Как согласовать петлевой вибратор

Обновлено: 30.06.2024

  1. Вибраторные антенны;
  2. Полосковые (patch) антенны;
  3. Антенные решетки;
  4. Антенны с бегущей волной (end-fire);
  5. Рупорные антенны;
  6. Зеркальные параболические антенны;
  7. Линзовые антенны;
  8. Вопросы согласования антенн с линиями питания.

Введение

Вся беспроводная передача данных основана на процессе распространения электромагнитного поля от источника в окружающее пространство. Антенна играет роль этого источника поля. Сам процесс излучения начинается с того, что под действием высокочастотных электромагнитных полей в излучающей системе (антенне) появляются сторонние токи и заряды. Токи и заряды в свою очередь подводятся от генератора по фидерному тракту (или фидера от слова "to feed" - питать).

Таким образом, в систему излучения электромагнитного поля входят: генератор колебаний, фидер и излучатель. Конечно, сам фидер и генератор непосредственно в излучении не участвуют (или точнее – не должны участвовать, если они правильно сконструированы), рисунок 1.

Ликбез: основы теории по антеннам

Рисунок 1 – Элементы системы излучения электромагнитного поля

Любая антенна обладает так называемым принципом "двойственности", который говорит о том, что любая антенна может быть как передающей (то есть преобразовывать волны линии передачи в расходящиеся волны окружающего пространства), так и приемной (осуществлять обратное преобразование).

Вне зависимости от реализации и вида антенны, она характеризуется следующими основными параметрами:

Диаграмма направленности (ДН). Это распределение напряженности (или энергии) поля в пространстве, показывает в каких направлениях и с какой мощностью излучает антенная система. Строится эта зависимость, как правило, в сферической системе координат. В зависимости от вида диаграммы (от того, насколько диаграмма "острая") различают изотропные антенны, слабонаправленные, высоконаправленные. От вида диаграммы направленности зависят такие важные характеристики антенны как коэффициент направленного действия (КНД) и коэффициент усилении (КУ). Ниже мы рассмотрим вид диаграммы направленности, а также КНД и КУ одной из самой простых антенн в разных плоскостях.

Коэффициент полезного действия антенны. Он должен быть достаточно высоким, а потери – малыми, именно по этой причине при реализации антенн используют металлические конструкции, обладающие высокой проводимостью и диэлектрики с малыми потерями.

Согласование линии передачи с нагрузкой. Так как и передающая и приемная антенны соединяются с линией питания, то ее входное сопротивление должно быть согласовано с волновым сопротивлением линии. Иначе будет возникать нежелательное возникновение отраженных волн, а наличие последних – это всегда уменьшение излучаемой мощности и источник дополнительных помех.

Вес и габариты. Ясно, что при реализации любого устройства нужно стремиться к получению его наименьших массогабаритных размеров, однако, отметим, что размеры антенны однозначно связаны с основной длиной волны, на которой работает антенна. Вообще в антенной технике не существует понятия "большая" и "маленькая" антенна. Размеры антенны принято характеризовать в длинах волн. Если а – это диаметр зеркала (например, зеркальной антенны), то ее размер можно записать так: это значит, что в диаметр зеркала укладывается 8 длин волн. Если такое зеркало работает в диапазоне 2.4 ГГц (длина волны 12,5 см), то его диаметр будет составлять 1 метр, а если это диапазон 900 МГц (длина волны 33 см) – то диаметр уже больше 2.5 метров.

Принцип работы передающей антенны

Рассмотрим принцип действия простейшего излучающего устройства. Если взять простую двухпроводную симметричную линию, то излучать в пространство она не будет, несмотря на то, что в ней текут токи высокой частоты, рисунок 2.

Ликбез: основы теории по антеннам

Рисунок 2 – Двухпроводная линия

Излучение будет отсутствовать за счет того, что токи I и I’ находятся в противофазе, что приводит их к взаимной компенсации. Для получения излучения можно развести концы двухпроводной линии, чтобы поля от токов I, I’ не могла компенсировать друг друга, рисунок 3.

Ликбез: основы теории по антеннам

Рисунок 3 – Разомкнутая двухпроводная линия

Такая антенна получила название симметричного вибратора. Распределение тока в вибраторе остается таким же, каким оно было на соответствующем участке двухпроводной линии. Для исследования поля, излученного антеннами из проводов, удобно представлять такую антенну в виде совокупности элементарных электрических вибраторов (ЭЭВ) малой длины (малой по сравнению с длиной волны). В пределах каждого такого элементарного вибратора амплитуду и фазу тока можно считать неизменными. В конечном итоге общее поле, излученное антенной, можно рассчитать как сумму полей, излученных отдельными элементарными вибраторами (в теории это называется принцип суперпозиции).

На практике ЭЭВ реализуется в виде диполя Герца. Это антенна является первым реализованным излучателем электромагнитных колебаний, рисунок 4.

