Цифровые сигналы известны всем уже долгое время. Все телеорганизации перешли на новый формат. Аналоговые телевизионные устройства отошли в сторону. Но несмотря на это достаточно многие находятся в рабочем состоянии и могут прослужить не один год. Для того чтобы устаревшее оборудование доработало отведенный эксплуатационный срок, при этом присутствовала возможность просмотра цифрового вещания, потребуется подключить DVB-T к телеприемнику и ловить сигналы волны зигзагообразной антенной.
Для тех, кто желает сэкономить семейный бюджет и при этом получить качественное телевизионное вещание, необходимо обратить внимание на антенну Харченко для цифрового ТВ своими руками.
Это уникальная конструкция известна длительное время, но нашла себя относительно недавно.
Принцип работы антенны для цифрового телевидения
После того, как появилась радиосвязь, актуальность применения антенного устройства увеличилась. С 60-х годов ХХ столетия на то время узнаваемый инженер Харченко выставил напоказ конструкцию из 2 ромбов. Такое устройство позволяло ему ловить эфиры США.
Это двойной квадрат из толстой медной проволоки. Квадраты соединяются за счет незамкнутых углов между собой, в этом месте подсоединяется кабель от ТВ. Для повышения направленности сзади монтируется решетка из материала, способного проводить ток.
Периметр квадратов равен длине волны, на которую настраивается прием. Около 12 мм должен составлять диаметр проволоки для трансляции от 1 до 5 телеканалов. Конструкция получается далеко не компактная, в случае сборки для радиосвязи и ТВ метрового диапазона до 12 каналов.
Чтобы облегчить устройство, задействовалась прокладка 3 проводами меньшего сечения. Несмотря на это размер и масса оставались внушительными.
Второе дыхание рассматриваемая антенна получила, когда появилось эфирное вещание в ДМВ диапазоне. Большинству известны ромбы, треугольники и прочие самодельные фигуры в виде антенных устройств для получения сигнала дециметровых волн. Такого плана антенны весели на балконах, окнах как частных домов, так и многоэтажных сооружений.
В начале нулевых американский профессор Тревор Маршалл выступил с предложением использовать данную конструкцию в сетях Bluetooth и Wi-Fi.
Биквадратная антенна – это также антенное устройство советского инженера. Данный вариант создается по тем же принципам, что и обычный биквадрат. Отличительной чертой является то, что в вершинах квадратов вместо углов находятся дополнительные квадраты.
Что касается размеров данных квадратов, они идентичны обычным. Это позволяет избежать дополнительных вычислений. Достаточно задействовать расчет стандартного биквадрата.
Напомним, что провода в том месте, где они пересекаются, требуют изоляции друг от друга.
Необходимые материалы и инструменты
Телевизионная антенна Харченко для DVB T2 своими руками достаточно экономна. Для того чтобы собрать конструкцию, потребуются такие детали как:
- Проволока;
- Коаксиальный кабель;
- Деревянная рейка.
Что касается инструментов: плоскогубцы, молоток, острый нож. В случае, если антенное устройство вы планируете прикрепить к стене или другой поверхности, вероятней всего потребуется дрель для крепления.
Расчет антенны
Перед тем как приступать к созданию конструкции, потребуется провести расчет антенны Харченко. Это позволит с максимальной точностью собрать эффективное устройство. Размеры зигзагообразной антенны DVB T2 отыгрывают весомую роль в увеличении приема сигнала.
Поскольку технологии шагнули вперед, теперь отсутствует необходимость листать справочники, отыскивать формулы для вычисления габаритов. А тем более проводить сложные математические вычисления для того, чтобы правильно разработать эскиз или же будущий чертеж.
После этого получаете информацию: о необходимой длине медного провода, его сторонах, диаметре.
Сборка антенны Харченко для цифрового ТВ
Пошаговая инструкция, которая позволит оперативно собрать своими руками антенну Харченко для цифрового телевидения:
- Определите поляризацию и частоту волны. Устройство должно быть линейным.
- Биквадратный тип антенного устройства в виде зигзага изготовляется из меди. Все элементы расположены на углах, одним из них они соприкасаются. Для поляризации горизонтального типа восьмерка должна стоять стоймя. Если делать вертикальную поляризацию, то конструкция ложится на бок.
- Сторона квадрата рассчитывается по специальной формуле – длина волны, которая поделена на четыре.
- Представьте конструкцию, она должна быть овальной формы, при этом стянута по центру поперек большей стороны. Бока не соприкасаются, но находятся в непосредственной близости друг к другу.
- Антенный кабель подводим к точкам сближения с обеих сторон. Потребуется заблокировать одно направление диаграммы, для этого монтируется плодный экран, изготовленный из меди, он будет находиться на удалении 0,175 от длины рабочей волны. Его следует насадить на оплетку кабеля.
Что касается рефлектора, то ранее он изготовлялся из текстолитовых плат, которые покрывались медью. Сегодня эту комплектующую производят из металлических пластин. Именно по такому принципу и делается конструкция для приема цифрового телевидения. Ничего сложного. Все необходимое есть под рукой.
Тестирование антенны
Устройство создано, самое время проверить эффективность проделанной работы. Чтобы протестировать качество приема волнового канала, необходимо подключить антенну к ресиверу. Включите телевизор и приемник.
Откройте главное меню приставки, выберите автоматический поиск каналов. В среднем этот процесс займет всего лишь несколько минут. Найти каналы можно и вручную, но для этого придется вводить их частоту. Чтобы протестировать конструкцию Харченко для телевизора, достаточно просто оценить качество трансляции. Если каналы показывают хорошо, значит, работа выполнена правильно.
Как быть, если видны помехи? Поворачивайте телеантенну и следите за тем, улучшается ли качество картинки. Когда оптимальное расположение будет определено, просто зафиксируйте устройство. Естественно, что оно должно быть направлено в сторону ТВ вышки.
Обратите внимание.
Когда-то хорошая телевизионная антенна была дефицитом, покупные качеством и долговечностью, мягко говоря, не отличались. Сделать антенну для «ящика» или «гроба» (старого лампового телевизора) своими руками считалось показателем мастерства. Интерес к самодельным антеннам не угасает и в наши дни. Ничего странного тут нет: условия приема ТВ кардинально изменились, а производители, полагая, что в теории антенн ничего существенно нового нет и не будет, чаще всего приспосабливают к давно известным конструкциям электронику, не задумываясь над тем, что главное для любой антенны – ее взаимодействие с сигналом в эфире.
Что изменилось в эфире?
Во-первых, почти весь объем ТВ-вещания в настоящее время осуществляется в диапазоне ДМВ . Прежде всего из экономических соображений, в нем намного упрощается и удешевляется антенно-фидерное хозяйство передающих станций, и, что еще более важно – потребность в его регулярном обслуживании высококвалифицированными специалистами, занятыми тяжелым, вредным и опасным трудом.
Второе – ТВ-передатчики теперь покрывают своим сигналом практически все более-менее населенные места , а развитая сеть связи обеспечивает подачу программ в самые глухие углы. Там вещание в обитаемой зоне обеспечивают маломощные необслуживаемые передатчики.
Третье, изменились условия распространения радиоволн в городах . На ДМВ промышленные помехи просачиваются слабо, но железобетонные многоэтажки для них – хорошие зеркала, многократно переотражающие сигнал вплоть до его полного затухания в зоне, казалось бы, уверенного приема.
Четвертое – ТВ-программ в эфире сейчас очень много, десятки и сотни . Насколько это множество разнообразно и содержательно – другой вопрос, но рассчитывать на прием 1-2-3 каналов ныне бессмысленно.
Наконец, получило развитие цифровое вещание . Сигнал DVB T2 – штука особенная. Там, где он еще хоть чуть-чуть, на 1,5-2 дБ, превышает шумы, прием отличный, как ни в чем ни бывало. А чуть дальше или в стороне – нет, как отрезало. К помехам «цифра» почти не чувствительна, но при рассогласовании с кабелем или фазовых искажениях в любом месте тракта, от камеры до тюнера, картинка может рассыпаться в квадратики и при сильном чистом сигнале.
Требования к антеннам
В соответствии с новыми условиями приема, изменились и основные требования к ТВ-антеннам:
- Такие ее параметры, как коэффициент направленного действия (КНД) и коэффициент защитного действия (КЗД) ныне определяющего значения не имеют: современный эфир очень грязный, и по малюсенькому боковому лепестку диаграммы направленности (ДН), хоть какая-то помеха, да пролезет, и бороться с ней нужно уже средствами электроники.
- Взамен особое значение приобретает собственный коэффициент усиления антенны (КУ). Антенна, хорошо «облавливающая» эфир, а не смотрящая на него сквозь маленькую дырочку, даст запас мощности принятого сигнала, позволяющий электронике очистить его от шумов и помех.
- Современная телевизионная антенна, за редчайшими исключениями, должна быть диапазонной, т.е. ее электрические параметры должны сохраняться естественным образом, на уровне теории, а не втискиваться в приемлемые рамки путем инженерных ухищрений.
