Автор: Онищенко И.П.
Теги: телевидение радиотехника телекоммуникации радиофизика издательство досааф ссср приемные тепловизионные антенны
ISBN: 5-7030-0127-7
Год: 1989
Текст
45ноп.
ч
ИПОНИЩЕНКО
J ПРИЕМНЫЕ
и
И. П. ОНИЩЕНКО
ПРИЕМНЫЕ
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ
АНТЕННЫ
МОСКВА
ИЗДАТЕЛЬСТВО ДОСААФ СССР
1989
ББК 32.94.5
058
Рецензент В. А. Никитин
Редактор Л. 11. Кариозов
Художник А. И. Колесников
Онищенко И. П.
058 Приемные т левпзионные антенны. — Мл
ДОСААФ, 1989.— 118 с., ил.
45 к.
Рассматриваются основные типы телевизионных антенн, фидерных
линий col ia< vioumx и симметрирующих устройств. Даются простей-
шие методы их расчета, советы по созданию их своими силами.
Для широкого круга радиолюбителей.
_ 2302020300 -010
072(02)—89
111—89
ББК 32.94.5
6ФЗ
ISBN 5-7030-0127-7
(CJ Издательство ДОСААФ СССР, 1989
Глава 1.
ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О
РАСПРОСТРАНЕНИИ УЛЬТРАКОРОТКИХ
РАДИОВОЛН
1. ОСОБЕННОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УКВ
Из электротехники известно, что если ио проводу про-
текает переменный электрический ток, то возникает элек-
тромагнитное поле, образующее электромагнитную волну,
излучающуюся в окружающее пространство и распрост-
раняющуюся во все стороны со скоростью света.
Многочисленными исследованиями установлено, что
интенсивность возникающей волны пропорциональна бы-
строте изменения электрического или магнитного поля.
Интенсивность же излучения электромагнитных волн
наиболее высока в случае применения одпопроводной ли-
нии, т. е. разомкнутого провода. Это объясняется тем, что
при использовании электрических токов очень высоких
частот емкость провода относительно Земли оказывается
достаточной для возникновения в нем емкостного тока.
Сопротивление такой емкости обратно пропорционально
частоте тока, подводимого к проводу. Следовательно, чем
выше частота, тем больший ток будет протекать по про-
воду и тем более интенсивно будет излучаться электро-
магнитная волна.
В случае прохождения по проводу переменного элек-
трического тока высокой частоты синусоидальной формы
в окружающем пространстве возникают электромагнит-
ные волны такой же синусоидальной формы п такой же
частоты.
На рис. 1 схематически показано распределение в про-
странстве электрического и магнитного полей электро-
магнитной волны, движущейся в направлении оси X. Си-
ловые линии электрического поля изображены сплошны-
ми линиями со стрелками, направленными вдоль оси У,
а силовые линии магнитного поля — пунктирными лини-
ями, направленными вдоль оси Z. Максимумы (амплиту-
ды) и минимумы (узлы) электрического и магнитного
полей совпадают. Последовательные максимумы (или
з
Рис. 1. Структура горизонтально поляризованной радиоволны
минимумы) полей отделены друг от друга промежутка-
ми, равными длине волны
Электромагнитные волны классифицируются по поло-
жению в пространстве плоскости поляризации, т. е. плос-
кости, пересекающей волну и вектор электрического поля
Е. Электромагнитные волны с вертикальным вектором Е
называются вертикально поляризованными, а с горизон-
тальным — горизонтально^поляризованными. В последних
вектор магнитного поля // находится в вертикальной плос-
кости. Плотность поляризации зависит от положения пе-
редающей антенны относительно Земли.
Допустим, что электромагнитные волны создаются
проходящим по проводу электрическим током синусов
дальней формы с частотой f Такую же форму п такую
же частоту будут иметь возникающие в окружающем
пространстве электромагнитные волны. Обозначим через
Л длину волны, т. е. расстояние .между двумя ближайши-
ми точками в пространстве, па котором фаза волны ме-
няется на 360° (2л), через Т — период колебания волны,
т е. время, в течение которого электромагнитная волна
проходит путь, равный длине волны, и через С — скорость
распространения электромагнитной волны в свободном
пространстве (для воздуха С = 3-10вм/с). Эти величины
связаны между собой соотношениями:
1 Г
/=- и Х=-=СГ.
Г f
4
В настоящее время в радиотехнике используются час-
тоты от 1,5-104 до 3-10“ Гц. Радиоволны с учетом особен-
ностей их распространения делятся на пять диапазонов,
а диапазон ультракоротких волн дополнительно делится
па пять поддиапазонов. Радиоволны длиной от 1 до 0,1 мм
(/=3-105...3- 106МГц) получили название субмиллиметро-
вых или ультрампкровых воли. В области более высоких
частот эти волны граничат с инфракрасными лучами, име-
ющими длину от0,1 до7,5- 10~4мм (/=3-1064-Ю8МГц).
В настоящее время телевизионное вещание ведется на
метровых и дециметровых волпах.
Ультракороткие волны отличаются от более длинных
волн многими признаками и свойствами. Так, например,
они распространяются преимущественно прямолинейно и
почти не огибают природных и искусственных преград
(гор, высоких строении), встречающихся па их пути. На
распространение ультракоротких воли, в особенности де-
циметровых, сантиметровых и миллиметровых, сущест-
венное влияние оказывают рельеф местности, различные
препятствия, а также метеорологические условия. Санти-
метровые и миллиметровые волны сильно поглощаются
атмосферными осадками (дождем, снегом) и газами ат-
мосферы (кислородом, водяным паром), что приводит к
быстрому ослаблению напряженности поля.
Международным консультативным комитетом радио-
связи (МККР) в 1959 г. утверждено следующее распре-
деление радиоволн на диапазоны:
Таблица 1
Диапазон волн Длина волны в свобод- ном пространстве Диапазон частот
Более 10 000 м
10 000... 1000 м
1000...100 м
100...10 и
Менсе 30 кГц
30.300 кГц
300...3000 кГц
3. .30 МГц
Сверхдлиппыс волны
Длинные волны
Средние волны
Короткие волны
Ультракороткие
волны:
метровые
дециметровые
сантиметровые
миллиметровые
субмиллн метровые
10.1 м
100 ..10 см
10... 1 см
10... 1 мм
1...0.1 м.м
30.300 МГц
300.3000 МГц
3...30 ГГц
30...300 ГГц
300 3000 ГГц
Для увеличения дальности передач на ультракоротких
волпах антенны поднимают над землей как можно выше.
о
Рис 2. Дальность действия
УКВ радиостанции в пределах
прямой видимости в зависимо-
сти от высоты расположения
передающей и приемной ан-
тенн:
А и Б — передающие антенны; В
и Г — приемные антенны А—В —
расстояние прямой видимости
Расстояние прямой видимости между передающей и при-
емной антеннами при отсутствии рефракции может быть
определено по формуле:
R У2а(У~Н Кй =3,57-(/77+/Л) км,
где а — радиус земного шара, который приблизительно
равен 6.37-106 м; Н — высота передающей антенны, м;
h — высота приемной антенны, м. Эта формула дает воз-
можность определить наибольшее расстояние между пе-
редающей и приемной антеннами, которые имеют соответ-
ственно высоты Н и h.
На рис. 2 в точках А и В на высотах Н[ и hj размеще-
ны передающая и приемная антенны. Прямая линия АВ
(касательная к поверхности Земли) —это линия прямой
видимости. Из рисунка ясно, что для увеличения даль-
ности действия УКВ радиостанции необходимо увеличи-
вать высоту передающей и приемной антенн. Чтобы при-
емную антенну удалить от передающей и перенести ее из
точки В в точку Г при той же высоте, необходимо переда-
ющую антенну поднять на высоту Н2 и поместить в точку
Б. По поднимая передающей антенны, можно приемную
антенну удалить от передающей, подняв ее на высоту
Л2, и поместить в точку Д
С помощью рассматриваемой формулы дальность дей-
ствия УКВ передатчиков можно определить приблизи-
тельно, без учета преломления (рефракции) радиоволн
в атмосфере.
2. ДАЛЬНИЙ И СВЕРХДАЛЬНИЙ ПРИЕМ УКВ
Исследования, проведенные над распространением
УКВ, свидетельствуют, что часто довольно качественный
прием может быть на расстояниях, значительно превы-
шающих расстояние прямой видимости. Нередко наблю-
даются случаи сверхдальнего приема и телевизионных
6
сигналов па метровых волнах. Какие же факторы содей-
ствуют этому?
Как известно, Земля окружена газообразной оболоч-
кой— атмосферой. Учитывая физические свойства и из-
менения в качественном составе атмосферы, ее подразде-
ляют па пять областей или сфер. Самый нижний слой,
непосредственно прилегающий к поверхности Земли и
простирающийся до высоты примерно 11...12 км, назы-
вается тропосферой. В нем происходят метеорологические
явления, связанные с изменением температуры, давления,
влажности. Высота тропосферы непостоянна и зависит от
времени года. Кроме того, над экватором ее высота до-
стигает 17...18 км, а над полюсами 8...9 км.
От тропосферы до высоты 55 км простирается страто-
сфера, затем следуют: от 55 до 80 км—мезосфера, от 80
до 800 км — термосфера и самая внешняя область на-
зывается экзосферой. С точки зрения роли атмосферы в
процессах распространения радиоволн особое значение
имеют ее верхние ионизированные слон, расположенные
выше 60 км Они получили название ионосферы и состо-
ят из свободных электронов, положительных и отрица-
тельных ионов. Ионизация атмосферы происходит под
воздействием солнечной радиации, главным образом уль-
трафиолетового излучения солнца, и имеет слоистый ха-
рактер. В нижних слоях атмосферы плотность электро-
нов небольшая, по уже на высоте 60 км она достигает
значительной величины и влияет па распространение ра-
диоволн. Относительно большая плотность электронов
сохраняется до высоты 300...500 км, а затем она уменьша-
ется. Степень ионизации атмосферы определяется коли-
чеством электронов в одном кубическом сантиметре газа.
С повышением степени ионизации увеличиваются и ее
преломляющие свойства; при одной и той же степени ио-
низации более короткие волны преломляются слабее, чем
более длинные.
Максимум электронной плотности и изменение ее вели-
чины с высотой зависят от времени суток, периода года
и неодинаковы из года в гол. В течение дня обычно на-
блюдаются три четких максимума электронной плотнос-
ти, которые располагаются друг над другом отдельными
слоями: слой Е и слои Ft и F2. Ниже слоя Е находится
зона относительно малой плотности ионизации,которая,
называется слоем D. Максимума плотности слой D дости-
гает между 60 и 90 км высоты Высота же максимума
7
Рис. 3. Схема расположе-
ния ионосферных слоев
ПЛОТНОСТИ СЛОЯ Е почти
постоянна и равняется
приблизительно ПО...
120 км.
Максимум электрон-
ной плотности слоя fi на-
ходится примерно на вы-
соте 225 км и имеет незна-
чительные суточные и се-
зонные колебания. Высота
слоя F2 в зависимости от
широты подвержена зна-
чительным суточным и се-
зонным колебаниям
(рис. 3). Ночью слой F2
опускается до высоты
250 км, а днем поднимает-
ся до 350 км С наступлением темноты, т. е. после пре-
кращен 1Я действия солнечного излучения, ионизация
слоев Ft и D быстро уменьшается.
В пределах всей толщи тропосферы воздух имеет та-
кой же состав, как и у поверхности Земли. Несмотря на
это, состояние тропосферы беспрерывно изменяется, что
зависит от давления, температуры и влажности воздуха.
Все это влияет на преломление радиоволн, а следователь-
но, и на скорость их распространения.
Радиоволны огибают сферическую поверхность Земли
при дальнем распространении в результате таких явле-
ний, как дифракция, отражение от ионизированных сло-
ев атмосферы, атмосферная рефракция. Сущность диф-
ракции заключается в том, что радиоволны, встречая на
своем пути какое-либо препятствие, в том чпе ic и вы-
пуклость Земли, огибают его. Дифракция особенно замет-
на в тех случаях, когда геометрические размеры препят-
ствий соизмеримы с длиной волн. Если же они во много
раз превышают длину волны, то дифракция проявляется
весьма незначительно и сю можно пренебречь. Именно
поэтому в диапазоне УКВ дифракция значительно слабее,
чем в диапазоне более длинных волн.
Чем же объясняется сверхдальнее распространение
метровых волн?
1. Чаще всего сверхдальнее распространение волн
длиной 6...10 м наблюдается при максимуме солнечной
активности, которая повторяется через каждые 11 лет.
8
В эти годы зимой электронная плотность слоя F2 дости-
гает днем таких значений, при которых метровые волны
отражаются от пего и могут быть приняты на расстояни-
ях 2000...2500 км. Ближе же 2000 км радиоволны не при-
нимаются. Радиосвязь в этом случае может осуществлять-
ся только периодически.
2. Возникает оно и под действием высокой солнечной
активности или при спорадических (нерегулярных) обра-
зованиях в ионосфере, когда на высоте около ПО км по-
является сильно ионизированный слон Е s (пли ионизиро-
ванные зоны), который назвали спорадическим. От этого
слоя кратковременно могут отражаться радиоволны мет-
рового диапазона, прием которых возможен на расстоя-
ниях до нескольких тысяч километров. Спорадический
слой появляется нерегулярно, поэтому длительная устой-
чивая радиосвязь в этом случае невозможна.
3. Ионизированные слои атмосферы, находящиеся па
высоте 75...90 км, неоднородны и подобны облакам, в ко
торых электронная плотность, а следовательно, и диэлек-
трическая проницаемость отличаются от электронной
плотности и диэлектрической проницаемости окружаю-
щей среды Радиоволны, попадающие на такой слой, рас-
сеиваются отражающей зоной.
В результате использования рассеивания метровых
волн на неоднородностях ионосферных слоев в настоящее
время осуществляется нерегулярная радиосвязь на трас-
сах длиной в 1000.. 2000 км при мощности передатчика
нс менее 5 кВт. Наиболее устойчива связь на волнах дли-
ной 5...10 м. На более коротких волнах напряженность
поля в месте приема резко снижается, и связь становится
невозможной.
Рассмотрим, как содействуют дальнему распростра-
нению УКВ явления атмосферной рефракции. Известно,
что с удалением от земной поверхности коэффициент пре-
ломления воздуха уменьшается. Вследствие этого УКВ,
выходящие под некоторым углом к горизонту, проходя
через тропосферу, преломляются и распространяются по
криволинейным траекториям, отклоняясь к поверхности
Земли. Эта кривизна определяется степенью неоднород-
ности среды. Явление постепенного преломления лучен
названо атмосферной рефракцией.
Рассмотрим возможные случаи рефракции. При нор-
мальном распределении дав тения, температуры и влаж-
ности по высоте атмосферы коэффициент преломления
9
Рис. 4. Траектории распростра-
нения УКВ при различных ви-
дах атмосферной рефракции
около поверхности Земли приблизительно па 3,4-10—4
больше единицы, При подъеме па каждые 100 м над зем-
ной поверхностью этот коэффициент уменьшается на
4 10~6, стремясь к единице. Такое уменьшение продол-
жается приблизительно до высоты 10 км. На этой высоте
коэффициент преломления превышает единицу на 1,09-
10~4 и остается постоянным над всеми точками поверх-
ности земного шара. Говоря точнее, па распространение
радиоволн влияет не величина коэффициента преломле-
ния, а закон его изменения в зависимости от высоты Ат-
мосфера, в которой коэффициент уменьшается на 410~6
на каждые 100 м изменения высоты, называется стандарт-
ной атмосферой При такой скорости уменьшения пока-
зателя преломление радиоволн, излучаемых под некого
рым углом к горизонту, будет происходить по круговым
траекториям радиусом около 25000 км, повернутым вы-
пуклостью вверх (кривая 2 на рис 4). Такую рефракцию
радиоволн считают нормальной.