Ликбез: основы теории по антеннам

Рисунок 4 – Диполь герца

Такой излучатель можно сделать, если на концах тонких проводов (длиной L, меньшей длины волны) установить проводящие тела с большой емкостью (например, металлические шары). Заряженные шары создают токи, которые значительно выше емкостных токов между проводами. Так обеспечивается равномерное распределение тока вдоль проводника. Отметим, что на практике диполь Герца практически не используется.

Характеристики антенны на примере симметричного вибратора

Ниже будет рассмотрена антенна (одна из самых простых в реализации) - симметричный вибратор. Назван он так потому, что напряженность поля (питающая проводник) подводится к его центру, а распределение тока по проводнику можно также считать симметричным. Сегодня существует большое количество программных пакетов, позволяющих производить электродинамических анализ различных устройств СВЧ и приборов оптического диапазона, среди них: FEKO, Microwave Studio, Ansys HFSS и др. Внешний вид и модель симметричного вибратора в программном пакете Ansys HFSS показана на рисунке 5.

Ликбез: основы теории по антеннам

Рисунок 5 – Симметричный вибратор

Cама антенна представляет собой развернутую двухпроводную линию, рассмотренную выше, в которой устанавливается режим стоячих волн.

В зависимости от того, какое отношение имеет длина вибратора L к длине волны λ, может формироваться различная геометрия диаграммы направленности. Для отношения 4L/λ=1 симметричный вибратор формирует диаграмму, показанную на рисунке 6:

Ликбез: основы теории по антеннам

Рисунок 6 – Трехмерная ДН симметричного вибратора длиной 4L/λ=2

Та же самая диаграмма, только нормированная и в вертикальной плоскости полярной системы координат:

Ликбез: основы теории по антеннам

Очевидно, что в горизонтальной плоскости диаграмма направленности будет иметь форму шара. Для наглядности вы можете себе представить, что посмотрите на трехмерный вид рисунка 6 сверху (на плоскость Phi).

Если отношение длины вибратора и длины волны 4L/λ=2, что соответствует увеличению частоты колебаний в 2 раза, то диаграмма направленности становится более "плоской" в вертикальной плоскости и как следствие имеет более высокий коэффициент усиления (примерно в 1.5 раза):

Ликбез: основы теории по антеннам

Рисунок 6 – Трехмерная ДН симметричного вибратора длиной 4L/λ=1

Дальнейшее увеличение частоты колебаний приводит к расщеплению диаграммы направленности:

Ликбез: основы теории по антеннам

Рисунок 7 – Расщепление диаграммы симметричного вибратора при увеличении частоты колебаний в 3 (слева) и 5 (справа) раз

Симметричный вибратор, несмотря на простоту, очень часто присутствует в качестве частей конструкции более сложных антенн. В заключении отметим, что все конструктивные реализации антенн создаются для того, чтобы создать направленность излучения в определенном направлении (или направлениях). Можно выделить два крупных класса способов реализации направленного излучения: это геометрическое воздействие на источник излучения (например, источник помещается в фокус параболоида или перед проводящим экраном) и воздействие токами, когда группа токов, сдвинутых по фазе, образуют суммарную направленную диаграмму (примером могут служить фазированные антенные решетки).

В дальнейшем будут рассмотрены различные модели антенн, перечисленных в аннотации.

Петлевой вибратор: Два одинаковых вибратора могут быть размещены на небольшом расстоянии, параллельно друг другу. Если при этом соединить между собой концы этих вибраторов, а нижний вибратор разрезать посередине получится так называемый петлевой вибратор. Практически простой полуволновый вибратор и петлевой полуволновый вибратор имеют похожие рабочие характеристики. Однако входное сопротивление петлевого вибратора в четыре раза выше, чем у обычного полуволнового, и составляет 300 Ом.

Так что при запитывании петлевого вибратора обычным телевизионным коаксиальным кабелем следует применять согласующие трансформаторы. Конструктивно петлевой вибратор может быть выполнен в различных вариантах. Он может иметь или форму круга, или форму треугольника, или форму квадрата, или какую - то иную форму. В любом из этих вариантов определяющим размером будет размер периметра этого вибратора. Периметр активного петлевого (рамочного) вибратора должен быть равен длине рабочей волны, умноженной на коэффициент укорочения.

Антенны могут состоять из одного активного вибратора и нескольких вибраторов пассивных. Например, антенна "тройной квадрат" состоит из активной рамки, периметр которой равен длине волны, из рефлектора, периметр которого на 5% больше длины волны, и директора, периметр которого примерно на 3% меньше длины волны. Все пассивные вибраторы представляют собой замкнутые контуры и их плоскости располагаются на одной траверсе параллельно плоскости вибратора активного.

Фидер: Одиночный провод, либо система проводов, которыми радиопередатчик соединен, с антенной, называется фидер. Фидер из одиночного провода применяется редко, типичный пример - это многодиапазонная антенна VS1AA, так называемая "американка". Была популярна в пятидесятые годы прошлого столетия. Наиболее часто в качестве фидера используется коаксиальный кабель, например, телевизионный.

