Антенна диапазона ДМВ. Теоретические основы

Cтраница 1

Дециметровые волны в меньшей степени, чем метровые, подвержены явлению дифракции. Они рассеиваются местными предметами, что уменьшает вероятность интерференционных помех приему. Так же как и метровые волны, они испытывают рассеяние на неоднородно-стях тропосферы.  

Дециметровые волны в меньшей степени, чем метровые, подвержены дифракции. Они рассеиваются местными предметами, что уменьшает вероятность интерференционных помех приему. Так же как и метровые волны, они испытывают рассеяние на неоднородностях тропосферы. Это позволяет осуществить многоканальную телефонную связь или трансляцию телевизионной передачи с помощью радиорелейных линий на расстояниях, превышающих сотни и даже тысячи километров.  

Дециметровые волны - радиоволны длиной от 10 см до 1 м, соответствующие диапазону частот от 3000 до 300 Мщ.  

Дециметровые волны - радиоволны длиной от 10 см до 1 м, соответствующие диапазону частот от 3000 до 300 МГц.  

Дециметровые волны используются в зоне прямой видимости.  

Дециметровые волны - радио волны длиной от 10 см до 1 м, соответствующие диапазону частот от 3000 Мгц до 300 Мгц.  

Дециметровые волны - радиоволны длимой от 10 см до 1 м, соответствующие диапазону частот от 3000 Мгц до 300 Мгц.  

Дециметровые волны распространяются только в пределах прямой видимости и избирательно поглощаются атмосферой, интенсивно отражаются от подвижных и неподвижных объектов. Антенны малогабаритны и обладают острой направленностью излучения. Дециметровые волны используются в радиорелейных и спутниковых системах связи, высокоточных наземных системах радиолокации и радиоуправления.  

Дециметровые волны позволяют получать с помощью спутниковых РНС очень высокую точность местоопределения в рабочей области системы, которая для глобальных СРНС охватывает все околоземное пространство.  

Мертвые и дециметровые волны распространяются в пределах прямой видимости. Эти волны не отражаются от ионосферы, а поверхностная волна очень быстро затухает. Для увеличения дальности радиосвязи на этих волнах применяются направленные антенны, излучающие электроэнергию узким пучком.  

Однако дециметровые волны не могут быть приняты существующими телевизионными приемниками непосредственно, и работа в этом диапазоне потребует использования конверторов-преобразователей частоты.  

Для телевизионного вещания используются метровые и дециметровые волны. Для черно-белого телевидения в СССР отведено двенадцать каналов.  

Сначала в радиолокации использовались метровые и дециметровые волны, а затем стали переходить к сантиметровым волнам, которым соответствует спектр частот от 30 тыс. до 3 тыс. мггц. Малая длина этих волн, являющихся частью диапазона ультракоротких волн, позволила создать сравнительно небольшие по размерам радиолокационные антенны, имеющие ширину диаграммы направленности в несколько градусов и даже долей градуса.  

Несмотря на бурное развитие спутникового и кабельного телевидения, прием эфирного телевещания все еще остается актуальным, например, для мест сезонного проживания. Совсем не обязательно для этой цели покупать готовое изделие, домашняя дециметровая (ДМВ) антенна может быть собрана своими руками. Прежде чем переходить к рассмотрению конструкций, кратко расскажем, почему выбран именно этот диапазон телевизионного сигнала.

Почему именно ДМВ?

Есть две весомые причины, чтобы остановить свой выбор на конструкциях этого типа:

1. Все дело в том, что большинство каналов транслируется в этом диапазоне, поскольку упрощается конструкция ретрансляторов, а это дает возможность установить большее число необслуживаемых маломощных передатчиков и тем самым расширить зону покрытия.
2. Для трансляции «цифры» выбран этот диапазон.

Комнатная антенна для ТВ «Ромб»

Эта простая, но, в то же время, надежная конструкция, была одной из самых распространенных в эпоху расцвета эфирного телевещания.

Рис. 1. Простейшая самодельная Z-антенна, известная под названиями: «Ромб», «Квадрат» и «Народный зигзаг»

Как видно из эскиза (B рис. 1), устройство представляет собой упрощенный вариант классического зигзага (Z-конструкции). Для увеличения чувствительности, ее рекомендуется оборудовать емкостными вставками («1» и «2»), а также рефлектором («А» на рис.1). Если уровень сигнала вполне приемлем, делать это не обязательно.

В качестве материала можно использовать алюминиевые, медные, а также латунные трубки или полосы шириной 10-15 мм. Если планируется устанавливать конструкцию на улице, то лучше отказаться от алюминия, поскольку он подвержен коррозии. Емкостные вставки изготавливаются из фольги, жести или металлической сетки. После установки, они пропаиваются по контуру.

Кабель укладывается так, как продемонстрировано на рисунке, а именно: не имел резких изгибов и не покидал пределов боковой вставки.