Для идеального случая однородности нижних слоев
атмосферы, когда показатель преломления имеет неиз-
менную величину по высоте, радиоволны распространя-
ются по прямолинейным траекториям (рис. 4, кривая 1).
Гели показатель прелом тения нижних слоев атмосферы
уменьшается па 16-10~6 при подъеме па каждые 100 м,
то радиус траектории радиоволн равен радиусу земного
шара, в радиоволны смогут огибать поверхность Земли.
Когда показатель прелом тения уменьшается в зависи-
мости от высоты значительно быстрее, нежели при нор-
мальной рефракции, траектория радиоволн имеет радиус,
меныппй радиуса земного шара, и радиоволна отража-
ется от нижних слоев атмосферы и возвращается на Зем-
лю (рис. 4, кривая 3). При достаточной мощности пере-
датчика радиоволны могут многократно отражаться от
1и
поверхности Земли и нижних слоев атмосферы н распро-
страняться на значительные расстояния. Такое распрост-
ранение радиоволн называется сверхрефракцией.
Однако могут быть и такие случаи, когда показатель
преломления в зависимости от высоты не уменьшается,
а увеличивается. Тогда УКВ будут распространяться по
траекториям, повернутым выпуклостью вниз (рис. 4, кри-
вая 4). Это уменьшает дальность радиосвязи, так как луч
не огибает поверхности Земли. Таким образом, дальность
распространения УКВ сильно зависит от изменения коэф-
фициента преломления нижпих слоев атмосферы, а сле-
довательно, и от их состояния. Практически довольно
хорошо заметно, что дальность распространения УКВ ие
одинакова, например, в сухую и сырую погоду, в летний
и зимний периоды.
При нормальной рефракции радиоволна проходит над
поверхностью Земли расстояние большее, чем расстоя-
ние прямой видимости, т. е. расстояние прямой видимости
как бы увеличивается. Для случая нормальной рефрак-
ции дальность прямой видимости определяется формулой
/?=4,12(У^ + Кй) км.
Таким образом, благодаря рефракции эта дальность
увеличивается на 15% по сравнению с дальностью, опре-
деленной с помощью формулы
/?-=3,57(|/^+/Л) км.
Практически установлено, что уверенный прием
телевизионных сигналов на приемники высокой
чувствительности с использованием антенн с большим
коэффициентом усиления осуществляется на расстояниях
от телевизионных центров, превышающих дальность
прямой видимости примерно на 30%. На большие рас-
стояния вдоль поверхности Земли при нормальной реф-
ракции УКВ не распространяются, поэтому и уверенный
прием телевизионных сигналов становится невозможным.
На рис. 5 приведен график, с помощью которого можно
определить радиус зоны уверенного приема УКВ радио-
станции при разных размерах 11 и h.
В тропосфере, в результате неравномерного нагрева
земной поверхности и движения воздушных масс, возни-
кают восходящие и нисходящие воздушные потоки-за-
вихрения Вследствие этого, а также влажности воздуха
в тропосфере будут образовываться местные пеоднород-
п
Рис. 5. График для определения расстояния прямой видимости при
различных высотах передающей и приемной антенн
пости, диэлектрическая проницаемость и коэффициент
преломления которых сильно отличаются от таких же
параметров окружающего воздуха. От слоистых неодно-
родностей тропосферы происходит рассеянное отражение,
и радиосвязь на УКВ с помощью передатчика большой
мощности может осуществляться па расстояниях сотен
километров
В тропосфере иногда образуется несколько воздуш-
ных слоев разной плотности — своеобразные волноводы.
Эти слои могут полностью или частично отражать радио-
волны и содействовать их распространению на значитель-
ные расстояния. Такое явление чаще всего наблюдается
над поверхностью моря, когда теплый сухой воздух с су-
ши переносится па море. Нижние слои воздуха, касаю-
щиеся поверхности моря, охлаждаются, а верхние его
слон остаются нагретыми. В этом случае между слоем
теплого воздуха и поверхностью моря может происходить
многократное отражение радиоволн (сверхрефракция), и
тогда чаще всего наблюдается сверхдальнее распростра-
нение ультракоротких воли.
12
Распространение радиоволн в условиях атмосферного
волновода наблюдается чаще в дециметровом и санти-
метровом диапазонах и реже в метровом, потому что бо-
лее длинные волны хуже отражаются от «стенок» этого
волновода.
В заключение следует отметить, что при распростра-
нении УКВ в пределах прямой видимости к месту
расположения приемной антенны могут одновременно
приходить несколько радиоволн: одна прямая и одна
или несколько отраженных от расположенных вблизи
сооружений, а также волны, создаваемые вторичным
излучением от всевозможных металлических сооружений.
Чаще всего это наблюдается в крупных городах, где мно-
го высоких строений, металлических мачт и т. д. Попадая
на приемную антенну, отраженные волны искажают при-
нимаемое телевизионное изображение в тем большей
мере, чем больше угол сдвига фаз полей отраженных
волн по отношению к полю основной волны. Такие иска-
жения обычно выражаются в появлении вокруг изобра-
жения контуров, часто называемых повторами. Для борь-
бы с ними принимают ряд специальный мер.
3 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЕННОСТИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ УЛЬТРАКОРОТКИХ
ВОЛН
Для нормального устойчивого приема передач телеви-
зионной станции необходимо, чтобы приемная антенна
создавала па входе телевизора напряжение сигнала не
меньшее, чем чувствительность телевизора. При согла-
сованных входных сопротивлениях антенны и приемного
устройства с волновым сопротивлением кабеля (фидера
снижения) величина напряжения на входе приемного
устройства может быть определена формулой
мкВ,
2
где Е — напряженность поля в месте приема, мкВ/м;
—действующая высота антенны, м; gu —коэффици-
ент усиления антенны по напряжению; е~'1 — коэффици-
ент, учитывающий потери в кабеле снижения; е — основа-
ние натуральных логарифмов, равное 2,718; р—
показатель затухания кабеля, неп/км; I — длина кабеля
13
снижения, км. Значения e~?l и р для кабелей разных
типов приведены в приложении 1
Из формулы следует, что для получения максималь-
ного напряжения па входе телевизора необходимо, чтобы
напряженность поля в месте приема, действующая высо
та антенны и коэффициент усиления антенны имели по
возможности большие значения. Напряженность поля
зависит от мощности, которую излучает передающая ан-
тенна, частоты принимаемого сигнала, высоты расположе-
ния передающей и приемной антенн и расстояния между
ними. При наличии на пути распространения радиоволн
разных преград (гор, холмов, сооружений) напряжен-
ность поля сигнала может дополнительно уменьшаться.
Нередко наблюдаются случаи, когда даже в зоне уверен-
ного приема передачи невозможно принимать лишь по-
тому, что между передающей и приемной антеннами на-
ходятся возвышенности, которые плохо огибаются ультра-
короткими волнами.
Напряженность поля УКВ в зоне уверенного приема
опредетяется с помощью форму ты, называемой отража-
те 1ыюп и предложенной Б. А Введенским:
2,\8VPDHh
L R4
где Е— действующее значение напряженности поля в ме-
сте приема, мВ/м; Р — мощность, излучаемая антенной,
кВт; D — коэффициент направленного действия передаю-
щей антенны по сравнению с ненаправленным излучате-
лем; Н и h — высоты передающей и приемной антенн, м;
R — расстояние вдоль земной поверхности между антен-
нами, км; Z,— длина волны, м. Формула верна лишь для
случая, когда антенны находятся на некоторой высоте
(Н и Л не равны нулю)
За зоной прямой видимости напряженность поля оп-
ределяется с помощью другой формулы Б. А Введен-
ского:
Р __ bVPHhfRr*
М --------------- 9
Rn
где Ем —амплитуда напряженности поля в месте прие-
ма, мкВ/м; Р — эквивалентная мощность передатчика,
кВт Н и h — высоты передающей и приемной антенн, м;
f— несущая частота принимаемого сигнала, МГц; /?г—
расстояние между антеннами, км; п— показатель степени
14
Рис. 6. График показателя степени затухания электромагнит-
ного поля за горизонтом
затухания поля за горизонтом, который определяется по
графику (рис. 6).
Расстояние прямой видимое™ /?, -Определяется с по-
мощью формулы /?г=3,57(УН 4- У h . Эквивалентная
мощность передатчика определяется как произведение
мощности, подводимой к антенне, па коэффициент уси-
ления передающей антенны.
Для приема весьма слабых сигналов за зоной уверен-
ного приема необходимо увеличивать коэффициент на-
правленного действия антенны и улучшать чувствитель-
ность приемного устройства. Так как практически трудно
достичь идеального согласования входных сопротивлений
антенны и приемного устройства с волновым сопротивле-
нием фидера снижения, то получаемая в действительнос-
ти величина напряжения на входе приемного устройства
несколько меньше расчетной.
4. ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ КАНАЛЫ,
ВЫДЕЛЕННЫЕ ДЛЯ СТАНЦИИ
СОВЕТСКОГО СОЮЗА
На рис. 7 изображен спектр частот электромагнитных
колебаний, излучаемых передающей телевизионной ан-
тенной. Антенной излучаются две несущие частоты: од-
1S
Рис. 7. Спектр частот радиоканала для передачи телевизионной
программы
па — несущая частота изображения, а вторая — звуково-
го сопровождения. Разнос несущих частот по нашему
стандарту должен соответствовать 6,5 МГц. Для переда-
чи сигналов звукового сопровождения отведена полоса
частот шириной 250 кГц и дополнительно возле верхней
границы этого капала предусмотрена защитная зона с
полосой 125 кГц. Для передачи к приемникам части ниж-
них боковых частот передатчика изображения отведена
полоса частот шириной 1,25 МГц. Полная полоса частот,
которую занимает телевизионная передача, равняется
8,0 Л1Гц и называется шириной радиоканала телевизи-
онной программы. Чтобы телевизионные станции не ме-
шали друг другу, они должны работать в различных
участках УКВ диапазона. С этой целью передающим те-
левизионным станциям отведены определенные участки
или полосы частот, удаленные друг от друга, которые
называются радиоканалами телевизионной программы,
или просто телевизионными каналами. В табл. 2 и 3 при-
ведены частоты каналов, выделенных для телевизионных
станций Советского Союза. Для радиовещания на ульт-
ракоротких волпах с частотной модуляцией выделен
диапазон частот от 64 до 73,5 МГц.
Зная несущие частоты какого-либо одного канала, не-
трудно определить несущие частоты каждого последую-
16
щего капала, так как их частоты за исключением 1, 2 и
3-го каналов увеличиваются на 8,0 МГц.
Частотные Таблица 2 каналы телевизионного вещания СССР (метровый поддиапазон)
Теле- Полоса Средняя Несущая час- Несущая час- тота сигналов Длина полни, соответствую-
визи- частот частота тота сигналов звукового со- щая средней
онныс каналы канала МГц канала. МГц изображения, МГц провождепи я, МГц частоте кана- ла, м
I 48,5.. 56,5 52,5 49,75 56,25 5,72
2 58 .. 66 62 59,25 65,75 4,84
3 76 .. 84 80 77,25 83,75 3,75
4 84 .. 92 88 85,25 91,75 3,41
5 92 .. 100 96 93,25 99,75 3,13
6 174 .. 182 178 175,25 181,75 1 68
7 182 .. .190 186 183,25 189,75 1,61
8 190 .. 198 194 191,25 197,75 1,55
9 198 .. 206 202 199,25 205,75 1,48
10 206 .. 214 210 207,25 213,75 1 43
11 214 .. .222 218 215 25 221,75 1 37
12 222 .. 230 226 223,25 229,75 1 32 Таблица 3
Частотные каналы телевизионного вещания СССР (дециметровый диапазон)
Теле- визи- онные каналы Полоса частот канала. МГц Средняя частота канала, МГц Несущая час- тота сигналов изображения, МГц Несущая час- тота сигналов звукового со- провождения, МГц Длина волны, cooi ветству то- щая средней частоте кана ла, м
21 470 478 474 471,25 477,25 0,632
22 478.. 486 482 479,25 485,75 0,622
23 486...494 490 487,25 493,75 0,611
24 494 ..502 498 495,25 501,75 0 602
25 502.510 506 503,25 509,75 0 592
26 510.518 514 511,25 517,75 0 583
27 518...526 522 519,25 525,75 0,575
28 526...534 530 527,25 533,75 0,565
29 534 ...542 538 535,25 541,75 0,556
30 542.. 550 546 543,25 519,75 0,548
31 550.. .558 554 551 25 557,75 0 541
32 558...566 562 559 25 565,75 0,533
33 566...574 570 567,25 573,75 0,525
34 574...582 578 575,25 581,75 0,518
35 582. 590 586 583,25 589,75 0,512
36 590 598 594 591,25 597,75 0,505
37 598 606 602 599 25 605,75 0 498
38 606 ..614 610 607,25 613,75 0,492
39 614...622 618 615,25 621,75 0,185
17
Глава 2.
ФИДЕРНЫЕ ЛИНИИ, СОГЛАСУЮЩИЕ
И СИММЕТРИРУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
1. ТИПЫ ЛИНИЙ
Приемная телевизионная антенна соединяется с вход-
ными клеммами телевизора фидерной линией, с помо-
щью которой энергия принятых сигналов передается на
вход телевизора. Эта линия должна обладать высоким
коэффициентом полезного действия, зависящим от
свойств материала, из которого она изготовлена, от кон-
струкции линии и от степени согласования линии, антен-
ны и входа телевизора. В качестве фидерных линий
используются специальные высокочастотные экраниро-
ванные симметричные и несимметричные (коаксиальные)
кабели. К достоинствам таких кабелей относятся: широ-
кий спектр пропускаемых частот, высокая степень за-
щищенности от внешних помех, простота конструкции и
малый антенный эффект. Антенный эффект — это явле-
ние приема и излучения фидером электромагнитных
волн, обусловленное его электрической несимметрией.
В качестве фидера может быть использована и двухпро-
водная воздушная симметричная линия. Однако она
имеет существенный недостаток: трудно выдержать
одинаковые расстояния между проводами на про-
тяжении всей длины липин, а также между каждым
проводом и землей.
Основной тип радиочастотного кабеля — коаксиаль-
ный. Он обладает некоторыми преимуществами перед
симметричным кабелем. У него в 1,5 раза меньшее зату-
хание, а антенный эффект ничтожно мал, он хорошо за-
щищен от внешних помех и очень удобен в монтаже.
Один его провод (центральный) полностью окружен
другим проводом, называемым оплеткой.
Электромагнитное поле в коаксиальном кабеле суще-
ствует только в пространстве, заключенном внутри
экранирующей внешней оплетки, и электромагнитная
энергия в окружающее пространство не излучается.
В двухпроводном же фидере часть энергии теряется на
излучение, а также на джоулево тепло за счет вихревых
тсков во всех окружающих кабель предметах, в том
18
числе и в экранирующей оболочке. По этой же причине
в двухпроводном кабеле возможна и обратная наводка
электродвижущей силы от посторонних источников.
Изоляция кабеля выполняется сплошной или комби-
нированной (воздух — диэлектрик). Наиболее широкое
распространение получили кабели со сплошной изоля-
цией. Внешний провод выполняется в виде одинарной
или двойной оплетки из тонких медных, иногда луженых
проволок. Сверху оплетка покрывается защитной обо-
лочкой, которая предохраняет кабель от механических и
химических воздействий, проникновения влаги и дейст-
вия света. У большинства кабелей оболочка сделана из
полихлорвинилового пластиката или полиэтилена. Ра-
диочастотные симметричные кабели выполняются из
двух изолированных проводов, размещенных параллель-
но или скрученных вместе. Некоторые из них имеют
экран, некоторые изготовляются без экранов.