Реже применяется двухпроводный фидер, состоящий из двух параллельных проводов, разделенных между собой изоляционным материалом. Каждый фидер характеризуется определенной величиной волнового сопротивления. Например, телевизионный коаксиальный кабель имеет волновое сопротивление порядка 75 Ом (отечественный), либо 60 Ом (зарубежный).

Волновое сопротивление двухпроводного фидера зависит от расстояния между этими проводами и может иметь величины от 100 до 1000 Ом (и более). И антенна, и фидер, и передатчик (или приемник) могут иметь различные величины волнового сопротивления. Поэтому нужно всегда помнить о том, что следует антенну согласовывать с фидером, а фидер согласовывать с выходом передатчика (или входом приемника).

Вопросы согласования всегда очень важны и им нужно уделять самое большое внимание, иначе вся высокочастотная энергия будет пропадать в фидере. В радиолюбительской практике применяется, в основном, два способа питания антенн: Питание при помощи настроенного фидера, когда длина фидера выбрана таким образом, что на этой длине укладывается целое число полуволн рабочей частоты. Такой вид питания применяется чаще всего на коротковолновых диапазонах.

Питание при помощи ненастроенного фидера допускает применение фидера произвольной длины, но при этом непременным является условие согласования волнового сопротивления фидера с входным сопротивлением антенны и выходным сопротивлением передатчика (или приемника). Согласование с антенной достигается, как правило, выбором определенных геометрических размеров антенны, при которых её входное сопротивление становится равным (или приблизительно равным) волновому сопротивлению фидера.

Согласование фидера с передатчиком достигается различными подстроечными элементами, входящими в состав выходного колебательного контура. Степень согласования передатчика через фидер с антенной определяется прибором, который называется "КСВ-метр". КСВ - это коэффициент стоячей волны, равный отношению наибольшей величины ВЧ тока (или напряжения) в фидере, к его наименьшему значению.

В идеальном случае величина ВЧ тока (или напряжения) по всей длине фидера должна быть одинакова, т.е. КСВ = 1. При росте потерь за счет рассогласования величина высокочастотного тока (или напряжения) по длине кабеля изменяется и КСВ может достигать очень больших величин.

Это говорит о том, что почти вся вырабатываемая передатчиком энергия теряется в фидере. Наибольшей допустимой величиной может быть КСВ = 2. Размеры и настроенного и ненастроенного фидера должны учитывать коэффициент укорочения, зависящий от конструкции фидера и от примененного в этой конструкции диэлектрика. В радиолюбительской практике принято считать, что коэффициент укорочения ленточного кабеля равен 0,8, а для коаксиального кабеля - 0,66.

При использовании ненастроенного фидера, длина которого может быть любой, часто применяются для согласующих и симметрирующих устройств куски из того же кабеля, имеющие длину, кратную длине рабочей волны. Вот для точного определения длины каждого из этих кусков следует учитывать коэффициент укорочения.

Если Вас интересует дальнейшая судьба рассылки и сайта, то вы можете ему помочь, разместив код баннера или ссылки у себя на сайте.

Код баннера:

Код ссылки









В связи с быстрыми темпами роста потребности в средствах радиосвязи, а так же с увеличением числа источников промышленных помех, происходит "перегрузка эфира" в декаметровом диапазоне. Рост загрузки радиоспектра и рост уровня взаимных помех создали потребность специального изучения проблем, связанных с возможностью совместной работы радиостанций, получивших наименование электромагнитной совместимости. В деле борьбы с взаимными помехами и обеспечением электромагнитной совместимости антенны могут явиться одним из основных экономических и технических факторов. Антенны с высокой пространственной избирательностью способствуют более плотной пространственной загрузке одних и тех же участков спектра без увеличения взаимных помех.

У радиолюбителей существует неверное представление о целесообразности применения качественных симметрирующих устройств. Прежде всего следует понимать, что если бы речь шла только о искажении диаграммы направленности антенны, то эту проблему можно было бы и не рассматривать. Перекос в диаграмме направленности, всегда можно учесть, когда речь идет о простых антеннах, один - два элемента. В многоэлементных антеннах, типа волновой канал, этот перекос вообще незначителен. Более существенны другие факторы, также как появление кроссполяризации, возбуждение бума, фидера питания и мачты.

При приеме такая система более подвержена индустриальным помехам, что вызывает дополнительный шум на входе приемника. При передаче расходуется часть полезной энергии, создавая помехи TV и другим радиоэлектронным приборам.

Многоэлементную антенну без симметрирующего устройства сложнее настраивать, так как появляется дополнительная связь между элементами и ложные резонансы.

Иногда при подключении фидера питания к антенне, ставят ферритовое кольцо, продев в него несколько витков кабеля, надеясь, что это чем-то поможет или думая, что это лучше чем ничего - не обольщайтесь.

Если возбужден бум и мачта, то от мачты на кабель все равно наведется часть энергии, ниже кольца, так что это не более как тема для разговоров в эфире.

Наиболее простой способ согласования антенны "волновой канал" с коаксиальным кабелем, это применяемая схема гамма или омега согласования. Несомненно, с экономической и механической точек зрения, очень удобна, но с электрической не выдерживает никакой критики, хоть и применяется уже многие годы. Заметьте, в технике связи, такие устройства не применяются.

