель снижения антенны перед распайкой прикрепляется к диэлектрической плате с помощью скобы.

После сборки узла питания с вибраторами он прикрепляется к мачте 3 с помощью специальной скобы 8 в верхней и нижней частях платы, еще более укрепляя ее. Если плата изготавливается из толстого оргстекла, то ее боковины можно изогнуть под углом 120°, нагревая над паром.

Узел питания антенны закрыт пластмассовым корпусом 5 с крышкой 6, которая крепится двумя винтами. Антенна может быть закреплена на мачте, сделанной из любого материала. Если мачта изготавливается из деревянного бруска, то перед ее установкой на место необходимо проложить заземляющий проводник из стального или алюминиевого провода диаметром не менее 5 мм.

Вибраторы, развернутые под углом 120, обеспечивают получение качественного изображения на экране телевизора не только на первых 5 каналах, но и, главным образом, на 6—12-м каналах.

При установке антенны необходимо помнить, что расстояние от конька крыши до антенны должно быть не менее 2 м, а точная ориентация на ТЦ осуществлена по максимальной контрастности изображения на экране телевизора. Перед установкой антенны ее надо покрасить масляной краской.

Наружная веерная антенна с одним вибратором (рис. 4.8) относится к числу наиболее простых веерных антенн, которые очень часто встречаются в загородной местности. Такие антенны имеют очень малую металлоемкость, состоят из небольшого количества конструктивных элементов и легко устанавливаются на крышах домов.

Рассматриваемая веерная антенна предназначена для приема телесигналов в диапазоне частот от 45 до 250 МГц в зоне прямой видимости, где обеспечивается уверенный прием телепрограмм на 1—12-м каналах и имеется возможность принимать радиосигналы с разных направлений в радиусе действия мощных или средних по мощности

01.jpg

4-34.jpg

ТЦ. При этом веерный раствор антенны направляется точно на выбранный ТЦ или ретранслятор. Следует заметить, что если в створе «антенна — ТЦ» работают другие радиоизлучатели, то их сигналы такж9 будут приниматься этой антенной и искажать изображение на экране телевизионного приемника.

К достоинствам данной антенны можно отнести малую парусность и хорошее противостояние внешним воздействующим факторам — климатическим, механическим, биологическим и радиационным. Результаты практической эксплуатации одновибраторной веерной антенны на садовых участках дают основание рекомендовать ее для широкого повторения в условиях домашней мастерской. Однако следует отметить, что эта антенна требует достаточно точного изготовления деталей конструкции, соблюдения правил подключения УСС и в некоторых случаях применения специальных усилительных устройств. Последнее условие необходимо выполнять в обязательном порядке, если садовый участок расположен на границе прямой видимости или в зоне полутени.

Выбор усилительного устройства зависит от марки используемого телеприемника, величины напряженности электромагнитного поля в месте приема радиосигналов и необходимого коэффициента усиления.

При установки антенны следует руководствоваться общими правилами, изложенными далее в гл. 7, и условиями эксплуатации в данном макроклиматическом районе страны. Поворотом антенны на более мощную станцию можно добиться наибольшего уровня сигнала на входе телеприемника и минимального уровня отраженных помех. При этом прием телесигналов должен производиться без применения усилителя, который подключается только после предварительной настройки.

Если на экране телевизора наблюдаются повторы и отраженные сигналы в виде вторичных контуров, то антенну следует повернуть в ту или иную сторону до такого положения, в котором изображение будет наилучшим. Здесь также необходимо знать, что в тех случаях, когда ослабить повторные изображения не удается, надо применить антенну с более острой диаграммой направленности или другую антенну с улучшенными электромагнитными параметрами и повышенными техническими характеристиками.

В некоторых районах прием на данную антенну не обеспечивается из-за слабого сигнала, рельефа местности,

а также из-за неправильного выбора высоты установки антенны. Правильно изготовленная антенна в большинстве случаев дает хороший результат.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ................ 1,55 дБ

КНД ............................... 4,5—7,8

КБВ ............................... 0,6—0,7

КСВ ............................... 1,67—1,43

входное сопротивление ................. 73 Ом

волновое сопротивление фидера ......... 75 Ом

коэффициент укорочения длины вибратора 1,54 помехозащищенность ................... (8...12) дБ

рабочая частота ...................... 48,5—230 МГц

количество принимаемых программ ...... 12

диаграмма направленности

в горизонтальной плоскости. .......... эллипс

угол раствора главного лепестка

диаграммы направленности, не менее. . . 48 угол раствора трубок вибратора ........ 120

Условия эксплуатации:

температура окружающей среды, С. ... - 40...+ 40

относительная влажность воздуха

при температуре 20 С, %. не более... 95 атмосферное давление, кПа (мм рт. ст.):

повышенное ........................ 120 (900)

пониженное ........................ 26,7 (200)

климатическое исполнение. ............. В

ветровые нагрузки при скорости ветра

до 25 м/с, кг/см , не более .......... 5

иней, роса, дождь, мокрый снег,

плесневые грибы, обледеневшие при

герметизации узла питания ........... по КД

Конструкция антенны включает в свои состав широкополосный вибратор, состоящий из двух трубок, УСС, детали крепления и защиты от атмосферных осадков, а. также стакан для крепления к мачте. Вибратор изготавливается из металлических трубок диаметром от 12 до 20 мм или из металлических полос, ширина которых должна быть вдвое больше выбранного диаметра трубки, а толщина может колебаться в пределах от 2,5 до 5,5 мм.

На рис. 4.8 показан вариант широкополосной веерной антенны, изготавливаемой из трубок диаметром 15 мм с УСС типа ССТФ, рассчитанной для приема телесигналов на 1—5-м каналах. Если возникает необходимость принимать сигналы на 6—12-м каналах или использовать имеющиеся в наличии трубки другого диаметра, то надо выполнить новый эскизный рисунок с измененными конструктивными размерами. Как следует из основных элек

тромагнитных параметров, длина вибратора определяется по среднему значению частоты выбранного телеканала или группы каналов. Например, для 8-го канала эта частота равна 194 МГц, а для указанной группы каналов — 202,2 МГц. При этом должна обеспечиваться повышенная точность сборки антенны.

Диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости имеет форму вытянутого эллипса, в котором ЭДС действует во всех направлениях прихода сигнала. Наибольшая ЭДС на выходе антенны развивается в том случае, если сигнал поступает с направления, перпендикулярного вибратору. Если телесигнал поступает на антенну под углом 45, то его величина уменьшается до 0,5 максимального значения и соответственно уменьшается ЭДС. В диаграмме направленности данной антенны не выделяются ни боковые, ни задний лепестки. Наличие почти круговой направленности антенны определяет ее применение в месте приема телесигналов.

Рассматриваемая антенна с вибратором, расположенным в двух плоскостях, в большей степени воспринимает боковые электромагнитные сигналы, помехи и отраженные волны. Это необходимо учитывать при ориентации антенны на садовых участках.

Конструкция антенны определяет ее установку и крепление на мачте. Мачта антенны должна оканчиваться металлическим наконечником, изготовленным из отрезка трубы с наружным диаметром 30 мм. Стопорение антенны осуществляется с помощью штифта или резьбового соединения так, как показано на рис. 4.8. Конструкция антенны имеет специальную втулку, изготовленную из тонкостенной трубы с внутренним диаметром 30,5 мм и приваренную к основанию герметичной коробки антенны.

Мачту антенны рекомендуется изготовить из металлической трубы. В качестве материала этой трубы могут быть использованы дюралюминий, латунь, медь, сплавы на основе меди, сталь и любые железоуглеродистые сплавы, но предпочтение следует отдать легким сплавам на основе алюминия. Мачту можно изготовить также и из деревянного бруска.

УСС изготавливается в соответствии с рекомендациями, изложенными в разделе 1.5. Схема подключения УСС к вибраторам антенны показана на рис. 1.14 и 4.8.

Уверенный прием телепрограмм обеспечивает применение в качестве УСС трансформатора типа ССТФ. В качестве ферритовых сердечников используются следующие типоразмеры колец: К7 х 4 х 2 из феррита марки М1000ВН, К7 х 4 х 2 из феррита марки М50ВЧ, К8.4 х3,2х 2 из феррита марки М100ВЧ, К16 х 104,5 из феррита марки М1000НМ-3. Необходимо отметить, что конструкции ССТФ определяется количеством применяемых ферритовых колец. В самодельных конструкциях можно использовать два ферритовых кольца, на каждом из которых наматывается по две обмотки или одно ферритовое кольца с четырьмя обмотками. Для намотки можно использовать обмоточные провода следующих марок: ПЭЛ, ПЭВ-1 ПЭВ-20,ПЭВТЛ,ЛЭШ012х0,07,ЛЭ111024х0,1, ПЭЛШО. а также другие марки литцендратов с изоляцией.

Основным элементом конструкции ТЛ можно считать монтажную плату, выполненную из диэлектрического материала, на которой распаивается согласующим трансформатор. Эта монтажная плата, выполняющая роль платы питания, устанавливается в цилиндрическом пластмассовом корпусе так, как показано на рис. 4.8. Цилиндрический пластмассовый корпус устанавливается на металлическое основание, к которому, в свою очередь, крепится опорная металлическая втулка из отрезка трубы с внутренним диаметром 30,5 мм. Крепление фланца с при варенной к ней втулкой к пластмассовому корпусу осуществляется с помощью винтовых соединений. При этом необходимо обеспечить полную электрическую изоляцию трубок вибратора между собой и металлическим корпусом антенны. Это сравнительно легко достигается соблюдением технологической дисциплины при изготовлении детален конструкции, сборке и монтаже.

Рис. 4.4 Наружная двенадцатиканальная веерная антенна малой направленности с УСС

Изображение: 

Рис. 4.5 Наружная широкополосная веерная антенна

Изображение: 

Рис. 4.6 Наружная направленная 12-канальная антенна

Изображение: 

Рис. 4.7 Наружная направленная веерная антенна, изготовленная из металлических полос

Изображение: 

Рис. 4.8 Общий вид и габаритные размеры наружной веерной антенны с одним вибратором

Изображение: 

4.4. Двенадцатиканальная антенна на обруче

4.4. Двенадцатиканальная антенна на обруче

Двенадцатиканальная антенна на обруче (рис. 4.9) предназначена для приема телесигналов в диапазоне частот от 48,5 до 230 МГц. Такую антенну можно часто увидеть в загородной местности. Радиолюбители еще называют эту антенну «паутинкой» за внешнюю схожесть Создателем антенны является К. П. Харченко.

Хорошее качество изображения и звука при применении данной антенны на садовых участках может быть достигнуто при условии, что антенна выполнена на прием всех программ на первых 12 каналах в полном соответствии с чертежами, без отклонений от основных размеров Антенна может быть использована в районах, отстоящих

от мощного ТЦ на расстоянии более 50 км в зоне прямой видимости, а также в зоне полутени. Антенна без рефлектора принимает сигналы с обеих противоположных сторон, так как ее диаграмма направленности имеет вид правильной восьмерки с глубокими провалами с боковых направлений.

4-41.jpg

Техническая характеристика:

коэффициент усиления:

на 1-м канале. .................... 1,1

на 5-м ........................... 1.5

на 12-м .......................... 2.2

КБВ ............................... 0,7—0,9

КНД:

на 1—5-м каналах .................. 1,6

на 6—0-м ......................... 3,2

на 10—12-м. ....................... 3,6—4,5

входное сопротивление антенны ........ 73 Ом

волновое сопротивление фидера ......... 75 Ом

рабочая частота ...................... 48,5—230 МГц

количество принимаемых программ

без перестройки .................... 12

помехозащищенность ..................— (10,5...15) дБ

диаграмма направленности

в горизонтальной плоскости .......... восьмерка

Конструктивной основой многоканальной широкополосной антенны является правильный круг, изготовленный из тонкостенной трубки диаметром 10—16 мм Лучше применить медную или латунную трубку (в крайнем случае можно использовать стальную или дюралюминиевую). Это требование объясняется тем, что к этому обручу впоследствии должны быть припаяны радиальные проводники, чтобы создать соединение без переходного сопротивления. Пайка к стальной или дюралюминиевой трубке в условиях домашней мастерской затруднена (в этом случае добиться прочного соединения можно только сваркой в среде нейтрального газа, например аргона).

Вместо тонкостенной трубки можно применить металлическую полосу, сварить ее встык и укрепить ребром жесткости. Для изготовления антенны необходимо разместить обруч и просверлить отверстия для укрепления в. них радиальных проводников. Кольцо делится на две равные части и размечается, образуя горизонтальную диагональ. От размеченных точек Г и Д откладываются в обе стороны углы деления круга на сектора так, чтобы получилось восемь секторов с центральным углом 35° каждый Расстояние между точками Е и Ж регламентируется вы бранным каналом. Для 1-го канала расстояние между точками Е и Ж приблизительно равно 800 мм. С увеличением номера канала это расстояние уменьшается. Для 1-го канала телевидения внешний диаметр кольца равен 2992 мм.

Конструктивные размеры антенны приведены и табл. 4.11.

4-42.jpg

После разметки с внутренней стороны кольца просверливаются десять отверстий диаметром 3—3,2 мм. При этом в каждой половине кольца эти отверстия располагаются на равном расстоянии друг от друга. В отверстия вставляются концы радиальных проводов, которые закручиваются и потом опаиваются. Основным элементом антенны является узел питания, который располагается точно в центре антенны. Узел питания состоит из диэлектрического основания, выполненного в виде круга диаметром D, двух накладок 8, изготовленных в виде секторов, такого же диаметра, как и основание, и двух накладок для увеличения жесткости конструкции. Основание изготавливается из диэлектрического материала, например оргстекла. Контактные накладки 8 делаются из латуни толщиной 2 мм. В каждую пластину вклепывается по пять штифтов из медного провода диаметром d. Пластины прикрепляются к основанию с помощью трех винтов с гайками М5. Радиальные проводники 6 прикрепляются к штырям и припаиваются. Перед пайкой этих проводников узел питания прикрепляется к деревянному бруску 10 высотой 100 мм с помощью двух винтов 9. Перед монтажом кольцо закрепляется на мачте в точках Б и В без изоляционных прокладок, так как в этих точках антенна имеет нулевой потенциал.

Радиальные проводники б, кольцо 1 и пластины 8 узла питания образуют правый и левый сектора антенны, симметричные относительно мачты. В этих секторах к радиальным проводникам на равном расстоянии друг от друга припаиваются по пять рядов поперечных проводников. Изготавливаются все проводники из медного провода диаметром d или из антенного канатика.

Фидер изготавливается из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. От телевизора кабель снижения прокладывается по мачте, к которой он или привязывается, или закрепляется хомутиками. В точке В кабель привязывается к мачте и к кольцу, затем прокладывается по кольцу левого сектора антенны до точки Г, где его закрепляют и поворачивают к центру антенны.

Для того чтобы кабель не провисал и не болтался при порывах ветра, его прикрепляют липкой лентой через каждые 150 мм. Центральная жила коаксиального кабеля прикрепляется с помощью пайки или под винт к правой пластине питания 8, а оплетка кабеля точно так же прикрепляется к левой пластине питания. Узел питания после монтажа необходимо закрыть пластмассовой крышкой.

Коаксиальный кабель припаивается непосредственно к антенне без УСС, так как основные электрические параметры антенны согласованы с входными параметрами телевизора.

Если мачта антенны изготовлена из деревянного бруска, то необходимо проложить провод заземления, замкнув его в точках Б и В.

Следует отметить, что, несмотря на широкое распространение данной антенны на садовых участках, ее применение ограничено дальностью расстояния от ТЦ и возможностью принимать помехи и отраженные сигналы малых уровней.