- ТВ-антенна должна согласовываться в кабелем во всем своем рабочем диапазоне частот без дополнительных устройств согласования и симметрирования (УСС).
- Амплитудно-частотная характеристика антенны (АЧХ) должна быть возможно более гладкой. Резким выбросам и провалам непременно сопутствуют фазовые искажения.
Последние 3 пункта обусловлены требованиями приема цифровых сигналов. Настроенные, т.е. работающие теоретически на одной частоте, антенны можно «растянуть» по частоте, напр. антенны типа «волновой канал» на ДМВ с приемлемым отношением сигнал/шум захватывают 21-40 каналы. Но их согласование с фидером требует применения УСС, которые либо сильно поглощают сигнал (ферритовые), либо портят фазовую характеристику на краях диапазона (настроенные). И «цифру» такая антенна, отлично работающая на «аналоге», будет принимать плохо.
В связи с этим, из всего великого антенного многообразия, в данной статье будут рассмотрены антенны для телевизора, доступные для самостоятельного изготовления, следующих типов:
- Частотнонезависимая (всеволновая) – не отличается высокими параметрами, но очень проста и дешева, ее можно сделать буквально за час. За городом, где эфир почище, она вполне сможет принимать цифру или достаточно мощный аналог не небольшом удалении от телецентра.
- Диапазонная логопериодическая. Ее, образно выражаясь, можно уподобить рыболовецкому тралу, уже при облавливании сортирующему добычу. Она тоже довольно проста, идеально согласуется с фидером во всем своем диапазоне, абсолютно не меняет в нем параметры. Техпараметры – средние, поэтому более подойдет для дачи, а в городе в качестве комнатной.
- Несколько модификаций зигзагообразной антенны , или Z-антенны. В диапазоне МВ это весьма солидная конструкция, требующая немалого умения и времени. Но на ДМВ она вследствие принципа геометрического подобия (см. далее), настолько упрощается и съеживается, что вполне может быть использована как высокоэффективная комнатная антенна при почти любых условиях приема.
Примечание: Z-антенна, если использовать предыдущую аналогию – частый бредень, сгребающий все, что есть в воде. По мере замусоривания эфира она было вышла из употребления, но с развитием цифрового ТВ вновь оказалась на коне – во всем своем диапазоне она так же отлично согласована и держит параметры, как «логопедка».
Точное согласование и симметрирование почти всех описанных далее антенн достигается благодаря прокладке кабеля через т.наз. точку нулевого потенциала. К ней предъявляются особые требования, о которых подробнее будет сказано далее.
О вибраторных антеннах
В полосе частот одного аналогового канала можно передать до нескольких десятков цифровых. И, как уже сказано, цифра работает при ничтожном отношении сигнал/шум. Поэтому в очень удаленных от телецентра, куда сигнал одного-двух каналов еле добивает, местах, для приема цифрового ТВ может найти применение и старый добрый волновой канал (АВК, антенна волновой канал), из класса вибраторных антенн, так что в конце уделим несколько строк и ей.
О спутниковом приеме
Делать самому спутниковую антенну нет никакого смысла. Головку и тюнер все равно нужно покупать, а за внешней простотой зеркала кроется параболическая поверхность косого падения, которую с нужной точностью может выполнить далеко не всякое промышленное предприятие. Единственное, что под силу самодельщикам – настроить спутниковую антенну, об этом .
О параметрах антенн
Точное определение упомянутых выше параметров антенн требует знания высшей математики и электродинамики, но понимать их значение, приступая к изготовлению антенны, нужно. Поэтому дадим несколько грубые, но все же поясняющие смысл определения (см. рис. справа):
- КУ – отношение принятой антенной на основной (главный) лепесток ее ДН мощности сигнала, к его же мощности, принятой в том же месте и на той же частоте ненаправленной, с круговой, ДН, антенной.
- КНД – отношение телесного угла всей сферы к телесному углу раскрыва главного лепестка ДН, в предположении, что его сечение – круг. Если главный лепесток имеет разные размеры в разных плоскостях, сравнивать нужно площадь сферы и площадь сечения ею главного лепестка.
- КЗД – отношение принятой на главный лепесток мощности сигнала к сумме мощностей помех на той же частоте, принятой всеми побочными (задним и боковыми) лепестками.
Примечания:
- Если антенна диапазонная, мощности считаются на частоте полезного сигнала.
- Поскольку совершенно ненаправленных антенн не бывает, за такую принимают полуволновой линейный диполь, ориентированный по направлению электрического вектора поля (по его поляризации). Его КУ считается равным 1. ТВ программы передаются с горизонтальной поляризацией.
Следует помнить, что КУ и КНД не обязательно взаимосвязаны. Есть антенны (напр. «шпионская» – однопроводная антенна бегущей волны, АБВ) с высокой направленностью, но единичным или меньшим усилением. Такие смотрят вдаль как бы сквозь диоптрический прицел. С другой стороны, существуют антенны, напр. Z-антенна, у которых невысокая направленность сочетается со значительным усилением.
О тонкостях изготовления
Все элементы антенн, по которым протекают токи полезного сигнала (конкретно – в описаниях отдельных антенн), должны соединяться между собой пайкой или сваркой. В любом сборном узле на открытом воздухе электрический контакт скоро нарушится, и параметры антенны резко ухудшатся, вплоть до полной ее негодности.
Особенно это касается точек нулевого потенциала. В них, как говорят специалисты, наблюдается узел напряжения и пучность тока, т.е. его наибольшее значение. Ток при нулевом напряжении? Ничего удивительного. Электродинамика ушла от закона Ома на постоянном токе так же далеко, как Т-50 от воздушного змея.
Места с точками нулевого потенциала для цифровых антенн лучше всего выполнять гнутыми из цельного металла. Небольшой «ползучий» ток на сварке при приеме аналога на картинке, скорее всего, не скажется. Но, если принимается цифра на границе шумов, то тюнер из-за «ползучки» может не увидеть сигнала. Который при чистом токе в пучности дал бы стабильный прием.
О пайке кабеля
Оплетка (да и центральная жила нередко) современных коаксиальных кабелей делаются не из меди, а из стойких к коррозии и недорогих сплавов. Паяются они плохо и, если долго греть, можно пережечь кабель. Поэтому паять кабели нужно 40-Вт паяльником, легкоплавким припоем и с флюс-пастой вместо канифоли или спиртоканифоли. Пасты жалеть не нужно, припой сразу же растекается по жилкам оплетки только под слоем кипящего флюса.
Виды антенн
Всеволновая
Всеволновая (точнее, частотнонезависимая, ЧНА) антенна показана на рис. Она – две треугольных металлических пластинки, две деревянных рейки, да много медных эмалированных проволок. Диаметр проволоки значения не имеет, а расстояние между концами проволок на рейках – 20-30 мм. Зазор между пластинами, к которым припаяны другие концы проволок – 10 мм.
Примечание: вместо двух металлических пластин лучше взять квадрат из одностороннего фольгированного стеклотекстолита в вырезанными по меди треугольниками.
Ширина антенны равна ее высоте, угол раскрыва полотен – 90 градусов. Схема прокладки кабеля показана там же на рис. Точка, отмеченная желтым – точка квази-нулевого потенциала. Припаивать в ней оплетку кабеля к полотну не нужно, достаточно туго подвязать, для согласования хватит емкости между оплеткой и полотном.
ЧНА, растянутая в окне шириной 1,5 м, принимает все метровые и ДЦМ каналы почти со всех направлений, кроме провала около 15 градусов в плоскости полотна. В этом ее преимущество в местах, где возможен прием сигналов от разных телецентров, не нужно вращать. Недостатки – единичный КУ и нулевой КЗД, поэтому в зоне действия помех и вне зоны уверенного приема ЧНА не годится.
Примечание : есть и другие типы ЧНА, напр. в виде двухвитковой логарифимической спирали. Она компактнее ЧНА из треугольных полотен в том же диапазоне частот, поэтому иногда используется в технике. Но в быту это преимуществ не дает, сделать спиральную ЧНА сложнее, с коаксиальным кабелем согласовать труднее, поэтому не рассматриваем.
На основе ЧНА был создан очень популярный когда-то веерный вибратор (рога, рогулька, рогатка), см. рис. Его КНД и КЗД что-то около 1,4 при довольно гладкой АЧХ и линейной ФЧХ, так что для цифры он подошел бы и сейчас. Но – работает только на МВ (1-12 каналы), а цифровое вещание идет на ДМВ. Впрочем, на селе, при подъеме на 10-12 м, может сгодиться для приема аналога. Мачта 2 может быть из любого материала, но крепежные планки 1 – из хорошего ненамокающего диэлектрика: стеклотекстолита или фторопласта толщиной не менее 10 мм.
Пивная всеволновка
Всеволновая антенна из пивных банок явно не плод похмельных галлюцинаций спившегося радиолюбителя. Это действительно очень хорошая антенна на все случаи приема, нужно только сделать ее правильно. Причем исключительно простая.