Пробуем разобраться по этим схемам. Рассмотрим для примера два полуволновых вибратора, один из которых выполнен из трубы (или какого-нибудь проводника) одного диаметра. Рис. 1. Второй вибратор из двух проводников разного диаметра. Рис. 2.

Рисунок 1 Рисунок 2

В обоих случаях точка А, середина вибратора. При возбуждении вибратора электромагнитной волной в первом случае Рис. 1 минимум напряжения или точка нулевого потенциала совпадает с точкой "А" серединой вибратора. Такой вибратор, можно закрепить к буму в точке "А", с хорошим или плохим электрическим контактом, это не важно. Во втором случае Рис. 2 точка нулевого потенциала не совпадает с точкой "А".

Если в точке "А" закрепить бум, то при возбуждении вибратора возбудится бум и мачта. Потеря мощности (или перераспределение между вибратором и бумом) может изменяться в зависимости от длины бума и высоты мачты, в худшем случае потери могут достичь 20%. При этом КСВ на выходе передатчика может равняться единице, ведь передатчик (или генератор) "не понимает" слова антенна. Мы подключили к передатчику согласованную нагрузку, в которую входят: фидер питания, согласующее устройство, вибратор, бум, мачта и т.д.

При несимметричной запитке полуволнового вибратора с помощью g или W согласования мы создаем неоднородность на одном плече вибратора, что и приводит к смещению точки нулевого потенциала относительно бума. Для частичного устранения этого эффекта, необходимо изолировать активный элемент от бума, с одновременным смещением точки запитки вибратора в сторону созданной неоднородности. Оплетка коаксиального кабеля подключается не в середину вибратора, а с небольшим смещением в сторону согласующего устройства. Остальные элементы антенны, такие как директора и рефлектор, изолировать не обязательно. Если изолировать вибратор от бума по ряду причин не получается, можно прикрепить к свободной половине вибратора какой-либо элемент в виде отрезка трубы, такой же как и шлейф у-трансформатора, или поставить на край вибратора емкостную нагрузку. Этим самым мы создадим дополнительную неоднородность на свободном плече вибратора и сделаем его симметричным. При этом необходима корректировка вибратора по длине.

Такое решение выглядит немного абсурдным, так как, навесив дополнительный элемент, напрашивается мысль о его использовании (запитке), в результате мы переходим к симметричному т-согласованию. С электрической точки зрения т-согласование не создает перекоса и не нарушает симметрию вибратора, но оно применимо при питании вибратора с помощью высокоомной двухпроводной линии. При запитке вибратора коаксиальным кабелем, придется поставить симметрирующее - трансформирующее устройство Рис. 3, или запитать вибратор двумя кабелями, что экономически невыгодно. Рис.4

Рисунок 3 Рисунок 4

Решить все проблемы проще, используя в качестве активного элемента, разрезной вибратор с симметрирующим мостиком или что еще лучше петлевой вибратор.

В узкополосных радиолюбительских антеннах, нет смысла применять широкополосные симметрирующие устройства на ферритах, целесообразнее применять узкополосные симметрирующие и трансформирующие устройства, которые одновременно являются дополнительными фильтрами. ФВЧ

Петлевой вибратор позволяет реализовать идеальное симметрирующее устройство без потерь, если кабель питания завести через точку нулевого потенциала внyтри трубы одного из плеч вибратора. Рис. 5.

Рисунок 5

Если необходимо трансформировать входное сопротивление антенны с фидером, в нижней части вибратора ставится четвертьволновый трансформатор, выполненный из отрезка кабеля нужного волнового сопротивления Рис. 6.

Рисунок 6

Для изготовления трансформатора, с кабеля снимается экран и увеличивается диаметр изоляции до требуемого волнового сопротивления.

Вибратор необязательно делать из цельной трубы с плавными изгибами по радиусу, его можно изготовить из трех отрезков трубы. См. Рис. 7.

Рисунок 7

В диапазоне КВ только верхняя часть вибратора выполнена из трубы, нижнюю часть вибратора, левую и правую изготавливают из РК-кабеля. (Для снижения веса вибратора). Добавив большее количество диэлектрических перемычек Рис. 8.

Рисунок 8

  • 1 - металлические перемычки
  • 2 - крепление из диэлектрика

В правой половине вибратора запитывается только оплетка коаксиального кабеля.

В точке "А" обеспечить электрический контакт с трубой.

Чтобы конструкция была легкой, в петлевом вибраторе использовать тонкий коаксиальный кабель, не делая запаса по сечению кабеля. При мощности 500 Вт на частоте 30 мГц подойдет кабель с полиэтиленовой изоляцией РК75-4-12 или 50-ти омный. Кабель с фторопластовой изоляцией можно взять еще тоньше, например РК75-3-22 на частоте 30 мГц выдерживает 1000 Вт.