 

Рис. 4.9 Наружная широкополосная 12-канальная антенна К. П. Харченко

Изображение: 

Таблица 4.11 Размеры элементов двенадцатиканальной антенны на обруче

Изображение: 

5. Телевизионные антенны для приема ТВ-сигналов в дециметровом диапазоне.

Глава пятая

ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ ДЛЯ ПРИЕМА ТВ-СИГНАЛОВ В ДЕЦИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ

Для мастеров-радиолюбителей большой интерес представляют ТА дециметрового диапазона, которые позволяют значительно расширить возможности лампово-полупроводниковых моделей телевизоров. В данной главе предлагаются для повторения только три типа ТА ДМВ, так как автор подготовил к изданию новую книгу, полностью посвященную ТЛ для приема ДМВ и спутникового телевидения.

В соответствии с принятой классификацией прием телепередач на 21—61-м каналах обеспечивается в диапазоне ДМВ на частотах свыше 300 МГц. В большинстве случаев владельцы телевизоров, оборудованных соответствующими селекторами каналов, применяют комнатные индивидуальные малогабаритные антенны. Но на садово-огородных участках эти антенны не всегда дают положительный результат. Поэтому в большинстве случаев приходится использовать самодельные дециметровые антенны, которые рассматриваются в настоящей главе.

Каждый цветной телеприемник имеет три антенных ввода: два для подключения антенны метровых волн (MB), один из которых обеспечивает ослабление сигнала в 10 раз, и специальный ввод для подключения антенны ДМВ. Все антенные вводы рассчитаны на подключение коаксиального радиочастотного кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.

Подключение антенны к дециметровому вводу специальной конструкции должно обеспечивать такое же высокое качество основных технических характеристик телевизора, как и при приеме в диапазоне MB.

Важнейшей характеристикой, определяющей качество изображения и чистоты звукового сопровождения, является чувствительность. В диапазоне MB чувствительность канала изображения должна быть не хуже 100 мкВ,

а в диапазоне ДМВ — не хуже 500 мкВ. Для современных телевизоров чувствительность звукового сопровождения в диапазоне MB должна быть не хуже 50 мкВ. а в диапазоне ДМВ — не хуже 200 мкВ.

Не менее важным электрическим параметром является избирательность, которая характеризуется способностью ослаблять сигналы помех вне рабочей полосы частот. Избирательность при настройке от несущей частоты изображения принимаемого канала на 1,5 МГц должна быть не хуже 40 дБ (100 раз), на 3,5 МГц — 40 дБ, на +6,5 МГц — 36 дБ, на +8 МГц — 40 дБ,

От качества изготовления антенн зависят также такие параметры, как контрастность и максимальная яркость. Величина контрастности зависит от размеров взаимного удаления темных и светлых элементов изображения. В общем случае контрастность должна быть не хуже 80:1 и выше. Максимальная яркость свечения определяется как яркость наиболее светлых крупных участков телеизображения, она может составлять до 100 кд/м^2.

Диапазон воспроизводимых звуковых частот должен находиться в пределах от 80 до 12 500 Гц.

При проектировании и изготовлении ТА дециметрового диапазона используются известные формулы, в основу которых входят следующие понятия: действующая длина антенны пропорциональна длине волны; коэффициенты усиления и защитного действия антенны ДМВ должны быть выше, чем у антенн метрового диапазона; с увеличением частоты возрастает затухание в коаксиальных кабелях, соединяющих антенну с входом телевизора; внутренние шумы входных цепей телевизоров в диапазоне ДМВ больше, чем в диапазоне MB.

Эти электрические параметры сравнительно легко реализуются в различных типах антенн за счет увеличения числа пассивных элементов. Например, в антеннах типа «волновой канал», логопериодических антеннах и антеннах для дальнего приема телевидения.

В диапазоне ДМВ все элементы антенны имеют малые конструктивные размеры, и при увеличении числа директоров габаритные размеры самой антенны остаются небольшими. (Интересное решение было опубликовано в журнале «Радио», № 2 за 1988 г.).

Зона уверенного приема ДМВ радиопередающей станцией, как правило, оценивается статистическими методами, она непостоянна во времени и зависит от диэлектрической проницаемости воздуха. В диапазоне ДМВ длины

волн короче 0,65 м — для работы в каналах с 21-го и выше. Минимальные потери при распространении ДМВ наблюдаются до тех пор, пока между передающей и приемной антеннами существует прямая видимость, за .пределами которой сигнал существенно уменьшается и уверенный прием становится невозможным.

В теоретических исследованиях распространение ДМВ представляют в виде окружности, радиус которой равен максимальному расстоянию прямой видимости, с тем допуском, что мощность, излучаемая передающей станцией, достаточно велика для приема непосредственно на границе. Известно, что чем выше частота радиосигнала, тем больше требуется напряженность поля в месте приема. Для первых каналов MB в месте установки приемной антенны напряженность поля находится в пределах от 300 до 700 мкВ, а для ДМВ — 3200 мкВ и выше. Напряженность поля по мере удаления от передающей станции уменьшается. Для ДМВ нельзя рассчитывать радиус зоны прямой, видимости по максимальному расстоянию прямой видимости, так как мощность станций недостаточна для приема на максимальном расстоянии прямой видимости. Например, минимальная напряженность поля для 33-го канала — 70 дБ (3200 мкВ).

Радиолюбителями разработано достаточно большое число антенных усилителей несложной конструкции, предназначенных для усиления сигналов в телевизионном диапазоне ДМВ, которые решают почти в полной мере изложенные проблемы и конкретные задачи.

Для приема ДМВ используются широкополосные направленные антенны, работающие без перестройки в широком диапазоне волн и для приема телепередач на расстоянии до 60—70 км от ТЦ.

Для расчета такой антенны необходимо знать крайние волны рабочего диапазона частот lдл.mах и lдл.min. Сначала определяют длину наибольшего вибратора l, которая должна быть равна (с определенным допуском) 0,55 lдл.max. Затем строится равнобедренный треугольник с заданным углом а при вершине, который лежит в пределах от 30 до 45°, и основанием треугольника, равным в масштабе построения длине наибольшего вибратора l. Второй вибратор располагается на расстоянии а1, которое определяется из пределов (0,15...0,18) • lдл.max от первого (в масштабе построения).

Длина второго вибратора в этом случае определяется

однозначно, исходя из построения, так как он должен полностью вписываться в треугольник. Далее определяется длина третьего вибритора, который располагается на расстоянии а2=а1t, где t — коэффициент уменьшения длины вибратора. Затем строится четвертый вибратор на расстоянии а3=а2•t от третьего и т. д. Построение продолжается до тех пор, пока длина очередного вибратора, вписанного в треугольник, не будет равна (ориентировочно) (0,14...0.45.) • lдлmin. Этот вибратор и будет последним.

Логопериодические антенны сравнительно просты по конструкции, хорошо согласуются с 75-омным коаксиальным кабелем снижения, имеют КПД от 4 до 7 дБ. Все логопериодические антенны и существующие их разновидности могут быть представлены в виде замкнутой системы вибраторов, расположенных и горизонтальной плоскости.

Схема плоской вибраторной логопериодической антенны (ЛПА) представлена на рис. 5.1. Антенна состоит из двухпроводной распределительной линии длиной А, в которую включены вибраторы различной длины и различного расположения. Наибольший вибратор состоит из двух отрезков, отстоящих друг от друга на расстоянии 2 d, где d — диаметр трубки распределительной линии.

Электрические параметры антенны определяются тремя основными составляющими: периодом структуры t, углом раствора а и длиной антенны L.

Параметры антенны рассчитываются так, чтобы внутри каждого интервала частот элементов антенны (например, f7 — f6) характеристики антенны менялись незначительно.

Первый параметр t характеризует частотную периодичность антенны, при которой каждый вибратор имеет свою резонансную частоту. На самой низкой частоте, в зависимости от выбранного канала, рабочего диапазона f1 = fmin резонирует первый вибратор 1 с длиной плеча l1, на следующей, более высокой, частоте f2 резонирует вибратор 2 с длиной плеча l2 = l1 • t и т. д.

Незначительное изменение характеристик антенны при расчете параметров должно быть во всем рабочем диапазоне частот, поэтому антенна, построенная по рассматриваемому принципу, и носит название логарифмически-периодической, или логопериодической.

Длина антенны L рассчитывается по формуле: L = (l1 — 51.jpg


т. е.зависит от угла и принимаемого диапазона

частот, который определяется, в свою очередь, размерами граничных элементов антенны l1 и l9. Здесь необходимо заметить, что количество элементов в антенне не ограничивается девятью элементами и может составлять от шести до двадцати двух.

Логопериодическая антенна может быть изготовлена для приема телепередач во всех диапазонах частот.

Расстояние между двумя соседними вибраторами можно определить также по формуле: а6= l6(1—t)ctg(а/2). При изготовлении антенны для приема телепередач на первых 12 каналах рекомендуется принять в расчетных формулах t = 0,84; а = 60°; L = 2285 мм; число вибраторов равно 13. Для антенны, предназначенной для приема первых 3 каналов, необходимо взять шесть вибраторов, тогда L = 1515 мм.

Антенну, работающую на первых каналах телевидения в метровом диапазоне волн, рекомендуется изготавливать из трубок с тонкими стенками диаметром 20 мм. Антенну для 6—12-го каналов можно сделать из дюралевых или латунных трубок диаметром 15 мм, а антенну для приема сигналов ДМВ — из трубок диаметром 8 мм, с толщиной стенки до 1 мм.

Второй вариант логопериодической антенны приведен на рис. 5.2, где проводники распределительной линии расположены в вертикальной плоскости, а вибраторы — в горизонтальной плоскости в два ряда. Все вибраторы поочередно направлены в разные стороны. Коаксиальный кабель снижения проложен внутри нижней трубки без верхней полиэтиленовой оболочки. Экран коаксиального кабеля припаян в точках б и г, а центральная жила кабеля припаивается в точке а.

Проводники распределительной линии, как правило, скрепляются между собой крепежными изоляторами в двух точках. Концы трубок распределительной линии в точках виг должны быть накоротко замкнуты металлической перемычкой. К вертикальной штанге логопериодическая антенна прикрепляется с помощью крепежных деталей, расположенных в центре тяжести собранной антенны.

Телевизионная антенна дециметрового диапазона для приема телепрограмм с 21-го по 40-й канал, которая по принятой классификации относится к антеннам типа «волновой канал», показана на рис. 5.3.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ............. 2,8—4 (9,2...12 дБ)

КБВ, не менее ................... 0,55—0,85

КЗД, не менее ................... 14—24 .

входное сопротивление активного

петлевого вибратора ............. 292 Ом

волновое сопротивление фидера ..... 75 Ом

рабочая частота .................. 470—622 МГц

неравномерность коэффициента

усиления ...................... 0,8

кпд, не менее .................... 0,96

количество принимаемых программ

без перестройки ................ 20

внешние нагрузки в местностях

с климатом .................... УХЛ, ХЛ, В

диаграмма направленности односторонняя

в горизонтальной плоскости ....... узкая, объемная

ширина главного лепестка диаграммы

направленности в горизонтальной

плоскости ...................... 32—46

Как следует из рисунка, антенна имеет одиннадцать директоров, петлевой вибратор 3, рефлектор, состоящий

из трех элементов 1 и 2, и несущую стрелу 4, которая изготавливается из металлической трубки диаметром 20— 22 мм.

Для изготовления активного 3 и пассивного вибраторов (директоров) используется дюралюминиевая трубка диаметром не менее 8 мм. Рефлектор можно выполнить из алюминиевой полоски толщиной 5 мм, но можно применить и меньшую толщину — до 2,5 мм. Ширина пассивных элементов рефлектора равна 16—20 мм. Средний элемент рефлектора крепится непосредственно к несущей стреле с помощью специальных шайб и крепежных деталей, а два других элемента рефлектора 1 — с помощью металлической стойки, которая также жестко прикреплена к стреле. Расстояние между этими элементами равно 49 мм при проекции на горизонтальную плоскость.

Петлевой вибратор выполнен из дюралюминиевой трубки диаметром 8—12 мм с толщиной стенки не менее 1 мм. Рекомендуется изготавливать петлевой вибратор из дюралюминиевой полоски толщиной 2.5 мм и шириной до 50 мм. Он может иметь фигурную конструкцию, удобную для крепления и, самое главное, обеспечивающую хорошее согласование во всем диапазоне частот принимаемых телепередач. Размеры основных элементов антенны — пассивных и активных — приведены в табл. 5.1. Длина четвертого элемента антенны рассчитывается, исходя из об-

52.jpg

щего количества вибраторов, и в данном случае равна 1400—1450 мм.

Наилучшие результаты дает подключение коаксиального кабеля снижения к петлевому вибратору через УСС типа «проволочный трансформатор». Изготавливается это УСС на двух ферритовых кольцевых сердечниках марки 100ВЧ размерами 8,4 х 3,5 х 2 мм. на которые виток к витку вплотную наматываются обмотки в два провода марки ПЭЛШО диаметром 0,23 мм. УСС должно обеспечивать КБВ, равный 0.75, в широкой полосе частот (от 470 до 622 МГц) со стороны подключения коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.

В данной антенне можно применить другое УСС, изготовленное без ферритовых сердечников,— эквивалент кабельной петли, выполненной из отрезка спиральной полосовой линии, которая наматывается на ферритовый или

53.jpg

стальной стержень из электротехнической стали марки 3311, 3312, 3313. Спираль изготавливается из медной или латунной ленты толщиной до 0,1 мм, шириной до 1 мм, имеет 5,25 витка и укладывается в пазы, сделанные в диэлектрике, выполненном в виде трубки, которая устанавливается на этот стержень. Намотка спирали на стержень показана на рис. 5.4.

Эту антенну можно устанавливать на одной штанге с антенной MB, но расстояние между ними должно быть не менее 1,0—1,2 м.

01.jpg

02.jpg

03.jpg

Рис. 5.1. Схема плоской вибраторной логопериодической антенны

Изображение: 

Рис. 5.2. Логопериодическая антенна для приема ДМВ с вертикальным расположением распределительной линии

Изображение: 

Рис. 5.3. Антенна для приема телепередач в диапазоне ДМВ

Изображение: 

Рис. 5.4. УСС из отрезков спиральной полосовой линии

Изображение: 

Таблица 5.1 Конструктивные размеры телевизионной антенны дециметрового диапазона

Изображение: 

Ф.1 Длина антенны L рассчитывается по формуле

Изображение: 

6. Самодельные антенные усилители и конвертеры.

Самодельные антенные усилители и конвертеры .

6.1. Общие сведения

6.1. Общие сведения

Очень часто радиолюбители, изготовившие ТА по рисункам, которые приведены в справочнике, не могут получить качественное изображение на экране телевизора, несмотря на то что антенна выполнена в полном соответствии с данными рекомендациями. Причины этого кроются в следующем: антенна установлена в таком месте, где очень маленькая напряженность электромагнитного поля и действует очень слабый ТВ-сигнал; используемый телевизионный приемник не обладает необходимым коэффициентом усиления; примененный тип антенны имеет слишком узкую диаграмму направленности и не соответствует реальным условиям приема телепередач в данной местности.

В настоящее время, несмотря на существенное увеличение количества передаваемых телепрограмм, основные передачи осуществляются в диапазоне метровых волн на первых 12 каналах, а это обеспечивает постоянный интерес телезрителей к их приему. Здесь необходимо напомнить, что прием частот в диапазоне 1—12-го телеканалов связан с трудностями из-за того, что между 5-м и 6-м каналами существует разрыв.

В сельской местности, на садовых участках можно значительно улучшить прием телепередач с помощью достаточно простых самодельных или покупных усилителей различных конструкций.