В основе ее конструкции следующее явление: если увеличивать диаметр плеч обычного линейного вибратора, то рабочая полоса его частот расширяется, а прочие параметры остаются неизменными. В дальней радиосвязи с 20-х годов используется т.наз. диполь Надененко, основанный на этом принципе. А пивные банки по размерам как раз подходят в качестве плеч вибратора на ДМВ. В сущности, ЧНА и есть диполь, плечи которого неограниченно расширяются до бесконечности.
Простейший пивной вибратор из двух банок годится для комнатного приема аналога в городе даже без согласования с кабелем, если его длина не более 2 м, слева на рис. А если собрать из пивных диполей вертикальную синфазную решетку с шагом в полволны (справа на рис.), согласовать ее и отсимметрировать с помощью усилителя от польской антенны (о нем речь еще пойдет), то благодаря сжатию главного лепестка ДН по вертикали такая антенна даст и хороший КУ.
Усиление «пивнухи» можно еще увеличить, добавив заодно КЗД, если сзади нее поместить экран из сетки на расстоянии, равном половине шага решетки. Монтируется пивная решетка на мачте из диэлектрика; механические связи экрана с мачтой – тоже диэлектрические. Остальное ясно из след. рис.
Примечание: оптимальное количество этажей решетки – 3-4. При 2-х выигрыш в усилении будет небольшим, а большее трудно согласовать с кабелем.
Видео: изготовление простейшей антенны из пивных банок
«Логопедка»
Логопериодическая антенна (ЛПА) представляет собой собирающую линию, к которой попеременно подключаются половинки линейных диполей (т.е. куски проводника длиной в четверть рабочей волны), длина и расстояние между которыми меняются в геометрической прогрессии с показателем меньше 1, в центре на рис. Линия может быть как настроенной (с КЗ на противоположном от места подключения кабеля конце), так и свободной. ЛПА на свободной (ненастроенной) линии для приема цифры предпочтительнее: она выходит длиннее, но ее АЧХ и ФЧХ гладкие, а согласование с кабелем не зависит от частоты, поэтому на ней мы и остановимся.
ЛПА может быть изготовлена на любой, до 1-2 ГГц, наперед заданный диапазон частот. При изменении рабочей частоты ее активная область из 1-5 диполей смещается вперед-назад по полотну. Поэтому, чем ближе показатель прогрессии к 1, и соответственно меньше угол раскрыва антенны, тем большее усиление она даст, но при этом возрастает ее длина. На ДМВ от наружной ЛПА можно добиться 26 дБ, а от комнатной – 12 дБ.
ЛПА, можно сказать, по совокупности качеств идеальная цифровая антенна , поэтому остановимся на ее расчете несколько подробнее. Основное, что нужно знать, что увеличение показателя прогрессии (тау на рис.) дает прирост усиления, а уменьшение угла раскрыва ЛПА (альфа) увеличивает направленность. Экран для ЛПА не нужен, он на ее параметры почти не влияет.
Расчет цифровой ЛПА имеет особенности:
- Начинают его, ради запаса по частоте, со второго по длине вибратора.
- Затем, взяв обратную величину от показателя прогрессии, рассчитывают самый длинный диполь.
- После самого короткого, исходя из заданного диапазона частот, диполя, добавляют еще один.
Поясним на примере. Допустим, наши цифровые программы лежат в диапазоне 21-31 ТВК, т.е. в 470-558 МГц по частоте; длины волн соответственно – 638-537 мм. Также допустим, что нам нужно принимать слабый зашумленный сигнал вдали от станции, поэтому берем максимальный (0,9) показатель прогрессии и минимальный (30 градусов) угол раскрыва. Для расчета понадобится половина угла раскрыва, т.е. 15 градусов в нашем случае. Раскрыв можно еще уменьшить, но длина антенны непомерно, по котангенсу, возрастет.
Считаем В2 на рис: 638/2 = 319 мм, а плечи диполя будут по 160 мм, до 1 мм можно округлять. Расчет нужно будет вести, пока не получится Bn = 537/2 = 269 мм, и затем просчитать еще один диполь.
Теперь считаем А2 как В2/tg15 = 319/0,26795 = 1190 мм. Затем, через показатель прогрессии, А1 и В1: А1 = А2/0,9 = 1322 мм; В1 = 319/0,9 = 354,5 = 355 мм. Далее последовательно, начиная с В2 и А2, умножаем на показатель, пока не дойдем до 269 мм:
- В3 = В2*0,9 = 287 мм; А3 = А2*0,9 = 1071 мм.
- В4 = 258 мм; А4 = 964 мм.
Стоп, у нас уже меньше 269 мм. Проверяем, уложимся ли по усилению, хотя и так ясно, что нет: чтобы получить 12 дБ и более, расстояния между диполями не должны превышать 0,1-0,12 длины волны. В данном случае имеем для В1 А1-А2 = 1322 – 1190 = 132 мм, а это 132/638 = 0,21 длины волны В1. Нужно «подтянуть» показатель к 1, до 0,93-0,97, вот и пробуем разные, пока первая разница А1-А2 не сократится вдвое и более. Для максимума в 26 дБ нужно расстояние между диполями в 0,03-0,05 длины волны, но не менее 2-х диаметров диполя, 3-10 мм на ДМВ.
Примечание: остаток линии за самым коротким диполем, обрезаем, он нужен только для расчета. Поэтому реальная длина готовой антенны получится всего около 400 мм. Если наша ЛПА наружная, это очень хорошо: можно уменьшить раскрыв, получив большую направленность и защиту от помех.
Видео: антенна для цифрового ТВ DVB T2
О линии и мачте
Диаметр трубок линии ЛПА на ДМВ – 8-15 мм; расстояние между их осями – 3-4 диаметра. Учтем еще, что тонкие кабели-«шнурки» дают на ДМВ такое затухание на метр, что все антенно-усилительные ухищрения сойдут на нет. Коаксиал для наружной антенны нужно брать хороший, диаметром по оболочке от 6-8 мм. Т.е., трубки для линии должны быть тонкостенными цельнотянутыми. Подвязывать кабель к линии снаружи нельзя, качество ЛПА резко упадет.
Крепить наружную ЛПА к мачте нужно, разумеется, за центр тяжести, иначе малая парусность ЛПА превратится в огромную и трясущуюся. Но соединять металлическую мачту прямо с линией тоже нельзя: нужно предусмотреть диэлектрическую вставку не менее 1,5 м длиной. Качество диэлектрика большой роли тут не играет, пойдет проолифленное и покрашенное дерево.
Об антенне «Дельта»
Если ДМВ ЛПА согласуется с кабелем усилителем (см. далее, о польских антеннах), то к линии можно пристроить плечи метрового диполя, линейные или веерные, как у «рогатки». Тогда получим универсальную МВ-ДМВ антенну отличного качества. Такое решение использовано в популярной антенне «Дельта», см. рис.
Антенна “Дельта”
Зигзаг в эфире
Z-антенна с рефлектором дает усиление и КЗД такие же, как ЛПА, но главный лепесток ее ДН более чем вдвое шире по горизонтали. Это может быть важно на селе, когда есть прием ТВ с разных направлений. А дециметровая Z-антенна имеет небольшие в плане размеры, что существенно для комнатного приема. Но ее рабочий диапазон теоретически не безграничен, перекрытие по частоте при сохранении приемлемых для цифры параметров – до 2,7.
Конструкция Z-антенны МВ показана на рис; красным выделен путь прокладки кабеля. Там же слева внизу – более компактный кольцевой вариант, в просторечии – «паук». По нему хорошо видно, что Z-антенна родилась как комбинация ЧНА с диапазонным вибратором; есть в ней кое-что и от ромбической антенны, которая в тему не вписывается. Да, кольцо «паука» не обязательно должно быть деревянным, это может быть обруч из металла. «Паук» принимает 1-12 МВ каналы; ДН без рефлектора – почти круговая.
Классический же зигзаг работает или на 1-5, или на 6-12 каналах, но для его изготовления нужны только деревянные рейки, медный эмалированный провод c d = 0,6-1,2 мм да несколько обрезков фольгированного стеклотекстолита, поэтому даем размеры, через дробь для 1-5/6-12 каналов: А = 3400/950 мм, Б, С = 1700/450 мм, b = 100/28 мм, В = 300/100 мм. В точке Е – нулевой потенциал, здесь нужно оплетку спаять с металлизированной опорной пластиной. Размеры рефлектора, тоже 1-5/6-12: А = 620/175 мм, Б = 300/130 мм, Г = 3200/900 мм.
Диапазонная Z-антенна с рефлектором дает усиление в 12 дБ, настроенная на один канал – 26 дБ. Чтобы на основе диапазонного зигзага построить одноканальный, нужно взять сторону квадрата полотна по середине ее ширины в четверть длины волны и пересчитать пропорционально все прочие размеры.
