Передача радио- и телепрограмм осуществляется с помощью радиоволн, распространяющихся в пространстве со скоростью света. Антенна — это устройство, предназначенное для излучения и приема радиоволн. Для передачи сигналов телевизионного изображения и звукового сопровождения используются определенные частоты диапазона ультракоротких волн.
Высококачественный прием возможен только при условии выбора наиболее подходящего для данного района типа антенны и правильной ее установки. Кроме того индивидуальная антенно — фидерная система для приема сигнала может содержать согласующие устройства, антенные усилители, сумматоры и разветвители сигнала, неправильное применение которых также приводит к ухудшению приема.
На качество приема влияет расстояния до передатчика, рельеф местности, наличие препятствий для прохождения радиоволн, тип и кабеля и другие факторы.
В настоящее время существует множество типов антенн, такие как простые дипольные антенн (слабонаправленные антенны), антенны типа «волновой канал», зигзагообразные антенны, рамочные антенны, логопериодические антенны, синфазные решетки.
Логопериодическая антенна.Чем круче других,как устроена и проверка на дальнобойность
Проведя анализ исходных данных (диапазон частот, усиление), я решил провести расчет логопериодической антенны. Логопериодическая антенна относится к числу широкополосных антенн. Она хорошо согласуется с коаксиальным кабелем, обеспечивает прием сигналов в десятикратном и более диапазоне частот. Также в выборе антенны сыграли свою роль простота конструкции и дешевизна реализации.
Логопериодическая антенна
Существует много разновидностей логопериодических антенн, однако любая из них может быть представлена в виде системы вибраторов. Схема такой антенны представлена на рис.1.
Рис.1. Схематическое изображение логопериодической антенны
Проводники (трубки) распределительной двухпроводной линии располагаются в вертикальной плоскости, а вибраторы — в горизонтальной, причем так, что любые два соседних полувибратора были направлены в противоположные стороны. Коаксиальный кабель проложен внутри нижней трубки и на входных клеммах распаян экранной оболочкой на нижнюю, а центральной жилой — на верхнюю трубку.
Размеры антенны и ее электрические характеристики определяются тремя основными параметрами: периодом логопериодической структуры ф, углом полотна 2б и длиной L.
Параметр ф определяет частотную периодичность характеристик логопериодической антенны. Каждый вибратор имеет свою резонансную частоту. На самой низкой частоте рабочего диапазона f1=fмин резонирует вибратор 1 с длиной плеча l1, на следующей, более высокой частоте f2 резонирует вибратор 2 с длиной плеча l2=фl1 и т.д., причем f1=фf2 (ф<1). Резонансные частоты любых двух элементов (вибраторов) логопериодической антенны связаны соотношением:
При изображении на логарифмической шкале резонансные частоты повторяются через одинаковые интервалы, равные постоянной величине ln(1/ф), поскольку:
10.7 Логопериодические антенны
ln fn+1 — ln fn= ln fn+1/fn = ln 1/ф = const.
Параметры логопериодической антенны выбираются так, чтобы внутри одного (любого) интервала частот fn+1 — fn характеристики антенны менялись незначительно. Это малое изменение свойств будет иметь место во всем рабочем диапазоне частот, поэтому антенны, построенные по указанному принципу, носят название логарифмически — периодических или логопериодических.
Источник: studentopedia.ru
Конструкции логопериодических ТВ антенн
Направленные свойства большинства антенн изменяются при изменении длины волны принимаемого сигнала. У узкополосных антенн резко падает коэффициент усиления, а у широкополосных его изменение носит монотонный характер. Один из типов антенн с неизменной формой диаграммы направленности в широком диапазоне частот — антенны с логарифмической периодичностью структуры ЛПА.
Эти антенны отличаются широким диапазоном: отношение максимальной длины волны принимаемого сигнала к минимальной превосходит десять. Во всем диапазоне обеспечивается хорошее согласование антенны с фидером, а коэффициент усиления практически остается постоянным.
Рис. 1. Логопериодическая антенна.
Внешний вид ЛПА показан на рис. 1,а. Она образована собирательной линией в виде двух труб, расположенных одна над другой, к которым крепятся плечи вибраторов поочередно через один. Схематически такая антенна показана на рис.