Дециметровая антенна с усилителем

В местах, где в относительной близости не расположена мощная ретрансляционная башня, можно поднять уровень сигнала до приемлемого значения при помощи усилителя. Ниже представлена принципиальная схема устройства, которое может использоваться практически с любой антенной.

Рис. 2. Схема антенного усилителя для ДМВ диапазона

Перечень элементов:

• Резисторы: R1 – 150 кОм; R2 – 1 кОм; R3 – 680 Ом; R4 – 75 кОм.
• Конденсаторы: С1 – 3,3 пФ; С2 – 15 пФ; С3 – 6800 пФ; С4, С5, С6 – 100 пФ.
• Транзисторы: VT1, VT2 – ГТ311Д (можно заменить на: KT3101, KT3115 и KT3132).

Индуктивность: L1 – представляет собой бескаркасную катушку диаметром 4 мм, намотанную медным проводом Ø 0,8 мм (необходимо сделать 2,5 витка); L2 и L3 – высокочастотные дроссели 25 мкГн и 100 мкГн, соответственно.

Если схема собрана правильно, мы получим усилитель со следующими характеристиками:

• полоса пропускания от 470 до 790 МГц;
• коэффициенты усиления и шума – 30 и 3 дБ, соответственно;
• величина выходного и входного сопротивления устройства соответствует кабелю RG6 – 75 Ом;
• устройство потребляет порядка 12-14 мА.

Обратим внимание на способ подачи питания, оно осуществляется непосредственно по кабелю.

Данный усилитель может работать с самыми простыми конструкциями, сделанными из подручных средств.

Комнатная антенна из пивных банок

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

Обозначения:

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

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

Основные преимущества конструкции – быстрое изготовление (10 – 20 минут) и вполне приемлемое качество «картинки», при условии достаточной мощности сигнала.

Делаем антенну из медной проволоки

Существует конструкция, значительно проще предыдущего варианта, для которой потребуется только кусок медной проволоки. Речь идет о рамочной петлевой антенне узкого диапазона. Такое решение имеет несомненные преимущества, поскольку помимо своего основного назначения, устройство играет роль селективного фильтра, снижающего помехи, что позволяет уверенно принимать сигнал.

Рис.4. Простая рамочная ДМВ антенна петлевого типа для приема цифрового ТВ

Для данной конструкции необходимо рассчитать длину петли, чтобы сделать это, нужно узнать частоту «цифры» для вашего региона. Например, в Санкт-Петербурге она транслируется на 586 и 666 МГц. Формула расчета будет следующей: L R = 300/f, где L R – это длина петли (результат представлен в метрах), а f – усредненный частотный диапазон, для Питера это значение будет равно 626 (сумма 586 и 666, деленная на 2). Теперь рассчитываем L R , 300/626 = 0,48, значит, длина петли должна быть 48 сантиметров.

Если взять толстый RG-6 кабель, где имеется фольга в оплетке, то его можно использовать вместо медной проволоки для изготовления петли.

Теперь расскажем, как собирается конструкция:

• Отмеряется и отрезается кусок медной проволоки (или RG6 кабеля) длиной, равной L R .
• Сворачивается петля подходящего диаметра, после чего к ее концам припаивается кабель, идущий к ресиверу. Если вместо медной проволоки используется RG6, то предварительно снимается изоляция с его концов, примерно на 1-1,5 см (центральную жилу очищать не надо, она в процессе не участвует).
• Петля устанавливается на подставку.
• На кабель к ресиверу накручивается F разъем (штекер).

Заметим, несмотря на простоту конструкции, она наиболее эффективна для приема «цифры», при условии, что правильно проведены расчеты.

Комнатная антенна МВ и ДМВ своими руками

Если помимо ДМВ есть желание принимать и МВ, можно собрать простую мультиволновку, ее чертеж с размерами представлен ниже.

Для усиления сигнала в данной конструкции используется готовый блок SWA 9, если возникли проблемы с его приобретением, можно использовать самодельное устройство, схема которого была приведена выше (см. рис. 2).

Важно соблюдать угол между лепестками, выход за пределы указанного диапазона существенно отражается на качестве «картинки».

Несмотря на то, что такое устройство значительно проще логопериодической конструкции с волновым каналом, тем не менее, оно показывает неплохие результаты, если сигнал достаточной мощности.

Антенна восьмерка для цифрового ТВ своими руками

Рассмотрим еще один распространенный вариант конструкции для приема «цифры». В основу положена классическая схема для ДМВ диапазона, из-за своей формы получившей название «Восьмерка» или «Зигзаг».

Рис. 6. Эскиз и реализация цифровой восьмерки

Размеры конструкции:

• внешние стороны ромба (А) – 140 мм;
• внутренние стороны (В) – 130 мм;
• расстояние до рефлектора (С) – от 110 до 130 мм;
• ширина (D) – 300 мм;
• шаг между прутьями (Е) – от 8 до 25 мм.

