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

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

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

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.