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

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

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.

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.

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

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

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

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.

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.

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.