Народный зигзаг
Как видим, Z-антенна МВ – довольно сложное сооружение. Но ее принцип показывает себя во всем блеске на ДМВ. Z-антенну ДМВ с емкостными вставками, сочетающая в себе достоинства «классики» и «паука», сделать настолько просто, что она еще в СССР заслужила звание народной, см. рис.
Материал – медная трубка или алюминиевый лист толщиной от 6 мм. Боковые квадратики цельные из металла или затянутые сеткой, или закрытые жестянкой. В двух последних случаях их нужно пропаять по контуру. Коаксиал резко гнуть нельзя, поэтому ведем его так, чтобы он дошел до бокового угла, а затем не выходил за пределы емкостной вставки (бокового квадратика). В т. А (точка нулевого потенциала) оплетку кабеля электрически соединяем с полотном.
Примечание: алюминий не паяется обычными припоями и флюсами, поэтому алюминиевая «народная» годится для наружной установки только после герметизации электрических соединений силиконом, в ней ведь все на винтах.
Видео: пример двойной треугольной антенны
Волновой канал
Антенна волновой канал (АВК), или антенна Удо-Яги из доступных для самостоятельного изготовления способна дать наибольшие КУ, КНД и КЗД. Но принимать цифру на ДМВ она может только на 1 или 2-3 соседних каналах, т.к. относится к классу остро настроенных антенн. Ее параметры за пределами частоты настройки резко ухудшаются. АВК рекомендуется применять с очень плохих условиях приема, причем для каждого ТВК делать отдельную. К счастью, это не очень сложно – АВК проста и дешева.
В основе работы АВК – «сгребание» электромагнитного поля (ЭМП) сигнала к активному вибратору. Внешне небольшая, легкая, с минимальной парусностью, АВК может иметь эффективную апертуру в десятки длин волн рабочей частоты. Укороченные и поэтому имеющие емкостный импеданс (полное сопротивление) директоры (направители) направляют ЭМП к активному вибратору, а рефлектор (отражатель), удлиненный, с индуктивным импедансом, отбрасывает к нему то, что проскочило мимо. Рефлектор в АВК нужен всего 1, но директоров может быть от 1 до 20 и более. Чем их больше, тем выше усиление АВК, но уже полоса ее частот.
От взаимодействия с рефлектором и директорами волновое сопротивление активного (с которого снимается сигнал) вибратора падает тем больше, чем ближе к максимуму усиления настроена антенна, и согласование с кабелем теряется. Поэтому активный диполь АВК делают петлевым, его исходное волновое сопротивление не 73 Ом, как у линейного, а 300 Ом. Ценой его снижения до 75 Ом АВК с тремя директорами (пятиэлементную, см. рис. справа) удается настроить почти что на максимум усиления в 26 дБ. Характерная для АВК ДН в горизонтальной плоскости приведена на рис. в начале статьи.
Элементы АВК соединяются со стрелой в точках нулевого потенциала, поэтому мачта и стрела могут быть любыми. Очень хорошо подходят пропиленовые трубы.
Расчет и настройка АВК под аналог и цифру несколько различны. Под аналог волновой канал нужно рассчитывать на несущую частоту изображения Fи, а под цифру – на середину спектра ТВК Fс. Почему так – здесь объяснять, к сожалению, нет места. Для 21-го ТВК Fи = 471,25 МГц; Fс = 474 МГц. ДМВ ТВК расположены вплотную друг к другу через 8 МГц, поэтому их настроечные частоты для АВК рассчитываются просто: Fn = Fи/Fс(21 ТВК) + 8(N – 21), где N – номер нужного канала. Напр. для 39 ТВК Fи = 615,25 МГц, а Fс = 610 МГц.
Чтобы не записывать множество цифр, удобно размеры АВК выражать в долях длины рабочей волны (она считается как Л = 300/F, МГц). Длину волны принято обозначать малой греческой буквой лямбда, но, поскольку в интернете греческого алфавита по умолчанию нет, мы условно обозначим ее большой русской Л.
Размеры оптимизированной под цифру АВК, по рис., таковы:
- Р = 0,52Л.
- В = 0,49Л.
- Д1 = 0,46Л.
- Д2 = 0,44Л.
- Д3 = 0,43л.
- a = 0,18Л.
- b = 0,12Л.
- c = d = 0,1Л.
Если не нужно большого усиления, но важнее уменьшение габаритов АВК, то Д2 и Д3 можно убрать. Все вибраторы выполняются из трубки или прутка диаметром 30-40 мм для 1-5 ТВК, 16-20 мм для 6-12 ТВК и 10-12 мм на ДМВ.
АВК требует точного согласования с кабелем. Именно небрежным выполнением устройства согласования и симметрирования (УСС) объясняется большинство неудач любителей. Самое простое УСС для АВК – U-петля из того же коаксиального кабеля. Ее конструкция ясна из рис. справа. Расстояние между сигнальными клеммами 1-1 140 мм для 1-5 ТВК, 90 мм для 6-12 ТВК и 60 мм на ДМВ.
Теоретически длина колена l должна быть в половину длины рабочей волны, так и значится в большинстве публикаций в интернете. Но ЭМП в U-петле сосредоточено внутри заполненного изоляцией кабеля, поэтому нужно обязательно (для цифры – особенно обязательно) учитывать его коэффициент укорочения. Для 75-омных коаксиалов он колеблется в пределах 1,41-1,51, т.е. l нужно брать от 0,355 до 0,330 длины волны, и брать точно, чтобы АВК была АВК, а не набором железок. Точное значение коэффициента укорочения всегда есть в сертификате на кабель.
В последнее время отечественная промышленность начала выпускать перенастраиваемые АВК для цифры, см. рис. Идея, надо сказать, отличная: передвигая элементы по стреле, можно точно настроить антенну под местные условия приема. Лучше, конечно, чтобы это делал специалист – поэлементная настройка АВК взаимозависима, и дилетант непременно запутается.
О «полячках» и усилителях
У многих пользователей польские антенны, ранее прилично принимавшие аналог, цифру брать отказываются – рвется, а то и вовсе пропадает. Причина, прошу прощения, похабно-коммерческий подход к электродинамике. Стыдно порой бывает за коллег, сляпавших такое «чудо»: АЧХ и ФЧХ похожи то ли на ежа-псориазника, то ли лошадиный гребень с выломанными зубьями.
Единственно, что хорошо в «полячках» – их усилители для антенны. Собственно, они и не дают сим изделиям бесславно помереть. Усилители «поячек», во-первых, широкополосные малошумящие. И, что еще важнее – с высокоомным входом. Это позволяет при той же напряженности ЭМП сигнала в эфире подать на вход тюнера в несколько раз большую его мощность, что дает возможность электронике «выдрать» цифру из совсем уж безобразных шумов. Кроме того, вследствие большого входного сопротивления польский усилитель – идеальное УСС для любых антенн: что ни цепляй ко входу, на выходе – точно 75 Ом без отраженки и ползучки.
Однако при очень плохом сигнале, вне зоны уверенного приема, польский усилитель уже не тянет. Питание на него подается по кабелю, и развязка по питанию отнимает 2-3 дБ отношения сигнал/шум, которых может как раз и не хватить, чтобы цифра пошла в самой глубинке. Тут нужен хороший усилитель ТВ сигнала с раздельным питанием. Располагаться он будет, скорее всего, возле тюнера, а УСС для антенны, если оно требуется, придется делать отдельно.
Схема такого усилителя, показавшая почти 100% повторяемость даже при выполнении начинающими радиолюбителями, приведена на рис. Регулировка усиления – потенциометром Р1. Дроссели развязки L3 и L4 – стандартные покупные. Катушки L1 и L2 выполняются по размерам на монтажной схеме справа. Они входят в состав полосовых фильтров сигнала, поэтому небольшие отклонения их индуктивности не критичны.
Однако топологию (конфигурацию) монтажа нужно соблюдать точно! И точно также обязателен металлический экран (metal shield), отделяющий выходные цепи от прочей схемы.
С чего начать?
Мы надеемся, что и опытные мастера найдут в этой статье некоторое количество полезных им сведений. А новичкам, еще не чувствующим эфир, начинать лучше всего с пивной антенны. Автор статьи, отнюдь и отнюдь не дилетант в данной области, в свое время был немало удивлен: простейшая «пивнушка» с ферритовым согласованием, как оказалось, и МВ берет не хуже испытанной «рогатки». А что стоит сделать ту и другую – см. текст.
(2
оценок, среднее: 4,00
из 5)
Сказал(а):
А на крыше был приём удовлетворительный на Полячку. До телецентра у меня километров 70 – 80. Вот такие у меня проблемы. С балкона удаётся поймать с 30 каналов штук 3 – 4 и то с “кубиками”. Я иной раз смотрю телеканалы с интернета на компьютере в своей комнате, а жена в своей на телевизор не может нормально смотреть свои любимые каналы. Соседи советуют провести кабельное, но за него надо платить каждый месяц, а я уже и так плачу за интернет, а пенсия не резиновая. Всё её тянем, тянем и на всё не хватает.