Как отмечалось ранее, пригодность промышленного телевизора для качественного приема метровых волн определяется в основном его чувствительностью и устойчивостью синхронизации изображения при приеме слабого ТВ-сигнала. Надо признать, что старые марки телевизоров, ранее выпускаемые промышленностью, имеют срав

нительно низкую чувствительность по каналам изображения и звука, не превышающую 200 мкВ.

Рассматриваемые в настоящей главе антенные усилители предназначены для улучшения чувствительности телевизионных приемников, принимающих передачи в метровом диапазоне электромагнитных волн.

В гл. 1 справочника приведены основные параметры телеантенн, определяющие их свойства и позволяющие сделать выбор антенны для конкретных условий эксплуатации. При рассмотрении технических характеристик антенных усилителей необходимо в первую очередь обратить внимание на КНД, который принято обозначать буквой D. КНД — параметр, показывающий, во сколько раз мощность, которую может отдать в нагрузку согласованная антенна при приеме со стороны максимума главного лепестка диаграммы направленности, больше мощности, которую может отдать в нагрузку согласованная эталонная антенна. В данном определении за эталонную антенну принимаются простейшие полностью ненаправленный излучатель или полуволновой вибратор.

КНД полностью ненаправленного (изотропного) излучателя в 1,64 раза (или на 2,15 дб) больше КНД относительно полуволнового вибратора. Например, если выбранная радиолюбителем антенна имеет КНД относительно изотропного излучателя равным 5, то КНД той же антенны относительно полуволнового вибратора составляет 5/1,64, то есть 3,05.

КНД характеризует предельно возможный выигрыш по мощности, который может дать антенна благодаря своим направленным свойствам с учетом возможных потерь.

Реальный выигрыш антенны по мощности определяется коэффициентом усиления Кр по мощности. Для ТА, применяющихся на садовых участках, этот коэффициент лежит в пределах от 0,3 до 0,5 х D. Второй важный коэффициент усиления по напряжению определяется по формуле: Кн = Кр^0.5.

Если выбранная для изготовления антенна имеет недостаточный коэффициент усиления, то применение усилительного устройства позволит использовать ее и получить устойчивое и качественное изображение.

6.2. Узкополосный антенный усилитель на двух транзисторах

6.2. Узкополосный антенный усилитель на двух транзисторах

Рассматриваемый антенный усилитель разработан для применения в условиях сельской местности и предназначен

для улучшения чувствительности телевизионных приемников, принимающих телепередачи в метровом диапазоне волн. Он обеспечивает наилучшие результаты в тех случаях, когда телевизионный приемник не обладает необходимым запасом коэффициента усиления для устойчивого приема телепередач на границе зоны уверенного приема или в зоне полутени. Усилитель целесообразно использовать для улучшения чувствительности, ограниченной усилением, при приеме передач на телевизоры старых марок, которые эксплуатируются длительное время. Усилитель рассчитан на индивидуальный прием, то есть когда не используются приемные коллективные антенны.

Он одинаково хорошо работает как с узкополосными и остронаправленными антеннами, так и с антенными системами, имеющими большой коэффициент усиления, которые устанавливаются за зоной уверенного приема на расстоянии свыше 100 км от ТЦ или активного ретранслятора на равнинной местности. При этом обязательным условием, обеспечивающим уверенный прием телепередач, является размещение усилителя на стреле ТА, чтобы максимально уменьшить потери полезного сигнала в коаксиальном кабеле снижения, а также улучшить очень важное соотношение сигнал/шум на входе телевизионного приемника.

При установке усилителя на мачте ТА необходимо выполнить полную герметизацию входа и выхода коаксиальных кабелей, соединяющих активный вибратор ТА с телевизионным приемником.Усилитель должен изготавливаться во всеклиматическом исполнении для эксплуатации при повышенной и пониженной температурах от + 40 до — 40 °С, относительной влажности воздуха до 95 % при температуре 20 °С без конденсации влаги, а также при пониженном и повышенном атмосферном давлении от 200 мм рт. ст. (26,7 кПа) до 900 мм рт. ст. (120 кПа).

Усилитель характеризуется высокими технико-эксплуатационными характеристиками, простотой схемного решения и несложной конструкцией.

Основные параметры, технические характеристики и условия эксплуатации:

полоса усиливаемых:

первого поддиапазона .................. 48,5—100 МГц

второго поддиапазона ................. 174—230 МГц

номера принимаемых каналов:

первого поддиапазона .................. 1—5-й

второго поддиапазона .................. 6—12-й

коэффициент усиления усилителя .......... 22—24 дБ

ширина полосы пропускания частот ........ 8 МГц

неравномерность АЧХ.................... 3 дБ

входное сопротивление ................... 75 Ом

выходное сопротивление .................. 75 Ом

напряжение питания усилителя постоянным

током ................................ + 12 В

частота среза:

первого поддиапазона .................. 48,5 МГц

второго поддиапазона .................. 160 МГц

максимальный коэффициент шума входного высокочастотного транзистора на частоте

400 МГц.............................. 4,5 дБ

максимальный коэффициент усиления

сигнала первого каскада ................ 15 дБ

максимальный ток, потребляемый усилителем в рабочем режиме эксплуатации .... 10 мА

максимальный уровень пульсации напряжения питания усилителя, не более. . . 10 мВ кпд, не менее .......................... 95 %

масса усилителя без коаксиальных кабелей.. 105 г габаритные размеры усилителя (ширина, длина и высота)....................... 51 х 81 х 21 мм

максимальная длина кабеля снижения. ..... 20 м

максимальная длина отрезка коаксиального кабеля, соединяющего усилитель с активным вибратором ТА .............. 0,8—1 м

Условия эксплуатации:

температура окружающей среды:

повышенная......................... 40 °С

пониженная ......................... - 45 °С

относительная влажность воздуха при температуре 20С без конденсации влаги, не более ...................... 98 %

атмосферное давление:

повышенное ......................... 120 (900) кПа

(мм рт. ст.) пониженное ......................... 26,7 (200) кПа

(мм рт. ст.)

ветровые нагрузки:

максимальное ветровое давление,

не более ........................... 5 кг/см

максимальная скорость ветра .......... 25 м/с

синусоидальные вибрационные нагрузки с ускорением, не более. ............... 49,05 (5) м/с^2 (д)

одиночные ударные нагрузки:

с ускорением, не более ............... 98,1 (10) м/с^2 (д)

при длительности ударов, не менее ..... 5 м/с

Принципиальная электрическая схема узкополосного антенного усилителя приведена на рис. 6.1. Усилитель собран на двух транзисторах, которые образуют два каскада усиления сигнала. Первый транзистор VTI включен по схеме с общим эмиттером, а транзистор VT2 включен

6-21.jpg

по схеме с общей базой, что обеспечивает максимальное снижение коэффициента шума всего усилителя. Схема усилителя позволяет производить плавную перестройку АЧХ на один из телеканалов. Плавную перестройку усилителя осуществляют с помощью регулировочного конденсатора С8, установленного во втором каскаде усиления и имеющего номинальную емкость до 20 пФ. Это основное отличие рассматриваемого усилителя от многих промышленных конструкций, где подстройку частоты можно осуществлять в пределах + 3 ... - 3 МГц.

АЧХ первого каскада усиления рассчитана на широкий диапазон рабочих частот, которые разделены на два под-диапазона: 48,5—100 МГц и 174—230 МГц, что соответствует 1—5-му и 5—12-му каналам. Перестройка частоты осуществляется в узком диапазоне, ширина которого не превышает 8 МГц.

На входе усилителя собран индуктивно-емкостный контур, состоящий из двух катушек индуктивности LI и L2, а также конденсаторов С1 и С2. Этот контур является фильтром верхних частот с частотой среза первого под-диапазона, равного 49,5 МГц, и с частотой среза 160 МГц второго поддиапазона.

Важное место в установке режимов работы транзистора VT1 играют резисторы R1 и R2, с помощью которых выставляют напряжение на его коллекторе, равное 5 В, при токе коллектора 5 мА. Выбранный режим работы транзистора VT1 типа КТ371А обеспечивает минимальный коэффициент шума, не превышающий. 4,5дБ на частоте

400 МГц. Заметим, что с повышением частоты собственный шум транзистора уменьшается.

Постоянный конденсатор С4, включенный в цепь базы первого транзистора вместе с его собственной емкостью, ограничивает усиление первого каскада на высшей частоте выбранного поддиапазона частот. При этом обеспечивается коэффициент усиления до 15 на всех каналах.

Индуктивность 1.3 и конденсаторы С5 и С6 образуют контур, выполняющий функции входного фильтра верхних частот второго каскада усиления, и обеспечивают подавление сигналов нижних частот.

На элементах 1.4, С8 и транзисторе VT2 собран резонансный усилитель, параметры которого определяют суженную АЧХ второго каскада, а их изменение в заданных пределах обеспечивает возможность перестройки АЧХ в выбранном диапазоне частот. Маломощный транзистор р—п—p-структуры относительно к группе сверхвысокочастотных транзисторов имеет небольшую проходную емкость, что обеспечивает устойчивую работу в схеме с общей базой. Расчетные значения сопротивлений резисторов R3R5 позволяют получить на коллекторе транзистора VT2 напряжение постоянного тока 10 В и ток эмиттера 1мА. Выбранный транзистор должен иметь коэффициент собственного шума не более 3,5—4 дБ.

Коэффициент усиления второго каскада усилителя лежит в пределах от 12 до 14 дБ при полосе пропускания 8 МГц. Коэффициент усиления первого и второго каскадов усиления в первом поддиапазоне частот с 1-го по 5-й канал составляет 15—17 дБ и зависит от неравномерности АЧХ.

После сборки и монтажа конструкции усилителя необходимо проверить режимы работы транзисторов VT1 и VT2. На коллекторе транзистора VT1 должно действовать постоянное напряжение 5 В, на базе транзистора VT2 — напряжение 10 В. Максимальное отклонение значений основных параметров усилителя и функциональных узлов не превышает 10 %.

Точное изготовление конструкции антенного усилителя, соблюдение технологии, применение заведомо исправных комплектующих ЭРЭ, правильная сборка обеспечивают коэффициент усиления в пределах от 22 до 25 дБ при полосе пропускания частот 8 МГц.

Большое влияние на стабильность работы усилителя оказывает правильный подбор и входной контроль транзисторов VTI и VT2. При монтаже и регулировке усилителя номинальные значения сопротивлений резисторов и емкостей конденсаторов должны находиться в пределах + 5 ... - 5 %.

Электропитание усилителя осуществляется от СИП постоянного тока напряжением + 12 В, принципиальная электрическая схема которого показана на рис. 6.2. Усилитель может работать и от другого источника, если последний обеспечивает указанные ниже основные электрические параметры и технические характеристики. К таким источникам постоянного напряжения относятся также и ХИТ — аккумуляторные батареи средней емкости, например 10НКГ-10Д.

Источник питания усилителя является самостоятельной сборочной единицей, конструкция, масса и габаритные размеры которого зависят от примененных комплектующих ЭРЭ, и в первую очередь от выбранного сетевого трансформатора.

В некоторых случаях опытные мастера-радиолюбители могут воспользоваться рекомендациями, приведенными в технической литературе [3 и 5], где в качестве источника питания с выходным напряжением постоянного тока + 12 В используется вывод, предусмотренный в конструкции селектора ТВ-сигналов типа СКД или СКД-1. Здесь напряжение питания + 12 В подается на усилитель по специальному кабелю и БП, имеющий соответствующие параметры.

Блок питания лучше изготовить как готовое изделие, которое можно широко использовать в радиолюбительской

6-22.jpg

практике для питания различной РЭА и приборов. В этом случае конструкцию БП рекомендуется изготавливать по эскизной конструкторской документации, выполненной в соответствии с требованиями государственных стандартов ЕСКД.

В соответствии с принципиальной электрической схемой (рис.6.2) БП состоит из следующих функциональных элементов: входных и выходных электрических цепей, сетевого понижающего трансформатора питания Т1, нерегулируемого выпрямительного устройства, предохранительного устройства и стабилизатора напряжения.

СИП с выходным напряжением + 12 В непрерывного действия, регулируемым в пределах + 10 ... - 10 %, предназначен для электропитания усилителя метровых волн, а также для применения и качестве самостоятельного изделия, изготовленного в виде законченной конструктивно-сборочной единицы или как функциональный узел, встроенный в общую конструкцию РЭА или в самодельные измерительные приборы.

Рассматриваемый источник питания характеризуется простотой схемно-технического решения и конструктивно-технологического исполнения, малым количеством примененных комплектующих ЭРЭ и достаточно высокими параметрами и эксплуатационными характеристиками, что делает его доступным для начинающих радиолюбителей и юных техников, несложным для повторения в производствах малых предприятий и весьма перспективным для широкого применения в домашнем хозяйстве. БП может быть использован для электропитания изготавливаемой отечественной промышленностью радиоприемной и звуковоспроизводящей электронной аппаратуры и приборов.

Источник питания в виде встроенного функционального узла может быть дополнительно использован для электропитания бытовых электронных изделий, изготавливаемых в радиолюбительских мастерских и в кружках юных техников. К числу таких изделий относятся кодовые электронные замки, устройства охраны и сигнализации, музыкальные звонки, устройства терморегулирования, термостаты и многие другие.

СИП в авторском варианте изготовлен в пластмассовом корпусе с внутренним металлическим экраном от настольной ЭКВМ. СИП может быть выполнен в прямоугольном корпусе, конструкция которого определяется при эскизном проектировании. ЭРЭ, за исключением сетевого понижающего трансформатора питания, монтируются на печатной плате, изготавливаемой из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм.

Основные параметры, технические характеристики и условия эксплуатации:

номинальное напряжение питающей сети переменного тока....................... 220 В

номинальное напряжение постоянного тока для питания усилителя .................. + 12 В

номинальная частота питающей сети переменного тока....................... 50 Гц

пределы изменения напряжения питающей сети переменного тока, при которых сохраняется устойчивая работа СИП ...... 187—242 В

пределы изменения частоты питающей сети переменного тока, не более .......... 1 %

выходное напряжение:

стабилизированное постоянного тока ...... + 12 В

нестабилизированное переменного тока .... 0,3 В

на выходе выпрямителя ................ + 12 ... + 14 И

коэффициент нелинейных искажений

питающей сети переменного тока, не более . 12 % ток нагрузки:

номинальный ......................... 0,8 А

максимальный ........................ 1,2 А

максимальный в импульсе .............. 0,7 А

максимальная мощность СИП при полной внешней нагрузке ...................... 26 Вт

мощность, потребляемая СИП от сети переменного тока в режиме холостого хода, не более.............................. 0,022 мВт

коэффициент стабилизации выходного напряжения постоянного тока, не менее .... 250

амплитуда пульсации выходного стабилизированного напряжения, не более .......... 12 мВ

переменная составляющая напряжения на выходе, не более .................... 0,18 Вэфф

Изменение напряжения на выходе СИП при изменении напряжения сети переменного тока от 187 до 242 В, не более ...... 0,6 В

помехозащищенность СИП при напряженности внешнего электромагнитного поля, не менее. ............................. 120 дБ

кпд, не менее .......................... 83 %

Условия эксплуатации СИП:

температура окружающей среды:

повышенная ......................... 35 °С

пониженная ......................... 5 °С

максимальная температура перегрева обмоток сетевого трансформатора ....... 55 °С

относительная влажность воздуха при температуре + 20 °С без конденсации влаги, не более. ................ 85 %

атмосферное давление:

повышенное ......................... 120 (900) кПа

(мм рт. ст.) пониженное ......................... 26,7 (200) кПа

(мм рт. ст.) климатическое исполнение .............. УХЛ

На выходе СИП установлен сетевой фильтр, собранный на конденсаторах С1 и С2, защищающий устройство от электромагнитных помех, которые проникают в сеть электропитания переменного тока, два основных предохранителя FU1 и FU2. а также предохранитель FU3 и случае подключения устройства к сети переменного тока напряжением 127 В. На входе СИП собрано устройство ограничения тока включения (броска тока). Индикаторная лампа HL1 тлеющего разряда загорается сразу же после включения электрического соединителя X1 в розетку сети.