2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ФИДЕРНЫХ ЛИНИЙ
Основные параметры фидерных линий — это волновое
сопротивление, коэффициент затухания и коэффициент
полезного действия. В бесконечно длинной линии энер-
гия распространяется от источника тока лишь в одном
направлении, образуя бегущую волну. При это.м ампли-
туды напряжения и тока совпадают, а фаза напряже-
ния или тока, по мере распространения, изменяется.
Величина отношения эффективных значении напряжения
к току в любой точке бесконечно длинной линии пред-
ставляет собой волновое сопротивление. Иначе говоря,
волновое сопротивление — это то сопротивление, кото-
рое встречает электромагнитная волна при распростра-
нении вдоль однородной цепи без потерь. Величина его
не зависит от длины линии и постоянна в любой ее точ-
ке. Для радиочастотных кабелей во всем диапазоне ис-
пользуемых частот волновое сопротивление может быть
определено с помощью формулы
где L и С—индуктивность и емкость, приходящиеся на
единицу длины линии.
В линии конечной длины можно получить бегущую
19
волну, если линию нагрузить па сопротивление, равное
ее волновому сопротивлению. В этом случае электромаг
питпая энергия полностью поглощается сопротивлением
нагрузки. Если сопротивление нагрузки не равно волно-
вому сопротивлению линии, то энергия поглощается
сопротивлением не полностью, и часть ее, в виде отра-
женной от конца линии волны, будет возвращаться назад
к источнику электромагнитной энергии. Волновое сопро-
тивление линии зависит только от величин индуктивно-
сти и емкости на единицу длины и определяется кон-
струкцией и геометрическими размерами линии.
Волновое сопротивление двухпроводной линии можно
определить по формуле
9/7
U7=2761g^ Ом,
где а — расстояние между осями проводов, мм; d — диа-
метр провода, мм. Эта формула справедлива при соб-
людении условия a^d.
На рис. 8 приведен график зависимости волнового
сопротивления воздушной двухпроводной линии от ее
размеров. С его помощью по отношению a/d можно оп-
ределить волновое сопротивление.
Волновое сопротивление двухпроводного экраниро-
ванного кабеля определяется по формуле
П7 2761
U/-= Гг= 1g
2а D1—а2\ „
---—---- Ом.
d D^a?)
Волновое сопротивление коаксиального кабеля равно
ом,
Уг d
где е — диэлектрическая проницаемость заполнителя ка-
беля; d — диаметр провода; а — расстояние между прово-
дами; D—внутренний диаметр внешнего цилиндриче-
ского провода коаксиального кабеля или цилиндрического
экрана двухжильного симметричного кабеля. Попе-
речное сечение кабелей показано на рис. 9. С помощью
приведенных формул можно определить волновое сопро-
тивление кабеля любой марки, если известны его раз-
меры.
20
600
500
400
500
200
WO
а
О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 d
р?
Рис. 9. Поперечные сечения кабелей:
о — коаксиального; б — двухжильного эк-
ранированного
Рис. 8. График зависимости волнового сопротивления воздуш-
ной двухпроводной линии от размеров
а — расстояние между осями проводов; d — диаметр проводов
Потери любой линии состоят из потерь в самих про-
водах и в изоляции. Электромагнитная волна, распрост-
раняясь вдоль линии, вследствие потерь в ней затухает.
Уменьшение напряжения бегущей волны с расстоянием
происходит по экспоненциальному закону и выражается
фор мулом
где и{ — напряжение на конце линии длиной I; Uo—
напряжение в начале линии; е — основание натуральных
логарифмов, равное 2,718; р— показатель затухания,
неп/км; I — длина линии, км.
В приложении 1 приведены основные параметры ка-
белей, используемых в качестве фидерных линий. Часто
в ранее изданной справочной литературе затухание для
многих типов кабелей выражено в неперах па погонный
метр. При необходимости его можно пересчитать в де-
21
цибелы, пользуясь соотношениями: 1 дБ = 0,115 неп и
1 неп=8,686дБ.
Затухание мощности в фидерной линии определяется
формулой
Р, = Рое-^',
где Р, — мощность в конце линии длиной Г, Ро— мощ-
ность в начале линии.
Коэффициент полезного действия линии определяет-
ся как отношение мощности в конце линии к мощности
в начале линии:
"о
Пример 1. Определить затухание и КПД фидерной
липин длиной 50 м из кабеля РК-1 на частоте 5-го кана-
ла (100 МГц).
Из приложения 1 находим, что затухание 1 м кабеля
на частоте 100 МГц равняется 0,0113 неп/м. Затухание
линии длиной 50 м равняется:
р/=0,0113-50=0,57 неп=4,93 дБ.
Коэффициент полезного действия Лф = е~2'4 —
-2,72~г0^= 0,333, или 33,3%.
Электромагнитная волна в фидерной линии распрост-
раняется с мспыией скоростью, чем в свободном про-
странстве, и в разных тинах линий эта скорость разная.
В воздушной линии скорость распространения волны
уменьшается всего на 2...3%, а в кабельной липин,
заполненной диэлектриком, опа падает значительно. Дли-
на волны электромагнитных колебаний в кабельной
линии со сплошным заполнителем меньше, чем в свобод-
ном пространстве, в }'е раз, где е — диэлектрическая по-
стоянная материала кабельной изоляции. Коэффициент
£=Уе называется коэффициентом укорочения радио-
волн. Таким образом, длина волны в кабеле равна длине
волны в свободном пространстве, деленной на коэффи-
циент укорочения Хк = р=.
В кабелях с полувоздушной изоляцией диэлектрик по
поперечному сечению распределен неравномерно. Длина
волны в таких кабелях определяется по формуле
к |/Ц-а(6-1)’
22
где а — коэффициент заполнения, равный отношению объ-
ема внутреннего пространства кабеля, заполненного ди-
электриком, к полному объему внутреннего пространст-
ва кабеля.
Кабели с воздушной изоляцией характеризуются не-
равномерным распределением диэлектрика вдоль оси,
так как у них на внутреннем проводе через определен-
ные интервалы наложены изоляционные шайбы или бу-
сы. Для кабелей с полувоздушной и воздушной изоля
цией в справочной литературе коэффициент укорочения
волны обычно нс приводится. 'Но не зная коэффициента
укорочения, невозможно определить геометрическую
длину кабеля, равную половине или четверти длины
волны. Поэтому при отсутствии справочных данных ко-
эффициент укорочения можно вычислить, пользуясь фор-
мулой
Z=cWCu
где W — волновое сопротивление кабеля, Ом; С(—по-
гонная емкость кабеля, Ф/м; с=3-108 мс. Данные W и
С\ приводятся в справочной литературе.
Пример 2. Определить длину отрезка кабеля PK-I
для 17-колепа к антенне, работающей на 5-м канале.
В приложении 1 для РК-1 находим, что Ci=68 пФ/м
и W = 75 Ом. Коэффициент укорочения будет равен
с=3 • 1Э». 75.68 • 10-» 2= 1,53.
Из табл. 2 находим длину волны, соответствующую
средней частоте канала — 3,13. Следовательно, длина
^-колена будет равна
- = А13 =102
2? 2-1,53
м.
Формула g=c-lT-Ci является универсальной и по-
звотяет легко, быстро и довольно точно определить ко-
эффициент укорочения волны не только коаксиальных,
ио и других радиочастотных кабелей, если известны их
волновые сопротивления и погонные емкости. Эта фор-
мула может применяться для расчета коэффициента уко-
рочения на всех линиях без потерь или с малыми поте-
рями.
3. СВОЙСТВА ФИДЕРНЫХ ЛИНИЙ
В разомкнутой или короткозамкнутой линии конеч-
ной длины электромагнитная волна, распространяясь от
начала к концу, полностью отражается назад. Таким
образом в линии возникают две электромагнитные вол-
ны, которые движутся навстречу друг Другу с одинако-
выми амплитудами. Первая волна называется падаю-
щей, а вторая—-отраженной. В некоторых точках па-
дающая и отраженная волны находятся в фазе, в других
точках — в противофазе, в результате чего на линии
создаются стоячие волны. Вследствие этого в одних точ-
ках линии напряжения волн будут складываться, созда-
вая пучности напряжения, в других точках, удаленных
от первых на расстояние в четверть длины волны,— вы-
читаться, создавая узлы напряжения. Аналогичное явле-
ние наблюдается для токов.
Сопротивление линии равняется отношению напря-
жения к току в начале линии. Для линии с бегущей вол-
ной тока и напряжения входное сопротивление будет
чисто активным и равным волновому сопротивлению ли-
нии независимо от ее длины. Входные сопротивления ко-
роткозамкнутой и разомкнутой линий зависят от длин,
кратных четверти длины волны.
У разомкнутой линии сопротивление равно пулю при
ее длине 1/4, Зл/4, 51/4 и так далее, т. е. при нечетном
числе четвертей волн. У короткозамкнутой липни вход-
ное сопротивление равно пулю при ее длине 1/2, 1, Зл/2
и так далее, т. е. при четном числе четвертей волн. Если
длина такой короткозамкнутой линии изменяется на чет-
верть волны в ту или иную сторону, то входное сопро-
тивление линии становится равным бесконечности. Оно
остается неизменным, если длина липни изменяется на
половину длины волны. Короткозамкнутая линия длиной
I < 1/4 имеет индуктивное входное сопротивление, а ра-
зомкнутая — емкостное. Короткозамкнутая линия длиной
1/4</<1/2 имеет емкостное входное сопротивление, а
разомкнутая — индуктивное. Если у нагрузки линии со-
противление нс равно волновому сопротивлению линии,
то у отраженной волны амплитуда меньше, чем у падаю-
щей, так как часть энергии поглощается нагрузкой.
В этом случае узлы тока и напряжения имеют не пуле-
вое, а минимальное значение.
24
Режим линии характеризуется коэффициентом бегу-
щей волны:
_ U min ? min
Umax max
где Umln, Umnx — амплитуды в узле и пучности напря-
жения; 1 штатах — амплитуды в узле и пучности тока.
Если линия нагружена на активное сопротивление, то
коэффициент бегущей волны можно определить с помо-
щью формулы 7(=/?/W'/ при R < U7 и К = W/R при
R>W
Следовательно, этот коэффициент характеризует со-
бой степень согласования линии с нагрузкой. При R = W
он равняется единице, что означает полное согласование
линии с нагрузкой, при котором в линии будет режим
бегущей волны. При R=/=W входное сопротивление линии
представляет собой комплексную величину, за исключе-
нием точек, в которых имеются узлы и пучности тока и
напряжения. В них входное сопротивление липин чисто
активное.
В пучностях напряжения и узлах тока у входного
сопротивления максимальная величина RBX. maX=W/K
В пучностях же тока и узлах напряжения входное сопро-
тивление линии имеет минимальную величину Rm. min ~
— KW. Так как пучности тока и напряжения чередуются
через каждую четверть длины волны, то входное сопро-
тивление также принимает максимальную и минималь-
ную величину через четверть длины волны.
Отрезки линии в четверть длины волны широко ис-
пользуются как трансформаторы сопротивлений. Исходя
из предыдущих формул можно получить формулу для
расчета согласующего трансформатора: Rm. т„х —W2/R.
Следовательно, четвертьволновой отрезок линии, нагру-
женный активным сопротивлением /?= U//2, будет иметь
входное сопротивление, равное Rm тах =4R, т. е со-
противление нагрузки трансформируется в сторону уве-
личения. Если сопротивление нагрузки больше волново-
го сопротивления линии, то получим трансформацию в
сторону уменьшения. Например, при R = 21V R„x =R/4.
Полуволновой отрезок линии не изменяет сопротивле-
ния нагрузки и поэтому его добавление к четвертьволно-
вому трансформатору свойств трансформатора не ме-
няет.
25
4 СОГЛАСУЮЩИЕ УСТРОЙСТВА
Согласующие устройства (трансформаторы) приме-
няются для согласования разных входных сопротивле-
ний антенны и фидера. В качестве таких устройств чаще
всего применяются четвертьволновые отрезки линий.
С одной стороны к ним подключается антенна, а с дру-
гой— фидер. С помощью формулы
где — входное сопротивление антенны, — волно-
вое сопротивление фидера, можно определить волновое
сопротивление трансформатора, необходимое для задан-
ных величин входного сопротивления антенны и волно-
вого сопротивления фидера.
Для антенн с очень малым входным сопротивлением
в качестве повышающего трансформатора применяется
четвертьволновой отрезок линии, разомкнутый на конце
Входное сопротивление такой линии в точках подключе-
ния к антенне будет низким. По мере же перемещения
подключаемого фидера в сторону разомкнутых концов
отрезка входное сопротивление увеличивается, достигая
максимальной величины на его конце. Для подключения
фидера на линии подбирают такие точки, в которых соз-
дается наиболее контрастное изображение. В некоторых
случаях трансформацию сопротивления можно получить
без согласующего устройства за счет использования
свойств петлевых вибраторов.
Как известно, петлевой вибратор Пистолькорса
(рнс. 10, а) имеет входное сопротивление около 2920м,
т. е. в четыре раза больше входного сопротивления обыч-
ного разрезного полуволнового вибратора. Следователь-
но, его можно непосредственно соединять с телевизором
300-омным двухпроводным фидером. Трансформация
входного сопротивления в петлевом вибраторе получает-
ся вследствие распределения тока на равные части меж-
ду двумя параллельными вибраторами (трубками)
В точках присоединения фидера ток вдвое меньше, чем
в разрезном вибраторе.
Так как принимаемая мощность не зависит от конст-
рукции вибратора, то уменьшение тока на его зажимах
в два раза сопровождается увеличением входного сопро-
тивления в четыре раза. Такая зависимость наглядно
26
60 80 60—80
^•0,95
Рис. 11. Номограмма для определения коэффициента транс-
формации сопротивления в зависимости от диаметра трубок
петлевого вибратора и расстояния .между ними
27
видна из уравнений: P=/2R или R = P/P, где Р—мощ-
ность, принимаемая полуволновым вибратором; / — ток
на зажимах вибратора; R — входное сопротивление виб-
ратора.
Входное сопротивление вибратора можно увеличить,
если ток распределить между тремя параллельными виб-
раторами, как это показано на рис. 10, б. В таком виб-
раторе ток на зажимах будет в три раза меньше, а его
входное сопротивление в девять раз больше, чем у обыч-
ного полуволнового вибратора (около 657 Ом).
Если петлевой вибратор изготовлен из трубок разного
диаметра, то распределение тока между ними изме-
нится (в вибраторе большего диаметра ток станет боль-
ше). Поэтому, если требуется увеличить входное сопро-
тивление петлевого вибратора, трубки, к которым при-
соединяется фидер, должны быть меньшего диаметра,
нежели параллельные им трубки, и наоборот.
Определить коэффициент отношений волновых сопро-
тивлений верхнего и нижнего вибраторов, в зависимости
от диаметров трубок и расстояния между ними, можно с
помощью номограммы (рис. II).
Пример. Петлевой вибратор изготовлен из трубок,
диаметры которых относятся как 2:1. Необходимо согла-
совать пятиэлементную одноэтажную антенну волновой
канал с 75-омным фидером при подключении фидера к
антенне с помощью симметрирующей приставки. Вход-
ное сопротивление антенны с разрезным вибратором рав-
но 14 Ом.