Место подключения кабеля в точках 1 и 2.Требования к материалу такие же, как у конструкции «Ромб», о которой рассказывалось в начале статьи.

Самодельная антенна для DBT T2

Собственно, все перечисленные выше примеры способны принимать DBT T2, но для разнообразия приведем эскиз еще одной конструкции, называемой в народе «Бабочка».

В качестве материала можно использовать пластины из меди, латуни, алюминия или дюрали. Если конструкцию планируется устанавливать на улице, то последние два варианта не подходят.

Итог: на каком варианте остановиться?

Как ни странно, но самый простой вариант наиболее действенный, поэтому «петля» лучше всего подходит для приема «цифры» (рис. 4). Но, если требуется принимать и другие каналы в дециметровом диапазоне, то лучше остановиться на «Зигзаге» (рис. 6).

Антенна для телевизора должна быть направлена в сторону ближайшего активного ретранслятора, чтобы выбрать нужное положение, следует вращать конструкцию, пока мощность сигнала не станет удовлетворительной.

Если, не смотря на наличие усилителя и рефлектора, качество «картинки» оставляет желать лучшего, можно попробовать установить конструкцию на мачту.

В этом случае необходимо обязательно установить молниезащиту, но это уже тема другой статьи.

Волны короче 10м назыв.УКВ. Из-за прямолинейности распростр.УКВ для их использ. требов. прямая види­мость м/у антеннами передатчика и приемника. Ди­фракция УКВ почти не свойст., они не могут огиб. вы­пуклости зем.поверх.,а ионизация ионосферы не­достат. для их отраж. Для осущ.связи на большие расст. м/у п.связи устанав.промежуточ.станции (ретрансляторы) или поднимают ан­тенны на большие высоты. Связь в пределах прямой видимости характер-ся возможно­стью одноврем.прихода в т.приема не только прямой вол­ны, но и волны, отраженной от зем.поверх. Интер­ференция приводит к ↓ напряженности поля в т.приема, но ее можно свести к min правиль. подбором высот антенн, рас­стояния м/у ними и длины волны. УКВ явл.наиб. использ.участком радиодиапаз. Большая частотная емкость этого диапа­з.и ограниченный пределами прямой видимости радиус дейст.позвол. разместить большое кол-во одноврем.работ-х станций и осущ-ть передачу информации в широкой полосе частот. УКВ позвол.одноврем. передав.больш.кол-во ТВ программ, организ-ть тысячи телеф.каналов и цифр.с-м связи. УКВ исп.для радиолокации, радионавигации, связи с искусст.спутни­ками, ЗВ, ТВ и в радиоастрономии. Метр.и дециметр.волны исп.для ТВ, РВ и РС с подвижными объек­тами. Сантиметр.волны исп.для многоканаль.связи. Иногда метр.волны исп.для связи вне пре­делов прямой видимости, т.к. они способ.огиб.неболь.преграды на зем. поверх. Дальность такой связи ис­числ. км, реже десятками км. Наиб.слож.явл.связь на метр.волнах в больш.городах, где использ.ретрансляция ч/з центр. станцию, антенна которой устан.на высотном доме.

Бываются случаи дальнего распростр.метр.и более КВ. Это объяс.возмож­ностью сост. атмосферы, при котором измен. коэффиц.преломления по мере подъема вверх происх.в большей степени, чем в норм.усл. Искривл.траек­тории радиолуча из-за рефракции увелич-ся, станов. возможным распростр.радиоволн ||-но зем.по­верх. или попадание их после преломл.на поверх земли (сверхфракция). Падающие на землю волны отраж-ся, распростр-ся вверх, опять прелом-ся и т.д. В пространстве м/у поверх.земли и преломляющими верх.слоями, вдоль которого волны распростр.на рас­ст.в десятки раз больше расст.прямой видимости. Это создает возм-ть приема ТВ программ из др.городов и стран. Для появл.волноводных каналов в атмо­сфере треб. увеличение t 0 воздуха по мере подъема вверх и сильное уменьш.влажности с высотой.

В тропосфере постоянно присут.колебания t 0 и влажности. От них завис.коэффиц.прелом­л.воздуха, поэт.радиоволны рассеи­в-ся неоднородностями ионосферы. Это рассеян.поле наблю­д.далеко за горизонтом. Небольш. напря­ж-сть поля за горизонтом отлич-ся постоянством. Рассеяния волн тропосфер.неоднородностями назыв.дальним тропосфер.распростр.радиоволн. Созд.линии тропосфер.связи сложно, т.к. напряж-сть поля отраж-х от тропосферы волн уменьш.с расстоянием очень быстро. Треб.очень мощ­ные передатчики(1-50кВт), антенны высокой направл-сти и высокочувствит.приемники. По тропосфер.линиям связи осущ.орг-ция многоканаль.с-м связи. Эта связь не требует сме­ны длины волны в течение суток. Тропосфер.линии связи конкурируют в труднодоступ.местности с кабельными линиями. Тропосфер.станции образ-ют радиорелейные с-мы передачи с интервалом м/у станциями 300-500км. Дальнее распростр.УКВ происх.за счет их рассеяния на неоднородностях ионосферы. Рассеяние происх.в с.D или в нижней части с.Е за счет неоднородно­сти электронной концентрации. Для ионосфер.линий связи харак-ны замирания, сезон.и суточ.измен.уровня. Искажения сигнала огранич-ют шири­ну спектра передав-х сигналов полосой в неск.кГц, поэт. ТВ и групповые сигналы многоканаль.с-м по ним не могут передаваться.