Петлевой полуволновой вибратор можно симметрировать и согласовать с помощью четвертьволнового короткозамкнутого шлейфа. Рис. 9. Шлейф не обязательно опускать вниз, в многоэлементных антеннах типа волновой канал, шлейф располагается вдоль бума в сторону рефлектора.

Рисунок 9

Кабель бандажируется к одной стороне шлейфа и по длине шлейфа находят точку запитки, где волновое сопротивление нагруженного антенной шлейфа совпадает с волновым сопротивлением питающего кабеля. С электрической точки зрения, это нормальное согласование и симметрирование, единственная проблема в конструктивном исполнении данной схемы.

Все выше перечисленные требования, к симметрированию и согласованию, относятся ко всем симметричным антеннам: диполям, квадратам, зигзагам, ромбам. Используя это на практике, вы намного улучшите качество приема и передачи, а так же решите ряд нерешенных до этого проблем.

В качестве несущего элемента, в петлевом вибраторе можно применить стеклопластик (например, склеить несколько колен телескопической удочки), а сам вибратор изготовить из отрезка коаксиального кабеля. См.рис. 10

Рисунок 10

В точке "А" оплетки кабелей спаять. В правой стороне петлевого вибратора с обеих сторон подключена только оплетка коаксиального кабеля, центральный проводник не задействован.

Стеклопластик можно применить и для других пассивных элементов, таких как директор и рефлектор. При этом внутрь стеклопластиковой трубки вставляется какой-либо проводник, например алюминиевый провод или полоска из алюминиевой или медной фольги. Фольгу можно приклеить эпоксидной смолой и с внешней стороны пластиковой трубки.

Конструкция получается легкая и прочная, что позволяет реализовать такой вибратор на низкочастотных диапазонах.

Если применяется разрезной вибратор, нужно применить узкополосно-симметрирующее устройство.

Антенна для телевизора

Качество изображения на экране телевизора во многом зависит от антенны. Об этом мало задумываются жители городов, пользующиеся коллективной наружной антенной, установленной специалистами. Другое дело — телезрители деревень и небольших поселков. Каждый из них мастерит и устанавливает на крыше свою антенну, стараясь поднять ее как можно выше. И удивляется, если при этом не получается хорошего изображения.

Конечно, с увеличением высоты сигнал возрастает. Однако многое зависит от конструкции антенны, от того, как она ориентирована, как соединена с телевизором. Обо всем этом и пойдет разговор.

Симметричный полуволновой вибратор (рис. 1). Это простейшая телевизионная антенна, обеспечивающая надежный прием сигнала на расстоянии 20—30 км от передающей станции. Она состоит из двух одинаковых по размерам металлических (дюраль, латунь, сталь) трубок, укрепленных на одной прямой на некотором расстоянии друг от друга.

Итак, длину трубок определили. Диаметр их может быть 8—24 мм (чаще всего используют, трубки диаметром 16 мм). Один из концов каждой трубки расплющите и прикрепите трубки металлическими хомутиками к держателю из изоляционного материала (текстолит или гетинакс толщиной не менее 5 мм) так, чтобы между удаленными концами получилось требуемое расстояние, а расплющенные концы отстояли друг от друга на 60—70 мм. К расплющенным концам прикрепите с помощью винтов монтажные лепестки — они будут служить своеобразными выводами трубок. Лучше, конечно, приварить лепестки к концам трубок, чтобы контакт был надежнее.

Держатель с трубками установите, на мачте, которая в дальнейшем будет установлена на крыше. Теперь к антенне нужно подсоединить снижение из коаксиального кабеля РК-1, РК-3, РК-4 или другого с волновым сопротивлением 75 Ом. Но подпаивать проводники кабеля непосредственно к выводам трубок нельзя. Между кабелем снижения и антенной устанавливают согласующее устройство, представляющее собой петлю из двух отрезков такого же коаксиального кабеля. Длина отрезков зависит от принимаемого телевизионного канала. Для первого канала размер l1 должен равняться 286 см, а l2 — 95 см, для последующих каналов — соответственно 242 и 80, 187 и 62, 170 и 57, 166 и 52, 84 и 28, 80 и 27, 77 и 26, 74 и 25, 71 и 24, 68 и 23, 66 и 22 см.

Подключение согласующего устройства показано на рисунке 2. Центральные жилы кабеля и отрезков подпаивают непосредственно к выводам трубок и друг к другу, а металлические оплетки соединяют отрезками медного провода без изоляции. Пайка должна быть прочной и надежной, а места паек защищены изоляционной лентой.


Согласующую петлю и кабель снижения прикрепляют к мачте. Длина кабеля снижения должна быть достаточной для подключения к телевизору после установки антенны на крыше. На конце кабеля устанавливают разъем, который подключается в гнездо телевизора.

Антенну укрепляют оттяжками так, чтобы она стояла прочно, а вибратор находился на расстоянии не менее 2 м от крыши.