Для устранения явления резкого нарастания напряжения на транзисторах, которое наблюдается всякий раз при включении СИП с помощью переключателя S1, когда режимы выходных каскадов еще полностью не установились, используется мощный постоянный резистор R1, который работает только в момент включения, гася напряжение, поступающее на первичную обмотку сетевого понижающего трансформатора. Выключается этот резистор из работы с некоторой задержкой времени после срабатывания электромагнитного реле К1 и замыкания его контактов К.1.1. Для того чтобы исключить повышение напряжения на транзисторах при изменении напряжения сети, которое в загородной местности может превышать максимально допустимые значения, стабилизатор напряжения используется одновременно как транзисторный фильтр.

Выпрямительное устройство СИП состоит из понижающего сетевого трансформатора питания Т1, полупроводникового нерегулируемого выпрямителя и емкостного фильтра.

Важное место в рассматриваемом источнике питания занимает сетевой понижающий трансформатор питания Т1, который изготавливается на броневом шихтованном магнитопроводе с площадью поперечного сечения стали не менее 4,5 см^2. Трансформатор имеет одну катушку с тремя обмотками, изолированными друг от друга лакотканью и пропитанными лаками. Первичная обмотка трансформатора рассчитана на подключение к сети переменного тока напряжением 220 В к выводам 1 и 3 и напряжением 127 В к выводам 2 и 3. На вторичной обмотке трансформатора в режиме холостого хода действует напряжение 17,3 и 6,3 В. В СИП можно использовать покупной трансформатор серии ТС, ТА, Т или ТПП. Например, можно использовать трансформаторы следующих типоразмеров: ТА88-127/220-50. ТН8-127/220-50, ТАН15-127/220-50. ТПП265-127/220-50, ТС-20-5 или стержневой трансформатор типа ТС-40-5. Моточные данные самодельного сетевого понижающего трансформатора питания Т1 приведены и табл. 6.1. Для изготовления трансформатора можно использовать магнитопровод витой ленточный типа ШЛ 16 х 25.

Выпрямитель собран по однофазной двухполупериодной мостовой схеме на выпрямительных диодах VD1 VD4. Такой выпрямитель характеризуется хорошим использованием габаритной мощности трансформатора, повышенной частотой пульсации на выходе выпрямителя. низким обратным напряжением на комплекте полупроводниковых выпрямительных диодов, повышенным падением напряжения на диодах, невозможностью установки однотипных диодов на одном радиаторе без изоляционных прокладок. Сглаживающий фильтр, установленный между выпрямителем и стабилизатором напряжения, уменьшает пульсации выпрямленного напряжения постоянного тока.

Компенсационный стабилизатор напряжения является электронным устройством непрерывного действия с автоматическим регулированием, которое с заданной точностью поддерживает напряжение на нагрузке независимо от изменения входного напряжения и тока нагрузки. В стабилизаторе напряжения транзисторы VT1 и VT2 выполняют роль регулирующего элемента, а управляющим элементом является биполярный транзистор VT3, опорное напряжение которого осуществляется стабилитроном VD6. Регулирование напряжения в стабилизаторе осуществляется следующим образом. При возрастании напряжения на выходе СИП растет ток базы транзистора VT3, в результате чего увеличивается падение напряжения на резисторах R3 и R4, одновременно уменьшается ток базы составного транзистора VT1, VT2 и увеличивается сопротивление перехода между эмиттером и коллектором транзитора VT1, а также увеличивается напряжение на этом участке. В результате выходное напряжение уменьшается.

Величину значения выходного напряжения можно регулировать подстроечным резистором R8. Конденсатор С6 является составной частью емкостного фильтра, сглаживающего пульсации постоянного тока.

Конструкция и размеры. Самодельный корпус усилителя метровых волн изготавливается из заготовок фольгированного диэлектрика или из размерных полосок немагнитного материала (меди, бронзы, латуни и других сплавов на основе меди), толщина которых должна быть не менее 0,5 мм. Полоски и детали конструкции выреза-

6-23.jpg

ются по размерам так, чтобы ширина, длина и высота корпуса усилителя составляли габаритные размеры, указанные на рис. 6.3. Все детали конструкции пропаиваются сплошными швами припоем ПОС-61, обеспечивая полную герметичность конструкции.

Комплектующие ЭРЭ, установочные детали и ЭРИ размещаются на печатной плате, изготавливаемой из одностороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Габаритные размеры печатной платы выполняются по внутренним размерам корпуса так, чтобы зазор между боковыми стенками и печатной платой был не более 0,2 мм. Транзисторы VT1 и VT2 усилителя устанавливаются в гнезда, высверленные в плате по диаметру корпуса этих транзисторов.

В боковых стенках корпуса усилителя изготавливаются три отверстия: два для ввода коаксиального кабеля и один для кабеля питания.

В тех случаях, когда усилитель устанавливается на стреле ТА рядом с активным вибратором или на штанге антенны, один отрезок коаксиального кабеля небольшой длины припаивается внутренней жилой к началу катушки индуктивности L1 и к конденсатору С1, а оплетка кабеля, как показано на рис. 6.1, заземляется (припаивается к корпусу усилителя). Из боковой стенки корпуса выводится коаксиальный кабель снижения антенны, внутренняя жила которого припаивается к отводу катушки индуктивности L4. На втором конце кабеля снижения устанавливается унифицированный соединитель, подключаемый к телевизионному приемнику.

6-24.jpg

Конструкция корпуса источника питания определяется мастером-радиолюбителем при эскизном проектировании и теми условиями эксплуатации, в которых прибор будет работать.

При изготовлении усилителя и источника питания применяются самодельные элементы, которые необходимо выполнить в радиолюбительской лаборатории. К таким ЭРИ относятся катушки индуктивности L1—L4, работающие в схеме усилителя, и понижающий трансформатор питания Т1.

Катушки индуктивности 0,5—0,7 мм. Катушку индуктивности L1 изготавливают на деревянном шаблоне, наружный диаметр которого равен 8 мм. Диаметр намоточного провода выбирается равным 0,7 мм. Всего должно быть намотано 5 витков с шагом 3 мм для усилителя, рассчитанного на 1—5-й каналы, или 3 витка с таким же шагом для 6—12-го каналов.

Катушка индуктивности L2 без сердечника наматывается на этом же деревянном шаблоне с наружным диаметром 8 мм. Для 1—5-го каналов катушка индуктивности L2 имеет 3 нитка с шагом 3 мм, а для 6—12-го каналов необходимо намотать 3 витка. Диаметр обмоточного провода в обоих случаях выбирается равным 0,7 мм.

Катушка индуктивности L3 должна иметь внутренний диаметр, равный 3 мм, она не имеет сердечника, наматывается также из посеребренного провода диаметром 0,5 мм. В усилитель, рассчитанный на работу во всем диапазоне метровых волн, с 1-го по 12-й канал включительно, ставится одна и та же катушка индуктивности, число витков которой равно 5 с шагом 1,5 мм.

Катушка индуктивности L4 наматывается на шаблоне с наружным диаметром 5 мм посеребренным проводом диаметром 0,5 мм, она тоже не имеет сердечника. Для первого поддиапазона частот с 1-го по 5-й канал включительно необходимо намотать 12 витков с шагом 5 мм и сделать отвод от второго витка, считая от заземленного конца. Для второго поддиапазона частот с 6-го по 12-й канал включительно необходимо намотать 7 витков с шагом 5 мм.

При изготовлении трансформатора необходимо особое внимание уделить межвитковой и межслойной изоляции, обеспечивающей расчетные значения сопротивления изоляции обмоток между собой и обмоток и металлических частей. Следует заметить, что сетевой трансформатор кроме основной функции трансформировать высокое напряжение сети переменного тока 220 В в расчетное напряжение на вторичной обмотке выполняет функцию гальванической развязки первичной питающей сети и вторичных цепей нагрузки и обеспечивает дополнительную электробезопасность при эксплуатации стабилизатора напряжения в различных условиях.

При изготовлении СИП применены следующие комплектующие ЭРЭ и ЭРИ: сетевой понижающий трансформатор питания Т1 типа Ш броневой конструкции; транзисторы VT1 типа КТ315Г, VT2 — КТ603В, VT3 — КТ315Г; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа Д226; стабилитроны VD5 типа Д814А, VD6 — Д814А: конденсаторы С1 типа МБМ-11-750В-0 22 мкФ С2 — МБМ-11-750В-0.22 мкФ, СЗ — К50-3-25В-400 мкФ С4 — ЭТО-7-0,05 мкФ, С5 — К50-3-16В-20 мкФ, С6 — К50-3-16В-500 мкФ: резисторы R1 типа ПЭВ-7,5-200 Ом, R2 — ВСа-2-300 к0м, R3 — ВСа-0,25-560 Ом, R4 — ВСа-0,25-5,6 кОм R5 — ВСа-0,25-560 Ом, R6 — ВСа-0,25,-5,6 к0м, R7 , — ВСа-0,5-820 Ом

R8 — СПЗ-4Ма-470 Ом. R9 — ВСа-0,5-220 Ом, R10 — ВСа-2-4,7 кОм; предохранители FU1, FU2. FU3 типа ПМ1-1-2 А;

электрические соединители X1 типа «вилка» с электрическим кабелем и двойной изоляции, Х2 и X3, типа КМЗ-1: индикаторные лампы Н1.1 типа MH-6.3B-0.22A, HL2—ТН-0,3-1; электромагнитное реле постоянного тока К1 типа РЭС-32 (паспорт РП4.500.341).

При изготовлении усилителя метровых волн использованы следующие комплектующие ЭРЭ и ЭРИ: транзисторы VT1 типа КТ371А. VT2 — ГТ346Л; конденсаторы С1 типа КД-1-100В-М75-18 пФ (для усилителя, рассчитанного на работу с 1-го по 5-й канал) и С1 — Кд-1-100В-М75-6.8 пФ (для каналов с 6-го по 12-й), С2 — КД-1-100В-М75-24 пФ (для 1—5-го каналов) и С2 — КД-1-100В-М75-8,2пФ(для 6—12-го каналов), СЗ — КМ-5-100В-М75-47 пф(для каналов с 1-го по 5-й) и СЗ — КМ-5-100В-ПЗЗ-24 пФ (для 6—12-го каналов), С4 — КД-1-100В-М75-24 пФ (для каналов с 1-го по 5-й) и С4 — КД-1-100В-10 пФ (для 6—12-го каналов), С5 — КД-1-160В-Н70-680 пФ, С6 — КД-1-160В-680 пФ, С7 — КД-1-160В-Н70-100 пФ, С8 — КТ4-23-200В-(2,2 ... 15) пФ, С9 — КМ-5-50В-Н90-0.01 мкФ, С10 — К10-51-350В-Н30-2200 пФ: резисторы R1 типа ВСа-0,125-1,2 кОм, R2 — ВСа-0,125-130 кОм, R3 — ВСа-0,125-2,2 кОм, R4 — ВСа-0,125-1,5 кОм, R5 — ВСа-0,125-10 кОм; электрические соединители X1 типа САТ-Г (при прямом входе коаксиального кабеля от антенны может не устанавливаться), Х2 — КМЗ-1, ХЗ — САТ-Г.

При монтаже, регулировке и ремонте СИП и усилителя метровых волн могут быть применены другие аналогичные комплектующие ЭРЭ, имеющиеся в наличии у радиолюбителя и не ухудшающие их основные электрические параметры и эксплуатационные характеристики. Например, в СИП сетевой трансформатор питания Т1 самодельной конструкции может быть заменен на трансформатор типа ШЛ унифицированной конструкции; конденсаторы типа К50-3 можно заменить на конденсаторы типов К50-6, К50-12, К50-16, К.50-20, конденсатор типа ЭТО-7 — на конденсаторы типов К.10-7В, КМ-6, КЛГ-6, КЛС; резисторы типа ВСа — на резисторы типов МЛТ, ОМЛТ, УЛИ, МТ, C1-4, C2-6, МОП; стабилитроны типа Д814А — на стабилитроны типа Д818А, а также можно применить любые установочные ЭРИ.

В усилителе метровых волн вместо транзистора КТ371А можно использовать транзисторы типов КТ367А, КТ382А, КТ382Б, КТ372А, КТ310А, КТ3115А, КТ3115Б, КТ3132А, транзистор типа ГТ346А можно заменить транзистором типа ГТ346Б; резисторы типа ВСа — на резисторы типа МЛТ.

Настройка и регулировка. Для настройки электронных блоков необходимо использовать прибор комплексного измерения типа авометр, позволяющий измерять последовательно все основные электрические параметры ПП-транзисторов, выпрямительных диодов, стабилитронов, конденсаторов и резисторов. Следует заметить, что в обязательном порядке перед установкой покупных комплектующих ЭРЭ и ЭРИ в монтажную плату их необходимо подвергнуть входному контролю с проверкой на соответствие основным параметрам и требованиям ТУ. Все элементы, входящие в схему, должны быть качественными и заведомо исправными.

Проверку работоспособности БП начинают с измерения напряжений, действующих на вторичных обмотках сетевого трансформатора Т1 и на выходе выпрямительного устройства и стабилизатора напряжения. В режиме холостого хода напряжение на выходе выпрямительного устройства должно быть в пределах 12—14 В, а на выходе стабилизатора — 12 В.

Для точной настройки усилителя метровых волн необходимо использовать осциллограф. Входной контур усилителя, собранный из элементов L1, C1, L2, С2, настраивается на частоту среза первого поддиапазона частот (с1-го по 5-й канал) 48,5 МГц и на частоту 160 МГц — для второго поддиапазона частот (с 6-го по 12-й канал). Предварительная настройка усилителя начинается с проверки режимов работы транзисторов VT1 и VT2 по постоянному току. Необходимо обеспечить минимальное отклонение напряжений на выводах транзисторов, которое должно находиться в пределах 2—5 % от номинальных значений. На коллекторе транзистора VT1 должно действовать напряжение + 5 В, а на базе транзистора VT2 — напряжение + 10 В. Далее переменным конденсатором С8 настраивается усилитель на один из телеканалов метровых волн по максимальной контрастности и устойчивости изображения на экране телевизионного приемника. Изменяя шаг намотки индуктивных элементов L1—L4, добиваются более четкого изображения, подстраивая таким образом частоты среза фильтров нижних и верхних частот.

Окончательную настройку усилителя метровых волн рекомендуется производить после того, как будут установлены обе крышки с помощью отвертки, выполненной из диэлектрического материала.

Рис. 6.1 Принципиальная электрическая схема узкополосного антенного усилителя на двух трнзисторах

Изображение: 

Рис. 6.2 Принципиальная электрическая схема стабилизированного источника питания +12В

Изображение: 

Рис. 6.3 Общий вид и основные размеры конструкции корпуса антенного усилителя на двух транзисторах

Изображение: 

Таблица 6.1 Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания Т1 для стабилизированного источника питания +12В

Изображение: 

6.3. Антенный усилитель метровых волн

6.3. Антенный усилитель метровых волн

Данный антенный усилитель предназначен для высококачественного приема УКВ передающих телевизионных станций метрового диапазона. Усилитель может быть использован также для приема сигналов радиовещательных станций. Усилитель создан для работы в области частот первых 12 каналов от 45,0 до 320 МГц, при этом он значительно перекрывает всю занимаемую этими каналами полосу частот.