Связь на метр.волнах за счет ионосфер.рассеяния позвол.раб-ть круглосут.на одной час­тоте. Ионосфер.рассеяние можно исп.для связи с труднодоступ.районами. В периоды ионосфер. возмущений неод­нородности в нижних обл.ионосферы и ионосфер.связь улучш.

Фидеры и волноводы.

Электрич. цепь и вспомогат. устройства, с помощью которых энергия радиочаст. канала подводится от радиоПРД к антенне или от антенны к радиоПР, назыв. фи­дером .

Фидеры – это линии питания, которые передают энергию от генератора к антенне (в передающем режиме) или от антенны к ПР (в режиме приёма). Основ. требования к фидеру сводятся к его электрогерметичности (отсутствию излучения энергии из фидера) и малым тепловым потерям. В передающем режиме волновое сопротивление фидера должно быть согласовано с входным сопротивлением антенны (что обеспечивает в фидере режим бегущей волны) и с выходом ПРД-ка (для max-ой отдачи мощности). В приёмном режиме согласование входа ПР-ка с волновым сопротивлением фидера обеспечивает в последнем режиме бегущей волны, согласование же волнового сопротивления фидера с сопротивлением нагрузки – условие max-ой отдачи мощности в нагрузку ПР-ка. В зависим. от диапаз. радиоволн примен. различные типы фидеров: двух или много-проводные воздушные фидеры; волноводы прямоугольного, круглого или эллиптического сечений; линии с поверхностной волной и др. Конструкция фидера зависит от диапазона передаваемых по нему частот. При передаче эл.маг. энергии по линии стре­мятся уменьш. излучение самой линии. Для этого провода линии располаг. //-но и по возмож­. ближе друг к другу. При этом поля 2-х одинак. по значе­нию, но противоположно направленных токов взаимно компенсируют­ся и излучения энергии в окружающее пространство не происходит. При создании антенны ставится противоположная задача: получение возможно большего излучения. Для этого использ. те же длинные линии, устранив одну из причин, лишающих фидер излу­чающих св-тв. Можно, например, раздвинуть провода линии на не­который ے, в результате чего их поля не будут компенсировать друг друга. На этом основана раб. V-образных и ромбических ан­тенн, излучающие провода кот. располож. под острым ے один к другому, и симметричного вибратора, полу­чающегося при разведении проводов на 180°. Компенсирующее действие одного из проводов фидера можно устранить, исключив его из с-мы. Это приводит к по­луч. несимметрич. виб­ратора. Все антен­ны, использ. этот принцип работы, относятся к классу не­симметрич. антенн. К ним также принадл. Г-образные и Т-образные антенны. Фидер излучает, если соседние участки его двух проводов обтека­ются токами, совпадающими по фазе, поля которых усиливают друг друга. Для этого необходимо создать фазовый сдвиг в половину дли­ны волны, например за счет неизлучающего шлейфа. На таком принципе основаны синфазные антенны. Фидер будет излучать, если расс-ия м/у проводами по неко­торым направлениям приобретают значит. разность хода. Можно так подобрать расс-ие м/у проводами, что по некоторым направлениям произойдет сложение волн от обоих прово­дов. Это использ. в противофазных ан­теннах.

Волновод – искусствен. или естествен. канал, способный поддерживать распространяющиеся вдоль него волны, поля которых сосредоточены внутри канала или в примыкающей к нему области. Типы волноводов:

1) Экранированные. Различают экранир. волноводы с хорошо отражающими стенками, к кот. относят волноводы металлические, направляющие эл.маг. волны, а также коаксиальные и многожильные экранирован. кабели, хотя последние обычно относят к линиям передачи (длинным линиям). К экранир. волноводам относят также волноводы акустические с достаточно жёсткими стенками.

2) Неэкранированные. В открытых (неэкранир.) волноводах локализация поля обычно обусловлена явлением полного внутрен. отражения от границ раздела 2-х сред (в волноводах диэлектрических и простейших световодах) либо от областей с плавно изменяющимися параметрами среды (ионосферный волновод, атмосферный волновод, подводный звук. канал). К открытым волноводам принадл. и с-мы с поверхност. волнами, направляемыми границами раздела сред.