Чтобы получить от антенны максимально мощный сигнал, ее нужно ориентировать возможно точнее на телецентр (или на антенну ретранслятора). Эту работу лучше проводить вдвоем или даже втроем. Один медленно поворачивает антенну вокруг оси, а другой, наблюдая за экраном телевизора, сообщает ему об изменении контрастности и качества изображения. Антенну устанавливают и закрепляют в таком положении, чтобы контрастность была наибольшей и на изображении отсутствовала многоконтурность (результат приема сигнала, отраженного от близлежащих строений).

Петлевой вибратор (рис. За). Эта антенна сложнее предыдущей, но обладает несколько лучшими параметрами и позволяет увеличить дальность приема до 40 км.

Изготавливают петлевой вибратор из алюминиевой, латунной, медной или стальной трубки диаметром от 8 до 24 мм. Радиус закругления трубки не имеет значения, а расстояние между осями противоположных сторон должно быть 65—70 мм. Трубку изгибают, заполнив ее песком и плотно закрыв отверстия. Вибратор прикрепляют к мачте.


Далее вибратор следует согласовать с кабелем снижения петлей (рис. 36). Размеры вибратора и петли зависят от принимаемого телевизионного канала. Если вибратор изготовлен из трубки диаметром 12—18 мм, его длина (расстояние между закругленными концами) для первого канала должна быть 276 см, а длина петли — 190 см, для последующих каналов соответственно 234 и 160, 178 и 125, 163 и 113, 151 и 104, 81 и 56, 77 и 53, 74 и 51, 71 и 49, 69 и 47, 66 и 45, 66 и 44.

Двухэлементная антенна (рис. 4). Она обладает большей чувствительностью по сравнению с предыдущими конструкциями и способна принимать "сигнал на расстоянии до 50 км от телецентра. Обладая более острой характеристикой направленности, такая антенна позволяет ослабить прием отраженных сигналов.

Антенна состоит из двух вибраторов — петлевого и полуволнового. Первый из них основной (он называется активным), второй носит название рефлектора. На телецентр антенну обращают активным вибратором. Вибраторы крепят к мачте с помощью перпендикулярной к ней опоры — стрелы. Крепление должно быть очень надежным. И мачта и стрела должны быть изготовлены из изоляционного материала.

Размеры антенны (длина вибраторов и расстояние между ними) определяются номером телевизионного канала. Расстояние между осями противоположных сторон петлевого вибратора во всех случаях должно быть 75—80 мм. Для первого телевизионного канала длина петлевого вибратора должна быть 263 см, рефлектора — 320 см, расстояние между ними — 91 см. Для других каналов размеры будут соответственно 218—264—76, 175—212—64, 156—190—56, 142—174—50, 76—94—27, 73—90—26, 70—86—24, 67—82—23, 65—79—22, 62—76—22, 60—74—21.


Кабель снижения подключают к активному вибратору вместе с согласующей петлей, длина которой для каждого канала остается такой же, как в случае рассмотренного выше петлевого вибратора.

Проволочная антенна (рис. 5). Если нет подходящих металлических трубок, проще всего изготовить телевизионную антенну из антенного канатика (он используется для радиоантенны), осветительного шнура или медного одножильного провода диаметром 1,5—2 мм. Антенна состоит из двух лучей, по три проводника в каждом. Концы проводников луча спаяны вместе, а в центре луча впаяна распорка. Лучи соединены друг с другом и с мачтами изоляторами.

Проволочная антенна эффективно работает в основном на 1—5-м каналах. В зависимости от выбранного канала определяют размеры антенны. Так, для первого канала размер луча l1 берется равным 70 см, а l2 — 10 см, для последующих каналов — соответственно 59 и 8, 49 и 7, 43 и 6, 38 и 5 см.

Способ подключения снижения к антенне тот же, что и для полуволнового вибратора. Аналогично и ориентируют ее на телецентр.

Несколько слов о грозозащите антенны. Если антенна поднята высоко и вблизи нет более высоких сооружений, оборудованных молниеотводами, антенну следует заземлять при приближении грозы и на все время, пока телевизор не работает. Проще всего это делать на петлевом вибраторе. К средней его точке, напротив концов трубки, прикрепляют медный или стальной провод диаметром 3—4 мм, который проводят по мачте и соединяют, например, со старым ведром, врытым в землю на глубину 1,5—2 м. С заземляющим проводом соединяют оплетки кабелей и мачту, если она металлическая.

Симметричный полувибратор нельзя соединять с землей. В этом случае грозозащиту осуществляют так. Оголяют кабель вблизи антенного разъема и подключают к средней жиле и оплетке два скрученных провода в изоляции (рис. 6). Длина их зависит от рабочего канала и колеблется от 1,5 м (для 1—5-го каналов) до 0,5 м (для 6—12-го каналов). Затем с помощью лезвия безопасной бритвы или двух иголок (каждой из них протыкают изоляцию одного из проводов и соединяют их) закорачивают провода друг с другом в разных точках, начиная от свободных концов, и следят за изображением на экране. Находят такое место, где замкнутые провода практически не влияют на качество изображения. В этом месте провода следует спаять и подключить к ним заземление, а оставшиеся концы проводов удалить.

К простым антеннам также относится хорошо известный радиолюбителям-ультракоротковолновикам петлевой шлейф-вибратор Пистолькорса.