Пётр Копитоненко сказал(а):
Поставить антенну на крыше дома не получается, соседи ругаются, что я хожу и ломаю рубероидное покрытие крыши и у них потом протекает потолок. Вообще то я очень “благодарен” тому экономисту, который получил себе премию за экономию.Придумал убрать с домов дорогостоящую двускатную крышу и заменить её плоской крышей прикрытой плохим рубероидом. Экономист получил денежки за экономию, а люди на последних этажах теперь всю жизнь мучаются. Вода течёт им на головы и на кровати. Они каждый год меняют рубероид, а он за сезон приходит в негодность. В морозную погоду он даёт трещины и дождевая вода и снеговая течёт в квартиру, даже если по крыше никто и не ходит!!!
Сергей сказал(а):
Приветствую!
Спасибо за статью, а автор-то кто (подписи не вижу)?
ЛПА по приведённой выше методике работает отлично, ДМВ 30 и 58 каналы. Проверено в городе (отражённый сигнал) и за городом, расстояния до передатчика (1 кВт) соответственно: 2 и 12 км примерно. Практика показала, что в диполе “В1” острой необходимости нет, а вот ещё один диполь перед самым коротким сказывается существенно, судя по интенсивности сигнала в %. Особенно в условиях города, где надо ловить (в моём случае) отражённый сигнал. только я сделал антенну с “КЗ”, так получилось, просто не оказалось подходящего изолятора.
В общем, рекомендую.
Василий сказал(а):
ИМХО: народ ищущий антенну для приема ЭЦТВ, забудьте про ЛПА. Эти широкодиапазонные антенны были созданы во второй половине 50-х годов (!!) прошлого века для того, чтобы находясь на берегах советской Прибалтики ловить забугорные телецентры. В журналах того времени это стыдливо называли «сверхдальним приемом». Ну очень любили на Рижском взморье ночью смотреть шведское порно…
В плане назначения тоже самое могу сказать про «двойные, тройные и т.д. квадраты», а также любые «зигзаги».
По сравнению с аналогичным по диапазону и усилению «волновым каналом» ЛПА более громоздки и материалоемки. Расчет ЛПА сложен, замысловат и похож скорее на гадание и подгонку результатов.
Если в вашем регионе ведется вещание ЭЦТВ на соседних ДМВ каналах (у меня 37-38) то лучшее решение разыскать в сети книгу: Капчинский Л.М. Телевизионные антенны (2-е издание, 1979) и изготовить «волновой канал» для группы каналов ДМВ (если у Вас вещание выше 21-41 каналов, то придется пересчитывать) описанный на стр 67 и далее (рис. 39, табл 11).
Если до передатчика 15 – 30км антенну можно упростить, сделав ее четырех – пять элементной, просто не устанавливая директоры Д, Е и Ж.
Для совсем близких передатчиков рекомендую комнатные антенны, кстати в той же книге на стр. 106 – 109 приведены чертежи широкодиапазонных комнатных «волнового канала» и ЛПА. «Волновой канал» визуально меньше, проще и изящней при большем усилении!
Нажимая кнопку «Добавить комментарий», я соглашаюсь с сайта.
В самом начале 60-х годов прошлого века нашим соотечественником Харченко К. П. была предложена простая плоская зигзагообразная (Z) антенна с хорошими характеристиками. Ниже рассмотрены её возможные модификации, в том числе варианты с настроенным активным рефлектором.
Авторское свидетельство № 138277 на изобретение под названием "Диапазонная направленная антенна" Константину Павловичу Харченко было выдано в 1961 г. (по его заявлению от 16 июня 1960 г.). В том же году были опубликованы материалы в журнале "Радио" для повторения радиолюбителями . И впоследствии в течение более 50 лет редакция неоднократно вспоминала эти публикации. Зигзагообразная (Z) антенна Харченко стала знаменательным событием в ряду лучших разработок. Она оказалась не критичной к материалам и размерам при изготовлении, имеет хорошее согласование с отходящим кабелем. В ней удачно сочетаются кратные элементы синфазной антенной решётки с одной точкой питания.
Несмотря на прекрасные электрические и эксплуатационные характеристики, организованного широкого использования зигзагообразных антенн не произошло. У нас в стране в то время уже массово применяли признанные во всём мире протяжённые и объёмные директорные антенны Уда-Яги (их ещё называют "волновой канал"), так как их
освоили в производстве промышленные предприятия. Они, как сейчас говорят, обеспечивали рынок. Однако простота изготовления зигзагообразных антенн и их притягательные характеристики при информационной поддержке журнала "Радио" и радиолюбительских связей сделали эту антенну доступной даже для неподготовленных пользователей.
В предисловии книги "УКВ антенны" , выпущенной в 1969 г., К. П. Харченко сообщил, что многие радиолюбители, используя зигзагообразные антенны, вели приём телевизионных передач в диапазоне МВ, в том числе от телецентров, удалённых на 80, 120, 200 и даже 300 км. И действительно, из истории техники того времени можно узнать, что в удалённых от телецентров местностях зигзагообразные антенны вытесняли антенны "волновой канал" и другие конструкции. Кроме этого, Z-антенны Харченко были также удостоены внимания военных, воспользовавшихся их положительными качествами в радиорелейной связи диапазона ДМВ.
В последние годы авторы провели широкое компьютерное моделирование Z-антенн, в том числе с использованием программы MMANA, предложенной в журнале "Радио". Конструктивное их исполнение показало хорошие результаты. Антенны адаптированы к поддиапазону IV эфирного телевещания на ДМВ. Именно на частотах 470...582 МГц наиболее широко ведётся аналоговое телевизионное вещание и развёртывается цифровое телевидение.
Наиболее распространённая исходная зигзагообразная антенна, выполненная однопроводным полотном со стороной λ ср /4, изображена на рис.1,а. В указанном телевизионном диапазоне (с принятой для простоты средней частотой 525 МГц) она обладает диаграммами направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях, представленными на рис. 2,а. Результаты соответствуют размещению антенны на высоте 15 м над уровнем земли. Коэффициент усиления антенны равен 10,9 дБи, а коэффициент стоячей волны - 2,4. Их изменение в поддиапазоне показано на рис. 3,а. Элевация, т. е. возвышение максимума диаграммы направленности над уровнем земли, равна 6°.
Эффективность зигзагообразной антенны можно повысить за счёт улучшения направленности, применив экран-рефлектор , отстоящий от основного полотна на λ ср /4, как это изображено на рис. 1,б. Это приводит к увеличению коэффициента усиления до 14,6 дБи. Для сравнения аналогичные диаграммы и характеристики модернизированной конструкции представлены на рис. 2,б и 3,б.
Более поздней версией исходной зигзагообразной антенны можно назвать двойную треугольную зигзагообразную антенну, изображённую на рис.1,в. Она - одна из лучших Z-образных антенн , хотя и обладает немного худшими характеристиками, показанными на рис. 2,в и рис. 3,в. Однако снижение коэффициента усиления антенны всего на 1,4 дБи компенсируется на практике простотой и компактностью конструкции.
Стремление к дальнейшему совершенствованию классических вариантов антенны побудило обратиться к конструкциям других интервалов частот, особенно к использованию активного рефлектора. В сложных коротковолновых настроенных антеннах с линейными синфазными горизонтальными составляющими применяют идентичные активные рефлекторы, расположенные на λ ср /4 от основного полотна. Их подключают через фазирующие контуры, обеспечивающие в них опережающий сдвиг токов по фазе на 90 о . Прямой перенос такого способа на зигзагообразные антенны приводит лишь к ухудшению характеристик по сравнению с пассивным рефлектором.
Более интересным оказалось использование для классической антенны в качестве активного рефлектора двойной треугольной зигзагообразной антенны с удвоенными размерами плеч, как изображено на рис.1,г. Такое решение обеспечило увеличение коэффициента усиления антенны до 14,83 дБи, уменьшение уровня боковых лепестков, как показано на рис. 2,г, и значительное выравнивание и улучшение КСВ, что можно видеть на рис. 3,г.
За счёт дополнительной модернизации активного рефлектора, как представлено на рис. 1 ,д, можно ещё больше улучшить характеристики предложенного решения, как показано на рис. 2,д и 3,д. Особенно это касается увеличения коэффициента усиления и его выравнивания на верхних частотах интервала. Кроме того, антенна во всём поддиапазоне имеет КСВ менее двух. Самостоятельное изготовление инновационного образца не предполагает затруднений, так как его составляющие многократно были описаны раньше.
Литература
1. Харченко К. Зигзагообразная антенна. - Радио, 1961, № 3, с. 47, 48.
2. Харченко К. Антенна для дальнего приёма телевидения. - Радио, 1961, № 4, с. 28, 29, 32.
3. Харченко К. П. УКВ антенны. - М.: ДОСААФ, 1969, с. 77-96.
4. Сидоров И. Н. Идеальный телеприём в дачном доме, на садовом участке, далеко за городом. - С.-Пб.: Лениздат, 1998, с. 87-95.