Основ. св-во волновода – существ. в нём дискретного (при не очень сильном поглощении) набора нормальных волн (мод), распространяющихся со своими фазовыми и групповыми скоростями. Почти все моды облад. дисперсией, т.е. их фазовые скорости зависят от частоты и отлич. от групповых скоростей. В экранир. волноводе фазовые скорости обычно превыш. скорость распространения плоской однородной волны в заполняющей среде (скорость света, скорость звука), эти волны назыв. быстрыми. При неполном экранировании они могут просачиваться сквозь стенки волновода, переизлучаясь в окружающее пространство. Эти волны назыв. утекающими. В открытых волноводах распростр. медленные волны, амплитуды кот. быстро убывают при удалении от направляющего канала.

К. Харченко

Прием телевизионных передач на радиочастотах 470...622 МГц (21-39 каналы) диапазона дециметровых волн (ДЦВ) требует соответствующего подхода к расчету и конструированию антенных устройств.

Некоторые радиолюбители пытаются решить эту задачу простым пересчетом, основанным на принципах электродинамического подобия антенн, параметров имеющихся конструкций телевизионных антенн метрового диапазона (1-12 каналы). При этом, они неизбежно сталкиваются с трудностями самого пересчета и зачастую не получают желаемых результатов.

Каковы же основные принципы подхода к решению этой задачи?

В свободном пространстве радиоволны, излученные антенной, имеют сферическую расходимость, в результате чего электрическая напряженность поля Е убывает обратно пропорционально расстоянию r от антенны.

В реальных условиях распространяющиеся радиоволны претерпевают большее затухание, чем существующее в свободном пространстве. Для учета этого затухания вводят множитель ослабления F(r)= Е/Есв, который характеризует отношение напряженности поля для реальных условий, к напряженности поля свободного пространства при равных расстояниях, одинаковых антеннах и подводимых к ним мощностях и т. д. С помощью множителя ослабления напряженность поля, создаваемая передающей антенной в реальных условиях на расстоянии r, может быть выражена как

Приемная антенна преобразует энергию электромагнитной волны в электрический сигнал. Количественно эту способность антенны характеризуют ее эффективной площадью Sэфф. Она соответствует той плошади фронта волны, из которой поглощается вся содержащаяся в ней энергия, С КНД эта площадь связана соотношением:

Изложенное здесь позволяет написать уравнение радиопередачи, которое связывает параметры аппаратуры связи (передатчика и приемника) и антенн и определяет уровень сигнала на трассе: при мощности передатчика Р1 мощность Р2 сигнала на входе приемника будет равна

Множитель в этом выражении, заключенный в скобки, определяет основные потери при распространении радиоволн (основные потери передачи). При этом предполагается, что антенна согласована с фидером, а фидер с телевизионным приемником и, кроме того, антенна согласована по поляризации с полем сигнала.

Рассмотрим подробнее выражение (11).

Этот конкретный пример показывает, что с увеличением частоты (уменьшением длины волны) телевизионных передач мощность сигнала, поступающего на вход телевизора при прочих равных условиях, быстро уменьшается, т. е. условия приема ухудшаются. На стороне передачи эти неприятности стараются компенсировать увеличением произведения Р1У1. Но в реальных условиях множитель F(r) и КПД приемного фидера с ростом частоты уменьшаются, поэтому необходимость увеличения коэффициента усиления приемной антенны Y2 становится неизбежностью. Этот вывод влечет за собой еще один, заключающийся в том, что, как правило, для уверенного приема программ 21-39 телевизионных каналов нужно применять новые, более направленные антенны по сравнению с антеннами, применяемыми в диапазоне волн 1-5 каналов.

Стремясь получить устойчивый прием телепередач, радиолюбители вынуждены усложнять антенны, например, строить антенные решетки, т. е. объединяют несколько однотипных, зарекомендовавших себя на практике антенн (каждая из которых имеет свою пару точек питания) с общей системой питания и только одной (общей для всех) парой точек питания. При этом они нередко недооценивают важность этапа согласования при построении антенных решеток, связанного с относительно сложными измерениями. Сказанное проиллюстрируем таким конкретным примером.

Подобный эффект получается и при параллельном соединении трех элементов (рис. 1, в). Продолжая такие рассуждения, можно получить зависимость, которую иллюстрирует рис. 2.

Здесь эффективная площадь антенны прямо пропорциональна числу n излучателей в решетке, равно как и поглощаемая антенной мощность Р сумм. Мощность же Р пр подводимая к приемнику, с увеличением числа n асимптотически приближается к 4Рo. Этот пример показывает бесплодность попыток увеличить коэффициент усиления антенной решетки без учета согласования ее элементов с фидером. Трудности, связанные с согласованием, преодолевают либо применением специальных согласующих устройств, либо выбором специальных типов антенн. Например, в дециметровом и особенно в сантиметровом диапазонах волн применяют, как правило, так называемые апертурные антенны, т. е. рупорные или параболические. Особенность таких антенн заключена в том, что они имеют простой, «небольших» размеров облучатель, и «большой», сравнительно сложный рефлектор. Большой рефлектор и обусловливает направленные свойства антенны, определяет ее КНД.