1,6. Сплошными линиями изображены плечи вибраторов, соединенные с верхней трубой собирательной линии, а штриховой линией — соединенные с нижней трубой. Рабочая полоса частот — антенны со стороны наибольших длин волн зависит от размеров наиболее длинного вибратора В1, а со стороны наименьших длин волн — от размера, наиболее короткого вибратора.
Вибраторы вписаны в равнобедренный треугольник с углом при вершине а и основанием, равным наибольшему вибратору. Для логарифмической структуры полотна антенны должно быть выполнено определенное соотношение между длинами, соседних вибраторов, а также между расстояниями от них до вершины структуры. Это соотношение носит название периода структуры t:
Таким образом, размеры вибраторов и расстояния до них от вершины треугольника уменьшаются в геометрической прогрессии. Характеристики антенны определяются периодом структуры и углом при вершине описанного треугольника.
Чем меньше угол а и чем больше период структуры т (который всегда остается меньше единицы), тем больше коэффициент усиления антенны и меньше уровень заднего и боковых лепестков диаграммы направленности. Однако при этом увеличивается число вибраторов структуры, растут габариты и масса антенны.
Поэтому при выборе угла и периода структуры приходится принимать компромиссное решение. Наиболее часто угол а выбирают в пределах 30. 60°, а период структуры т -в пределах 0,7. 0,9.
Подключение фидера к ЛПА, показанной на рис. 1,а, производится без специального симметрирующего и согласующего устройства следующим образом. Кабель с волновым сопротивлением 75 Ом вводится внутрь нижней трубы с конца А и выходит у конца Б. Здесь оплетка кабеля припаивается к концу нижней трубы, а центральная жила — концу верхней трубы.
В зависимости от длины волны принимаемого сигнала в структуре антенны возбуждаются несколько вибраторов, размеры которых наиболее близки к половине длины волны сигнала.
Поэтому ЛПА по принципу действия напоминает несколько антенн «Волновой канал», соединенных вместе, каждая из которых содержит вибратор, рефлектор и директор. На данной длине волны сигнала возбуждается только одна тройка вибраторов, а остальные настолько расстроены, что не оказывают влияния на работу антенны. Это приводит к тому, что коэффициент усиления ЛПА оказывается меньше, чем коэффициент усиления антенны «Волновой канал» с таким же числом элементов, но зато полоса пропускания получается значительно шире.
Как видно из приведенных конструкций антенн бегущей волны и логопериодических, для достижения широкополосности используется принцип взаимной расстройки элементов антенны подобно тому, как в широкополосных усилителях расширение полосы пропускания достигается взаимной расстройкой контуров. Как для усилителей, так и для антенн можно считать общим принципом постоянство для данной конструкции произведения коэффициента усиления на полосу пропускания. Чем шире полоса пропускания, тем меньше коэффициент усиления при данных габаритах антенны.
В радиолюбительской литературе проводилось много различных вариантов ЛПА. Здесь можно предложить конструкцию ЛПА, рассчитанной на работу в диапазоне 12-метровых каналов, размеры которой сведены в табл. 1.
Таблица 1. Размеры 12-канальной ЛПА, мм.
| Номер вибратора | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| В | 3000 | 2520 | 2117 | 1778 | 1494 | 1255 | 1054 | 855 | 744 | 625 |
| А | 579 | 487 | 409 | 343 | 289 | 242 | 204 | 170 | 144 |
В, таблице приводится длина В каждого вибратора в соответствии с рис. 1,6, а также расстояние от данного вибратора до следующего — А. Собирательная линия образована двумя трубами диаметром 30 мм при расстоянии между осевыми линиями труб 45 мм. Антенна содержит 10 вибраторов (20 половинок), которые выполнены из трубок диаметром 8. 15 мм.
Расчет антенны проведен, исходя из значений угла при вершине описанного треугольника а = 45° и периода структуры т = 0,84. Расчетный коэффициент усиления антенны составляет 6 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала на выходе этой антенны в 2 раза по сравнению с полуволновым вибратором. Коэффициент усиления практически не изменяется но диапазону.
Длина труб собирательной линий составляет 2900 мм.