Схематическое изображение шлейфа-вибратора показано на рис. 1, а конструктивное оформление антенны—на рис. 2.

Антенна - шлейф-вибратор Пистолькорса

Рис. 1. Антенна — шлейф-вибратор Пистолькорса.

Точно такое же сопротивление имеет кабель типа КАТВ, поэтому антенна, выполненная из петлевого вибратора и кабеля КАТВ, не требует никакого дополнительного специального согласования, обычно доставляющего радиолюбителю много хлопот. Кроме того, фидер, изготовленный из кабеля типа КАТВ, стоит значительно дешевле коаксиального.

Неравномерное излучение такой антенны в горизонтальной плоскости легко устраняется вертикальной установкой вибратора. При установке надо только следить за тем, чтобы фидер был расположен перпендикулярно вибратору на длине не меньше:

Конструкция антенны со шлейфом-вибратором (антенна типа петлевого вибратора)

Рис. 2. Конструкция антенны со шлейфом-вибратором (антенна типа петлевого вибратора).

  • 1 — пластинка из изолятора;
  • 2 — скобки из изолятора;
  • 3 — металлическая мачта;
  • 4—фидер из кабеля КАТВ;
  • 5 — место приваривания вибратора к мачте.

Диаграмма направленности излучения в горизонтальной плоскости примерно такая же, как и разрезного вибратора. Несколько большая полоса пропускания не имеет существенного значения для любительской связи.

Петлевой вибратор благодаря большому входному сопротивлению получил широкое применение в сложных антеннах. Как известно, пассивные вибраторы сложной антенны сильно снижают входное сопротивление активного вибратора.

Если в качестве активного вибратора применен разрезной полуволновый вибратор, имеющий входное сопротивление 70—72 ом, то при добавлении к нему хотя бы двух пассивных вибраторов его сопротивление падает до 10—20 ом, и согласование с фидером практически становится затруднительным.

Если же для этой цели применить петлевой вибратор, то входное сопротивление антенны, хотя и падает, но остается достаточно высоким для хорошего согласования с фидером.

Второе преимущество шлейфа — удобный способ его крепления. В точке О напряжение по высокой частоте равно нулю, и, следовательно, в этой точке вибратор можно приварить к мачте— необходимость в изоляторах отпадает.

Питать шлейф-вибратор можно как при помощи симметричного кабеля, так и при помощи коаксиального кабеля. На рис. 81 дано схематическое изображение устройства шлейфа-антенны с использованием симметричного кабеля типа КАТВ, имеющего волновое сопротивление 300 ом, т. е. такое же, какое имеет вибратор.

Однако от антенны можно получить лучшие результаты, если произвести более точный ее расчет. Как показывает теория, входное сопротивление шлейфа-вибратора зависит от толщины трубок и расстояния между ними.

При равенстве диаметров (d1 = d2) входное сопротивление петлевого вибратора равно 292 ом и практически не зависит от расстояния между трубками при изменении последнего в пределах от 100 до 150 мм.

Обычно сопротивление шлейфа-вибратора R1 сравнивают с сопротивлением разрезного вибратора Я0, которое равно в среднем 72 ом. Из теории следует, что:


Удобнее входное сопротивление не вычислять, а определять по номограмме (рис. 82).

Номограмма дает возможность быстро определить необходимые размеры шлейфа-вибратора в зависимости от заданного волнового сопротивления и диаметров имеющихся в распоряжении трубок.

Пусть требуется изготовить антенну с более высоким волновым сопротивлением, например 430 ом (это бывает нужно для многовибраторных антенн). В этом случае вибратор должен быть выполнен из трубок различных диаметров.


Рис. 3. Номограмма для расчета антенны шлейфа-вибратора.

Задаемся диаметром нижней трубки вибратора, равным 10 мм, и отношением d1/d2 =3. Проводим на номограмме прямую через отметки 6 и 3 на шкалах К и d1/d2. На шкалах D/d2, D/d1 и в точках пересечения этих шкал с проведенной прямой читаем ответ:

Для определения D надо воспользоваться вторым равенством:

Из первого равенства определяем диаметр верхней трубки вибратора:

Соединение частей вибратора между собой можно выполнить пластинками из меди или латуни шириной, равной приблизительно среднему диаметру трубки,-—20 мм. В заключение определяем резонансную длину вибратора.

Для трубки диаметром 20 мм коэффициент укорочения k=0,483 (смотрим график). Длина вибратора l=0,483 * 7692 мм = 3715 мм.

В диапазоне 144—146 Мгц, как правило, применяются сложные, многовибраторные антенны, в которых в целях облегчения согласования с фидером в качестве активного вибратора всегда применяют шлейф-вибратор.

Расчет волнового сопротивления шлейфа-вибратора для этого диапазона производится по тем же формулам, графикам и номограммам. Длина вибратора определяется тем же способом и равна:

Иногда в сложных антеннах имеет смысл применять двойной петлевой вибратор, имеющий сопротивление 600 ом.