Выполнить в любительских услозиях антенны апертурного типа на диапазон ДЦВ не представляется возможным, так как они громоздки и сложны. Но некоторое подобие апертурной антенны сконструировать можно, положив в основу облучатель в виде известной зигзагообразной антенны (з-антенны). Полотно такой антенны состоит из восьми замкнутых одинаковых проводников, которые образуют две ромбовидные ячейки (рис. 3).

Для формирования диаграммы направленности антенны, в частности, необходимо, чтобы излучатели были сфазированы и разнесены относительно друг друга. З-антенна имеет одну пару точек питания (а-б), к которой непосредственно подключают фидер. Благодаря такой конструкции антенны ее проводники возбуждаются так (частный случай направления токов на проводниках антенны на рис. 3 показан стрелками), что образуется своеобразная синфазная решетка из четырех вибраторов. В точках П-П проводники полотна антенны замкнуты между собой и здесь всегда имеется пучность тока. Антенна имеет линейную поляризацию. Ориентация вектора электрического поля Е на рис. 3 показана стрелками.

Диаграммы направленности з-антенны удовлетворяют диапазону частот с перекрытием fмакс/fмин =2-2,5. Ее КНД мало зависит от изменения угла а (альфа), так как с увеличением его уменьшение направленности антенны в плоскости Н компенсируется увеличением направленности в плоскости Е, и наоборот. Характеристика направленности з-антенны симметрична относительно плоскости, в которой расположены проводники ее полотна.

В связи с тем, что в точках П-П нет разрыва проводников полотна антенны, то здесь имеются точки нулевого потенциала (нули напряжения и максимумы тока) независимо от длины волны. Это обстоятельство позволяет обойтись без специального симметрирующего устройства при питании коаксиальным кабелем.

Кабель прокладывают через точку нулевого потенциала П и по двум проводникам полотна антенны подводят к точкам ее питания (рис. 4). Здесь оплетку кабеля соединяют с одной из точек питания антенны, а центральный проводник - с другой. Принципиально оплетку кабеля в точке П тоже нужно замкнуть накоротко на полотно антенны, однако, как показала практика, делать это не обязательно. Достаточно кабель подвизать к проводам полотна антенны в точке П, не нарушая его полихлорвиниловой оболочки.

Зигзагообразная антенна широкополосна и удобна тем, что ее конструкция сравнительно проста. Это ее свойство позволяет допускать значительные отклонения (неизбежные при изготовлении) в ту или иную сторону от расчетных размеров ее элементов практически без нарушения электрических параметров.

Кривая 1, показанная на рис. 5, характеризует зависимость КБВ от

Пользуясь графиками рис. 5, можно построить з-антенну, имеющую максимально возможный КНД для данного типа полотна антенны. Ее входное сопротивление в диапазоне частот в значительной степени зависит от поперечных размеров проводников, из которых выполнено полотно. Чем толще (шире) проводники, тем лучше согласование антенны с фидером. Вообще же для полотна з-антенны пригодны проводники самого различного профиля - трубки, пластины, уголки и т. п.

Рабочий диапазон з-антенны можно расширить в сторону более низких частот без увеличения размера L путем образования дополнительной распределенной емкости проводников ее полотна, а общие размеры, выраженные в длинах максимальной волны рабочего диапазона, уменьшить. Достигается это перемыканием части проводников з-антенны, например, дополнительными проводниками (рис. 6),

Которые и создают дополнительную распределенную емкость.

Диаграммы направленности такой антенны в плоскости Е аналогичны диаграммам симметричного вибратора. В плоскости H диаграммы направленности с увеличением частоты претерпевают значительные изменения. Так, в начале рабочего диапазона частот они лишь слегка сжаты под углами, близкими к 90°, а в конце рабочего диапазона поле практически отсутствует в секторе углов ±40...140°.

Для увеличения направленности антенны, состоящей из зигзагообразного полотна, применяют плоский экран-рефлектор, который часть высокочастотной энергии, падающей на экран, отражает в сторону полотна антенны. В плоскости полотна фаза высокочастотного поля, отраженного рефлектором, должна быть близка к фазе поля, создаваемого самим полотном. В этом случае происходит требуемое сложение полей и экран-рефлектор примерно удваивает первоначальный коэффициент усиления антенны. Фаза отраженного поля зависит от формы и размеров экрана, а также от расстояния S между ним и полотном антенны.