Определим требуемый коэффициент отношений вол-
новых сопротивлений вибраторов: n—Rm. сим /Rnx =
= 75/14 = 5,4, где Rnx. снм —входное сопротивление
симметрирующего устройства. Симметрирующая при-
ставка не трансформирует входного сопротивления, по-
этому RBX. сям = = 75 Ом. На шкалах отношений
диаметров трубок D2/D\ и коэффициента п находим за-
данные точки £>2/О1 = 2 и п — 5,4. Через эти точки про-
водим линию до пересечения ее с третьей шкалой. Полу-
ченная точка пересечения дает величину 2D2/Di= 17,
откуда находим П2=17£>,/2. При £)2=20 мм и Ь, = 10мм
D2=17-10/2=85 мм.
5 ДРУГИЕ ВОЗМОЖНЫЕ СПОСОБЫ
СОГЛАСОВАНИЯ ВХОДНЫХ
СОПРОТИВЛЕНИИ
На рис. 12 показано несколько вариантов изготовле-
ния согласующих устройств из кабелей разных марок
для симметричных и несимметричных входов телевизо-
ров. Длины четвертьволновых отрезков трансформаторов
и согласующей петли берутся с учетом коэффициента
укорочения волны в кабеле. Коэффициенты укорочения
принимаются равными:
1,52 — в кабеле с изоляцией из сплошного полиэти-
лена;
1,23— в кабеле с изоляцией из пористого полиэти-
лена;
1,19 — в кабеле с изоляцией из полувоздушного поли-
этилена.
Если требуется, чтобы четвертьволновой трансформа-
тор имел входное сопротивление 130.. 150 Ом, а такого
симметричного кабеля нет, то можно использовать два
одинаковых отрезка коаксиального кабеля с волновым
сопротивлением по 75 Ом. У трансформатора из двух
таких параллельных отрезков входное сопротивление
будет равно 150 Ом.
Н- рис. 12, г показано устройство трансформаторов
при соединении двух этажей антенны, с входным сопро-
тивлением каждого этажа 70...80 Ом. Этажи антенны со-
единяются с помощью кабеля с волновым сопротивлени-
ем 50...52 Ом При размещении этажей на расстоянии
около ?./2 два отрезка кабеля от места присоединения
фидера снижения до каждого этажа составляют чет-
вертьволновой трансформатор с волновым сопротивле-
нием 100... 104 Ом. С помощью этого трансформатора
входное сопротивление каждого этажа антенны с 75 Ом
(в точках а'а') преобразуется в 150 Ом (в точках ап). При
размещении антенн на расстоянии половины длины вол-
ны или даже несколько большем каждый отрезок кабеля
должен быть удлинен на половину длины волны, т. е.
вместо 7/4 следует брать кабель длиной 37/4. Это не из-
менит режима работы антенны.
На рис. 13 показана схема соединения двухэтажной
двухрядной антенны с помощью симметричного кабеля
с волновым сопротивлением 300 Ом. Если в точках а'а'
подключены антенны с одинаковыми входными сопротив-
29
Рис. 12. Согласующие устройства из кабелей разных марок:
а — кабель КАТВ. б — кабель И? 75 Ом; в — телефонный провод; а —•
коаксиальный кабель 1У-52 Ом
Рис. 13 Схема соединения двухэтажной двухъярусной антенны
с помощью симметричного 300 омного кабеля
30
Рис. 14. Подключение двух
агпенне
(«) и трех (6) телевизоров к одной
по схеме «звезда»
лениями, значительно меньшими волнового сопротивле-
ния кабеля, то с помощью четвертьволновых трансфор-
маторов сопротивление каждого этажа будет трансфор-
мироваться увеличенным в четыре раза. Четыре таких
сопротивления в точках аа соединяются параллельно и
дают общее сопротивление, равное входному сопротивле-
нию одной антенны В точках аа присоединяется фидер
снижения с симметрирующим устройством.
В некоторых случаях возникает необходимость под-
ключить к одной антенне несколько телевизоров. Их
непосредственное параллельное подключение к одному
фидеру снижения приводит к рассогласованию этого фи-
дера с общим входным сопротивлением телевизоров.
Произвести подключение, сохранив согласование, можно
по схеме «звезда» (рис. 14) Величина сопротивлений
подключаемых резисторов определяется формулой
д+1
где R— активное сопротивление, Ом; п— число ответ-
вляющих участков; W — волновое сопротивление ка-
беля
При 1V-75 Ом и н=2 /? = 75/3=25 Ом
При IV7=75 Ом и n = 3 R= 150/4=37,5 Ом.
31
ция процессов, возни-
кающих при перехо-
де ог несимметрично-
го кабеля к симмет-
ричной нагрузке
ния будут наблюдаться
6. СИММЕТРИРУЮЩИЕ
УСТРОЙСТВА
Несимметричную фидерную
линию нельзя подключить не-
посредственно к симметрично-
му входу антенны или телеви-
зора, так как это нарушит сим-
метрию токов в плечах антен-
ны и исказит диаграмму на-
правленности. В результате на
вход телевизора могут попасть
токи, наводящиеся приходя-
щей волной и электромагнит-
ным полем местных помех на
внешнюю оболочку коаксиаль-
ного кабеля. Это приведет к
еще большему искажению ди-
аграммы направленности и к
увеличению помех па входе те-
левизора. Аналогичные явле-
и при подключении симметрич-
ного фидера к несимметричному входу телевизора. По-
этому во всех таких случаях необходимо применять
специальные симметрирующие устройства.
Процессы, возникающие при переходе от несимметрич-
ного кабеля к симметричному полуволновому вибратору,
могут быть иллюстрированы с помощью рис. 15. Из ри-
сунка видно, что ток, текущий по центральному проводу,
полностью уходит на левую половину вибратора. Ток,
текущий по внутренней поверхности оболочки, на конце
разветвляется: часть его уходит на правую половину
вибратора, а часть—на внешнюю поверхность кабеля.
Последнее приводит к уменьшению тока, возбуждающего
правую половину вибратора, и возникновению следующих
нежелательных явлений: искажения формы диаграммы
направленности антенны по сравнению с расчетной; из-
лучения части мощности, канализируемой кабелем, по-
верхностью оболочки; изменения входного сопротивления
антенны
Параллельно правой половине вибратора оказывает-
ся подключенной внешняя поверхность кабеля с неизвест-
ным входным сопротивлением. Это приводит к рассогла-
сованию кабеля, появлению в нем стоячей волны, умень-
32
Рис. 16. Схема подключения несимметричного коаксиального
кабеля к разрезному полуволновому вибратору:
а — с помощью симметрирующею мосгнка;б— с помощью симметри-
рующего устройства типа 17-колена; / — трубка; 2 —иланка; 3 —ка*
бель
тению отводимой в антенну мощности. Для устранения
нежелательных явлений применяются специальные сим-
метрирующие устройства. В метровом диапазоне волн
широко используется симметрирующий мостик (шлейф),
изображенный на рис. 16, а.
Обычно его делают в виде отрезка трубы, присоеди-
няемого к тому плечу вибратора, который питается от
1 центральной жилы кабеля. Вместе с наружной поверх-
ностью оболочки кабеля этот отрезок образует двухпро-
водную симметричную линию. Такая линия замыкается
накоротко перемычкой, расположенной на расстоянии
Z/4 от входных клемм антенны При подключении к пра-
вой и левой половинам вибратора короткозамкнутого
четвертьволнового отрезка линии симметрия токов в пле-
чах восстанавливается. В этом случае ток левого плеча
по четвертьволновой линии будет ответвляться в той же
пропорции, что и правого плеча. Разница токов в плечах
скомпенсируется. Четвертьволновой короткозамкнутый
отрезок линии обладает очень большим входным сопро-
тивлением, поэтому токи, ответвляемые по оболочкам,
будут совершенно незначительными. Входное сопротив-
ление вибратора также остается без изменения.
'/,2 Заказ 2268
33
Рис. 17. Петлевой вибратор с симметрирующей петлей (а) и диа-
грамма направленности петлевого вибратора (б) па средних
иастотах:
крина я / на частоте /ср *= 52,5 МГц (1-й канал): кривая II на частоте
/ср =S° МГц (3 й канал)
С помощью симметрирующего мостика можно до-
стичь полного согласования фидера с антенной, если
входное сопротивление антенны равно волновому сопро-
тивлению фидера. Когда кабель заводится в одну из
трубок, расстояние между его оболочкой и трубками
симметрирующего мостика должно быть 60.. 80 мм Сим-
метрирующий мостик — значительно более широкополос-
ное устройство, чем симметрирующая петля. Если отре-
зок трубы имеет достаточную длину, то мостик можно
использовать в очень широком диапазоне частот. Для
этого необходимо лишь изменять положение короткоза-
мыкающей перемычки.
В метровом и дециметровом диапазонах широкое при-
менение получили симметрирующие и согласующие уст-
ройства, называемые {/-коленом и симметрирующей пет-
лей. На рис. 17 изображена полуволновая симметрирую-
щая петля, а на рис. 16, б—{/-колено (симметрирующая
петля с четвертьволновым трансформатором).
Принцип действия петли заключается в следующем.
Два симметричных зажима вибратора а и в соединяются
между собой полуволновым отрезком коаксиального ка-
беля, а несимметричный фидер присоединяется к одному
из зажимов (точка а). Ввиду того что электрическая
34
длина петли равна полуволне, ток правой половины виб-
ратора в точке а изменит свое направление на обратное,
а следовательно, токи обеих половин вибратора в точке
а будут в фазе и сложатся в центральной жиле фидера.
Симметрия токов в каждом плече вибратора не нару-
шится.
Входное сопротивление петлевого вибратора, настро-
енного в резонанс, равно 292 Ом. Сопротивление же каж-
дой половины вибратора от входных зажимов (точки а
и в) до точки О, имеющей нулевой потенциал, равно
146 Ом, отрезок кабеля длиной Л/2 передает сопротивле-
ние из точки в в точку а без изменения, так как входное
сопротивление кабеля длиной 7/2 равно сопротивлению,
на которое он нагружен. В точке а происходит сложение
двух параллельно включенных сопротивлений, каждое
из которых равно 146 Ом. Фидер с волновым сопротив-
лением 75 Ом оказывается нагруженным на сопротивле-
ние 73 Ом, т. е. согласованным с нагрузкой.
Антенны с входным сопротивлением меньше волнового
сопротивления фидера согласуются с помощью (/-коле-
на. Четвертьволновой отрезок кабеля выполняет роль
трансформатора сопротивления, а удлинение одной вет-
ви па отрезок, равный полуволне, сделано для изменения
фазы тока, питающего вторую половину вибратора.
Длина петли определяется с помощью формулы
I
ЬП /— *
21/ е
где ХсР —средняя длина волны, е — диэлектрическая про-
ницаемость диэлектрика кабеля.
Для расчета волнового сопротивления кабеля, обра-
зующего (7-колено, эта формула может быть представле-
на в следующем виде:
где /?д —сопротивление нагрузки (входное сопротивле-
ние антенны), И7ф —волновое сопротивление фидера.
Пример. С помощью U колена необходимо согласо-
вать входное сопротивление семиэлементной антенны типа
волновой капал, равное 40 Ом, с несимметричным фиде-
ром из кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.
Определим волновое сопротивление четвертьволново-
го отрезка (/-колена: Wu — ’ У 40- 75 — 55 Ом.
УЛ •
35
Следовательно, (7-колено должно быть изготовлено
из кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом.
Имеются и другие симметрирующие устройства, как,
например, симметрирующий стакан и т. д., по в радио-
любительской практике они не используются.
Глава 3.
ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
ПРИЕМНЫХ АНТЕНН
J. НАЗНАЧЕНИЕ АНТЕНН ТРЕБОВАНИЯ,
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К АНТЕННАМ
Приемная антенна представляет собой одиночный про-
вод или систему проводов, предназначенных для преоб-
разования энергии электромагнитных волн в энергию
токов высокой частоты, обеспечивающих выделение волн,
приходящих с заданного направления. Параметры ан-
тенны при работе на прием и на передачу идентичны.
Иначе говоря, ток в нагрузке приемной антенны, отда-
ваемая мощность, напряжение на клеммах могут быть
рассчитаны при помощи параметров, определенных для
данной антенны в режиме передачи. Диаграмма направ-
ленности при передаче совпадает с диаграммой направ-
ленности при приеме. Применение принципа взаимности
антенных устройств имеет важное значение, так как не-
которые характеристики и параметры лучше определя-
ются в режиме передачи, чем в режиме приема.
Радиоволны, попадая на окружающие предметы, на-
водят в них электрические токи высокой частоты. Пос-
ледние создают электромагнитное поле, и происходит
отражение, зависящее от частоты электромагнитных ко-
лебаний и от поляризации радиоволн. Антенна прини-
мает как прямые, так и отраженные радиоволны, кото-
рые приводят к искажению изображения па экране те-
левизора.
Экспериментальные исследования показали, что при
использовании вертикальной поляризации к месту прие-
ма приходит значительно больше отраженных волн, чем
при использовании горизонтальной поляризации. Это
объясняется тем, что в окружающем пространстве, осо-
36
беино в городах, имеется множество вертикальных, хо-
рошо отражающих препятствий (здания, столбы, трубы,
мачты). Кроме того, системы зажигания двигателей внут-
реннего сгорания, расположенные вблизи земли, дают
значительно большую вертикальную составляющую по-
мех. При выборе вида поляризации учитываются и свой-
ства антенн. Конструктивно горизонтальные антенны
проще вертикальных. Почти все они обладают направ-
ленностью в горизонтальной плоскости, чго ослабляет
прием помех и отраженных волн за счет пространствен-
ной избирательности. Поэтому.у пас предпочтение отда-
но именно горизонтальной поляризации радиоволн.
Приемные телевизионные антенны должны удовлетво-
рять следующим основным требованиям: иметь простую
и удобную в эксплуатации конструкцию, высокую прост-
ранственную избирательность, пропускать широкую по-
лосу частот и обеспечивать высокое отношение уровня
сигнала к уровню помех при приеме, обладать слабой
зависимостью входного сопротивления и коэффициента
усиления от частоты.
Чтобы избежать различного рода искажении, в том
числе и повторов изображения, входные сопротивления
антенны и телевизора должны быть хорошо согласованы
с волновым сопротивлением фидера. Появление повторов
объясняется следующим. Если входное сопротивление те-
левизора в полосе частот телевизионного капала отлича-
ется от волнового сопротивления фидера липни,то воз-
никает отражение части энергии, поступившей на вход
телевизора Эта часть распространяется в направлении
антенны, и если входное сопротивление последней не
равно волновому сопротивлению фидерной линии, то
происходит повторное отражение энергии, но уже в на-
правлении телевизора. На его входе появляется повтор-
ный сигнал, сдвинутый во времени относительно началь-
ного сигнала Он то и приводит к появлению на экране
телевизора повторных изображений.
Высокая пространственная избирательность антенны
позволяет получить лучшее отношение уровня сигнала
к уровню помех и тем самым более высокое качество
изображения. Для этого антенна должна пропускать по-
лосу частот порядка 5 МГц в пределах диапазона частот
принимаемого канала. Коэффициент усиления антенны
в этих пределах должен быть не только высоким, но,
главное, одинаковым, т. е. он нс должен зависеть от час-
37
тоты Чем шире полоса одинаково усиливаемых антенной
частот, тем более четким и качественным получается изо-
Сражение.
2 ВХОДНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ АНТЕННЫ
Настроенная в резонанс антенна имеет чисто актив-
ное входное сопротивление, которое определяется как от-
ношение напряжения на ее клеммах к току на входе фи-
дера. Это сопротивление зависит от размеров антенны
и се формы, от размещения клемм, к которым подклю-
чается фидерная линия, а также от расположения вблизи
антенны различных сооружений, влияющих на распреде-
ление поля в пространстве.