5. Марков Г. Т. Антенны. - М.: Госэнерго-издат, 1960, с. 455-460.
Дата публикации: 02.12.2014
Мнения читателей
- Самовар
/ 21.12.2018 - 10:30
Авторы, конечно, постарались изложить достоинства антенны Харченко. Однако не все так просто. По существу при использовании этой антенны в диапазоне частот мы имеем картину перехода от полуволнового вибратора к волновому. КНД само собой растет, но одновременно меняется импеданс антенны, причем далеко не лучшим образом. При работе на передачу можно найти найти ограниченный интервал частот, в котором активная составляющая импеданса окажется близка к 75 или 50 Ом при достаточно малой реактивной компоненте. Другими словами, получим КСВН почти единицу. Но при не слишком большой отстройке благодать закончится. В случае работы на прием, да в широкой полосе частот, как например в ДМВ ТВ, входное сопротивление 75 Ом кабеля снижения к телевизору окажется равным тем же 75 Ом. Но активный и реактивный компоненты выходного импеданса антенны будут изменяться от нескольких десятков до нескольких сотен Ом, что неизбежно приведет к снижению уровня сигнала на входе приемного устройства и соответственно к снижению реального КУ антенны. Сюда же следует добавить некорректное симметрирование антенны с помощью нелепо изогнутого кабеля, проложенного по сторонам квадрата. Все сказанное ни в коей мере не имеет целью охаить действительно хорошую антенну, а лишь указывает на необходимость грамотного подхода к ее использованию. - Константин
/ 09.12.2018 - 19:16
Статья хорошая и полезная. Один недостаток - автор не осветил вопрос согласования с кабелем снижения вариантов, отличающихся от "классической" антенны Харченко. - Юрий
/ 19.05.2017 - 16:00
Антенна отличная. Я сам в 1990-е мелкосерийно выпускал классические зигзагообразные с рефлектором для раций и радиотелефонов диапазонов 300,400,900 МГц. КСВН для рабочей частоты можно настроить близко к 1. Статья интересная!
Для приема телевизионных сигналов в диапазоне ДМВ, особенно в неблагоприятных условиях, необходимо использовать хорошие антенны с антенными усилителями, т. е. активные антенны. Об опыте постройки таких антенн и рассказывает автор статьи.
В диапазоне ДМВ применение эффективных антенно-фидерных систем (АФС) для приема сигналов в сложных условиях не потеряло своей актуальности. Относительно малая длина А, этих волн позволяет создавать высокоэффективные антенны при сравнительно небольших размерах.
После длительных экспериментов с разными антеннами за основу была взята известная зигзагообразная антенна , показанная на рис. 1. Конструктивно в классическом виде полотно антенны состоит из двух одинаковых ромбовидных частей, повернутых одна относительно другой на 180°.
Следовательно, такая антенна симметрична. Эта особенность допускает применение антенных усилителей (АУ) с симметричным входом и большим усилением, например, пластинчатых усилителей (ПАУ) SWA и др. .
Усиление зигзагообразной антенны зависит от отношения L/
l , а ее входное сопротивление - от отношений L/d и L/ l .Максимальное усиление достигается при длине L = 0,375
l , но при этом оно сильно зависит от диаметра провода. При L= 0.25 l усиление получается, конечно, меньше, но и зависимость от диаметра провода уменьшается.При изменении угла, а изменяются габариты полотна. Так, если а = 90°, то Sн = 2
Ц 2L = 2,83L; Se = LЦ 2 = 1,41L, a если а = 120°, то Sн = 2L; Se = 1.73L.Таблица 1.
Это необходимо учитывать при создании сложных АФС (об этом дальше).
Основные размеры полотна антенны, например, для 29-го канала сведены в табл. 1.
Следует также иметь в виду и то, что с уменьшением диаметра провода и увеличением периметра полотна усиление растет.
Кроме того, при выборе более тонкого провода уменьшается парусность антенны.
Различные конструктивные исполнения антенны имеют разные входные сопротивления (табл. 1).
Следовательно, необходимы и разные способы согласования симметричного входа полотна с симметричным входом АУ, имеющим входное сопротивление 300 Ом. Они показаны на рис. 2 .
При входном сопротивлении полотна 300 Ом АУ. конечно, можно подключить непосредственно к точкам а - а.
Однако для увеличения усиления и направленного действия антенны полотно обычно используют вместе с рефлектором (о нем будет рассказано ниже).
Поэтому АУ лучше установить за рефлектором, соединив с полотном симметричной линией с волновым сопротивлением 300 Ом так, как показано на рис. 2,а -
для воздушной линии, на рис. 2,6 - для кабеля КАТВ или на рис. 2,в - для кабеля РК-150.В последнем случае оплетки двух отрезков кабеля спаивают одну с другой на концах. Во всех случаях необходимо учитывать коэффициент укорочения линии К.
Для воздушной линии из проводов (рис. 2,а) К = 0,975, для КАТВ (рис. 2,6) - К = 0,8, для кабеля РК-150 (рис. 2,в) - К = 0,75...0,86 в зависимости от типа кабеля.
Наиболее удобно (по мнению автора) использовать полотно с входным сопротивлением 75 Ом. В этом случае для согласования можно применить четвертьволновый согласующий трансформатор из линии с волновым сопротивлением 150 Ом так, как изображено на рис. 2,г.
Он образован двумя отрезками кабеля РК-75 длиной 0,25АКп, где n - нечетное число. Коэффициент К равен 0,65789 для кабеля с полиэтиленовой изоляцией. Размеры трансформатора даны по спаянным на концах оплеткам. Формула для расчета трансформатора известна: Zтр =
Ц Zвх - Zвых поэтому и получается Zтр = Ц 75х300 = 150 ом.Таблица 2.
Разомкнутый согласующий шлейф, показанный на рис. 2,д, и четвертьволновый трансформатор (рис. 2,е) позволяют согласовать АУ и антенну с входным сопротивлением, равным менее 300 Ом.
Для изготовления шлейфа используют графики в . Ориентировочные коэффициенты для расчета шлейфа и параметры четвертьволнового трансформатора указаны в табл. 2. Основное требование для шлейфа - Zл = Zш = 300 Ом. Размеры шлейфа и соединительной линии связаны соотношением А = В + С.
На рис. 2,д представлен способ подключения полотна с Rвх, = 100 Ом к АУ с Rвх = 300 Ом. причем В = 0,135
Ц К, а С = 0,09 Ц К. Для подключения используют симметричный кабель КАТВ (SLX-300) или воздушную линию с волновым сопротивлением 300 Ом. Для второго случая отношение (D/ d) = 6,11. При использовании провода диаметром 3,569 мм расстояние между осями проводов равно D = 21,8 мм.Для сохранения фиксированного расстояния между проводами вдоль линии размещают несколько поперечных распорок из высококачественных изоляционных материалов, не ухудшающих свойств при воздействии окружающей среды (фторопласт, полиэтилен, органическое стекло). Следует иметь в виду, что. перемещая шлейф в точках в - в и изменяя тем самым размер С, можно добиться более четкого изображения на экране телевизора. Четвертьволновый трансформатор можно изготовить из трубок диаметром более 10 мм, как на рис. 2,е. При меньшем диаметре зазор между трубками будет очень мал, что затруднит изготовление трансформатора.
Приведем пример расчета полотна для 29-го канала. При Fиз = 535,25 МГц найдем
l из = 300000/Fиз = 560,48 мм. Если Rвх = 75 Ом и а = 90°, размер стороны ромбовидной части (см. табл. 1) равен l = 0,29l = 162,5 мм, a (L/d) = 32... 75. Следовательно, диаметр провода полотна равен 2,1...5,1 мм. Можно применить полоски шириной 2d, т. е. 4,2... 10,2 мм, из меди или дюралюминия.Отметим, что на всех последующих рисунках размеры даны для 29-го канала. Пересчет на другие каналы не сложен: зная отношение частоты 29-го канала к частоте определяемого канала, известные размеры умножают на это отношение.
Конечно, полотно антенны, кроме ромбовидных частей, может представлять собой и другие формы, например, зигзагокольцеобразную со сплошными металлическими секторами, как показано на рис. 3.
В зависимости от угла (
b полотно имеет различное входное сопротивление. Например, при ( b = 90° оно равно Rвх = 100 Ом, а при ( b = 140° - Rвх = 75 Ом. Это определяет и разные способы согласования полотна с АУ. Так, полотно при b = 90° более широкополосно и согласуется шлейфом в соответствии с рис. 2, д. b = 140° антенна будет более узкополосной из-за необходимости применения четвертьволнового согласующего трансформатора по рис. 2, г.Для изготовления такого полотна используют пластины из латуни толщиной 0,3 мм. С целью уменьшения парусности полотна в каждом секторе сверлят по 15-20 отверстий диаметром 5 мм с равномерным распределением по площади.