Как правило, размеры экрана значительные и фаза отраженного поля зависит, главным образом, от расстояния S. На практике редко выполняют рефлектор в виде единого металлического листа. Чаще он представляет собой ряд проводников, расположенных в одной плоскости параллельно вектору поля Е.

Длина проводников зависит от максимальной длины волны (Лямбда макс) рабочего диапазона и размеров активного полотна антенны, которое не должно выступать за пределы экрана. В плоскости Е рефлектор обязательно должен быть несколько больше половины максимальной длинны волны. Чем толще проводники, из которых делают рефлектор, и ближе они расположены друг к другу, тем меньшая часть энергии, падающей на него, просачивается в заднее полупространство.

По конструктивным соображениям экран не следует делать очень плотным. Достаточно, чтобы расстояния между проводниками диаметром 3...5 мм не превышали 0,05...0,1- минимальной волны рабочего диапазона. Проводники, образующие экран, можно соединить между собой в любом месте и даже приваривать или припаивать к металлической раме. Если они расположены в плоскости самого рефлектора или за ним, то их влиянием на работу рефлектора можно пренебречь.

Во избежание дополнительных помех не следует допускать, чтобы проводники (полотна антенны или рефлектора) от ветра терлись либо касались друг друга.

Один из возможных вариантов антенны с рефлектором показан на рис. 7.

Ее активное полотно состоит из плоских проводников - планок, а рефлектор - из трубок. Но она может быть полностью металлической. В местах соединений элементов антенны должен быть надежный электрический контакт.

На значение КБВ в тракте с волновым сопротивлением 75 Ом в значительной мере влияют как ширина планки dпл (или радиус провода) активного полотна антенны, так и расстояние S, на которое оно удалено от экрана.

С увеличением расстояния S КНД антенны снижается и сужается диапазон частот, в пределах которого направленные свойства з-антенны не претерпевают заметных изменений. Таким образом, с точки зрения улучшения КНД антенны расстояние S желательно уменьшать, а с точки зрения согласования - увеличивать.

Для крепления полотна антенны к плоскому рефлектору используют стойки. В точках П-П (рис. 6 и 7) стойки могут быть как металлическими, так и диэлектрическими, а в точках У-У-обязательно диэлектрическими.

В ряде практических случаев приема сигналов по 21-39 каналам телевидения имеющегося коэффициента усиления (КУ) з-антенны c плоским экраном может оказаться недостаточным. Увеличить КУ, как уже говорилось, можно построением антенной решетки, например, из двух или четырех з-антенн с плоским экраном. Есть, однако, другой путь увеличения КУ - усложнение формы рефлектора з-антенны.

Приводим пример, каким должен быть рефлектор з-антенны, чтобы ее КУ соответствовал значению КУ антенной синфазной решетки, построенной из четырех з-антенн. Этот путь наиболее простой и доступный в любительской практике, чем построение антенной решетки.

На рисунках антенны размеры всех ее элементов указаны применительно к приему телепрограмм по 21-39 каналам.

Активное полотно антенны, показанной на рис. 6, выполнено из плоских металлических пластин толщиной 1...2 мм, наложенных друг на друга «внахлест» и скрепленных винтами с гайками. В точках соприкосновения пластин должен быть надежный электрический контакт. Конструктивно активное полотно антенны имеет осевую симметрию, что позволяет прочно закрепить его на плоском экране. Для этого используют стойки-опоры, располагая их в вершинах П-П и У-У квадрата, образуемого пластинами полотна антенны. Точки П-П имеют «нулевой» потенциал по отношению к «земле», поэтому стойки в этих тачках могут быть из любого материала, в том числе металлическими. Точки У-У имеют некоторый потенциал по отношению к «земле», поэтому стойки в этих точках должны быть только из диэлектрика (например, из оргстекла). Кабель (фидер) к точкам а-б питания прокладывают по металлической опоре к одной (нижней) точке П и далее по сторонам полотна антенны (см. рис. 6). Особое внимание следует обратить на ориентацию вектора Е, характеризующего поляризационные свойства антенны. Направление вектора Е совпадает с направлением, соединяющим точки а-б питания антенны. Зазор между "точками а-б должен быть около 15 мм без зазубрин и прочих следов небрежной обработки пластин.

Основой плоского экрана-рефлектора служит металлическая крестовина, на которой, как на каркасе, размещают активное полотно антенны и проводники экрана. За крестовину антенну в сборе надежно прикрепляют к мачте с таким расчетом, чтобы поднятая она была выше местных мешающих предметов (рис. 8).