По отношению к нагрузке приемная антенна являет-
ся генератором энергии, и ее входное сопротивление иг-
рает роль внутреннего сопротивления этого генератора.
Если настроенная приемная антенна согласована с на-
грузкой и потерь энергии в ней нет, то передаваемая в
нагрузку мощность будет максимальной. При настройке
вибратора, не имеющего потерь, в резонанс его входное
сопротивление в режиме излучения будет чисто актив-
ным и равным сопротивлению излучения.
Если сопротивление нагрузки равно сопротивлению
излучения, то только половина мощности, принятой ан-
тенной, отдается в нагрузку, а другая половина рассеи-
вается в сопротивлении излучения. Когда коэффициент
полезного действия вибраторной антенны равен едини-
це, антенна согласована с нагрузкой и распределение то-
ка в режиме приема такое же, как в режиме передачи.
Опа переизлучает 50% принятой мощности, а другие
50% отдает в нагрузку.
Сопротивление излучения может быть приведено к
току на клеммах антенны или к току в пучности. В пос-
леднем случае оно равно
/?'П R-s.\n2mlt
где Rs —сопротивление излучения па клеммах симме-
тричного вибратора; I — длина плеча симметричного ви-
братора; т— волновой коэффициент, равный к>/с=2лД.
Эта формула применима только для вибраторных антенн
при 2/=А/2. Такое сопротивление полуволнового вибра-
тора равно =73,08Ом, а волнового вибратора
38
Рис. 18. График зависимости сопротивления излучения от
длины плеч симметричного вибратора
'(21 = ?.)—Rin =200 Ом Зависимость Rm от длины ви-
братора показана на рис. 18.
Коэффициент полезного действия антенны определя-
ется как отношение излучаемой мощности к полной мощ-
ности, подводимой к антенне;
Pl
У большинства приемных антенн метрового диапазо-
на волн этот коэффициент составляет 95...98%, а у фи-
дера снижения антенн, расположенных па высоте 20...
30 м, он равен приблизительно 45 ..50%.
3 ДЕЙСТВУЮЩАЯ ВЫСОТА АНТЕННЫ
Действующей высотой (длиной) приемной антенны
называют длину, которая, будучи умноженной на напря-
женность поля в месте приема, дает величину электро-
движущей силы, наводимой в антенне волной,
приходящей с направления максимума диаграммы
направленности. Для того чтобы было более ясно, что
собой представляет этот параметр, допустим, что
39
Рис 19. Определение действ}ющей высоты полуволнового
вибратора
полуволновой вибратор используется в качестве передаю-
щей антенны В этом случае напряженность поля, созда-
ваемого полуволновым вибратором, будет зависеть от
амплитудного значения тока, распределения его вдоль
провода антенны, се длины и угла излучения <р. При
1^?./2 максимум излучения находится под углом ф=90°
к оси вибратора.
Излучающая способность антенны оценивается пло-
щадью тока. Для удобства сравнения площадь тока раз-
личных антенн изображают графически в масштабе в ви-
де прямоугольника, высота которого равна амплитуде
тока на клеммах реальной антенны, а основание Лл вы-
бирается таким, чтобы площадь прямоугольника была
равна площади тока антенны S.-.Это основание называют
действующей высотой (длиной) антенны. Следовательно,
5, /.,4, (рис. 19).
Действующая высота антенны, длина которой не пре-
вышает длины волны (2/<Х), определяется формулой
, 2 1— cos/nZ
Лд-=------:---т-,
т sm ml
где/— длина плеча антенны; т— волновой коэффици-
ент, равный tn — w/c=2x/X.
Эта формула применима только для вычисления дей-
ствующей длины симметричного вибратора с длиной плеч
/<А/2 и синусоидальным распределением тока. В неко-
торых случаях действующую высоту приводят к пучности
тока 1П, а не к клеммам антенны. Это необходимо делать,
40
если I кратно Х/2 и формула не дает правильного резуль-
тата. Действительно, при 1=У./С2. йд=<».
Введение понятия действующей высоты позволяет
упростить расчеты наводимой ЭДС в приемной антенне.
Умножая действующую высоту на напряженность поля
в месте приема, можно получить значение ЭДС на за-
жимах антенны в случае, когда сигнал приходит с на-
правления максимального приема: e=Eh .
Понятием действующей высоты пользуются и для ха-
рактеристики излучающей способности несложных ли-
нейных антенн, которые используются в радиолюбитель-
ской практике.
4. КОЭФФИЦИЕНТ НАПРАВЛЕННОГО ДЕЙСТВИЯ
И КОЭФФИЦИЕНТ УСИЛЕНИЯ АНТЕННЫ
Приемная ненаправленная антенна принимает сиг-
налы одинаково со всех направлений. Направленная же
приемная антенна обладает пространственной избира-
тельностью. Это имеет важное значение, так как при
малом уровне напряженности поля в месте приема та-
кая антенна увеличивает уровень принимаемого сигнала
и ослабляет внешние помехи, приходящие с направле-
ний, отличных от направления полезного сигнала.
Коэффициент направленного действия приемной ан-
тенны представляет собой число, показывающее, во
сколько раз мощность, поступающая на вход телевизора
при приеме на направленную антенну, больше мощности,
которую можно получить при приеме па ненаправленную
антенну (при той же напряженности поля).
Для линейных антенн этот коэффициент определяет-
ся с помощью формулы
& 30 (mh)2
~ '
для полуволнового вибратора:
Л.= =73,08 Ом, 0=1,64;
для волнового вибратора:
си
йяп =-=Ч 7?Sn =200 Ом, 0 = 2,4,
7Z
8 Заказ 2268
41
где /?ь = ————, 7?vn — полное сопротивление излучения
sin2 ml
антенны, приведенное к пучности тока; I — длина плеча
симметричного вибратора; т— волновой коэффициент.
Коэффициент усиления по мощности — это отношение
мощностей, развиваемых данной антенной и полуволно-
вым вибратором на согласованных нагрузках при оди-
наковой напряженности поля в точке приема. Коэффи-
циент усиления по напряжению показывает, во сколько
раз напряжение, создаваемое данной антенной на согласо-
ванной нагрузке, больше напряжения, создаваемого по-
луволновым вибратором на такой же нагрузке.
Если направленная антенна не имеет побочных ле-
пестков излучения или если эти лепестки незначительны,
то коэффициент усиления приближенно можно вычислить
по известным углам раствора главного лепестка диаг-
раммы направленности в горизонтальной и вертикальной
плоскостях:
_ 35000
& ’
где v°—ширина главного лепестка между точками по-
ловинного значения мощности, измеренная в вертикаль-
ной плоскости, <р°— то же, в горизонтальной плоскости.
Из формулы видно, что две разные антенны могут
иметь одинаковые коэффициенты усиления при разных
углах раствора главного лепестка диаграммы направлен-
ности в вертикальной и горизонтальной плоскостях, если
произведения углов раствора будут равны.
5. ДИАГРАММА НАПРАВЛЕННОСТИ
ПОЛУВОЛНОВОГО СИММЕТРИЧНОГО
ВИБРАТОРА
Диаграмма направленности приемной антенны пред-
ставляет собой графическое изображение зависимости
напряжения сигнала па входе телевизора от угла пово-
рота этой антенны в соответствующей плоскости. Эта ди-
аграмма характеризует зависимость ЭДС, наведенной в
антенне электромагнитным полем, от направления при-
хода сигнала. Строится она в полярной или прямоуголь-
ной системе координат. В первом случае из точки па оси,
принятой за ось вибратора, проводятся под различными
42
углами прямые линии. В направлении этих прямых от-
кладываются отрезки, величины которых в принятом мас-
штабе изображают напряженности поля. Кривая, соеди-
няющая концы этих отрезков, и является диаграммой
направленности. Максимальная величина сигнала,
соответствующая принимается за единицу, и это
направление антенны принято считать за нулевое. При
повороте антенны в ту или другую сторону от нулевого
направления на диаграмме откладываются величины,
соответствующие отношению Е/Етак.
На рис. 20 изображена диаграмма направленности
реальной антенны, построенная в полярной системе ко-
ординат, а на рис. 21 —та же диаграмма направленности
в прямоугольной системе координат. Обычно в полярной
системе координат диаграммы строятся для двух взаим-
но перпендикулярных плоскостей: горизонтальной и
вертикальной. Для полуволнового вибратора в первом
случае диаграмма имеет вид восьмерки, а во втором —
форму круга (рис. 22). Из диаграммы видно, что у полу-
волнового вибратора максимальный эффект будет в том
случае, когда сигнал приходит в направлении, перпенди-
кулярном к его оси.
Но такую диаграмму направленности имеет полувол-
новой вибратор, расположенный в свободном простран-
стве. В реальных же условиях приемная антенна находит-
ся вблизи поверхности Земли. В результате отражения
УКВ от этой поверхности диаграмма направленности не
сколько изменяется и у нее кроме главного лепестка
появляются и боковые. Самый большой лепесток, соот-
ветствующий нулевому направлению, называется глав-
ным, а все остальные — боковыми. Последние нумеруют-
ся. С правой и левой стороны от главного идут первые
лепестки, затем вторые и т. д. Между лепестками есть
зоны, в направлении которых антенна не принимает и не
излучает. Эти направления называют нулями диаграммы
направленности. Ширина диаграммы в горизонтальной
или вертикальной плоскости характеризуется углом
раствора главного лепестка — углом, при котором мощ-
ность на входе телевизора уменьшается в два раза или
напряжение уменьшается в 1,41 раза.
По ширине главного лепестка судят о направленных
свойствах антенны. Чем эта ширина меньше, тем больше
направленность.
Уровень боковых и задних лепестков характеризует
з*
43
Рис. 20. Диаграмма направленности антенны в полярной системе
координат
Рис. 21. Диаграмма направленности антенны в прямоугольной
системе координат
44
помехозащищенность антенны.
Она определяется с помощью
коэффициента защитного дей-
ствия (КЗД) антенны, под ко-
торым понимают отношение
мощности, выделяемой антен-
ной на согласованной нагрузке
при приеме с заднего или боко-
вого направления, к мощности
на той же нагрузке при приеме
с главного направления.
6. ПОЛОСА ПРОПУСКАНИЯ
АНТЕННЫ
Полоса пропускания прием-
ной телевизионной антенны
представляет собой спектр час-
тот, в пределах которого
выдержаны все основные зна-
чения ее электрических харак-
теристик. Частотная характе-
ристика настроенной антенны
подобна резонансной кривой
колебательного контура. По-
этому по аналогии с потосой
пропускания контура может
быть определена и полоса про-
Рис. 22. Диаграмма на-
правленности полувол-
нового вибратора в сво-
бодном пространстве:
а — в горизонтальной плос-
кости; б — в вертикальной
плоскости
пускания антенны.
На резонансной
(фиксированной) частоте антенна
имеет определенную величину входного сопротивления,
которое согласуется с сопротивлением нагрузки. За та-
кую частоту обычно принимается средняя частота теле-
визионного канала, на которой реактивное сопротивление
антенны равно нулю. На частотах же ниже резонансной
она носит емкостной характер, а на частотах выше резо-
нансной — индуктивный.
Таким образом, изменение частоты приводит как к
изменению активной составляющей, так и к появлению
реактивной составляющей входного сопротивления.
Вследствие этого мощность, подводимая к нагрузке,
уменьшается. Особенно это заметно на крайних часто-
тах, наиболее удаленных от резонансной частоты. До-
пустимо уменьшение мощности не более чем в два раза.
45
Исходя из этого шириной полосы пропускания 2Af счи-
тается такой спектр частот вблизи резонансной часто-
ты /о, в пределах которого подводимая к нагрузке мощ-
ность уменьшается не более чем в два раза или ток в
контуре составляет не менее 0,707 от максимального
значения на резонансной частоте.
Для обеспечения хорошего качества приема антенна
должна пропускать весь спектр частот телевизионного
сигнала, который для одного канала, по существующему
у пас стандарту равен 8 МГц Качество изображения
остается еще достаточно хорошим, если антенна пропус-
кает полосу частот не менее 6 МГц. Дальнейшее суже-
ние полосы частот приводит к ухудшению качества изо-
бражения и к потере его четкости Самый эффективный
метод расширения полосы пропускания — уменьшение
эквивалентного волнового сопротивления вибратора за
счет увеличения его поперечных размеров. Таким путем
увеличивается погонная емкость и уменьшается погонная
индуктивность вибратора. Кроме всего прочего полоса
пропускания антенны ограничивается и полосой пропус-
кания фидера снижения.
Одно из условий, ограничивающее полосу пропуска-
ния антенны,— допустимое искажение диаграммы на-
правленности. Так, например,диаграмма направленности
симметричного вибратора почти не изменяется с изме-
нением длины волны от оо до 1=2/. Дальнейшее же
уменьшение длины волны уменьшает главный лепесток
диаграммы направленности, перпендикулярный к осн
вибратора, и увеличивает боковые лепестки. Пределом
укорочения длины волны является условие Л>//0,6, когда
боковые лепестки еще невелики по сравнению с основ-
ным лепестком.
7. КОЭФФИЦИЕНТ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ
Коэффициент бегущей волны характеризует степень
согласованности антенны с фидером снижения и числен-
но равен отношению напряжения (или тока) в минимуме
к напряжению (или току) в максимуме:
min
Umax
При чисто бегущей волне ток и напряжение по длине
фидера не имеют ни минимума, ни максимума, и КБВ
46
равен единице. Если же в
фидере существует только
стоячая волпа, то мини-
мум тока и напряжения
равен пулю и КБВ также
равен нулю. Коэффициент
полезного действия фи-
дерной линии имеет мак-
симальное значение в том
случае, когда в фидере
устанавливается режим
бегущей волны. При из-
менении КБВ в пределах
от 1 до 0,5 коэффициент
полезного действия умень-
шается всего на 10%
(рис. 23).
Рис. 23. Зависимость коэффи-
циента полезного действия от
КБВ филера
Глава 4
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ ДЛЯ
БЛИЖНЕГО ПРИЕМА ТЕЛЕВИДЕНИЯ
1 НАРУЖНЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ
Если расстояние до телевизионной станции невелико,
то можно применять комнатные антенны. Однако следу
ет иметь в виду, что такие антенны работают в иных ус-
ловиях, чем наружные. Внутри помещения электромаг-
нитное поле УКВ многократно отражается от стен и
разных предметов и имеет, как правило, иитерференци
онпый характер. Поэтому зачастую достаточно комнат-
ную антенну несколько передвинуть, чтобы условия при
ема резко изменились.
Телевизионные станции излучают горизонтально по-
ляризованные электромагнитные поля, но в помещении
они представляют собой совокупность горизонтально и
вертикально поляризованных полей. Это объясняется
наличием металлических предметов, в том числе и про
водов, которые принимают электромагнитные волны и
излучают их обратно, искажая поляризацию основного
поля По сравнению с наружными комнатные антенны
47
более чувствительны к местным помехам, что является
одним из существенных их недостатков.
При неблагоприятных условиях приема на комнатную
антенну, а также при приеме телевидения в зоне уверен-
ного приема, но на некотором удалении от телецентра,
приходится применять наружные антенны. Наиболее
распространенный тип наружной приемной антенны —
симметричный полуволновой вибратор, схематически
изображенный на рис. 16. Он состоит из двух одинаковых
трубок диаметром 10...20 мм, расположенных по одной
прямой па небольшом расстоянии друг от друга. Его
диаграмма направленности в горизонтальной плоскости
имеет вид восьмерки, в вертикальной плоскости — круга.
Чтобы вибратор был настроен в резонанс с принима-
емой частотой, его длина должна быть немного меньше
половины средней длины волны телевизионного канала.