Антенный усилитель, предлагаемый для повторения, обладает хорошими эксплуатационными возможностями, достаточно прост в изготовлении и налаживании. Усилитель применяется в условиях низкого уровня ТВ-сигналои метровых волн на расстоянии до 100 км от передающего ТЦ или активного ретранслятора на садово-огородных участках, расположенных на равнинной местности. Усилитель обеспечивает достаточно устойчивый и надежный прием телепрограмм при низком уровне напряженности электромагнитного поля, который может быть не менее 10 мкВ/м.

Антенный усилитель рекомендуется изготавливать в исполнении УХЛ для эксплуатации в условиях воздействия температуры и влажности, не выходящих за пределы нормальных значений, которые определены ГОСТами.

Применение антенного усилителя оказывается наиболее целесообразным, когда телевизионный приемник не имеет запаса по коэффициенту усиления и чувствительности вследствие его длительной эксплуатации и в тех случаях, когда в месте приема телепередач нет ТЦ и ретрансляторов. Область применения усилителя может быть расширена за счет его подключения к ТА коллективного пользования, при подключении к одной приемной антенне нескольких телевизионных приемников. Усилитель одинаково хорошо работает как с антеннами типа «волновой канал», так и с узкополосными и остронаправленными антеннами и антенными системами, имеющими большой коэффициент усиления. При этом данный усилитель должен быть размещен на штанге или стреле антенны.

Размещение антенного усилителя на стреле ТА рядом с активным вибратором и соединение этих элементов антенны наиболее коротким коаксиальным кабелем позволяет улучшить соотношение сигнал/шум на входе телевизионного приемника.

Как следует из принципиальной электрической схемы

01.jpg

(рис. 6.4), усилитель не обеспечивает возможности перестройки АЧХ на один из телеканалов указанного выше диапазона частот и имеет лишь ограниченную подстройку частоты относительно средней частоты, на которую этот усилитель настроен в пределах + 2 ... -.2 МГц, что в значительной мере компенсирует температурный дрейф полосы пропускания усилителя. Основное преимущество рассматриваемого усилителя заключается в возможности использования любых телевизионных приемников, позволяющих производить перестройку АЧХ на различные каналы в метровом диапазоне, что позволяет получить высокий коэффициент усиления на требуемом канале при сравнительно несложном схемно-техническом решении.

Электропитание усилителя осуществляется от сети переменного тока напряжением 220 В частотой 50 Гц или от автономного источника питания, например от аккумуляторной батареи или другого ХИТ с выходным напряжением + 12 В. Анализируя принципиальную схему усилителя, можно выделить следующие функциональные узлы, которые оформляются в виде самостоятельных сборочных единиц: СИП и собственно усилитель. В свою очередь, СИП включает в свой состав входные и выходные цепи, индикатор, сетевой понижающий трансформатор питания, выпрямительное устройство и стабилизатор напряжения.

СИП включается в сеть переменного тока с помощью унифицированного электрического соединителя XI, а в работу — с помощью двухполюсного переключателя SBI. На выходе СИП устанавливаются плавкие предохранители FU1 и FU2, которые предназначены для защиты СИП от коротких замыканий и перегрузок, часто возникающих из-за ошибок при монтаже и использования непроверенных комплектующих ЭРЭ и ЭРИ. Плавкие предохранители FU1 и FU2 рассчитаны на максимальный ток срабатывания 0,5 А. Сигнальная неоновая лампа HLI загорается сразу же после подачи напряжения на СИП. На входе СИП установлены бумажные конденсаторы С1 и С2, обеспечивающие защиту усилителя В от электромагнитных помех, которые проникают в электрическую сеть переменного тока.

В блоке питания применен самодельный сетевой понижающий трансформатор питания Т1, который обеспечивает гальваническую развязку вторичных цепей СИП и нагрузки от высокого напряжения сети переменного

тока, необходимую электрическую безопасность работы с низким напряжением, действующим на вторичной обмотке сетевого трансформатора, а также расчетный уровень напряжения переменного тока, которое поступает на выпрямительное устройство и затем на стабилизатор напряжения.

Выпрямительное устройство с емкостным фильтром собрано на четырех выпрямительных диодах VD1-VD4 по однофазной двухполупериодной мостовой схеме, которая имеет значительные преимущества перед другими схемами выпрямления. В частности, мостовая схема обеспечивает на выходе повышенную частоту пульсации выпрямленного напряжения, хорошие технико-экономические показатели, пониженный уровень обратного напряжения на комплекте выпрямительных диодов, отличается простотой сборки и повышенной надежностью эксплуатации. Выпрямительные диоды VD1—VD4 устанавливаются на металлическую монтажную плату с применением диэлектрических прокладок.

Работает двухполупериодный выпрямитель на емкостный фильтр, собранный на электрическом конденсаторе СЗ.

Выпрямленное напряжение постоянного тока поступает на стабилизатор напряжения, выполненный на четырех транзисторах. Стабилизатор непрерывного действия собран по схеме с регулируемым выходным напряжением и последовательным включением нагрузки. Стабилизатор относится к числу компенсационных стабилизаторов, регулирующим элементом которого является составной транзистор VT1 и VT2, а управляющим — транзистор VT3. Отличительной особенностью ПП-стабилизатора является его работоспособность при пониженном входном напряжении и очень малое потребление энергии в режиме холостого хода. Этим объясняется возможность применения данного стабилизатора в схеме питания усилителя метровых волн, который может работать с автономным источником напряжения. Выходное напряжение СИП можно регулировать переменным резистором R5 в пределах от + 5 до + 12 В. Выбранная схема и примененные полевые транзисторы позволяют получить высокие технические характеристики: коэффициент стабилизации напряжения более 250, выходное сопротивление порядка 1 Ом при максимальном токе нагрузки до 100 мА, амплитуду пульсации, не превышающую 0,6 мВ. На полевом транзисторе с изолированным затвором обеденного типа с N-каналом

VT4 собран стабилизатор тока, играющий роль экономичного источника образцового напряжения.

Оптимальный ток нагрузки, ток, потребляемый усилителем, не превышает 30 мА при напряжении + 12 В. Минимально допустимое падение напряжения на регулирующем транзисторе VT2 равно 1,5 В. Максимальный рабочий нагрузочный ток при выбранной схеме не превышает 80 мА. но его можно увеличить, если заменить транзистор VT2 на более мощный, с радиатором большой теплоотдачи.

Усилитель метровых волн выполнен на ВЧ-траизисторах VT5—-VT8, собранных по схеме с общим эмиттером. Важной особенностью схемы усилителя является использование в качестве коллекторных нагрузок транзисторов VT6—VT8 катушек индуктивности L1—L3, что уменьшает завал АЧХ усилителя на высших частотах.

Важно отметить, что усилитель одинаково устойчиво работает как при номинальном напряжении электропитания + 12 В, так и при пониженном напряжении + 6 В. При этом коэффициент усиления во всем частотном диапазоне метровых волн не имеет заметного уменьшения. Однако если мастер-радиолюбитель выбрал для питания пониженное напряжение + 5 В постоянно, то необходимо в схеме установить стабилитрон КС147А вместо стабилитрона Д814А, применяющегося при питании напряжением + 12 В.

Максимальный ток, потребляемый в рабочем режиме, не превышает 30 мА, а при пониженном напряжении питания ток потребления снижается.

Основные параметры, технические характеристики и условия эксплуатации антенного усилителя метровых волн и СИП:

номинальное напряжение питающей сети переменного тока....................... 220 В

номинальная частота питающей сети переменного тока....................... 50 Гц

номинальное напряжение питания антенного усилителя ............................. + 12 В

пределы изменения напряжения питающей сети переменного тока .................. 187...242 В

пределы изменения частоты питающей сети переменного тока....................... 49...51 Гц

коэффициент нелинейных искажении питаю-шей сети переменного тока, не более ...... 123 %

пределы регулирования выходного стабилизированного напряжения постоянного тока. . . . 5...12 В

коэффициент стабилизации, не менее ....... 250

выходное сопротивление стабилизатора

напряжения ........................... 0,3...1,5 Ом

максимальный ток нагрузки. .............. 30 мА

максимальное падение напряжения на регулирующем транзисторе VT1. .......... 1,5 В

номинальное напряжение на клеммах аккумуляторной батареи ................. 12В

максимальная мощность СИП при максимальной нагрузке. ................. 15 Вт

мощность, потребляемая устройством от сети переменного тика в режиме холостого хода, не более ......................... 10 мВт

амплитуда пульсации выходного стабилизированного напряжения, не более. ......... 6 мВ

переменная составляющая напряжения на выходе стабилизатора напряжения, не более 0,1 Вэфф изменение напряжения на выходе стабилизатора при изменении напряжения сети переменного тока от 187 до 242 В, не более 0,5 В полоса усиливаемых частот ............... 48,5—350 МГц

принимаемые каналы .................... 1—12-й

коэффициент усиления по напряжению при входном сигнале 5 мкВ на частоте:

48,5 МГц ............................ 35 дБ

230 МГц ............................ 40 дБ

уровень собственных шумов на выходе усилительного устройства, не более. ....... 3.5 дБ

входное сопротивление усилителя. .......... 75 Ом

номинальное сопротивление нагрузки ....... 75 Ом

неравномерность АЧХ.................... 5 дБ

кпд СИП, не менее ..................... 0,9 %

максимальная длина кабеля снижения. ..... 30 м

Условия эксплуатации:

при работе усилительного устройства на открытом воздухе:

температура окружающей среды:

повышенная ......................... 45 °С

пониженная ......................... — 40 °С

относительная влажность воздуха при температуре 20 °С, не более ........... 92 %

при работе усилительного устройства в отапливаемом помещении:

температура окружающей среды:

повышенная......................... 30 °С

пониженная ......................... 5 °С

относительная влажность воздуха при температуре 20 °С, не более ........... 85 %

атмосферное давление:

повышенное ......................... 120 (900) кПа

(мм рт. ст.) пониженное ......................... 26,7 (200) кПа

(мм рт. ст.) ветровые нагрузки при скорости ветра до 25 м/с, не более .................. 5 кг/см^2

синусоидальные вибрационные нагрузки с ускорением, не более. ............... 98.1 (10) м/с^2 (д)

Конструкция и размеры. Антенный усилитель состоит из двух самостоятельных сборочных единиц, которые могут быть изготовлены с достаточной степенью точности по эскизной документации, разрабатываемой в соответствии с требованиями государственных стандартов ЕСКД. Соединяются обе сборочные единицы между собой и антенной с помощью отрезков коаксиального кабеля марки РК-75 и двухпроводной линии питания, если усилитель устанавливается на штанге антенны.

Источник питания изготавливается в виде БП с входными и выходными цепями. Электрорадиоэлементы СИП собираются на монтажной плате, которую располагают рядом с сетевым понижающим трансформатором питания. Габаритные размеры СИП зависят от типоразмера сетевого трансформатора питания и от общей компоновки ЭРЭ. Монтажную плату рекомендуется выполнить из двухстороннего стеклотекстолита толщиной 2 мм, которая закрепляется в корпусе СИП с помощью крепежных деталей. Корпус источника питания рекомендуется сделать прямоугольной формы, с учетом места его установки в жилом помещении и вблизи от телевизора.

При изготовлении СИП использованы следующие комплектующие ЭРЭ: самодельный сетевой понижающий трансформатор питания Т1 типа Ш или ШЛ; транзисторы VT1 типа КТ608Б, VT2 — КП303Г, VT3 — КТ312В, VT4 — КП305Г; выпрямительные диоды VD1—VD4 типа КД105Б; конденсатор С1 типа МБМ-11-750В-0.05 мкф, С2 — МБМ-11-750В-0.05 мкФ, СЗ — К50-6-25В-500 мкФ: резисторы RI типа МЛТ-2-820 кОм, R2 — МЛТ-0,125-100 кОм, R3 — МЛТ-0,125-6,2 кОм, R4 — МЛТ-0,125-6,2 кОм, R5 — СПЗ-4Ма-0,25Вт-А-6,8 кОм; электрические соединители X1 типа «вилка» с кабелем в двойной изоляции, ХЗ и Х4 — «вилка» соединителя КМЗ-1; предохранители FU1 и FU2 типа ПМ0,5; индикаторная лампа HLI типа ТН-0,2-1;

переключатель SBI типа П2Т-1-1.

При изготовлении СИП можно произвести замену некоторых ЭРЭ с целью увеличения его выходной мощности, при этом он незначительно проигрывает в экономических показателях. Так, вместо транзистора VT1 типа КТ608Б можно использовать другой, более мощный транзистор. Полевой транзистор VT4 типа КП305Г можно заменить на постоянный резистор типа МЛТ сопротивлением 5 кОм, а переменный резистор R5 — на стабилитрон типа КС133А, резистор R3 сопротивлением 6,2 кОм — на резистор сопротивлением 1 кОм, резистор R4 — на переменный резистор сопротивлением 12 кОм.

Такая замена комплектующих ЭРЭ ведет по существу к изменению схемы стабилизатора тока в сторону классического параметрического стабилизатора напряжения. Если в рассматриваемой схеме использовать постоянные резисторы R3, R4 и R5 с более высокими значениями сопротивлений, то выходное стабилизированное напряжение питания будет увеличиваться.

Конструкция усилителя метровых волн состоит из прямоугольного корпуса, имеющего верхнюю и нижнюю крышки, устанавливаемые после окончательной регулировки и настройки. Комплектующие ЭРЭ усилителя устанавливаются на печатной или монтажной плате, которую рекомендуется выполнить из двухстороннего стеклотекстолита толщиной 2 мм. При этом наружный фольгированный слой печатной платы используется как экран. Можно все ЭРЭ усилителя смонтировать на четырех отдельных платах небольших размеров, обозначенных на схеме 2—1. 2—2, 2—3 и 2-4.

Корпус усилителя можно изготовить из заранее подготовленных заготовок, выполненных из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Внутренний фольгированный слой стеклотекстолита полностью используется для соединения заготовок между собой при изготовлении корпуса усилителя. Наружный фольгированный слой является дополнительным экраном, обеспечивающим защиту усилительных каскадов от влияния внешних электромагнитных полей и наводок. Соединения заготовок между собой рекомендуется производить пайкой сплошными швами по периметрам припоем марки ПОС-61. Пайка должна производиться низковольтным паяльником мощностью до 100 Вт. Применение кислотных флюсов не рекомендуется.

В усилителе метровых волн применяются самодельные катушки индуктивности L1—L4. которые являются важнейшими элементами схемы, определяющими качество изображения и звука на экране телевизионного приемника.

Катушка индуктивности L1 изготавливается из медного посеребренного провода диаметром 1 мм на деревянном шаблоне. Наружный диаметр намотки катушки L1 равен 20 мм. Катушка содержит 2,5 витка с шагом 8 мм. Отвод от витков катушки индуктивности производится при настройке усилителя по данным измерительных приборов

Х1-19А, X1-1, TR-0813 или любого другого типа получения требуемой полосы пропускания.

Катушка индуктивности L2 изготавливается также из медного посеребренного провода диаметром 1 мм или из обмоточного провода марки ПЭЛ с диаметром по меди 1 мм. Наматывается катушка индуктивности на круглом деревянном шаблоне с наружным диаметром 12 мм и шагом 8 мм. Шаг намотки должен быть равным 8 мм. Отвод от катушки индуктивности L2 производится при настройке усилителя по показаниям измерительных приборов и после установки номинальных режимов работы транзисторов. Если катушка индуктивности изготавливается из обмоточного провода марки ПЭЛ или ПЭВ-2, то необходимо произвести его зачистку тонкой шлифовальной шкуркой с последующей полировкой.