Трубы немного выступают за точки установки самых коротких полу вибраторов. Для обеспечения параллельности труб собирательной линии и их стяжки используют три пары брусков из оргстекла высотой 120 мм, шириной 50 мм и толщиной 25 мм, в которых делаются полуцилиндрические проточки глубиной 14 мм на расстоянии, соответствующем расстоянию между трубами.
Каждая пара брусков стягивается винтами с гайками. Среднюю пару этих брусков устанавливают в центре тяжести антенны и крепят1 к мачте.
Антенна приведенной выше конструкции является плоской. Существуют также объемные конструкции логопериодических антенн, которые характеризуются тем, что трубы собирательной линии не параллельны, а разведены под некоторым углом. Вместо жестких вибраторов полотно антенны может быть выполнено из провода или антенного канатика. Описание конструкций двух таких антенн приводилось в журнале «Радио”, 1960 г., № 8, а описание плоской упрощенной проволочной ЛПА — в журнале «Радио”, 1963 г., № 5.
Но самая простая логопериодическая антенна может быть быстро выполнена из подручных материалов. Такая антенна показана на рис. 2 и рассчитана на прием телевизионных передач дециметрового диапазона с 24-го по 51-й канал.
Несущая конструкция треугольной формы собирается из деревянных брусков квадратного сечения 15×15 мм. Бруски скрепляются между собой треугольными фанерными косынками, прибитыми к брускам с одной стороны треугольника гвоздиками. С другой стороны в бруски 1 и 2 вбиваются гвоздики на расстояниях от точки А, указанных на рисунке. Полотно антенны образуют два куска медного провода 6 диаметром 1-1,5 мм.
Один кусок прямой формы прокладывается по бруску 4 до точки А, а второй, огибая гвоздики зигзагом, припаивается к прямому проводу в точке А и на пересечениях с ним. К вершине треугольника гвоздиками прибивается диск 5 из белой жести диаметром 40 мм с маленьким отверстием в центре.
Антенна крепится к мачте из дерева или металла в центре тяжести, лежит в горизонтальной плоскости и вершиной треугольника направлена на передатчик. Полотно антенны располагается да верхней поверхности треугольника.
Телевизионный кабель поднимается по мачте, подходит к середине бруска 3, подвязывается к бруску 4 по его .нижней поверхности капроновой леской. В вершине треугольника оплетка кабеля припаивается к точке А, а центральная жила -к центру диска.
Рис. 2. Логопериодическая антенна ДМВ.
Антенну можно выполнить комнатной дли наружной. В , комнатном варианте вместо мачты применяется вертикальная стойка на тяжелой подставке. Антенну в комнате необходимо тщательно ориентировать и подобрать место установки, так как часто, сдвигая антенну, удается значительно, улучшить изображение.
На равнинной местности такая наружная’ антенна обеспечивает уверенный прием телепередач на расстоянии до 30 км от телецентра, хотя имеются сообщения телезрителей, принимающих этой антенной дециметровые программы Останкинского телецентра на расстоянии 80 км при хорошем качестве изображения.
Никитин В.А., Соколов Б.Б., Щербаков В.Б. — 100 и одна конструкция антенн.
Источник: radiostorage.net
Как правильно рассчитать и изготовить логопериодическую антенну
Антенны разрабатывались еще до нашего рождения. За это время накопилось множество конструкций, которые отлично заточены на конкретные действия, но:
- Не могут принимать сильный сигнал со всех сторон;
- Не получается принимать качественный сигнал на всех частотных диапазонах;
- Появляются проблемы при изменении длины улавливаемой волны, так как у узкополосных падает коэффициент усиления антенны, а широкополосные меняют его монотонно.
При проектировании антенн достичь всецелого охвата сигналов позволяет правильная диаграмма направленности. Чтобы ее достичь, нужно проектировать антенну в виде круга или длинного лепестка, который вытянут в сторону передатчика. Практика показывает, что достичь такого идеала сложно.
Но сложно, не значит «невозможно». Есть метод, позволяющий побороть неравномерную диаграмму и падение коэффициента усиления. Он называется логопериодическая антенна.
Принцип работы антенны во многом обусловлен своей продуманной конструкцией. Из-за этого она обладает широким диапазоном приема сигнала при равномерном коэффициенте усиления. Согласование с кабелем передачи сигнала на ресивер (часто называют фидер) не вызывает никаких проблем.