Это объясняется тем, что геометрическая длина вибрато-
ра отличается от его электрической длины. Обе длины
сравняются только в том случае, когда диаметр вибра-
тора принимает бесконечно малую величину.
Путем укорочения полуволновой вибратор может
быть точно настроен в резонанс, и тогда его входное со-
противление будет чисто активным и численно равным
сопротивлению излучения. В дальнейшем во всех слу-
чаях при упоминании о полуволновом вибраторе будем
иметь в виду, что речь идет об укороченном вибраторе.
Величина входного сопротивления симметричного по-
луволнового, настроенного в резонанс, вибратора равна
73 Ом и не зависит от диаметра провода.
На рис. 16, а приведена схема присоединения несим-
метричного коаксиального кабеля к симметричному по-
луволновому вибратору с помощью симметрирующего
мостика, а на рис. 16, б — с помощью [/-колена, изгото-
вленного из коаксиального кабеля. Размеры U колена
определяют исходя из средней длины волны ?.ср телеви-
зионного канала.
Другой тип внешней приемной антенны — полуволно-
вой шлейф-вибратор Пистолькорса. Его диаграмма на-
правленности и коэффициент направленного действия
такие же, как и у обычного полуволнового вибратора.
Входное сопротивление петлевого вибратора зависит
от соотношения диаметров трубок di и d2 от расстояния
между ними, отнесенного кд тине волны. При вход-
ное сопротивление вибратора равняется приблизительно
48
292 Ом, т. е, в четыре раза больше входного сопротивле-
ния обычного полуволнового вибратора (см. рис. 17).
Входное сопротивление не изменяется вплоть до значения
$/Аср=0,06...0,07. Дальнейшее увеличение этого отноше-
ния уменьшает входное сопротивление. При одном и том
же диаметре трубок петлевой вибратор пропускает бо-
лее широкую полосу частот по сравнению с обычным ви-
братором (приблизительно в 1,5 раза). Это происходит
потому, что при параллельном соединении двух линей-
ных вибраторов общая индуктивность уменьшается, так
как Lo6 =———> а емкость суммируется. Поэтому
^1 Н^-2
отношение L/C у петлевого вибратора меньше, а полоса
пропускания больше,чем у обычного вибратора. В цент-
ре петлевого вибратора (в точке О) находится узел на-
пряжения, т. е. нулевой потенциал, и вибратор в этом
месте можно крепить к мачте и заземлять.
В табл. 4 указаны расстояния от вибратора до корот-
козамыкающей перемычки симметрирующего мостика
для разных телевизионных каналов.
Таблица 4
Телевизионные
каналы
| 5 | 6-7 | 8-9 | 10-12
Длинна симметри-
рующего мостика,
мм 1430 1200 940 850 780 415 380 345
Симметрирующий мостик изготовляется из металли-
ческих трубок диаметром от 10 до 20 мм. Настройка его
достигается путем перемещения перемычки вдоль трубок.
Длина обычного полуволнового вибратора равняется
l=l.v/2K, т. е. немного меньше половины средней длины
волны. Коэффициент укорочения К для настройки вибра-
тора в резонанс зависит от диаметра или поперечного
сечения материала, из которого изготовлен вибратор.
Определяется он из графика (рис. 24), где по горизонта-
ли отложены отношения расчетной длины волны к ди-
аметру провода антенны (лРи d выражены в мм). Если
вибратор изготовлен из металлической полосы, то в ка-
честве его эквивалентного диаметра нужно принимать
половину ширины этой полосы.
При дальнем приеме телевидения звуковое сопрово-
ждение обычно бывает нормальным, а изображение —
49
Рис. 24. График для определения коэффициента укорочения виб-
ратора для настройки в резонанс
слабым. И в этом случае за расчетную длину волны луч-
ше принимать не ее среднюю длину, а немного большую,
т. е. лежащую ближе к несущей частоте передатчика
сигналов изображения. На рассчитанную таким образом
антенну звуковое сопровождение и изображение будут
приниматься хорошо.
Зная длину вибратора для 1-го телевизионного капа-
ла, можно легко определить необходимую длину и для
других каналов. Так, для 2-го канала необходимо длину
вибратора для 1-го капала умножить па коэффициент
0,85, для 3-го — па 0,66 и т. д. Таким образом, длина
вибратора укорачивается пропорционально укорочению
средней длины волны Расстояние между торцами трубок
вибраторов принимается равным 50...60 мм для 1—12 го
каналов и 20...30 мм—для каналов диапазона децимет-
ровых волн.
Чтобы настроить в резонанс шлейф вибратор, его
также надо укоротить. Коэффициент укорочения опреде-
ляется по графику, приведенному на рис. 24, по вместо
диаметра трубки следует пользоваться эквивалентным
диаметром d3 петлевого вибратора, который определя-
ется из формулы
d3—V 2ds,
где d — диаметр трубки вибратора, мм; s— расстояние
между осями трубок, мм.
50
Рис. 25. Распределение тока и напряжения в вибраторах:
а—в симметричном (разрезном); b — в петлевом
На рис. 25 изображены обычный полуволновой вибра-
тор, шлейф-вибратор и распределение тока и напряже-
ния в них. Расстояние между осями трубок шлейф-виб-
ратора должно быть 60... 120 мм, в зависимости от диа-
метра трубок и телевизионного капала (длины волны).
При изготовлении вибраторов из проводов полоса
пропускания антенного устройства значительно уменьша-
ется, что отражается на качестве принимаемого
изображения. Чтобы обеспечить пропускание широкой
полосы частот вибраторы изготовляются из трубок
или стержней не менее 12 мм. Их можно сделать и из
стальных труб, поверхность которых очищается от ржав-
чины и покрывается краской.
Полуволновые вибраторы рекомендуется применять
на расстояниях до 20 км от телевизионной станции, если
вблизи нет больших строений, а местные помехи имеют
небольшой уровень. Если же антенну окружают высокие
здания или другие сооружения, то вибратор может при-
нимать как прямой, так и отраженный луч, в результате
чего на экране телевизора изображение будет нечетким
или станет двоиться. В этом случае придется применить
более сложную антенну, состоящую из активного и пас-
сивного вибраторов. Последний помещается сзади ак-
тивного вибратора на расстоянии (0,15.. 0,2) АсрИ называ-
ется рефлектором (отражателем) (рис. 26). Длина реф-
лектора должна быть больше длины активного вибратора
51
Рис. 26. Двухэлементная телевизионная антенна и диаграмма ее на-
правленности в горизонтальной плоскости
Рис. 27. Трехэлементная телевизионная антенна и диаграмма ее на-
правленности в горизонтальной плоскости
па 5...15%. У такой антенны односторонняя диаграмма
направленности в горизонтальной и вертикальной плос-
костях, вследствие чего резко уменьшается прием отра-
женных лучей и помех, приходящих с тыльной стороны
антенны. Дальность приема на двухэлементную антенну,
помещенную на высоте 10...15 м, увеличивается примерно
до 40 км.
Для приема телевидения на большие расстояния и в
особо неблагоприятных условиях, при наличии помех и
отраженных лучей рекомендуется использовать трехэле-
ментную антенну, состоящую из вибратора, рефлектора
и директора (рис. 27). Директор размещается спереди
активного вибратора на расстоянии примерно 0,1 Zcp.
52
Таблица 5
Геометрические размеры трехэлементиой антенны
Капал [Средняя длн- 1 на волны, м | | А, мм | |! Б, мм | В. мм | а, мм | б, мм | *п. мм
1 5,72 3020 2690 2350 875 585 1900
2 4,84 2560 2275 1990 740 495 1600
3 3 55 1980 1765 1540 575 385 1240
4 3,41 1800 1605 1400 625 350 1120
5 3,13 1650 1470 1285 480 320 1030
6 1 68 875 780 682 258 172 560
7 1,61 850 755- 660 246 165 535
8 1,55 816 728 636 238 158 515
9 1,48 780 695 606 227 152 495
10 1,43 754 672 586 219 146 475
11 1,37 722 644 562 210 140 455
12 1 32 695 620 540 202 135 440
21 0,632 332 298 270 98 65 210
22 0,622 328 294 265 96 64 206
23 0,611 320 287 258 94 63 202
24 0,602 315 284 254 93 62 202
25 0,592 312 280 252 92 61 197
26 0,583 306 275 246 90 60 192
27 0,575 300 270 242 88 59 190
28 0,565 295 265 238 87 58 188
29 0 556 290 261 235 86 57 184
30 0,548 285 256 230 85 56 182
31 0,541 282 254 228 83 55 180
32 0,533 278 250 225 82 55 177
33 0,525 274 246 220 81 54 174
34 0,518 270 243 218 80 53 172
35 0,512 268 241 216 79 52 170
36 0,505 264 237 212 78 52 168
37 0,498 260 234 210 77 51 165
38 0,492 256 231 206 76 50 163
39 0,485 254 228 204 75 50 161
Такая антенна имеет более узкую объемную диаграмму
направленности. Основные размеры трехэлементной
антенны приведены в табл, 5. Для двухэлементной ан-
тенны размеры А, Б и /п те же, что и для трехэлементиой.
Антенны, состоящие из активного вибратора, рефлек-
тора, одного или нескольких директоров, получили на-
звание антенн типа волновой канал.
На расстояниях свыше 50 км от телевизионной стан-
ции применяются четырех- и пятиэлемеитные антенны
типа волновой канал или антенны другого типа, у кото
рых высокий коэффициент усиления и ботее острая ди-
аграмма направленности. Как видно из рис. 28, пятиэле-
ментная антенна имеет очень узкую диаграмму направ-
53
Ha телецешпр
Рис. 28. Пятиэлсмоптпая телевизионная антенна и диаграмма ее
направленности в горизонтальной плоскости
ленности в горизонтальной плоскости. С увеличением
числа элементов уменьшается полоса пропускания и ве-
личина входного сопротивления, что является одним из
недостатков многоэлемептпых антенн.
Основные размеры пятиэлемептпой антенны приве-
дены в табл. 6. В многоэлемептпых антеннах типа вол-
новой канал в качестве активного вибратора применя-
ется шлейф-вибратор Пистолькорса, имеющий большое
входное сопротивление, равное 292 Ом.
Объемная диаграмма направленности антенны вол-
новой канал имеет форму сигары, вытянутой в сторону
директоров Такая форма получается в результате сло-
жения полей активного вибратора, рефлектора и дирек-
торов. Активный вибратор создает вокруг себя в плос-
кости, перпендикулярной к его оси, электромагнитное
поле, которое наводит токи в рефлекторе и директорах.
В результате этого они сами излучают электромагнит-
ные поля. Подбором размеров излучателей антенны и
расстояния между ними добиваются такого соотноше-
ния фаз всех полей, чтобы они в направлении директо-
ров складывались, а в направлении рефлектора — вычи-
тались. Таким образом, система директоров образует
Таблица в
Геометрические размеры пятиэлемеитной антенны
Канал А, мм Б, мм в, мм Г, мм д. мм а, мм б, мм в, мм г, мм »S'
1 3040 2740 2510 2490 2430 1200 730 700 740 950
2 2650 2340 2130 2100 2060 1030 620 590 625 810
3 2060 1790 1650 1630 1600 790 480 460 485 627
4 1870 1620 1500 1480 145(5 720 435 420 440 560
5 1710 1510 1370 1360 1330 660 400 380 400 515
6 862 748 748 714 692 375 220 414 498 280
7 825 716 716 685 662 359 211 396 477 265
8 788 686 686 655 633 343 202 379 456 255
9 760 660 660 630 610 330 195 365 440 245
10 732 636 636 608 588 319 188 352 424 235
11 706 614 614 587 568 308 181 340 409 225
12 682 592 592 565 547 297 174 327 394 220
своеобразный волновой канал, вдоль которого распрос-
траняется электромагнитная энергия.
Ширина диаграммы направленности антенны волно-
вой канал зависит от числа директоров. Чем их больше,
тем диаграмма уже. Обычно бывает от 1 до 10 директо-
ров. При дальнейшем их увеличении диаграмма направ-
ленности сужается слабо, а антенна становится гро-
моздкой.
Для получения необходимого соотношения фаз полей
излучателей рефлектор делается па 10.. 20% длиннее, а
директоры на 8..15% короче активного вибратора. Сле
довательно, пассивные вибраторы, настроенные на час-
тоту, несколько превышающую принимаемую, действуют
как директоры, и наоборот, настроенные на частоту не-
сколько ниже принимаемой действуют как рефлектор.
Расстояние между активным вибратором и рефлек-
тором берется (0,15. 0,25) АР, а между директорами,
между активным вибратором и первым директором
(0,1 ..0,2) Ар . Для того чтобы многоэлементная антенна
типа волновой канал хорошо работала, расстояния между
вибраторами и их размеры должны быть тщательно вы-
держаны Для подстройки антенны ее пассивные вибра-
торы снабжаются подстроечными наконечниками, ко-
торые после окончательной настройки жестко закреп-
ляются.
Коэффициент усиления многоэлементпой антенны ти-
55
па волновой канал зависит от числа пассивных элемен-
тов, их диаметра и расстояния между вибраторами. Осо-
бенно сильно он зависит от расстояния между активным
вибратором и рефлектором, между активным вибратором
и первым директором, а также от длины вибраторов. Ко-
эффициент направленного действия антенны приближен-
но можно определить по графику (рис. 29).
Если нужно немного расширить полосу пропускания,
то этого можно добиться, увеличивая расстояние между
элементами до (0,16...0,2) Лр. Но при этом уменьшится
коэффициент усиления. Учитывая уменьшение полосы
пропускания, размеры многоэлементной антенны выби-
рают не по средней длине волны канала, а по расчетной
длине, лежащей между двумя несущими частотами, бли-
же к несущей частоте сигналов изображения. Этим до-
стигается улучшение прохождения нижних частот, что
необходимо для повышения устойчивости синхронизации.
В результате может наблюдаться некоторое ослабление
несущей частоты звукового сопровождения Но его мож-
но увеличить за счет укорочения первого директора на
8...10% по сравнению с активным вибратором. Таким спо-
собом полоса пропускания немного расширяется в сто-
рону высоких частот, что улучшает прохождение сигна-
лов звукового сопровождения. Зависимость коэффициен-
та усиления двухэлементной антенны от расстояния
между элементами при оптимальной настройке пассив-
ного вибратора показана на рис. 30.
С увеличением количества пассивных элементов и
уменьшением расстояния между активным и пассивным
вибраторами входное сопротивление антенны резко
уменьшается. Величины входных сопротивлений разных
типов антенн приведены в приложении 2.
При отсутствии труб широкополосную антенну можно
изготовить из проводов На рис. 31 показано устройство
такой антенны, рассчитанной на прием передач по 1-му
телевизионному каналу. Каждое плечо состоит из трех
проводов с треугольной распоркой, которая сделана из
провода диаметром 3 мм. Полотно антенны можно изго-
товить из антенного канатика или медного провода диа-
метром 1.5...3 мм. Сторону треугольника-распорки можно
принять равной 100 мм. Провода антенны припаиваются
по концам и к вершинам треугольной распорки.
Антенна подвешивается между опорами на крыше
здания и ориентируется на телецентр, как обычный по-
56
Рис. 29. График зависимости
коэффициента D от отношения
L/k:
L — длина антенны, к — рабочая длина волны
Рис. 30. График зависимости коэффициента усиления двух-
элементной антенны от расстояния между элементами, выра-
женного В длинах волн Лр :
1 — вибратор с директором; 2 — вибратор с рефлектором
Рис. 31. Широкополосная телевизионная антенна
57
луволновой вибратор. Снижение можно сделать из двух-
жильного экранированного кабеля, а при его отсутствии
из неэкранированного двухжильного провода или из про-
вода марки ПР Входное сопротивление антенны зави-
сит от отношения ее поперечного сечения к длине. Чем
оно больше, тем ниже входное сопротивление. При уве-
личении поперечного сечения уменьшается длина виб-
ратора, необходимая для создания резонанса. Такая ан-
тенна может подключаться к телевизору без симметри-
рующего устройства.