Размеры шлейфа для согласования по рис. 2, д следующие: В = 60 мм, С = 40 мм, отрезки в - с кабеля КАТВ могут быть длиной 224n мм, где n = 1,2,3.... Четвертьволновый трансформатор из кабеля РК-75 при согласовании по рис. 2, г может иметь длину 92,18n мм, где n = 1,3
,5,7.... По табл. 1 можно выбрать любое полотно из 25 предложенных исходя из наличия материалов или других характеристик.Диаграмма направленности полотна антенны (без рефлектора) - двухлепестковая вида “восьмерки”, поэтому применение рефлектора во всех случаях целесообразно и эффективно, так как улучшает направленные свойства и повышает усиление антенны примерно на 3 дБ при конструктивном исполнении рефлектора, аналогичном полотну.
Однако более эффективный способ увеличения усиления антенны примерно на 7 дБ - установка рефлекторной решетки или сетки с мелкими ячейками.
Решетка/сетка должна быть сварной и иметь антикоррозионное покрытие. Размеры решетки/сетки должны быть на 5...10 % больше вертикального (SH) и горизонтального (SE) размеров полотна
.Решетку/сетку располагают на расстоянии h = 100...50 мм позади полотна в зависимости от принимаемого канала (21-69).
Значение h влияет на входное сопротивление полотна и может служить дополнительным способом улучшения согласования всей АФС. Изменяя h при размещении решетки на резьбовых шпильках, добиваются более четкого изображения с наименьшим уровнем шумов (“снега”) на экране телевизора.
Использование рефлекторной решетки/сетки изменяет диаграмму направленности антенны, превращая ее в узкую однолепестковую. В результате прием со стороны рефлектора значительно ослаблен, что повышает помехозащищенность АФС.
Еще большего увеличения направленного действия и усиления антенны можно добиться, если применить синфазное включение двух и более полотен - синфазные решетки
.Это позволяет принимать передачи на значительном расстоянии и в сложных условиях. Такие антенны представляют собой несколько параллельно включенных полотен, разнесенных по горизонтали или (и) по вертикали в одной плоскости.
Для примера на рис. 4 представлено синфазное включение двух полотен с входным сопротивлением 150 Ом, разнесенных по вертикали.
b = 0 или разновидностью кольцевой. Антенна хорошо работает в диапазоне ДМВ при диаметре провода всего 1,5 мм.Способы согласования такой антенны с АУ могут быть различными. Так, на рис. 4 показан вариант включения двух полотен, расположенных на оптимальном расстоянии 0,7
l , по вертикали, с линией питания, подключенной к нижнему полотну (этажу).Для связи между этажами использована двухпроводная линия длиной
l К. Линия образована двумя отрезками кабеля РК-75 (К = 0,65789). Она симметрична и имеет волновое сопротивление 150 Ом, что обеспечивает хорошее согласование с полотном.В результате такого параллельного соединения двух одинаковых полотен входное сопротивление всей АФС в точках а - а1 получается равным 75 Ом.
Согласование с АУ сделано четвертьволновым согласующим трансформатором по рис. 2,г. образованным двумя отрезками кабеля РК-75.
l , между их центрами.Для объединения полотен при центральном питании между ними включают две последовательно соединенные симметричные линии по рис. 2,в длиной 0.5
l K (184,4 мм по спаянным оплеткам на концах), но образованных отрезками кабеля РК-75. При этом в центральных точках в - в получается входное сопротивление антенны 75 Ом. К ним и подключают тот же четвертьволновый согласующий трансформатор, что и на рис. 4.Аналогично используют полотна по рис. 1 с углом а = 120°. Если применены такие полотна с углом а = 90°, то лучше их разнести по горизонтали. Синфазное включение трех одинаковых полотен по рис. 1 с центральным питанием изображено на рис. 5.
Решетка снабжена рефлекторной сеткой. Входное сопротивление каждого полотна равно около 100 Ом и слабо зависит от диаметра провода.
Для проверки были использованы провода диаметром 1,2 [(L/d) = 117] и 2,76 [(L/d) = 51] мм. Размеры соединительных линий
l К останутся те же, если использовать и другие полотна с Rвх = 100 Ом (по рис. 1 при а = 120° или по рис. 3 при (3 = 90°).Полотна соединяют между собой параллельно симметричными линиями с волновым сопротивлением 100 Ом, образованными отрезками кабеля РК-50 длиной (по спаянным оплеткам), равной АХ (это условие - обязательное!).
.В точках в - в общее входное сопротивление антенны равно 33,3 Ом. Согласование с АУ обеспечивается четвертьволновым трансформатором из отрезков кабеля РК-50 (по рис. 2,г) длиной 277 мм.
Все полотна закрепляют на планке из органического стекла толщиной 5 мм. К рефлектору и мачте планка закреплена четырьмя резьбовыми шпильками в точках 0.
Рефлекторную сетку (ячейки с размерами 18x18 мм) удаляют от полотна антенны на расстояние h = 105 мм, изменяемое на ±15 мм.
Как уже было выше сказано, АУ устанавливают за рефлектором на мачте и подключают к полотну в точках с - с.
Блок питания (БП) АУ размещают рядом с телевизором или на его задней стенке так, как показано на рис. 6.
Постоянное напряжение 12В с БП поступает по кабелю снижения РК-75 через развязывающее устройство (РУ), включенное в соответствии с рис. 7. РУ состоит из дросселя L1 и конденсатора С2.
Рис.7.
Обычно ПАУ типов SWA, GPS и др. питают от маломощных БП, которые имеют различные схемные решения, но чаще всего не защищены от короткого замыкания в нагрузке.
А такая защита необходима.
Кроме того, если прием телевизионных сигналов происходит с разных направлений, например, на две антенны, то переключение кабелей от антенн на входе телевизора вносит ряд неудобств, причем быстро изнашиваются разъемы.
Поэтому желательно предусмотреть их автоматическое переключение
.
Для устранения указанных недостатков были разработаны различные БП АУ. Принципиальная схема одного из вариантов БП с применением реле для автоматического переключения антенн представлена на рис. 8.
Прием сильных сигналов ДМВ обеспечивает антенна А1 без АУ, подключенная к гнезду XW2, причем БП в этом случае выключен. Для приема слабых сигналов подключается антенна А2 (XW3) с АУ, что происходит при включении БП.
БП включается при нажатии на кнопку SB1. При этом срабатывает реле К1 и его контакты К1.1 блокируют кнопку SB1, удерживая БП включенным. Контакты К1.2 отключают антенну А1 и подключают антенну А2 к телевизору. Выпрямленное напряжение, индицируемое светодиодом HL2, с выхода Б П проходит на АУ.
При коротком замыкании в АУ или фидере напряжение на выходе БП и ток через обмотку К1 реле упадут. Реле отпустит контакты К1.1, которые выключат БП. Светодиод HL2 и лампа HL1 погаснут.
Резистор R1 подбирают так, чтобы при стабилизированном напряжении 12В обеспечить четкое срабатывание реле при минимальном токе через его обмотку. Реле может быть любое, например, РЭС47 (паспорт РФ4.500.409). Лампа HL1 (6,3В х 0,28 А) индицирует включение БП по сети и одновременно служит предохранителем в первичной цепи трансформатора Т1.
Трансформатор - любой с напряжением на обмотке II - 9... 11 В. Дроссель L1 - также любой, например, ДМ-0,6. Микросхема КР142ЕН8Б обеспечивает максимальный ток 1,5А и имеет защиту от перегрузок по току. Однако БП потребляет не более 0,1А, поэтому можно применить менее мощную микросхему, например,
78L12.
Для приема сигналов в диапазоне ДМВ в журнале рассмотрено несколько АУ, например, . Все они имеют входное сопротивление 75 Ом. Их тоже можно использовать с описанными антеннами с симметричным входом.
Для этого нужно применить известное согласующее симметрирующее устройство (ССУ) на ферритовом кольце, включаемое по схеме на рис. 9,а. Но можно установить ССУ в виде U-петли по рис. 9.6. Кабель, идущий к АУ, должен быть коротким и лучше длиной 0,5l К.
Выбирая место установки антенны, необходимо помнить, что каждый лишний метр кабеля снижения ослабит сигнал в диапазоне ДМВ на 0,16...0,4 дБ. Чем тоньше кабель, тем больше потери.
При окончательном монтаже АФС желательно устанавливать новый кабель, так как к концу его срока хранения (он определен в 12 лет) коэффициент затухания увеличивается на 30...60 %. Кабель лучше выбирать более высокочастотный, с большим диаметром центрального проводника. Следует также обеспечить надежную гидроизоляцию в местах пайки.
Ю. Филичев
Литература:
1. Харченко К. Зигзагообразная антенна. - Радио, 1961, № 3; 1999, № 8.
2. Пахомов А. Антенные усилители SWA. - Радио, 1999, № 1, с. 10-12.
3. Пахомов А. Новые антенные усилители. - Радио, 2000, № 7.
4. Ротхаммель К. Антенны. - М.: Энергия, 1969.