Имя такое устройство получило из-за свойств, которыми наделено:
- Логарифмическая зависимость длинны разносторонних и отделенных друг от друга вибраторов.
- Периодическое расположение вибраторов – разница в расстоянии, на котором они находятся на основных стержнях, определена диапазоном работы антенны. При этом разница в размерах и удаленности вибраторов от «навершия треугольника» подчиняется геометрической прогрессии.
Антенна Харченко
Собственно это давно используемая в радио классическая конструкция «двойной квадрат», или «биквадрат», — часто повторяемая, простая и технологичная система для приема сигнала. Сделать такую антенну сможет каждый буквально на «коленке» за считанные минуты. Для этого потребуются:
- медная жила сечением 3 – 5 мм длиной 1,12 метра;
- плоскогубцы, кусачки, нож, паяльник;
- коаксиальный кабель, антенный разъем для подключения.
Инструкция по изготовлению:
- Согните медную жилу в форме двух квадратов (размер каждой стороны — 14 см).
- Спаяйте вместе концы проводников.
- Припаяйте ТВ-кабель к центральным точкам антенны (расстояние между ними равно 10 мм).
- Присоедините к кабелю штекер.
легкость изготовления, отсутствие дорогостоящих компонентов для сборки;
высокая эффективность и стабильность приема при малых затратах — «биквадрат» считается лучшей антенной для самостоятельного повторения.
требуется правильная установка антенны (обычно достигается опытным путем) — при неверном направлении прием ухудшается;
необходимо точное соблюдение размеров — существенные отклонения грозят ухудшением работы конструкции.
Значительное увеличение эффективности такой антенны достигается установкой отражателя — стальной (медной, алюминиевой) пластины размером 20 x 40 см на расстоянии 4,5 см от активных элементов. Вместо пластины допустимо использование отражателя-рассеивателя в виде металлической решетки или сетки.
Из чего состоит
Логопериодическая антенна для цифрового ТВ в своем строении имеет:
- Стержни в количестве 2 штук, на которые прикрепляются вибраторы. Их делают пустотелыми для того, чтобы внутрь пустить кабель. Заводится через нижний стержень, петлей идет сверху и завершается короткозамкнутой перемычкой. Это необходимо делать для согласования и симметрирования, так как дополнительный контур в антенне применять не нужно.
- Вибраторы – это прикрепленные перпендикулярно стержням проводники различной длинны, подсоединенные с помощью переполюсовки точек питания.
По сути, МВ-диапазон антенна тоже может ловить. Для этого только понадобятся более длинная антенна с вибраторами подлиннее. Конструкцию с выставленными на несколько метров стержнями сделать сложно, так как оконечные вибраторы окажутся слишком длинными, и конструкция станет неустойчивой.
Конструкция антенны цифрового телевидения состоит из 2-х стержней, направленных на источник передаваемых сигналов и размещенных перпендикулярно вибраторов отличающейся друг от друга длинны.
Важными свойствами антенны являются:
- Знаменатель геометрической прогрессии, указывающий на быстроту убывания длинных вибраторов от основания стержня к его концу. Чем меньше показатель, тем эффективнее можно считать антенну. К сожалению, для увеличения этого показателя увеличивается размер и масса устройства.
- Угол в основании треугольника, который образуют собранные вибраторы. Чем меньше он получается, тем лучше работает антенна. Но опять же, это увеличивает длину антенны, повышая риски неустойчивости и деформации.
Отдельно нужно упомянуть поляризацию. Поляризация волн напрямую зависит от типа антенны и ее расположения. Например:
- вертикально размещенный несимметричный вибратор – это вертикальная поляризация;
- горизонтально размещенный вибратор – горизонтальная поляризация.
Расчет
Существует два пути: смонтировать антенну для приема сигнала в общем диапазоне или для работы с конкретной частотой. При этом проблемой всегда становится слишком слабый сигнал, недосягаемость зоны приема или наличие поблизости заглушающего источника.
Однако неоспоримый плюс цифрового телевещания – способность передавать прямую и отраженную волну. А разнообразие конструкций позволяет подобрать оптимальный вариант антенны из кабеля для цифрового ТВ, которая обеспечит идеальную картинку и звучание.