Катушка индуктивности L3 изготавливается из медного посеребренного провода диаметром 1 мм, содержит 2,5 витка с отводом от середины. Шаг намотки 8 мм. Внутренний диаметр катушки равен 12 мм. Так же как и в предыдущем случае, место отвода от катушки определяется при настройке усилителя до получения требуемой полосы пропускания.

На принципиальной электрической схеме условно показаны границы устанавливаемых экранов и перегородок в корпусе усилителя, которые определяют кроме габаритных размеров расположение основных комплектующих элементов в каскадах усилителя.

При монтаже, регулировке и настройке усилителя использованы следующие комплектующие ЭРЭ и ЭРИ: транзисторы VT! типа ГТ329Б, VT2 — ГТ329Б, VT3 — ГТ329Б, VT4 — ГТ329А; самодельные катушки индуктивности L1—L4: конденсаторы С4типа К10П-4-Н70-2200пФ, С5 — КД-1-100В-М1500-82 пФ, С6 — КД-1-160В-Н70-2200 пФ, С7 — КД-1-160В-Н70-2200 пФ, С8 — К10П-4-Н70-2200 пФ, С9 — КД-1-100В-М1500-82 пФ, С10 — КД-1-160В-Н70-2200 пФ, С11 — КД-1-160В-Н70-2200 пФ, С12 — К10П-4-Н70-2200 пФ, С13 — К Д-1-100В-М 1500-82 пФ, С14 — КД-1-160В-Н70-2200 пФ, С15 — КД-1-160В-Н70-2200 пФ, С16 — КД-1-100В-М1500-82 пФ. С17 — К10П-4-Н70-2200 пФ, С18 — КД-1-100В-М1500-82 пФ: резисторы R6 типа МЛТ-0,25-110 Ом, R7 — МЛТ-0,25-10 кОм, R8 - МЛТ-0,25-2,7 кОм, R9 — МЛТ-0,25-240 Ом, R10 — МЛТ-0,25-110 Ом, R.11 — МЛТ-0,25-200 Ом, R 12 — МЛТ-0,25-10 кОм, R13 — МЛТ-0,25-2,7 кОм, R14 — МЛТ-0,25-240 Ом, R15 — МЛТ-0,25-110 Ом, R16 — МЛТ-0,25-10 кОм, R17 — МЛТ-0,25-2,7 кОм, R18 — МЛТ-0,25-240 Ом, R 19 — МЛТ-0,25-560 Ом, R20 — МЛТ — 0,25-11 кОм, R21 — МЛТ-0,25-5,6 кОм, R22 — МЛТ-0,25-820 Ом; аккумуляторная батарея GB1 типа 10НКГ-10Д; электрические соединители ХЗ типа «розетка» КМЗ-1, Х4 — «розетка» КМЗ-1, Х2 — САТ-Г, Х5 — САТ-Г; коаксиальный кабель снижения марки

РК 75.

Настройка и регулировка. Следует еще раз напомнить о необходимости проведения входного контроля всех покупных комплектующих ЭРЭ на соответствие требованиям ТУ и нормам, определяемым государственными стандартами. Такая проверка позволит избежать досадных ошибок при изготовлении антенного усилителя и гарантирует его работоспособность.

Проверку работы усилителя метровых волн начинают с измерения выходного напряжения на вторичных обмотках сетевого понижающего трансформатора питания Т1, изготовленного в домашней мастерской или приобретенного в радиомагазине. В соответствии с моточными данными сетевого трансформатора, приведенными в табл. 6.2, на вторичной обмотке трансформатора в режиме холостого хода должно действовать переменное напряжение в пределах от 12 до 14 В. Затем проверяется выходное напряжение выпрямительного устройства при отключенной нагрузке. Это напряжение постоянного тока должно быть не более 14 В. Далее подключают измерительный прибор к выходу стабилизатора напряжения (к соединителям ХЗ и Х4) и измеряют напряжение при верхнем (по схеме) и нижнем положении ротора переменного резистора R5. Стабилизированное напряжение должно изменяться в пределах от 5 до 12 В с высокой степенью стабилизации постоянного тока. Правильно собранный источник питания начинает работать сразу же после сборки и дополнительной регулировки не требует.

Для проверки работы усилителя метровых волн желательно иметь в радиолюбительской лаборатории такие приборы, как ВК2-20, В3-42, радиолюбительские конструкции приборов для измерения сопротивлений или М127, Е6-5 для измерения емкостей и индуктивности, или ЕЗ-3, Е8-5, измеритель RLC «Спутник радиолюбителя», частотомер типа Ч3-7, осциллограф любого типа и генератор радиочастот любого типа.

Наладку усилителя метровых волн необходимо начать с установки режимов работы транзисторов VT5—VT8 по постоянному току. После полной сборки и включения усилителя в рабочий режим на эмиттерном переходе тран-

6-31.jpg

зистора VT5 должно действовать напряжение постоянного тока + 1,64 ... + 1,72 В, на его коллекторном переходе — полное напряжение питания, поступающее со стабилизатора напряжения + 12 В, на эмиттерном переходе транзистора VT6 — напряжение + 1,7 В, а на его коллекторном переходе — напряжение + 12 В, на эмиттерном переходе транзистора VT7 — напряжение + 1,68 ... + 1,72 В, на его коллекторном переходе — постоянное напряжение + 7,5 В, на эмиттерном переходе транзистора VT8 — напряжение + 1,95 ... + 2,05 В, на коллекторном переходе — + 4,3 В. Падение напряжения на резисторе R11 составляет 4,5 В.

При полной нагрузке максимальный ток, потребляемый усилителем, составляет 30 мА при напряжении питания + 12 В.

После проверки указанных выше напряжений приступают к регулировке АЧХ. Па генераторе частоты устанавливают выбранный диапазон рабочих частот при максимальной полосе качания. При этом на вход усилителя подается напряжение, равное 5 мкВ, оно соответствует ослаблению сигнала на 50 дБ. После этого настройка усилителя сводится к выбору мест отводов от катушек индуктивности L1—L4 до получения необходимой полосы пропускания.

Рис. 6.4 Принципиальная электрическая схема антенного усилителя метровых волн

Изображение: 

Таблица 6.2 Моточные данные сетевого понижающего трансформатора питания Т1 антенного усилителя метровых волн

Изображение: 

6.4. Широкополосный конвертер

6.4. Широкополосный конвертер

Предлагаемый к повторению простой по своему схемно-техническому решению конвертер предназначен для применения на удаленных от ТЦ садово-огородных и приусадебных участках в сельской местности вместе с самодельными зигзагообразными антеннами, устанавливаемыми на одной опоре вместе с другими антеннами метровых волн. Такая антенна должна быть изготовлена с учетом ее эксплуатации с данным конвертером в условиях воздействия на них различных механических и климатических нагрузок во всех макроклиматических зонах страны с умеренно-холодным или холодным климатом. Конвертер устойчиво работает при воздействии пониженной и повышенной температуры окружающего воздуха, пониженном атмосферном давлении и при воздействии синусоидальных нагрузок в диапазоне частот от 50 до 100 Гц с ускорением до 20 g (196,2 м/с^2).

Конвертер применяется в тех случаях, когда в телевизионных приемниках ранних выпусков отсутствует селектор каналов ДМВ и он может работать только на первых 12 каналах метрового диапазона.

Конвертер обеспечивает в этом случае прием любого канала ДМВ, начиная с 21-го канала. Конвертер устанавливается рядом с активным вибратором на стреле антенны вместе с автономным источником питания.

Рассматриваемый конвертер применяется с различными типами ТА, обеспечивающих прием дециметровых волн на садовых участках, находящихся в зоне прямой видимости, и очень редко — в зонах тени и полутени. Расположение конвертера на стреле ТА позволяет уменьшить потери в кабеле снижения за счет уменьшения длины отрезка кабеля, соединяющего антенну с конвертером, и на вход телевизора будут передаваться ТВ-сигналы метрового диапазона.

Основные параметры и технические характеристики:

номинальное напряжение автономного

источника питания постоянного тока ....... 9В

допускаемые пределы изменения питающего

напряжения, при которых обеспечивается

устойчивая работа конвертера ............ 8—9,5 В

номинальный ток, потребляемый конвертером

в рабочем режиме эксплуатации.......... 3,2 мА

пределы регулирования тока нагрузки ...... 2.4—4,5 мА

волновое сопротивление коаксиального кабеля

снижения ............................. 75 Ом

диапазон каналов, принимаемых конвертором 21—40-й рабочая частота, действующая на входе.

конвертера ..................... . . . . 470—630 МГц

рабочий диапазон телеканалов ..... . . . . 1—12-й

неравномерность АЧХ. ............ . . . . 3,8 дБ

коэффициент усиления ............ . ... 15 дБ

входное сопротивление ........... . ... 75 Ом

потребляемый ток ................ . ... 12 мА

расчетный коэффициент шума на частоте 400 МГц. .................6,5 дБ

полоса рабочих частот, действующих

на выходе конвертера ........... . . . . 48,5—230 МГц

Условия эксплуатации:

температура окружающей среды:

повышенная ................ ...40 °С

пониженная .................. ...— 45 °С

относительная влажность воздуха при

температуре 20 °С, не более . . . .... 95 %

атмосферное давление, кПа (мм pi г.) . . 26,7—120 (200-900)

Конвертер настраивается на любой свободный канал метровых волн (например, на 4-й. 5-й или с 6-го по 12-й). В этом случае для подачи напряжения питания на конвертер используется кабель снижения. Если-переместить конвертер ближе к телевизионному приемнику, то придется применить двухпроводную линию, и тогда электропитание конвертера можно осуществлять от сетевого стабилизированного БП напряжением + 9 В.

Принципиальная электрическая схема широкополосного конвертера, преобразующего дециметровые волны в метровые, приведена на рис. 6.5. Необходимо еще раз напомнить, что схема данного конвертера специально разработана для использования с телевизионными приемниками, у которых в структурной схеме нет селектора каналов ДМВ.

 

Конвертер, выполненный в соответствии с рассматриваемой принципиальной схемой, характеризуется высокой степенью технико-экономических показателей при его постоянной эксплуатации, так как ток, потребляемый от автономного источника питания GB1, не превышает 5 мА.

Данный конвертер включает в свой состав два основных функциональных узла: гетеродин и смеситель. Напомним, что гетеродином в радиоэлектронике называется маломощный генератор сигналов, используемый как источник колебании вспомогательной частоты при преобразовании ВЧ-сигналов. Гетеродин выполнен на планарном германиевом транзисторе системы п—р—п с че-

6-41.jpg

тырьмя выводами, один из которых соединен с корпусом. Гетеродин собран по схеме емкостной трехточки с обратной связью, включенной через универсальный выпрямительный диод VD1. В свою очередь, этот диод включен по схеме обратного смещения и предназначен одновременно для настройки конвертера. При изменении сопротивления переменного резистора R7 изменяется ток, протекающий через транзистор VT1, а следовательно, изменяется обратное напряжение на диоде VD1 и частота настройки резонансного контура гетеродина. Заметим, что в качестве резонансного контура применена несимметричная полосковая линия L1, изготовленная из полоски фольги, вырезанной непосредственно на печатной плате шириной 3 мм. Основные размеры полосковой линии L1 приведены на рис. 6.6. Действующую длину полосковой линии можно изменять при настройке конвертера с помощью установки шунтирующей перемычки, перемещаемой вдоль длинной стороны полосковой линии.

Смеситель конвертера выполнен также на ВЧ-транзисторе VT2 системы п—р—п, который имеет планарные выводы. Сигнал гетеродина через сопротивление резистора R1 поступает непосредственно на базу транзистора VT2 смесителя. Такая схема включения транзистора позволяет избежать изготовления дополнительных полосковых линий связи, обеспечивает устойчивость работы смесителя и исключает самовозбуждение.

Как следует из схемы, на базу транзистора VT2 поступает одновременно и сигнал ДМВ, принимаемый ТА.

Создается напряжение разностной частоты, которое усиливается транзистором VT2. Это напряжение выделяется специальным согласующим контуром, собранным на элементах L2, СЗ и R4, и по отрезку коаксиального кабеля, на конце которого смонтирован антенный соединитель Х4, подводится к входу телевизионного приемника, работающего на одном из каналов метровых волн.

В данной схеме напряжение питания конвертера + 9 В с аккумуляторной батареи или другого ХИТ поступает на конвертер через коаксиальный кабель, например кабель марки РК-75-3-31, и далее на выходной согласующий резистор, имеющийся в телевизионном приемнике, сопротивление которого равно 75 Ом.

После включения штекера, смонтированного на выходе конвертера в гнездо, расположенное на телевизионном приемнике, должен загореться индикаторный светодиод HL1. Для его выключения достаточно вынуть штекер из антенного входа телевизионного приемника.

Конструкция и размеры. Корпус конвертера выполнен в виде равностороннего прямоугольника, детали конструкции которого определяются при эскизном проектировании и показаны на рис. 6.6. Сверху и снизу корпус конвертера закрыт крышками (поз. 9), выполненными из латуни или другого немагнитного материала толщиной 0,4—0,6 мм.

11.jpg

Сплошная боковая стенка корпуса (поз. 1) выполнена из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита, к внутренней стороне которого припаивается угольник (поз. 5), изготовленный из латуни. Крепежные детали (поз. 2) соединяют крышки конвертера между собой и обеспечивают необходимую герметичность конструкции. Между корпусом и крышками можно проложить герметизирующие прокладки. Это необходимо сделать для того, чтобы при эксплуатации конвертера, установленного на антенне, обеспечивалась его работоспособность в жестких условиях воздействия климатических, механических и биологических нагрузок: температуры, дождя, инея, росы, ветра, солнечной радиации.

Монтажная плата (поз. 3) выполнена в виде самостоятельной сборочной единицы, на которой устанавливаются две планки (поз. 10 и 11), выполненные из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. На основании монтажной платы (ширина 36 мм, длина 106 мм) в верхнем фольгированном слое сделана П-образная прорезь, образующая несимметричную полосковую линию L1.

Планки (поз. 10 и 11) припаиваются фольгированными слоями к основанию монтажной платы с помощью мягкого припоя марки ПОС-61 по периметру с обеих сторон. Перед установкой плиты (поз. 10) на основание в ней просверливают два отверстия диаметром 5,5 мм, через которые проходят при монтаже отрезки коаксиальных кабелей, а также делают паз шириной, несколько превышающей ширину полосковой линии. Эта планка выполняет роль ребра жесткости, в которую упирается верхняя крышка конвертера. Планка (поз. 11) является экраном, устанавливаемым между двумя транзисторами VT1 и VT2. В этой планке просверлено два технологических отверстия диаметром 2-2,5 мм на произвольном расстоянии от основания, а также такой же паз, как и в первой планке.

В основании монтажной платы необходимо просверлить два отверстия для установки транзисторов диаметром 6 мм, 12 отверстий диаметром 1 мм для установки резисторов и конденсаторов, а также проходные отверстия для крепежных винтов диаметром 3—3,5 мм. Расстояния между отверстиями определяются при разработке эскизной документации или при макетировании.

Две боковые стенки корпуса усилителя (поз. 4) без каких-либо отверстий изготавливаются из двухстороннего фольгированного стеклотекстолита, они обращены фольгой в обе стороны и спаяны между собой через промежуточные детали по периметрам по всей длине припоем марки ПОС-61.

Два упорных угольника (поз. 5) устанавливаются на торцевых стенках корпуса конвертера на расстоянии от верхнего среза корпуса, равном высоте планок (поз. 10 и 11). Изготавливаются эти угольники из латуни или из бронзовых сплавов, ширина полок которых равна 5 мм, а длина 20 мм.