5. Нечаев И. Антенный усилитель ДМВ на микросхеме. - Радио, 1999, № 4, с. 8.
Несмотря на огромное количество телевизионных антенн, представленных на потребительском рынке, которые можно с легкостью приобрести в любом магазине электроники, интерес к тому, как сделать антенну для телевизора своими руками, не пропадает. Такую заинтересованность можно объяснить нежеланием тратить деньги на покупку антенны, нахождением вдали от торговых точек (если вы находитесь в глубинке или на даче) или выходом из строя покупной.
Антенны для телеприемника можно разделить на несколько типов.
- Всеволновая антенна – конструкция отличается простотой в изготовлении, можно сделать из простых подручных материалов. Достаточно хорошо ловит цифровой сигнал за пределами города, где не так много помех. При расположении недалеко от вещательной вышки, может принимать аналоговое телевидение.
- Логопериодическая диапазонная антенна также проста в изготовлении. Имеет идеальную согласованность с фидером по всем диапазонам, не меняя в нем параметров. Поскольку у этой конструкции средние технические параметры, то ее можно использовать на даче, или в качестве комнатной антенны в городе.
- Дециметровая антенна . Часто используется упрощенная модификация Z-антенны, хорошо работает, не зависимо от условий приема сигнала.
Всеволновая антенна
Всеволновые улавливатели ТВ сигнала также называют частотнонезависимыми (ЧНА). Конструкции их могут быть различными.
Из двух лепестков
На рисунке показана всеволновая антенна, изготовленная из двух металлических пластин треугольной формы и двух деревянных реек, на которых натянута медная проволока в форме веера.
Медную проволоку можно взять любого диаметра, это не играет особой роли. Концы проволоки крепятся на расстоянии от 20 до 30 мм между собой. Пластины со спаянными между собой другими концами проволоки должны быть расположены на расстоянии 10 мм друг от друга.
Металлическую пластину можно заменить квадратным куском из стеклотекстолита, у которого имеется медное фольгирование с одной стороны.
Поскольку конструкция самодельной антенны имеет квадратную форму, то высота ее будет равна ширине, а угол между полотнами – 90 градусов. Точка нулевого потенциала на рисунке отмечена желтым. Припаивать в этом месте оплетку кабеля не требуется — достаточно будет тугого подвязывания.
Собранный таким образом приемник телесигнала в форме двух лепестков способен принимать как все дециметровые каналы, так и метровые. Притом, он хорошо ловит сигнал во всех направлениях. Но если установить ЧНА в зоне плохого приема сигнала от телевышки, нормально работать она будет только с усилителем. Можно применить и другие .
В форме бабочки
Телевизионную антенну своими руками можно сделать в форме бабочки. Чтобы изготовить самому эту достаточно мощную антенну, необходимо приготовить дощечку или фанеру с размерами 550 х 70 х 5 мм, провод с медной жилой сечением 4 мм, и, соответственно, кабель РК75.
- Разметьте на фанере места под отверстия и просверлите их. Размеры на рисунке указаны в дюймах. Ниже рисунка приведена таблица для перевода дюймов в мм.
- Из медного провода необходимо нарезать 8 частей одинаковой длины по 37,5 см.
- По центру каждого провода очистите от изоляции участки (по 2 см), как на рисунке.
- После этого следует отрезать еще 2 куска провода, уже по 22 сантиметра каждый, разделить из на 3 равные части и снять изоляцию в местах разделения.
- Придайте отрезкам V-образную форму . Следует быть внимательным, чтобы между концами провода выдержать расстояние 7,5 см. Именно оно является оптимальным, чтобы принимать четкий сигнал.
- Соедините все элементы согласно приведенному ниже рисунку.
- Далее нужно приобрести гнездо для подключения к нему штекера.
- Кабель нужно припаять к контактам катушки, как на рисунке.
- Сделайте еще 2 отрезка провода необходимой длины для соединения “усиков” с гнездом.
- Прикрутите гнездо на дощечку и соедините все элементы.
На этом все — вы сделали антенну для телевизора своими руками.
Из пивных банок
Для изготовления такой оригинальной ЧНА потребуется 2 банки (0,5 л или 0,75) из-под пива или другого напитка. Но перед тем как сделать телевизионную антенну, необходимо учесть некоторые требования к материалам . А именно, рекомендуется приобрести качественный телевизионный кабель, имеющий сопротивление на 1 метр 75 Ом. Как правильно ? Обратите внимание на то, чтобы центральная жила была крепкой, а оплетка была двойной и сплошной.
Не забывайте, чем длиннее будет кабель, тем сильнее будет гашение сигнала, что особенно важно для приема метровых волн, в отличие от ДМВ, для которых длина провода также имеет значение, но не настолько.
Также будет необходимо приготовить обычный деревянный тремпель , пару саморезов, изоленту или скотч и, если есть такая возможность – паяльник с оловом.
Антенна из пивных банок может принимать как дециметровый диапазон волн, так и метровый.
Для наглядности всего процесса можно посмотреть видео .
Логопериодическая антенна
Логопериодическая антенна (ЛПА) может применяться для приема радиоволн как метрового, так и дециметрового диапазона. Для изготовления такого приемника сигнала можно использовать в качестве подставки алюминиевую трубку диаметром 10 мм и металлические стержни (шпильки), которые можно купить в магазине, где продается крепеж. В идеале, вместо стержней с резьбой лучше использовать гладкие трубки или пруты. В качестве основы берется пластиковый П-образный короб.
Когда пайка будет завершена, изготовление устройства можно считать законченным и можно приступать к испытаниям своего творения.
Дециметровая антенна
Самодельные дециметровые улавливатели сигнала могут иметь различную форму и конструкцию, от самых простых в изготовлении до более сложных устройств.
Кольцевидная
Самую простую конструкцию для приема ДМВ можно сделать за короткое время своими руками из подручных материалов . Все, что вам понадобится – это коаксиальный кабель и кусок фанеры подходящего размера.
Теперь все это нужно собрать:
- приготовьте отрезок коаксиального кабеля (РК75) длиной 530 мм (из него будет сделано кольцо);
- также отрежьте еще один кусок кабеля длиной 175 мм – это будет петля;
- сделайте кольцо (1), припаяйте к нему петлю (2) и кабель (3), который подключается к телевизору;
- закрепите все это на фанерном листе и направьте сделанный приемник телесигнала в сторону телевышки.
Если ваш телеприемник с помощью такой антенны , попробуйте сделать более сложное устройство.
В виде восьмерки
Домашнюю антенну ДМВ диапазона своими руками можно сделать из проволоки в виде цифры 8. Чтобы изготовить такой приемник, можно использовать медную или алюминиевую проволоку диаметром от 3 до 5 мм, а также кабель РК75. В процессе изготовления также понадобится клеевой пистолет.
Ход изготовления.
- С помощью кусачек необходимо отрезать 2 куска проволоки по 56 см.
- На концах каждого отрезка сделайте петлю, на которую должно уйти по 1 см.
- Согните квадраты из проволоки и соедините петли. Припаяйте кабель к квадратам, как показано на рисунке. К одному квадрату припаивается центральная жила, к другому – оплетка. Расстояние между элементами должно быть 2 см. Всю конструкцию можно закрепить в крышке из-под 20 литрового бутыля для воды, залив клеем.
Такой приемник дмв диапазона можно расположить в любом месте, и он не требует усилителя. Разве что, усилитель может понадобиться, если прибор будет наружным, и длина кабеля будет значительной. В этом случае для компенсации потерь сигнала, потребуется его установка.
Из металлопластиковой трубы
Телевизионную антенну своими руками можно сделать и из обычной металлопластиковой трубы. При этом получится устройство для приема дмв с возможным диапазоном от 480 МГц до 1000 МГц. В данной “модели” использованы труба с диаметром 16 мм и кабель – 5,5 м. На кольцо потребуется 55 см трубы, а на стойку – 14 см, что равняется четверти длины волны. Это служит для лучшего согласования с внешней оплеткой кабеля и снижает в ней высокочастотные токи.
Выход кабеля в этой конструкции сделан через отверстие в трубе. Оплетку кабеля следует прикрепить с помощью хомута к зачищенной части трубы. Центральная жила кабеля крепится к кольцу (можно использовать винт с шайбой и гайкой). Такая самоделка хорошо работает в качестве комнатной антенны в квартирах с железобетонными стенами, которые плохо пропускают телевизионную волну. Благодаря удлиненному кабелю, ее можно вынести на балкон или поставить на подоконник — качество приема только улучшится.
В виде рамки
Еще одна конструкция антенны дмв собирается в виде рамки. Делаться она будет из алюминиевых пластин (полос).
Таким образом антенны, сделанные своими руками, помогут вам сэкономить деньги на их приобретение, а в некоторых случаях выйти из ситуации, когда есть телевизор, но штатная антенна вышла из строя, либо ее нет вообще. Тем более, что качество приема самоделок не хуже заводских аналогов. Если вы не хотите мастерить устройство самостоятельно, то вам пригодится информация о том, в магазине.