Схематическое изображение такого вибратора дано на рис. 83. Это позволяет в сложных антеннах повысить входное сопротивление до величины, практически пригодной для согласования с существующими фабричными кабелями.

Двойной петлевой вибратор

Рис. 4. Двойной петлевой вибратор.

  • fcp — 39 Мгц I = 371 см
  • для fcp~ 145 Мгц, I = 100 см.


Усилитель своими руками

Нередки ситуации, когда правильно собранная и грамотно настроенная антенна, отказывается надежно принимать сигнал, тогда просто не обойтись без усилителя сигнала.

Большая часть подобных устройств имеет сложную конструкцию, собрать которую без определенных знаний тяжело. Более простой вариант можно изготовить своими руками за 10 минут.

Понадобится магнит, на который наматывается несколько витков телевизионного кабеля. Это устройство можно собрать как возле телевизора, так и на антенне. Последний вариант наиболее популярен в заводских усилителях.

Читать также: Как выбрать клей для пистолета

Согласование и симметрирование самодельных антенн

Тем, кто привык пользоваться покупными антеннами, потребуется выучить два вопроса:

  1. Симметрирование самодельных антенн.
  2. Согласование антенн с кабелем (фидером).

Начнем со второго, так как он очевиднее. В каждой линии волна двигается, отражаясь от стенок. Задан угол переотражения. Собственно, и длина волны в линии меняется, что не так важно в рассматриваемом случае. Сопротивление меди не играет великой роли, ведь волна бежит в диэлектрике, хотя и активная составляющая накладывает ограничения. Энергия отражается экраном и не выходит за пределы линии.

Разумеется, чем выше проводимость металла, тем потери окажутся меньше. Идеальный коаксиальный кабель с золотым напылением. Кстати, прочий тип линий – волноводы – подобным качеством обладает. Потому стоят дорого (а в паспорте указана процентная доля драгоценных металлов, подлежащих сдачи государству при утилизации).

Когда волна бежит внутри линии, то отражается от препятствий. Проще проиллюстрировать на примере оборудования для исследования высоковольтных линий. Специальный фургон с аппаратурой в кабель посылает электрический сигнал звуковой частоты. Тот отражается от любой муфты, но, так как у ремонтников имеется карта, подобные неоднородности не интересуют. Но обрыв заметен на фоне регулярных источников отражения. Из примера понятно, как важна однородность линии. Согласование преследует цели исключения помех движению сигнала. Как правило, речь идет о такой неоднородности, как неодинаковые волновые сопротивления участков линии.

При излучении волна испытывает на себе сопротивление. Соответственно, теряется часть мощности. Это сопротивление называют волновым.

Отличие от активного, что волновое сопротивление зависит от длины волны (частоты сигнала). Измеряют при помощи генератора и высокочастотного вольтметра, как обычное. Это сопротивление равно для радио 50 Ом, а для телевещания – 75 Ом. Сообразно кабелю. На практике далеко не всегда получается. Для этого собирают согласующие устройства, к примеру, четвертьволновые трансформаторы. Передают энергию почти без потерь, точная настройка антенны ведется по КСВ метру. В случае полуволновых вибраторов допустимо укорачивать плечи и смотреть, изменились ли к лучшему параметры.

Важно симметрирование антенны. Это играет роль на метровых и декаметровых волнах, с ростом частоты эффект снижается. Но 12 каналов (вместе с FM-радио) попадают в диапазон, значит, вопрос лишним не является. Сам диполь с двумя плечами устройство симметричное, а кабель – несимметричная линия. В результате образуется разность потенциалов, искажающая диаграмму направленности, усиливающая уровень боковых лепестков. За счет токов, наведенных на оплетке линии, появляются паразитное излучение и паразитный прием. Если для радио это нестрашно, в случае с телевидением все шансы получать вместе с полезным сигналом часть стороннего. Подобные эффекты мешают в крупных городах с сильным уровнем помех.

Комнатная антенна из пивных банок

Несмотря на необычность конструкции, она вполне работоспособна, поскольку представляет собой классический диполь, тем более, что размеры стандартной банки отлично подходят для плеч вибратора дециметрового диапазона. Если устройство установлено в комнате, то в этом случае даже не обязательно согласование с кабелем, при условии, что он не будет длиннее двух метров.

Длина петли на антенну


Устройство комнатной антенны на базе пивных банок

Обозначения:

  • А – две банки объемом 500 мг (если взять жестяные, а не алюминиевые, то можно припаять кабель, а не использовать саморезы).
  • B – места крепления экранирующей оплетки кабеля.
  • С – центральная жила.
  • D – место крепления центральной жилы
  • E – кабель, идущий от телевизора.

Плечи этого экзотического диполя необходимо закрепить на держателе, сделанного из любого изоляционного материала. В качестве такового можно использовать подручные вещи, например, пластиковую вешалку для одежды, перекладину швабры или кусок деревянного бруса соответствующих размеров. Расстояние между плечами от 1 до 8 см (подбирается эмпирическим путем).

Читать также: Диод fr154 характеристики аналоги

Читайте также: