arials/part1/1-1.html Электросхема.Ру - Телевизионные антенны МВ и ДМВ - Основные требования, нормы и технические характеристики

 
 
Навигация
Новости


Главная страница
Антенны
Аудио
Сотовые телефоны
Радиотелефоны
Бытовая аппаратура
Радиостанции
Справочники
Интересные схемы
Литература
Даташиты
Заказать диск
Поиск
Об авторе
Отправить смс
Форум
Реклама

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

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

ЭДС — электродвижущая сила

ЭРИ — электрорадиоизделие

ЭРЭ — электрорадиоэлемент

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

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.
Таблица 1.2 Виды радиоволн и их границы по длине
Виды радиоволн Границы по длине волн
Мириаметровые 10-100 км
Километровые 1-10 км
Гекометровые 100-1000м
Декаметровые 10-100м
Метровые 1-10м
Дециметровые 10-100см
Сантиметровые 1-10см
Миллиметровые 1-10мм
Децимиллиметровые 0,1-1мм
Таблица 1.2 Виды радиочастот и их условные границы
Виды частот Границы по частоте волн
Очень низкие (ОНЧ) 3-30 кГц
Низкие (НЧ) 30-300 кГц
Средние (СЧ) 300-3000кГц
Высокие (ВЧ) 3-30МГц
Очень высокие (ОВЧ) 30-300 МГц
Ультравысокие (УВЧ) 300-3000МГц
Сверхвысокие (СВЧ) 3-30ГГц
Крайневысокие (КВЧ) 30-300ГГц
Гипервысокие (ГВЧ) 300-3000ГГц

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. 1.3 представлены диапазоны радиоволн и частота нх колебании, принятые Международным консультативным комитетом радиосвязи.

Таблица 1.3 Диапазоны радиоволн и частота их колебаний
Сверхдлинные (СДВ) Более 10 000м Менее 30 кГц
Длинные (ДВ) 1000-10 000м 30-300кГц
Средние 100-1000м 300-3000кГц
Короткие 10-100м 3-30МГц
Ультракороткие (УКВ):
метровые 1-10м 30-300МГц
дециметровые 1-10дм 300-3000МГц
сантиметровые 1-10см 3-30ГГц
миллиметровые 1-10мм 30-300ГГц
субмиллировые 0,1-1мм 300-3000ГГц

В табл. 1.4 приведены частотные каналы телевещания метрового диапазона, на которых передаются первые 12 каналов.

Таблица 1.4 Частотные каналы телевещания метрового диапазона
Каналы Полоса
частот, МГц		 Несущая изображения Несущая звука
f,МГц L, м f,МГц L, м
1 48,5-56,5 49,75 6,03 56,25 5.33
2 58,0-66,0 59,25 5,06 65,75 4.56
3 76,0-84,0 77,25 3,88 83,75 3.58
4 84,0-92,0 85,25 3,52 91,75 3,27
5 92,0-100,0 93,25 3,22 99,75 3,01
6 174,4-182,0 175,25 1,71 181,75 1,65
7 182,0-190,0 183,25 1,64 189,75 1,58
8 190,0-198,0 191,25 1,57 197,75 1,52
9 198,0-206,0 199,25 1,51 205,75 1,46
10 206,0-214,0 207,25 1,45 213,75 1,41
11 214,0-222,0 215,25 1,40 221,75 1,36
12 222,0-230,0 223,25 1,35 229,75 1,31

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.
Таблица 1.5 Частотные каналы телевещания дециметрового диапазона волн
Каналы Полоса
частот, МГц		 Несущая
изображения, МГц		 Длина волны
изображения, м		 Несущая
звука, Мгц		 Длина волны
звука, м
21 470-478 471,25 0,636 477,75 0,627
22 478-486 479,25 0,626 485,75 0,616
23 486-494 487,25 0,615 493,75 0,607
24 494-502 495,25 0,605 501,75 0,597
25 502-510 503,25 0,596 509,75 0,588
26 510-518 511,25 0,586 517,75 0,579
27 518-526 519,25 0,577 525,75 0,570
28 526-534 527,25 0,569 533,75 0,562
29 564-542 535,25 0,560 541,75 0,553
30 542-550 543,25 0,552 549,75 0,550
31 550-558 551,25 0,544 557,75 0,537
32 558-566 559,25 0,536 565,75 0,535
33 566-574 567,25 0,528 573,75 0,522
34 574-582 575,25 0,521 581,75 0,515
35 582-590 583,25 0,514 589,75 0,508
36 590-598 591,25 0,507 597,75 0,501
37 598-606 599,25 0,500 605,75 0,495
38 606-614 607,25 0,494 613,75 0,488
39 614-622 615,25 0,487 621,75 0,482
40 622-630 623,25 0,480 629,75 0,476
41 630-638 631,25 0,475 637,75 0,470
42 638-646 639,25 0,469 645,75 0,464
43 646-654 647,25 0,463 653,75 0,459
44 654-662 655,25 0,457 661,75 0,453
45 662-670 663,25 0,452 669,75 0,447
46 670-678 671,25 0,446 677,75 0,442
47 678-686 679,25 0,441 685,75 0,437
48 686-694 687,25 0,436 693,75 0,432
49 694-702 695,25 0,310 701,75 0,427
50 702-710 703,25 0,426 709,75 0,422
51 710-718 711,25 0,421 717,75 0,417
52 718-726 719,25 0,417 725,75 0,413
53 726-734 727,25 0,412 733,25 0,408
54 734-742 735,25 0,408 741,75 0,404
55 742-750 743,25 0,403 749,75 0,400
56 750-758 751,25 0,399 757,75 0,395
57 758-766 759,25 0,395 765,75 0,391
58 766-774 767,25 0,391 773,75 0,387
59 774-782 775,25 0,386 781,75 0,383
60 782-790 783,25 0,383 789,75 0,379
61 790-798 791,25 0,370 797,75 0,376
62 798-806 799,25 0,375 805,75 0,372
63 806-814 807,25 0,371 813,25 0,368
64 814-822 815,25 0,367 821,75 0,365
65 822-830 823,25 0,364 829,75 0,361
66 830-838 831,25 0,360 837,75 0,358
67 838-846 839,25 0,357 845,75 0,354
68 846-854 847,25 0,354 853,75 0,351
69 854-862 855,25 0,350 861,75 0,348
70 862-870 863,25 0,347 869,75 0,344
71 870-878 871,25 0,344 877,75 0,341
72 878-886 879,25 0,341 885,75 03,338
73 886-894 887,25 0,338 893,75 0,335
74 894-902 895,25 0,335 901,75 0,332
75 902-910 903,25 0,332 909,75 03,329
76 910-918 911,25 0,329 917,75 0,326

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 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:


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 типов ТА. Коэффициент полезного действия приемных ТА, исключая ромбические, находится в пределах 0,93—0,96.

Примечание. Коэффициент усиления антенны выражен в относительных единицах. Для перехода к децибелам можно использовать расчетную формулу или соответствующую номограмму в [2] или [6].

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 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.

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 изменению 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 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.

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 к той половине вибратора, к которой подсоединена трубка с кабелем, а центральная жила кабеля подводится к другой половине вибратора. Длина мостика l от вибратора 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 полуволновым 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 характеристик, 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.
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. 1.13 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 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.

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.

1.6. 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.

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.

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.

Вернуться к оглавлению "Раздела 1" 


Подписка
Чтобы знать о поступлении новых схем на сайт, подпишитесь на новости сайта:


Подписаться

Реклама