Расстояние между осями трубок петлевого вибратора
равно: для 1—5-го каналов 92 мм, для 6—12-го кана-
лов 80 мм, для 21—39-го каналов 30...40 мм. В таблице
даны размеры антенны, все элементы которой изготов-
лены нз одинаковых трубок диаметром: для 1—5-го ка-
налов 18 мм, для 6—12-го каналов 12 мм, для 21—39-го
каналов 8 мм. Трехэлемептпая антенна имеет входное со-
противление около 100 Ом и КНД, равный 6. Антенна,
состоящая из активного вибратора и рефлектора, имеет
входное сопротивление около 200 Ом и КНД, рав-
ный 2,5.
Фидер из коаксиального 75-омного кабеля должен
присоединяться к активному вибратору двухэлементной
антенны с помощью симметрирующей петли, размеры
которой указаны в табл. 5, а трехэлементной антенны —
с помощью симметрирующего мостика или шлейфа, раз-
меры которого приведены в табл. 4
Диаметр трубок активных и пассивных вибраторов
такой же, как и для трехэлементной антенны, а величину
можно определить из следующей формулы:
.. __ ^£Р
4J/T 6 ’
В качестве активного вибратора применен шлейф-виб-
ратор Пистолькорса. Входное сопротивление пятиэлемент-
нон антенны равно 50...60 Ом, коэффициент направлен-
ного действия равен примерно 11. Коэффициент усиления
антенн по напряжению относительно полуволнового
вибратора равен: двухэлементной антенны 1,4, трех-
элементной 1,8... 1,9, пятиэлементной 2,7...2,8. Угол раст-
вора основного лепестка диаграммы направленности по
уровню напряжения 0,7 составляет для трехэлементиой
антенны 70°, пятиэлементной 50°.
Глава 5.
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ ДЛЯ
ДАЛЬНЕГО ПРИЕМА ТЕЛЕВИДЕНИЯ
1 МНОГОЭЛЕМЕНТНЫЕ АНТЕННЫ ТИПА
ВОЛНОВОЙ КАНАЛ
Под дальним приемом телевидения понимают прием
на границе зоны прямой видимости или за ее границей,
где напряженность электромагнитного поля имеет не-
большую величину. Чтобы в этих условиях получить зна-
чительное отношение сигнала к шумам па входе теле-
визора, антенна должна иметь большой коэффициент
усиления. Этим условиям удовлетворяют только слож-
ные антенны. На границе зоны прямой видимости часто
применяют антенны типа волновой канал, имеющие по
5..10 пассивных вибраторов На первых пяти телевизи-
онных каналах их почти не делают из-за больших разме-
ров и недопустимо узкой полосы пропускания. На более
же высоких частотах (свыше 6-го каната) они находят
применение, так как в этом случае полоса пропускания
составляет около 2...2,5% средней частоты, т. е. около
4...5 МГц. Сужение полосы частот, конечно, ухудшает
качество изображения, но при дальнем приеме с этим
приходится мириться Однако надо знать, что настройка
таких антенн довольно сложна. Именно поэтому, изго-
товленные в радиолюбительских условиях, они будут
иметь значительно мепыпую величину коэффициента уси-
ления
Антенна типа волновой канал — одноканальпая, и в
этом ее существенный недостаток. В настоящее время
работает множество телевизионных станций и большин-
ство из них передает по две и более программ. Дальность
приема значительно сократилась, поэтому многоэлемент-
ные антенны в последнее время используются редко.
В табл. 7 приведены основные размеры семиэлементпой
антенны типа волновой канал для 6—12 го телевизион-
ных каналов. Принцип устройства этих антенн рассмот-
рен в гл. 4
Порядок обозначения размеров элементов антенны и
расстояний между ними такой же, как и у пятиэлемент-
ной антенны. Мпогоэлементпые антенны имеют малое
59
Таблица 7
Геометрические размеры семиэлементной антенны
10 710 595 585 595 580 570 560 420 250 350 340 225 240
И 680 575 570 580 570 560 550 400 240 340 330 220 230
12 660 555 550 560 550 540 530 390 230 330 315 210 220
входное сопротивление, поэтому коаксиальный кабель
снижения должен присоединяться к активному вибрато-
ру с помощью (/-колена.
2. СИНФАЗНЫЕ МНОГОЭТАЖНЫЕ АНТЕННЫ
При дальнем приеме телевидения лучше всего исполь-
зовать многоэтажные синфазные антенны с большим ко-
эффициентом усиления. Синфазными называются систе-
мы, состоящие из нескольких антенн, расположенных в
одной плоскости на определенных расстояниях друг от
друга и возбуждаемых в одной фазе. Такие настроенные
антенны способны работать в узком диапазоне частот.
Вибраторы должны быть включены таким образом, что
бы их токи на входе фидера или на входе приемного уст-
ройства складывались в фазе. Антенны лучше всего рас-
полагать по вертикали на расстоянии, равном половине
средней длины волны принимаемого канала.
На рис. 32 и 33 показаны схемы простейших синфаз-
ных антенн и распределение токов в них. В первом слу-
чае (рис. 32) этажи соединены прямым двухпроводным
фидером, а коаксиальный кабель с симметрирующей пет-
лей присоединен посередине двухпроводного фидера. Как
видно из схемы распределения токов в антенне, в месте
подключения фидера имеет место узел тока, входное со-
противление равняется приблизительно входному сопро-
тивлению одного вибратора. При таком соединении эта-
жей антенны, в зависимости от диаметра проводов
соединительной линии и расстояния между проводами,
входное сопротивление может быть разной величины.
60
Рис. 32. Простейшая синфаз-
ная антенна:
а — с прямым соединительным фи-
дером; б — схема распределения
токов
Рис. 33 Простейшая синфазная антенна:
а — с перекрещенным соединительным фидером; б — схема распреде-
ления токов
61
Это объясняется трансформирующими свойствами отрез-
ков соединительной линии, имеющей длину от места под-
ключения фидера до каждого этажа Z/4. Необходимое
входное сопротивление определяется расчетом антенно-
фидерной системы.
Во втором случае (рис. 33) этажи соединены двух-
проводным перекрещенным фидером, а кабель снижения
присоединен около нижнего вибратора. В точках его при-
соединения имеет место пучность тока. Входное сопро-
тивление будет меньше входного сопротивления одного
из вибраторов приблизительно в два раза. Это и понят-
но. Ведь входные сопротивления этажей антенны оказы-
ваются соединенными параллельно, благодаря свойствам
соединительной линии длиной в полволны. Двухэтажную
антенну лучше соединять по схеме, изображенной на
рис. 32, обеспечивающей большую полосу пропускания
частот.
Максимальное излучение плоскостных синфазных ан-
тенн направлено перпендикулярно к плоскости вибрато-
ров. При расстоянии между этажами в полволны антен-
на становится менее чувствительной к всевозможным
помехам, особенно индустриальным, приходящим снизу,
так как они наводят в вибраторах противофазные токи
(сдвинутые на 180е), которые на входе фидера взаимно
уничтожаются. В связи с этим двухэтажные синфазные
антенны значительно слабее принимают помехи, прихо-
дящие снизу, чем, например, одноэтажные антенны. Чис-
ло этажей должно быть четным. В противном случае
появится прием снизу. Кроме того, у двухэтажных ан-
тенн главный лепесток диаграммы направленности в вер-
тикальной плоскости сильнее прижат к поверхности зем-
ли, что позволяет осуществить более дальний прием.
При увеличении расстояния между этажами от поло-
вины до одной длины волны коэффициент направленнос-
ти возрастает на 15...20°/о, но антенна становится при
этом неоправданно громоздкой. При приеме передач на
6—12-м и высших каналах этажи в антенне можно рас-
полагать на расстояниях, равных длине волны
Двухэтажная синфазная антенна, состоящая только
из активных вибраторов, принимает волны, приходящие
с двух взаимно противоположных направлений. Коэффи-
циент направленного действия такой антенны равен при
мерно 2,4 Чтобы сделать антенну однонаправленной, в
каждом этаже к вибратору добавляют по рефлектору.
62
Коэффициент направлен-
ности такой антенны уве-
личивается до 6,5. Для
получения удовлетвори-
тельного приема при зна-
чительном удалении от
телецентра целесообразно
применять двухэтажные
трех-, четырех- или пяти-
элементпые синфазные
антенны, имеющие боль-
шой коэффициент усиле-
ния.
На рис. 34 дана схема
соединения двух пятиэле-
мептных антенн, па кото-
рой изображены только
петлевые вибраторы, так
как данные о размерах и
размещении пассивных
вибраторов в каждом эта-
же приведены в табл. 6
Рис. 34 Схема соединения эта-
жей двухэтажной пятиэлемент*
ной синфазной антенны:
/, 2 —снижения верхнего и ниж-
него этажей; 3 — симметрирующее
U колено: 4 — реактивный коротко-
замкнутый шлейф; 5— согласую-
щий трансформатор: 6 — кабель
снижения; 7 — соединения экранов
кв концах кабеля
Этажи соединены между
собой с помощью коакси-
ального кабеля, подклю-
чаемого к вибраторам че-
рез [/-колено. Снижение
этажей делается из 75-
омного коаксиального
кабеля и имеет длину,
равную половине сред-
ней длины волны принимаемого капала.
Отрезки I, 2.
3, 4 изготовляются из кабеля с волновым сопротивлением
75 Ом, а согласующий трансформатор 5 — из 50-омного
кабеля. Размеры отрезков кабеля в мм приведены в
табл. 8 Реактивный короткозамкнутый шлейф делается
Таблица 8
Размеры отрезков кабеля
Капал 1 2 3 4 5 в 7 в 9 10 II 12
Размер 2 1900 1600 1240 1120 1030 560 о35 515 495 475 455 410
Размеры 4 5 950 800 620 560 515 280 270 260 250 240 2.30 220
63
из 75-омного кабеля. Внутренняя жила шлейфа на сво-
бодном конце припаивается к экрану.
Если расстояние между этажами принято равным
длине волны, то длины отрезков кабеля 2, приведенные
в таблице, должны быть удвоены. Размеры отрезков 4, 5
остаются без изменения.
Размеры элементов антенны для любого канала мо-
гут быть определены путем умножения размеров антен-
ны, рассчитанной для работы в первом телевизионном
канале, па коэффициент а, приведенный в табл. 9. Так
определяются и размеры всех соединительных кабелей,
в том числе и кабеля короткозамкнутого шлейфа. Этот
шлейф, служащий для улучшения частотной характерис-
тики 50-омного четвертьволнового трансформатора, на
каждом канале необходимо подстраивать изменением
длины.
Таблица 9
Коэффициент а для определения размеров антенны
Канал 1 2 3 4 5 б 7 8 10 11 12
Коэффи-
циент а 1 0,85 0,66 0,6 0,55 0,3 0,28 0,27 0,26 0,25 0,24 0,23
Коэффициент а определяется делением средней час-
тоты 1-го канала па среднюю частоту нужного канала.
Например, для 10-го канала этот коэффициент равен
52,5 : 210 = 0,25. Можно его определить и путем деления
средней длины волны требуемого канала на среднюю
длину волны 1-го канала. Полоса пропускания синфаз-
ных антенн около 6 МГц.
Двухэтажные антенны могут быть трех-, четырех- или
пятиэлементными. Четырехэтажные антенны обычно де-
лают трехэлементными, так как пятиэлементные очень
громоздки и пропускают более узкую полосу частот.
Отдельные антенны, образующие синфазную решетку, мо-
гут располагаться как по вертикали, так и по горизон-
тали. При разносе антенн по горизонтали происходит су-
жение диаграммы направленности в горизонтальной
плоскости, а по вертикали — в вертикальной плоскости.
3. МНОГОВИБРАТОРНЫЕ СИНФАЗНЫЕ
АНТЕННЫ
По принципу многоэлемептных антенн типа волновой
канал могут быть изготовлены как одноэтажные, так и
многоэтажные многовибраторные антенны. В них роль
директоров и рефлекторов выполняют активные вибра-
торы. Для таких антенн характерна довольно острая ди-
аграмма направленности.
Рассмотрим многовибраторную синфазную антенну,
на которую успешно осуществлялся дальний прием пере-
дач Киевского телецентра по 2-му телевизионному кана-
лу в Чернигове, на расстоянии около 130 км. Приемная
антенна была установлена на крыше трехэтажного зда-
ния на высоте около 15 м. Передающая антенна находи-
лась на высоте около 200 м.
На рис. 35 изображена двухэтажная четырехвибра-
торная синфазная антенна с петлевыми вибраторами, из-
готовленными из латунных трубок диаметром 16 мм.
В каждом этаже антенны расположены два полуволно-
вых активных вибратора на расстоянии примерно в чет-
верть средней длины волны. Радиоволна от УКВ пере-
датчика приходит к ним с разницей фаз в четверть пе-
риода (длины волны). Понятно, что и между токами в
вибраторах существует такая же разница фаз, причем
фаза тока в вибраторе / отстает от фазы тока в вибра-
торе 2. Ток второго вибратора приходит к точкам вклю-
чения вертикального фидера, соединяющего оба этажа
антенны, в фазе с током первого вибратора. Следователь-
но, токи обоих вибраторов, наведенные волной, приходя-
щей со стороны второго вибратора, складываются в месте
присоединения их к вертикальному фидеру. Токи же, на-
веденные волной, приходящей с противоположной сторо-
ны, по той же причине имеют противоположные фазы.
Сложение этих токов в точках подключения вертикаль-
ного фидера приводит к взаимному их уничтожению, в
результате чего прием радиоволн, приходящих с проти-
воположной стороны, становится невозможным. Соеди-
нение вибраторов между собой в каждом этаже произво-
дится с помощью горизонтальных фазирующих фидеров
длиной Аср/4, у которых вотповое сопротивление около
240 Ом
Этажи антенны соединяются с вертикальным фазиру-
ющим фидером. Провода этого фидера могут соединять
65
или идентичные концы
верхнего и нижнего виб-
раторов (левый с левым
и правый с правым), или
противоположные концы.
В первом случае коакси-
альный кабель фидера
снижения с симметрирую-
щей петлей присоединяет-
ся к вертикальному фиде-
ру посередине между эта-
жами, во втором случае
(с согласующим и сим-
метрирующим (7-коле-
ном) около нижнего виб-
ратора— к местам соеди-
нения проводов верти-
кального и горизонталь-
ного фидеров.
Входное сопротивление
полуволнового петлевого
вибратора составляет
292 Ом. Расстояние меж-
Рнс. 35, Конструкция двух-
этажной четырехвибраториой
синфазной антенны:
/—симметрирующее £•'-колено; г —
фидер; 3 — изоляторы: 4 — оттяжки
ду вибраторами в каждом этаже составляет примерно
четверть средней длины волны. Следовательно, горизон-
тальный фазирующий фидер представляет собой чет-
вертьволновый отрезок линии, который может трансфор-
мировать сопротивление как в сторону повышения, так и в
сторону понижения. Длина горизонтального фидера бе-
рется на 2...3% меньше четверти средней длины волны,
если фидер изготовлен из проводов диаметром 2...3 мм,
и на 3...5% меньше, если фидер изготовлен из трубок не-
большого диаметра.