Некоторые модели телевизоров с функцией Smart-TV способны измерить качественные показатели и определить причину неудобств. Самостоятельно, даже с применением специализированного оснащения произвести замеры, чтобы определить, отчего картинка некачественная, невозможно, если антенна не относится к категории всеволновых устройств приема, а причисляется к разряду дециметровых.
Правила расчета
Те, кто не пытается имитировать конструкцию «на глаз», задаются вопросом, как сделать антенну для телевизора своими руками, чтобы она по техническим характеристикам не уступала заводским модификациям? Ответ прост – пользуйтесь рекомендациями и правилами, описанными ниже.
Для начала уясните, что придется:
- Рассчитать длину волны сигнала, принимаемого от каждого передатчика DVB-T2, находящегося в радиусе досягаемости.
- Выбрать тот передатчик, который производит волны максимальной длины.
- Вычислить ½ поперечного сечения волны, которая и будет проецироваться по горизонтальной оси антенны.
Важно, чтобы последняя величина соответствовала геометрическим размерам «ветвей». Это и будет областью приема качественного сигнала T2
Практический пример
Допустим, что в населенном пункте, районе, городе округе или области работают три вышки, с рабочими параметрами:
- 32 ТВК, 546 МГц.
- 34 ТВК, 578 МГц.
- 24 ТВК, 498 МГц.
Чтобы сделать антенну своими руками, на первом этапе еще до проектирования и сборки необходимо рассчитать длины волн по формуле ƛ = 300/F. А F в данном случае – это частота в мегагерцах.
Получается, что для этого примера ƛ равна 0,55; 0,52 и 0,60 соответственно. Это значит, что за основу берется третий мультиплекс, так как в своем рабочем диапазоне он выдает волну наибольшей длины.
Теперь остается разделить ее на 2, чтобы определить рабочую зону самодельной антенны. Коэффициент ½ берется потому что волна синусоидальна, а значит, в поперечном сечении она равняется ƛ/2, что соответствует 0, 30 м.
А так как в расчетах используется полудлина, зона охвата будет 0, 15 м. или 15 см. На основании полученных данных приступайте к разработке чертежей для последующего изготовления и монтажа элементов.
Расположение и подключение
Для принятия и обработки цифрового сигнала подойдет комнатный и уличный вариант конструкции. Антенну можно установить на крыше или специальной мачте, что улучшит качество приема. При этом используется телевизионный кабель. Но чтобы не создавать помех, имеет смысл сделать его как можно короче. Нужно выбрать оптимальный вариант высоты конструкции и длины шнура.
Советуем изучить Как устроен однополупериодный выпрямитель и где применяется
Как сделать самостоятельно
Основное применение этих антенн – прием дециметровых (ДМВ) сигналов. Обычная конструкция – это два параллельных стержня, на которых в противофазе друг к другу крепятся от 5 до 7 проводников-вибраторов равномерно уменьшающейся длины.
При необходимости эту антенну можно изготовить в домашних условиях. Самодельная конструкция требует дополнительных расчетов. Калькулятор можно найти ниже или воспользоваться формулами из любого учебника по радиотехнике. При этом на дату выпуска можно не смотреть: с 60-70-х годов XX века никаких глобальных открытий в этой области сделано не было.
Всеволновая логопериодическая
Помимо работы с короткими волнами дециметрового диапазона, такая антенна может принимать сигналы в широкополосном спектре. Это полезная функция, если планируется принимать «цифру» в формате DVB-T2 и подключать источник аналогового сигнала.
Прием сигналов со всех диапазонов возможен в следующих случаях:
- В конструкции встроены вибраторы длиной не менее метра .
- Устройство имеет не только два штыря с вибраторами для дециметрового диапазона. У него как минимум пара «усов» с телескопическими штырями для приема метрового вещания.
Такая конструкция обычно характерна для комнатной антенны. На мачте или выносном настенном кронштейне трудно вручную раздвигать «телескопы» и ориентировать их в сторону передающей станции.
По той же причине почти не используются популярные в 60-х годах сферические телеантенны. У них очень интересные характеристики приема, но они слишком уж нетривиальны при расчетах, в конструировании и обслуживании. Проще рассчитать и изготовить волновой канал, плоский би- или триквадрат Харченко или логопериодическую антенну, чем подгонять сферу под частоты современного цифрового ТВ.
Источник: prohvoda.ru