На расстоянии 12 мм от нижней кромки корпуса устанавливается перегородка (поз. 6) с отверстием диаметром 10 мм, на которой монтируется переменный резистор R7. Горизонтально расположенная перегородка (поз. 6) припаивается после установки ребра жесткости (поз. 7), с помощью которого образуется отсек для автономного источника питания GB1. Для подключения этого источника питания к конвертеру используется унифицированный электрический соединитель, состоящий из двух контактов, которые жестко закрепляются винтом с гайкой на вертикальной перегородке (поз. 7).

В качестве электрического соединителя могут быть применены оба контакта от использованных ХИТ типа «Корунд», «Крона», 7Д-0.115Д.

Покупные ЭРЭ и самодельные ЭРИ устанавливаются на монтажной плате, соединения вывело» осуществляются с помощью мягкою припоя ПОС-61 или ПOC-40, мощность которых при пайке низковольтным паяльником не превышает 60 Вт.

При изготовлении, монтаже и регулировке конвертера использованы следующие комплектующие элементы: ВЧ-транзисторы VT1 типа ГТ330Б, VT2 — ГТЗ0ЗБ: ПП-диод VD1 типа КД503Л; светодиод HL1 типа АЛ102А: аккумуляторная батарея GB1 типа 7Д-0.115Д-IV.1 с номинальным напряжением 8,4 В;

конденсаторы C1 типа КЛ-1-100В-М750-10 пф, С2 — КМ-6-50В-М1500-1500 пФ, C3 — КПК-М11-350В-(2 ... 20) пф, С4 — КМ-6-50В-М 1500-1500 пФ, C5 — КМ-6-50В-М 1500-1500 пф, С6 — КМ-6-50В-М1500 1500 пФ, резисторы R1 типа ВСа-0,125-91 Ом, R2 — ВСа-0,125-10 кОм, R3 — ВСа-0,125-1,2 кОм, R4 — ВСа-2Вт-75 кОм, R5 — ВСа-0,125-12 кОм, R6 — ВСа-0,125-4,7 кОм, R7 — СП-МВт-А-1,5 кОм; индуктивность L1 — П-образная прорезь в монтажной плате, L2 — самодельная катушка индуктивности изготовлена на резисторе R4 и содержит 12 витков обмоточного провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,27 мм с отводом от 6-го витка; электрические соединители XI типа АС или САТ-Г телевизионные, Х2 и ХЗ — КМЗ-1, Х4 — САТ-Г.

Светодиод HL1 устанавливается в отверстие боковой стенки корпуса и герметизируется резиновой прокладкой. Корпусы транзисторов VT1 и VT2 заземлены.

После проведения монтажно-сборочных работ конвертер необходимо настроить на определенный заранее канал телевидения метрового диапазона. Регулировку начинают с проверки работоспособности гетеродина. Для этого к электрическому соединителю Х4 подключают измерительный прибор, работающий в режиме измерения тока по I классу точности. Сначала измеряют потребляемый конвертером ток при плавном изменении сопротивления резистора R7. В верхнем по схеме положении движка резистора R7 потребляемый ток должен иметь максимальное значение, не более 2,4 мА, а в нижнем положении движка ток должен находиться в пределах 4,4—5 мА.

Если указанные значения токов обеспечиваются при нормальных климатических условиях, то конвертер собран без ошибок и из совершенно исправных комплектующих элементов. Нормальная работа гетеродина проверяется

измерением пределов изменения тока при касании жалом отвертки коллектора транзистора VT1 при любом положении движка переменного резистора R7.

Подключив конвертер к антенне и к телевизионному приемнику, иыбирают один из свободных каналов метрового диапазона и устанавливают движок переменного резистора R7 в среднее положение.

Предварительная грубая настройка конвертера на выбранный телеканал осуществляется с помощью установки контактной перемычки (на схеме не показана), которую можно изготовить в виде скобы, шунтирующей определенную часть полосковой линии при перемещении ее вдоль всей длины этой линии. Металлическая скоба-перемычка должна надежно контактировать как с поверхностью полосковой линии, так и с поверхностью монтажной платы. Для этого край монтажной платы и поверхность полосковой платы L1 зачищают от лакового покрытия до фольги.

Окончательную настройку конвертера на принимаемый канал осуществляют с помощью регулировочного резистора R7 и в некоторых случаях подстройкой контуров переключателя телевизионных каналов (ПВК).

При монтаже, регулировке и ремонте конвертера могут быть использованы другие комплектующие ЭРЭ, не ухудшающие основные электромагнитные параметры конвертера. Например, могут быть использованы любые керамические конденсаторы, имеющие группу ТКЕ, равную М750 или М1500. Можно применить любые постоянные типы резисторов, номинальная точность сопротивлений которых не превышает 10 %.

Конструкции зигзагообразных антенн, рекомендуемых для совместной работы с данным конвертером, приведены в предыдущих разделах настоящего справочника.

 

 

Рис. 6.5 Принципиальная электрическая схема широкополосного конвертера

Изображение: 

Рис. 6.6 Общий вид и основные размеры конструкции корпуса широкополосного конвертера

Изображение: 

7. Выбор места установки антенны и молниезащита.

Выбор места установки антенны и молниезащита

 

Правильный выбор места для установки ТЛ на садовых участках в большинстве случаев становится решающим условием получения хороших результатов при приеме телесигналов, качественного изображения и звука. Все наружные ТЛ должны устанавливаться так, чтобы они обеспечивали прием полезных сигналов, приходящих от ТЦ или ретранслятора, и максимально ослабляли действие помех. При описании конкретных антенн рассматривались вопросы ориентации и особенности их конструктивных решений, влияющих на получение наилучших электрических параметров и характеристик.

Выбор места установки и монтаж антенны, а также ее ориентирование определяются многими факторами. Напомним основные: тип антенны, географическое положение садоводства, характер окружающей среды и местности, вид и уровень внешних помех, в том числе и индустриальных, преобладающих в районе приема, удаление от ТЦ.

В некоторых случаях электромагнитные помехи, видимые на экране, проникают через сеть питания переменного тока, антенно-фидерное устройство и непосредственно через электронные каскады телевизора. Они не только снижают качество изображения, но в ряде случаев делают телеприем совершенно невозможным.

На садовых участках антенны размещают либо на крыше дома, либо на отдельной мачте.

На крыше дома или хозблока устанавливают, как правило, невысокую мачту из тонкостенной трубки диаметром 35—40 мм, на которой и крепится антенна, но чаще всего мачту изготавливают из строевого леса, в виде длинных стоек или брусков сечения 50 X 50 или чуть больше. Мачту крепят к стропилам или стропильной балке, но в любом случае высота антенны над коньком крыши должна

быть не менее 2 м. Крепление производится с помощью скоб, хомутов и болтовых соединений таким образом, чтобы мачта своим нижним концом опиралась на подпятник. установленный на кронштейне. Такое крепление позволит поворачивать мачту вокруг своей оси при ориентировке на ТЦ. Кронштейн, являющийся главной несущей деталью антенного сооружения, должен иметь достаточную прочность и обеспечивать надежность эксплуатации. Лучше всего укрепить кронштейн на фронтоне дома, вблизи слухового окна.

Крепление антенны и мачты к дымовым и вентиляционным трубам, непосредственно к слуховым окнам. телефонным стойкам и электрическим «гуськам» не допускается.

На крыше дома мачта обычно устанавливается высотой до 3—5 м, при этом диаметр верхней части деревянного шеста должен быть не менее 5—8 см, а диаметр основания — около 10 см. Для предохранения нижней части мачты от раскалывания ее обматывают несколькими слоями проволоки диаметром 3—4 мм. Можно установить мачту на деревянной площадке с гнездом, по диаметру равным основанию мачты. Антенна должна удерживаться в вертикальном положении с помощью оттяжек из стальной проволоки диаметром 3—4 мм.

При выборе наиболее подходящего места для установки антенны (где будут максимально ослаблены отраженные сигналы) необходимо прежде всего знать направления на отражающий объект и ближайший ТЦ. Направление на отражающий объект определяется путем вращения антенны в горизонтальной плоскости. Лучше всего это выполнять остронаправленной антенной. При вращении антенны можно найти несколько направлений, откуда идут электромагнитные помехи, причем интенсивность отраженных сигналов может быть совершенно различной: она зависит от размеров объектов, отражающих сигнал, от материала, из которого они изготовлены, а также от расположения относительно ТЦ.

При установке антенны на дереве нужно учитывать, что при сильном ветре оно будет раскачиваться, ухудшая тем самым качество изображения. В этом случае антенна должна возвышаться над верхушкой дерева не менее чем на 1 м и никоим образом не касаться ветвей. Для предохранения кабеля снижения от разрыва и чрезмерного провисания можно применить натяжное устройство. Кабель снижения необходимо крепить к мачте или подвешивать на тросе, чтобы он не вытягивался под собственным весом. Это особенно важно для антенн, имеющих большую высоту.

В пригородах можно увидеть и наземные мачты антенн. Они обычно изготавливаются высотой до 15 м. Мачта состоит из двух-трех шестов, соединенных между собой. Как наземная, так и антенна, устанавливаемая на крыше, при большой высоте удерживаются в вертикальном положении растяжками из стальной проволоки диаметром до 5 мм. При установке любой ТА растяжки нельзя крепить вблизи вибраторов антенн, электрической проводки, на подоконниках и к водосточным трубам. Лучше изготавливать растяжки из кусков проволоки по 1,5 м, соединяя их между собой с помощью изоляторов (по некоторым источникам, куски проволоки могут быть по 0,6—0,7 м).

При установке очень высоких антенн растяжки делают в несколько рядов.-Один ряд растяжек укрепляют на расстоянии 1 м от вершины мачты. Если мачта составлена из нескольких частей, то концы растяжек необходимо обмотать вокруг тех участков мачты, где она имеет стык. Мачта должна обладать высокой прочностью, поэтому ее лучше изготавливать из еловых или сосновых шестов. Растяжки в верхней части антенны крепятся с помощью хомутов с отверстиями, за которые закрепляются провода растяжки, удерживающие антенну.

При значительном расстоянии от ТЦ антенну приходится очень часто поднимать над землей на 20—25 м. В этом случае мачту антенны лучше делать из стальных труб. В нижней части применяются трубы диаметром 50—60 мм, а в верхней — 35—40 мм и в самом верху — 20—25 мм. На верхнем конце мачты устанавливается кронштейн в виде стрелы, на конце которой укрепляются два ролика, а через них пропускают трос, с помощью которого полотно антенны и поднимается. Такое приспособление позволяет в любое время опустить антенну для осмотра, ремонта и настройки.

Для закрепления нижних концов растяжек применяются специальные якоря, в качестве которых могут быть использованы закопанные в землю куски труб, шпал или бревен длиной 1,5—2 м. Глубина закопки таких якорей должна обеспечивать надежную и долговременную эксплуатацию антенн при любых механических и климатических нагрузках. Перед закопкой якоря на нем прочно закрепляют проволочную петлю из стальной проволоки или каната, выходящую на поверхность земли. К этой петле впоследствии крепят растяжки. Закапывать якорь в землю нужно под углом к поверхности с помощью садового бура.

Перед установкой на землю нижний конец мачты необходимо просмолить (против гниения), а в качестве опоры, чтобы мачта не продавливалась в землю, надо положить кусок просмоленной толстой доски. Пятой опоры мачты может служить бетонная плита размерами 50 x 50 х 30 см, покрытая двумя слоями рубероида.

7.1. Основные материалы для изготовления антенн

7.1. Основные материалы для изготовления антенн

Активные и пассивные вибраторы, полотна, мачты, симметрирующие мостики, рамки, платы питания и другие элементы антенн изготавливаются из стальных, медных и алюминиевых сплавов. Наилучшими материалами являются сплавы из меди: латунь марки ЛС59-1, ЛС58-10, Л-63, из алюминиевых — АМг2 и АМгб, которые обладают наилучшими характеристиками и наиболее устойчивы к воздействию механических и климатических нагрузок.

Некоторые детали и элементы изготавливаются из диэлектрических материалов, которые необходимы для изоляции токоведущих проводников и частей антенн. В качестве изоляционных материалов используются плексиглас, полистирол, гетинакс, текстолит, стеклотекстолит, ударопрочные пластмассы, дерево, органическое стекло, капролон, фторопласт и керамика.

Применять изделия из различных пород дерева в качестве изоляционного материала можно лишь в крайних случаях, предварительно обработав их изоляционными лаками или парафином. Необходимо иметь в виду, что из всех перечисленных изоляционных материалов наилучшими диэлектрическими параметрами обладает полистирол, но он, правда, недостаточно прочен при ударных нагрузках. Изоляционные детали из стеклотекстолита требуют осторожности при их механической обработке. Надо соблюдать меры предосторожности, исключающие попадание мелких частиц материала в дыхательные пути.

Материалы из алюминиевых сплавов марок АМг2 и АМгб обладают высокой механической прочностью, пластичны, хорошо поддаются гибке и сварке.

Учитывая, что все наружные антенны эксплуатируются на открытом воздухе и постоянно подвергаются воздействию атмосферных явлений, необходимо после сборки антенны и в процессе изготовления деталей принять

меры по защите от коррозии и старения. Защита металлических деталей от коррозии производится гальваническим покрытием и окрашиванием. Деревянные детали антенны защищаются специальным покрытием типа «Сенеж» от гниения и возгорания. При сборке антенны следует избегать контактирования разнородных металлов и гальванических покрытий, образующих недопустимые гальванические пары. Наличие таких гальванических пар приводит к коррозии в месте стыка, особенно в условиях влажного морского климата. Допустимые и недопустимые контакты между металлами и покрытиями приведены в табл. 7.1 и 7.2.

Например, к стальным трубкам вибраторов можно присоединять медную жилу коаксиального кабеля следующими способами:

зажимом под стальную оцинкованную шайбу с таким же винтом и с обязательным предварительным лужением конца медной жилы;

пайкой к стальному оцинкованному лепестку, с обязательным предварительным лужением конца жилы и части поверхности трубки;

контактной сваркой.

Недопустимо приклепывать к медной трубке стальные лепестки, независимо от того, оцинкованы они или нет,

7-11.jpg

7-12.jpg

прижимать необлуженную медную жилу кабеля к стальной трубке, так как в этих случаях образуются электрохимические пары медь — сталь или медь — цинк.

Также необходимо отметить, что паяные соединения, выполненные припоями марок ПОС-40, ПОС-60 и другими, содержащими олово и свинец, обладают невысокой механической прочностью, поэтому кабель рядом с местом пайки дополнительно крепится скобой и винтом.

К трубке вибратора, изготовленного из меди или медных сплавов, можно непосредственно припаивать жилу коаксиального кабеля из меди, можно также поджимать жилу кабеля медным винтом или припаивать к медному лепестку, приклепанному к трубке. Нельзя припаивать провода и элементы антенны кислотными припоями, надо использовать только бескислотные флюсы, канифоль и спирто-канифольные присадки.

Перед пайкой все детали антенн необходимо тщательно очистить от грязи и ржавчины, зачистить до металличес

кого блеска, затем прочно соединить друг с другом, а после пайки закрасить масляной краской. Для защиты любых контактных пар можно использовать нитрокраски, шпаклевки и эпоксидную смолу, а также быстровысыхающие клеи.

Коаксиальный кабель монтируется с учетом следующих требований, обеспечивающих надежную эксплуатацию антенны:

при пайке необходимо использовать низковольтные паяльники малой мощности, не допускающие перегрева и оплавления полиэтиленовой изоляции и смещения внутреннего проводника;

при укладке надо соблюдать минимально допустимые радиусы изгиба коаксиального кабеля;

при вертикальной прокладке кабеля по мачте антенны нужно закреплять его через каждые 300 мм, так, чтобы кабель не мог вытягиваться под действием собственного веса;

при горизонтальной прокладке кабеля, например между опорами или мачтой, установленной на земле, и домом, необходимо закрепить его на металлическом тросе или проволоке;

при монтаже надо следить за тем, чтобы жила кабеля не была надрезана и чтобы волоски металлической оплетки не замыкались на жилу;

при монтаже кабелей, симметрирующих петель и т. п. необходимо подвязывать их или крепить хомутами к стреле или к мачте;

соединения и распайка кабелей закрываются крышками и герметизируются.

Таблица 7.1 Недопустимые гальванические пары

Изображение: 

Таблица 7.2 Электрохимические пары и контакты между ними при эксплуатации на открытом воздухе

Изображение: 

7.2. Устранение помех, возникающих на экране телевизора при установке антенны

7.2. Устранение помех, возникающих на экране телевизора при установке антенны

Разнообразные помехи создают искажения изображения и звукового сопровождения, забивая основной сигнал, и иногда делают прием всех программ невозможным в данной местности.

Электромагнитные помехи классифицируются на внутренние и внешние.

Неисправности схемы из-за отказов в работе отдельных элементов телевизора приводят к возникновению внутренних помех, которые целиком зависят от отклонения параметров от номинальных значений. В данном случае ремонт телевизора позволяет устранить эти помехи и улучшить качество его работы.

Внешние помехи зависят от расположения антенны и ее ориентации на главный сигнал. Выбранная для использования антенна на садовом участке должна быть настроена на частоту принимаемой телестанции, исключив проникновение помех как через антенно-фидерное устройство, так и через питающую сеть переменного тока. Схемно-технические решения современных моделей телевизоров практически исключают возможность появления помех через каскады и элементы схемы.

За городом могут быть весьма специфичные помехи отраженных сигналов, которые на экранах телевизоров создают повторное изображение справа или слева от основного.

Внешние помехи, проникающие через антенно-фидерное устройство и провода питающей электросети, возникают в результате непрерывно происходящих различных электрических процессов в атмосфере: электризации облаков, грозовых разрядов и т. п. Распространяясь в атмосфере и достигая приемных ТА, они возбуждают токи различных частот, в результате чего на экранах телевизоров появляются помехи. Помните, что грозовые разряды, происходящие вблизи приемной антенны, могут вызвать очень большие токи, способные повредить телевизор. Поэтому при приближении грозы всегда надо обеспечивать грозозащиту или выдернуть вилку питания телевизора из сети переменного тока.

Большинство внешних помех, различных по силе на волнах разной длины, в разнообразных местностях, во всякое время года и даже суток, при любой погоде, не воспринимаются антеннами на УКВ. Устранение помех при радиоприеме длинных и средних волн принципиально невозможно, достигается лишь их ослабление.

Индустриальные помехи создаются бытовыми электроприборами, сварочными аппаратами, электрическими звонками, системами зажигания автомобилей, мотоциклов, тракторов и т. п. и проявляют себя на экранах телевизоров в виде штрихов, полос, повторов и искажений. Промышленные помехи возникают в электроустановках, электроприборах, электронных системах, возникают, в частности, и в том случае, если в них есть контактные соединения. Помехи возникают, как правило, в моменты включения и выключения электрических соединителей, если имеются неплотные контакты между гнездами разъемов, например розеткой и вилкой электроприбора, или в самой электроустановке. Сильные помехи телеприему создаются искре

нием коллекторов электроинструментов: электропил, электрорубанков, электродвигателей коллекторного типа и др.

Все электроискрения образуют токи высокой частоты, большая часть которых поступает в провода сети переменного тока и распространяется по ним на десятки километров. Воздушные линии электроэнергии, в которых действуют токи различных помех, являются излучающими антеннами, передающими в окружающую их сроду электромагнитные волны.

Больше всего мешают приему помехи, создаваемые электросварочными аппаратами. Если антенна расположена близко от автомагистрали или параллельно ей, то из-за помех от систем зажигания двигателей внутреннего сгорания прием телепередач иногда становится невозможн ы м.

Очень существенны помехи от радиостанций различного назначения, они создают на экране движущую сетку — вертикальные или мелькающие горизонтальные полосы — и нарушение строчной синхронизации. Помехи от близлежащих радиостанций и особенно радиостанций радиолюбительских конструкций создают на экране телевизора искажение, покрывающее все поле. Особенно мешают те станции, частоты которых лежат в пределах частоты принимаемого телеканала (иногда в громкоговорителях прослушивается искаженная по частоте передача этой радиостанции). Случается, что на экране появляются темные и светлые полосы с мелким муаром, через которые просматривается нужное изображение, или чередующиеся волнистые темные и светлые линии, расположенные в разных частях экрана. Наибольшую опасность представляют УВЧ-излучения и рабочие частоты, вырабатываемые приборами, которые находятся в непосредственной близости к границе радиоспектра одного из телеканалов.

Помехи от бытовых электроустановок, в которых происходит периодическое замыкание и размыкание электрических цепей, например электропил, создают на экране телевизора яркие вспышки, рваные горизонтальные полосы, штрихи и черточки. При этом помехи сопровождаются треском в громкоговорителях. Замечено, что интенсивность таких помех уменьшается с повышением частоты, и их действие поэтому наиболее сильно проявляется на 1-м и 2-м телеканалах и далее они постепенно убывают.

Если приемная антенна расположена очень близко к линиям электропередач высокого напряжения, в громко-

говорителях телевизора может возникнуть непрерывный гул электромагнитном индукции переменного тока. Это низкочастотная помеха.

Чтобы ослабить влияние индустриальных помех, надо частично устранить искрение коллектора электродвигателя, заменить плохие контакты, включить помехоподавляющие фильтры, преградив ими путь токам высокой частоты. Такими простейшими фильтрами могут быть конденсаторы большой емкости, включаемые между цепями электроинструмента и его корпусом. А соединение корпуса электроинструмента с землей способствует дальнейшему уменьшению помех. И жестко, что конденсаторы обладают малым сопротивлением для токов ВЧ, а возникшие в приборах эти токи почти полностью проходят через конденсаторы, и только небольшая их часть ответвляется в электросеть.

Помехоподавляющие устройства предусматриваются в большинстве типов и моделей электроприводов и электроинструментов. Включение конденсаторов на входе телевизора с питанием от сети переменного тока между подводящими ток проводами и землей также способствует уменьшению индустриальных помех.

Индустриальные помехи можно значительно ослабить, если удалить приемную антенну как можно дальше от проводов электросети и расположить ее перпендикулярно этим проводам. Большое ослабление различных помех дает применение антишумовой или антимагнитной антенны. Индустриальные помехи наиболее сильно воздействуют на кабель снижения. Следовательно, чтобы антенна была менее чувствительной к этим помехам, его надо надежно защищать. Такая антенна называется антишумовой. Однако антишумовая антенна значительно снижает уровень полезного сигнала на входе телевизора по сравнению с обычной антенной таких же размеров и такой же конструкции.

Фидер антишумовой антенны всегда должен изготавливаться из коаксиального кабеля с двойной оплеткой.

Большинство телеприемников имеют в своих входных устройствах фильтры, ослабляющие в десятки раз как атмосферные, так и индустриальные помехи. Фильтры, как правило, представляют собой резонансный контур, настраиваемый на промежуточную частоту. Эти фильтры также позволяют ослабить действие местной мощной станции, когда избирательность телевизора оказывается недостаточной.

Необходимо сказать несколько слов о помехах, возникающих от отраженных сигналов. Эти помехи носят специфичный характер и зависят от окружающей среды. Известно, что радиоволны отражаются от поверхности земли, различных слоев атмосферы, предметов, превышающих длину волны. Отраженная волна приходит от передающей станции до места приема всегда дольше, чем прямая волна, проходящая в свободном пространстве. При поступлении на антенну прямой и отраженной волн на экране телевизора будут наблюдаться два изображения, сдвинутых относительно друг друга. На рис. 7.1 показан путь прямого и отраженного лучей.

Все повторные изображения на экране телевизора находятся всегда справа от основного, вследствие того что развертка электронного луча в кинескопе осуществляется слева направо, и таким образом все повторные изображения, запаздывающие по времени, оказываются правее основного. И одновременно с увеличением числа отраженных лучей (волн), принимаемых антенной, число повторных изображений также увеличивается.

Изображение отраженной волны на экране может быть более контрастным, чем основное, и тогда оно будет более четким, если основная волна проходит к антенне через препятствие, а сама антенна расположена очень низко над уровнем земли. В этом случае отраженная волна будет восприниматься за основную.

Повторы изображения на экране могут возникать также из-за рассогласования антенно-фидерной системы и неточности изготовления отдельных деталей антенны. При рассмотрении конкретных ТА приводились варианты УСС, обеспечивающих полное согласование волнового сопротивления кабеля снижения с входным сопротивлением телеприемника, в противном случае часть энергии отражается от приемника к антенне и вновь от антенны к телевизору. При этом на входе телевизора появляются последовательно сдвинутые по времени сигналы, которые при большой длине кабеля снижения приводят к появлению на экране повторных изображений, а при очень коротком фидере происходит уменьшение четкости изображения. Если кабель снижения согласован с входом телевизора, повторные изображения на экране отсутствуют.

Если на экране телевизора наблюдаются повторные изображения, расстояние между которыми превышает 2 мм, то причина их появления — отражение электромагнитных волн от близлежащих предметов.

7-21.jpg

Еще одной причиной некачественного изображения — перемежающихся вертикальных, наклонных или ломаных горизонтальных полос — может быть проникновение помех от гетеродинов соседних телевизоров и радиоприемников, работающих в диапазоне метровых волн, которые

через антенну излучают паразитные электромагнитные колебания. Это связано с большим уровнем напряжения гетеродина при неправильно выбранных режимах или недостаточной фильтрации генерируемых частот.

Правильный выбор типа антенны и места ее установки, точная ориентация антенны на ТЦ существенно ослабят воздействие разнообразных помех на прием телесигнала.

Рис. 7.1 Схемы прохождения прямой и отраженной волн

Изображение: 

7.3. Молниезащита

7.3. Молниезащита

На садовых участках вопросу грозозащиты должно быть уделено особое внимание. Все ТА нуждаются в грозозащите, если они не расположены в зоне действия молниеотвода. Металлические мачты, на которых устанавливаются антенны, обязательно заземляются.

Способ выполнения грозозащиты зависит от конструкции мачты антенны, места ее установки и кровли дома. Если антенна располагается на заземленной металлической кровле, то ее заземление обеспечивается соединением нижней части металлической мачты с кровлей. Так как в антеннах наиболее часто применяется в качестве УСС петлевой вибратор, который в своей средней точке соединен с металлической стрелой, а стрела с металлической мачтой, то необходимо заземлить мачту.

В общем случае система грозозащиты состоит из токоотвода и заземляющего устройства, которая не должна нарушать нормальную работу антенны. Поэтому провод токоотвода подключается к точке нулевого потенциала. Точкой нулевого потенциала антенны могут быть середина неразрезанной трубки петлевого вибратора, середина шунта диапазонного шунтового вибратора, короткозамыкающая перемычка четвертьволнового мостика разрезного линейного вибратора, металлическая стрела и т. д. При отсутствии точки нулевого потенциала в схему антенны включается дроссель большой индуктивности, который подсоединяется к специальным клеммам антенны. Здесь середина отвода дросселя будет точкой нулевого потенциала.

Если мачта антенны деревянная, то по ней необходимо проложить толстый медный или стальной провод токоотвода диаметром не менее 5 мм. Вместо провода можно использовать металлическую шину такого же поперечного сечения. Экран кабеля снижения также соединяется с точкой нулевого потенциала антенны. К мачте кабель

снижения крепится с помощью скоб и бандажей. Второй конец провода заземления должен быть соединен с заземлителем, в качестве которого может быть использован как сам провод или шина, так и специально закопанные в землю металлические детали.

Если антенна устанавливается на неметаллическую кровлю, то металлическую мачту нужно соединить в ее верхней части с экранами кабелей и с точкой нулевого потенциала антенны. К нижней части мачты подключить провод токоотвода, проложив его вдоль стены дома, и

7-31.jpg

заземлить, уложив по дну траншеи на глубине 1 м. При этом длина горизонтального заземляющего отвода должна быть: для глинистой почвы — не менее 2 м, для суглинка — 4м, для чернозема — не менее 6 м, для каменистой почвы — 10 м, для песчаной почвы — 12 м.

На рис. 7.2 приведены варианты заземления антенн, наиболее часто применяющиеся в загородной местности. Здесь следует отметить, что заземлять необходимо только металлические части антенны. Нельзя заземлять электроприборы и электроизделия, у которых шасси соединено с одним из проводов питающей сети переменного тока. Если такое изделие окажется соединенным с незаземленным проводом сети. то присоединение внешнего заземления приведет к короткому замыканию.

Простейшими заземлителями могут быть металлические листы, предметы, использовавшийся в хозяйстве (тазы, ведра и.т. д.), трубы, толстый металлический провод и др. Для устройства заземления вблизи дома или места, где установлена антенна, вырывается яма глубиной до 2 м, в нее помещается заземлитель, к которому предварительно уже приварен стальной проводник диаметром не менее 5

MM.

Если в качестве заземлителя используется стальной провод, то необходимо закопать его в виде мотка диаметром 1 м на глубину 2 м. Длина провода в мотке должна быть не менее 20—25 м. Лучшим заземлителем можно считать отрезок толстостенной трубы длиной 1,5—2 м, закопанный на глубину 2—3 м. Во всех случаях конец проводника от заземлителя, закопанного в землю, можно укрепить на стене дома с помощью скоб, к нему в дальнейшем присоединяется провод заземления от антенны.

Все соединения в системе грозозащиты необходимо выполнять максимально надежно: с помощью сварки, пайки или в крайнем случае с помощью резьбовых соединений.

Рис. 7.2 Варианты заземления антенн

Изображение: 

8. Литература

ЛИТЕРАТУРА

1. Айсберг Е. Радио и телевидение?.. Это очень просто! / Пер. с фр. 2-е изд. М.: Энергия, 197',). 232 с., ил.—(Массовая радиобиблиотека;

вып. 975).

2. Борийчук Г. И., Булыч В. И. Радиолюбителю о телевизионных антеннах. М.: Изл-во ДОСААФ, 1977. 80 с.. ил.

3. Верховцев О. Г., Лютов К. П. Практические советы мастеру-любителю: Электроника. Материалы и их применение, 3-е изд., перераб. и доп. СПб.: Энергоатомиздат. СПб. отделение, 1991. 272 с., ил.

4. ГОСТ 24375—89. Радиосвязь. Термины и определения.

5. Громов Н. В., Тарасов В. С. Телевизоры. Справочная книга. Л.:

Лениздат, 1979. 240 с., ил.

6. Загик С. Е., Капчинский Л. М. Приемные телевизионные антенны. Л.: Государственное энергетическое издательство, 1958. 80 с., ил.

7. Онищенко И. П. Приемные телевизионные антенны. М.: Изд-во ДОСААФ, 1989. 118 с., нл.

8. Сотников С. К. Сверхдальний прием телевидения. Л.: Государственное энергетическое издательство, 1958. 63 с., нл.

9. Справочная книга радиолюбителя-конструктора / А. А. Бокуняев, Н. М. Борисов, Р. Г. Варламов и др.; Под ред. Н. И. Чистякова. М.:

Радио и связь, 1990. 624 с., ил.—(Массовая радиобиблиотека; вып. 1147).

10. Справочник начинающего радиолюбителя. М.; Л.: Энергия, 1965. 656 с., нл.—(Массовая радиобиблиотека; вып. 581).