При изготовлении рефлектора типа «усеченный рупор» все стороны плоского рефлектора удлиняют створками и загибают их так, чтобы образовать фигуру по типу «полуразвалившейся» коробки, у которой дно -- плоский экран, а стенки - створки. На рис. 9

Такой объемный рефлектор показан в трех проекциях со всеми размерами. Сделать его можно из металлических трубок, пластин, проката различного профиля. В точках пересечения металлические стержни должны быть сварены или спаяны. На том же рис. 9 показано и место размещения активного полотна антенны с точками П-П, У-У. Полотно-удалено от плоского рефлектора - донышка усеченного рупора - на 128 мм. Стрелка символизирует ориентацию вектора Е. Почти все проекции стержней рефлектора на фронтальную плоскость параллельны вектору Е. Исключением являются лишь часть силовых стержней, образующих каркас рефлектора. Если рефлектор выполнен из трубок, диаметр трубок силовых стержней может быть 12...14 мм, а остальных - 4...5 мм.

КНД антенны с рефлектором типа «усеченный рупор» при заданных размерах соизмерим с КНД объемного ромба (1) и изменяется по диапазону частот в пределах 40...65. Это означает, что на верхних частотах рабочего диапазона антенны половина угла раскрыва ее диаграммы направленности составляет около 17°.

Форма диаграммы направленности антенны, показанной на рис. 9, примерно одинакова для обеих плоскостей поляризации. При установке антенны на местности ее ориентируют на телецентр. Конструкция антенны осесимметрична по отношению к направлению на телецентр, что может стать источником поляризационной ошибки при ее установке на мачту. Здесь надо учитывать, какую поляризацию имеют сигналы, приходящие от телецентра. При их горизонтальной поляризации точки питания а-б антенны должны быть расположены в горизонтальной плоскости, а при вертикальной поляризации - в вертикальной плоскости.

Литература
Харченко К., Канаев К. Объемная ромбическая антенна. Радио, 1979, № 11, с. 35-36.
[email protected]

Cтраница 4

На рис. 5.27 изображен пример схемы реактивного метода измерения частоты применительно к диапазону дециметровых и сантиметровых волн.  

Потребность в радиочастотных кабелях значительно возросла в связи с использованием сверхвысоких частот - диапазона дециметровых и сантиметровых волн.  

Магний-цинковые ферриты А-34, А-1331 и другие и магний-марганцовые предназначены для работы в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн.  

Использование обычных электронных ламп (диодов, триодов, пентодов и др.) в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн ограничивается главным образом инерцией электронов и влиянием распределенных реактивностей: междуэлектродных емкостей и индуктивностей вводов. Основные особенности электронных при-ров СВЧ диапазона связаны с устранением влияния перечисленных факторов.  

Повторение через интервал РРЛ одних и тех же частот допустимо, так как в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн при отсутствии прямой видимости между антеннами радиорелейных станций, расположенных через три интервала, ослабление сигнала, как прави-бо, достаточно велико. Однако при некоторых условиях распространения радиоволи, например при повышенной рефракции, возможен прием сигнала от станции, отстоящей на три интервала (минуя две станции), что приводит к значительным искажениям передаваемых сигналов.  

Резонансные волномеры по своей конструкции и простоте отсчета являются наиболее удобными приборами для измерения длины волны в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн и благодаря этому получили в радиоизмерительной технике широкое применение.  

Наиболее широкое внедрение керамика получила в так называемых металлокерамических лампах, разработанных первоначально для работы специально в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн. Во всех случаях при этом применяются специальная керамика с малыми диэлектрическими потерями и сплавы или металлы с коэффициентом теплового расширения, близким к значениям того же коэффициента для керамики.  

Таким образом, обычные волноводы в нижней части миллиметрового диапазона и особенно в субмиллиметровом диапазоне имеют почти те же недостатки, которые присущи обычным длинным линиям в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн. Проблема передающих линий миллиметрового и субмиллиметрового диапазонов, пригодных для передачи больших мощностей и обладающих малыми потерями, полностью не решена до настоящего времени.  

Передатчики магистральной радиосвязи входят в радиорелейные линии прямой видимости (РРЛ), линии космической (спутниковой) связи и линии связи, использующие явление рассеяния радиоволн на неоднородностях тропосферы, - тропосферные линии. Такие линии работают в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн, осуществляя многоканальную радиотелефонную связь (с возможностью вторичного уплотнения телефонных каналов телеграфными) и передачу программ телевидения. Расположенные на спутниках передатчики-ретрансляторы имеют мощность около нескольких десятков ватт.  

Коэффициент шума для смесителя рассчитывается в том случае, если до него нет усилительных каскадов. Это обычно имеет место в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн. В метровом диапазоне смесительному каскаду обычно предшествует усилитель радиочастоты.  

Замедляющая система, вдоль которой движется бегущая волна, - кольцевая. Применяется как усилитель мощности в диапазоне дециметровых и сантиметровых волн и как самовозбуждающийся генератор.  

Прежде чем перейти к описанию отдельных элементов приемного тракта, заметим, что приборы, используемые в качестве УВЧ, были уже рассмотрены в предыдущей главе. Из этих устройств наибольшее распространение в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн получили ЛБВ, а в последнее время - параметрические и квантово-механические усилители, которые применяются и на более коротких волнах.