Длина фидера рассчитывается исходя из средней дли-
ны волны, поэтому для несущих частот сигналов изоб-
ражения и звукового сопровождения он не будет отрез-
ком линии, точно равным ЛСр/4. Активные вибраторы
в каждом этаже располагаются друг от друга на расстоя-
нии (0.22...0.24) ?,ср. При правильном расчете размеров
горизонтальных фидеров и точном их изготовлении мож-
но получить общее входное сопротивление каждого этажа
антенны около 240 Ом. Входное сопротивление каждого
этажа будет несколько меньше сопротивления одиночно-
го петлевого вибратора, что объясняется взаимным влия-
66
Рис. 36. Диаграмма направленности
двухэтажной четырехвибраториой
синфазной антенны в горизонтальной
плоскости
SO'
270
нием двух близко расположенных вибраторов. При
подключении кабеля снижения с симметрирующей
петлей посередине вертикального фидера входное сопро-
тивление всей антенны будет таким же, как и входное
сопротивление одного этажа, т. е около 240 Ом. Это и
понятно. Ведь каждая половина вертикального фидера
от клемм антенной системы до каждого этажа — это
четвертьволновый отрезок двухпроводной линии. Такая
антенна в зависимости от схемы соединения этажей
с вертикальным фазирующим фидером соединяется с 75-
омным кабелем или с помощью симметрирующей петли
или с помощью П-колена.
Первые вибраторы должны иметь одинаковую длину,
соответствующую принимаемому телевизионному кана-
лу. Вторые вибраторы, которые одновременно являются
и директорами, укорачиваются иа 3 .5%. Диаграмма на-
правленности двухэтажной четырехвибраториой синфаз-
ной антенны в горизонтальной плоскости изображена па
рис. 36. При соединении этажей, как показано на рис. 35,
входное сопротивление антенной системы составляет
100...110 0M.
В качестве примера приведем размеры антенны, рас-
считанной на прием программ Киевского телецентра по
2 му каналу: /]=236О мм, /2=2300 мм, s=1180 мм, ft=
— 2370 мм, d=90.MM, &=30 мм. Вертикальный и гори-
зонтальный фазирующие фидеры делались из 3-мм
медной проволоки с расстоянием между проводами 30 мм.
АНТЕННЫ ДЛЯ ПРИЕМА ДВУХ
ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРОГРАММ
В настоящее время на территории многих областей
Советского Союза имеется возможность принимать две
и более программ телевидения В связи с этим возникла
необходимость в многопрограммных антеннах, которые
позволяли бы принимать сигналы телецентров, работаю-
щих на частотах любого из 12 каналов
67
В тех случаях, когда можно принимать только две
программы телевидения, на мачте устанавливают два
активных вибратора, рассчитанные для работы в соот-
ветствующих каналах. Если прием ведется с одного на-
правления (из одного телецентра), то вибраторы можно
устанавливать как на общей стреле, так и на общей
мачте. Если же прием ведется с разных направлений,
вибраторы могут устанавливаться только на общей мач-
те. Для приема двух программ телевидения по 1-му и
3 му каналам из одного телецентра удобно применять
антенны с расположением вибраторов на одной стреле
(рис. 37). Расстояние между ними около 680 мм. В этом
случае при работе антенны на 3-м канале рефлектором
служит петлевой вибратор 1-го капала, а при работе ан-
тенны на 1 м канале роль директора выполняет петле-
вой вибратор 3-го канала.
Когда для приема программ на разных каналах ис-
пользуются две отдельные антенны, расположенные на
одной мачте или на одной стреле, то соединение антенн
с общим кабелем снижения выполняется с помощью раз-
делительного фильтра, изображенного на рис. 38. При
размещении антенн па одной мачте расстояние между
ними должно равняться половине длины волны, но не ме-
нее четверти средней длины вотпы самого длинноволно-
вого из принимаемых диапазонов.
Антенны могут быть с любым числом пассивных эле-
ментов, так как это не влияет на работу фильтра. Она
основана только на использовании главных свойств от-
резков кабеля: входное сопротивление четвертьволнового
короткозамкнутого и полуволнового разомкнутого на кон-
це кабеля равно бесконечности, а четвертьволнового ра-
зомкнутого и полуволнового короткозамкнутого на конце
кабеля — пулю. Рассмотрим работу такого фильтра, вы-
полненного из 75-омного кабеля с изоляцией из сплош-
ного полиэтилена, при приеме программ по двум теле-
визионным каналам. Их средние длины волн равны со-
ответственно Х| и Z2.
В точке В кабеля, с помощью которого антенна II
соединяется с фидером снижения, подключен комбини-
рованный шлейф. Разомкнутый на конце кабель 6 дли-
ной Z2/4 в точке Г имеет входное сопротивление, равное
нулю. Следовательно, короткозамкнутый на конце кабель
5, длина которого также равна четверти длины волны
68
Рис. 37. Схема размещения двух полуволновых вибраторов
для приема 1-й и 3-й программ:
о-ва одной мачте; б — на одной стреле
Рис. 38. Схема раз-
делительного фильт-
ра для подключения
антенн двух разных
каналов к общему
фидеру снижения
69
7.2, в точке В имеет очень большое сопротивление и не
шунтирует кабель 9. Велико входное сопротивление для
волны в точке Б и у кабеля 3. Поэтому сигнал, прихо-
дящий от антенны //, не проходит в сторону антенны /.
Большое входное сопротивление кабеля 3 обусловлено
тем, что в точке А на расстоянии четверти длины волны
Хг от точки Б включен закороченный на конце кабель /,
длина которого равна половине волны Z,2- Таким образом,
мощность сигнала, принятого антенной II, в общий фи-
дер снижения поступает без потерь.
Кабель 7 подбирается такой длины, чтобы комбини-
рованный шлейф в точке В на волне имел входное со-
противление, равное нулю. Благодаря этому в точке Б
кабель 4 длиной в четверть длины волны Zj имеет на
этой волне очень большое входное сопротивление, и сиг-
нал в сторону антенны // не проходит.
В точке А к кабелю 8, который соединяет антенну I
с фидером снижения, присоединены параллельно два ко-
роткозамкнутых отрезка коаксиального кабеля общей
длиной 7vi/2 Эти отрезки в точке А имеют очень большое
сопротивление между жилой и оплеткой (экраном), и
поэтому сигнал без отражения и потерь проходит в фи-
дер снижения. Благодаря фильтру в фидер снижения не
проходят сигналы на волне Xi, принятые антенной II, и
сигналы на волне 7.2, принятые антенной /. Ведь в точках
А и В для этих частот кабели 8 и 9 произвольной длины
оказываются короткозамкнутыми.
В табл. 10 приведены размеры отрезков кабеля для
каналов, прием которых с помощью разделительного
фильтра возможен на общий фидер снижения. Размеры
отрезков кабеля выбираются следующим образом: в пер-
вой колонке отыскивают требуемый канал на более низ-
кую частоту. Против найденного номера во второй колон-
ке находят 2-й канал на более высокую частоту.
Необходимые размеры отрезков кабеля приведены в го-
ризонтальной строке против номера канала на волне 7.2.
Кабели 1 и 2 па концах замкнуты накоротко (делается
это там, где в таблице стоит слово «замкнуть»), а кабель
6 — разомкнут
При сборке фильтра необходимо внимательно следить
за тем, чтобы в местах соединения отрезков кабеля
не допустить короткого замыкания между жилой и
оплеткой.
70
Таблица 10
Геометрические размеры элементов разделительного фильтра
К» нал на волне X, Канал на волне Ла Размеры, мм
Л h b 1. h h b
1 3 1250 650 625 960 625 625 455 замкнут 4 ИЗО 770 565 960 565 565 615 замкнут 5 1040 860 520 960 520 520 770 замкнут 6 560 1350 280 960 280 280 590 7— 8 520 1390 260 960 260 260 630 9—10 480 1430 240 960 240 240 670 11 — 12 450 1460 225 960 220 220 700
2 4 ИЗО 480 565 810 565 565 295 замкнут 5 1040 570 520 810 520 520 405 замкнут 6 560 1050 280 810 280 280 410 7— 8 520 1090 260 810 260 260 250 9—10 480 ИЗО 240 810 240 240 490 11—12 450 1160 225 810 220 220 530
3 5 1040 210 520 620 520 520 275 замкнут 6 560 690 280 620 280 280 90 7— 8 520 730 260 620 260 260 190 9—10 480 770 240 620 240 240 250 11 — 12 450 800 225 620 220 220 310
4 6 560 570 280 560 280 280 0 7— 8 520 610 260 560 260 260 90 9-10 480 650 240 560 240 240 160 11—12 450 680 225 560 220 220 230
5 6— 7 550 490 270 520 290 290 0 8 510 530 250 520 250 250 0 9—10 480 560 240 520 240 240 70 11 — 12 450 590 225 520 220 220 150
Глава 6.
МНОГОПРОГРАММНЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ
АНТЕННЫ
1. ШИРОКОДИАПАЗОННЫЕ ПРИЕМНЫЕ
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ С ЛОГАРИФМИЧЕСКОЙ
ПЕРИОДИЧНОСТЬЮ ПАРАМЕТРОВ (ЛПА)
Для дальнего приема телевидения применяются
обычные остронаправленные антенны, обладающие свой-
ством пространственной избирательности и большим ко-
эффициентом усиления. Такие узкополосные антенны мо-
гут работать только на одном из телевизионных
каналов. Дтя использования же одной антенны па не-
скольких телевизионных каналах в последнее время раз-
работано много различных конструкций и их вариантов.
Однако такие широкополосные и широкодиапазонные ан-
тенны восприимчивы ко всякого рода помехам, имеют
худшую пространственную избирательность и меньшее
усиление, чем такие же антенны, рассчитанные для ра-
боты на одном канале. Именно поэтому они в основном
применяются при многопрограммном телевизионном ве-
щании в зоне уверенного приема.
Широкополосной называется антенна, которая позво-
ляет вести прием программ телевидения на всех или на
нескольких каналах одного какого-либо диапазона час-
тот (например, в диапазоне частот 48,5... 100 МГц или
174...230 МГц) Широкодиапазонная антенна позволяет
вести прием программ телевидения одновременно в диа-
пазоне частот 48,5—100 МГц и 174...230 МГц.
Широкодиапазонной антенной является, например,
антенна с логарифмической периодичностью параметров
(ЛПА). Существует несколько разновидностей таких ан-
тенн, но принцип их работы один и тот же. Антенны ЛПА
просты, хорошо согласуются с 75-омным коаксиальным
кабелем и имеют коэффициент направленного действия
4...7 дБ.
Каждая из этих антенн может быть представлена в
виде системы вибраторов различной длины, каждый из
которых имеет свою резонансную частоту. Если число
вибраторов, их расположение и параметры подобрать так,
чтобы внутри любого интервала частот (между двумя
72
Рис. 39. Схема широкодиапазонной приемной антенны тина
ЛПА;
а — схема двух периодических структур антенны: б— вид на антенну
сбоку; в —схема одной периодической структуры при а—73^
соседними телевизионными каналами) характеристика
антенны менялась незначительно, то во всем рабочем
диапазоне частот входное сопротивление и диаграмма
направленности антенны будут почти постоянными.
Схема широкодиапазонной антенны, рассчитанной на
прием телевизионных программ па всех 12 каналах
(48 ..230 МГц), изображена на рис. 39. Антенна состоит
из двух периодических структур / и //, размещенных под
острым углом одна относительно другой. Вибраторы каж-
дой такой структуры изготовляются из тонкостенных труб
диаметром 10...16 мм. Вибраторы можно сделать и из
стержней или медной проволоки диаметром 3...5 мм Их
приваривают или припаивают к несущей трубе, диаметр
которой зависит от конструкции и массы антенны. Луч-
ше всего его брать в пределах 30...40 мм.
Верхняя и нижняя структуры делаются одинаковыми
и крепятся на деревянной мачте повернутыми на 180°
одна относительно другой. Такая антенна с входным со-
4,4 Заказ 22GB
73
Рис 40. Диаграмма направленности широкодиапазонной ан-
тенны:
«—в горизонтальной плоскости; 6—в вертикальной плоскости
Рис. 41 Схема, поясняющая
способ построения периодиче-
ской структуры антенны
противлением 100...130 Ом присоединяется к телевизору
с помощью коаксиального кабеля, который проложен
внутри нижней трубы 11. Волновое сопротивление кабе-
ля 75 Ом, его экран присоединяется в точке питания к
нижней несущей трубе, а внутренний проводник — к
верхней несущей трубе. Антенна устанавливается на де-
ревянной мачте, к которой несущие трубы крепятся
с помощью хомутов. Верхняя периодическая структура
должна быть электрически изолирована от нижней.
Широкодианазопная периодическая антенна на всех
12 каналах имеет почти неизменную диаграмму направ-
ленности (рис. 40) Ее коэффициент усиления в четыре
раза больше коэффициента усиления полуволнового сим-
74
метричиого вибратора, а коэффициент бегущей волны в
фидере не ниже 0 5. Антенна не требует применения сим-
метрирующего и согласующего устройств
Для расчета щирокодиапазониой периодической ан-
тенны необходимо знать максимальную длину волны
ктах выбранного диапазона частот, угол структуры
а и период структуры т. Так, при сооружении антенны на
частоты 48 5 ..230 МГц ктах =6 м, угол структуры бе-
рется в зависимости от необходимого коэффициента на-
правленного действия из табл. 11. Одиако надо иметь
в виду, что уменьшение угла а приводит к значительно-
му увеличению габаритов антенны. Поэтому лучше все-
го угол а брать близким к 60°.
Расчет антенны производится следующим образом
(рис. 41). Зная Хтах и задавшись углом структуры а,
строят равнобедренный треугольник АВ,С с основанием,
равным Лтах /'2. Период структуры равен:
АВ2 ас2 АС,
---£.= --? и ----1
АВ, АС, АС
Лучший период структуры равен 0,707 Размеры виб-
раторов определяются на основании формулы
/„—Л1Ц-т—2]Лт cos а.
Для значения т = 0,707 формула принимает вид.
1п=А 5nj/l,707—l,68cosa.
Длина первого вибратора
11=АВ1V1.707—1,68 cosa, где А 7?, — ~-т£х
4sin Я
2
Длина второго вибратора
/2= А Л2К1,707-1,68 cos а, где A fi2=0,707ASl.
Длина третьего вибратора
/3= АВ,}А 1,707—l,68cosa и т. д.
У последнего наименьшего вибратора длина равна
\т1П /2, где лт£Л —самая короткая длина волны прини-
‘/л-
75
маемого диапазона. Длина несущей трубы определяется
из формулы
Z=0>288X„1/I,ctga2.
В табл. 11 приведены основные размеры периодиче-
ской антенны относительно максимальной длины волны
в зависимости от угла а. Угол раствора ф, т. е. угол меж-
ду двумя периодическими структурами, принимается око-
ло 45° Увеличение его до 60° незначительно увеличивает
коэффициент усиления антенны, по сама антенна стано-
вится более громоздкой. Если же угол берется меньше 45°,
размеры антенны уменьшаются, по одновременно умень-
шается и коэффициент усиления. Для повышения усиле-
ния сооружают сложную антенную систему, состоящую
из нескольких излучателей, питаемых синфазно и распо-
ложенных по вертикали на одной мачте. Так, коэффи-
циент направленного действия антенны, состоящей из
трех излучателей, около 10. Но такие антенные системы
очень громоздки и создают большие трудности при их
установке, креплении и обслуживании.
Основные размеры антенны ЛПА Таблица 11
кнд а* ЛЯ) л С, L ¥
та г hmax max KtUQX
7,3 30 0,96 0,81 0,85 0,486 22
6,2 45 0.65 0.545 0,55 0,472 34
5,0 60 0,50 0 42 0,40 0,465 48
4,0 75 0,41 0,345 0,30 0,46 64
Как уже говорилось, широкодиапазонная приемная
антенна типа ЛПА может иметь самое различное конст-
руктивное исполнение. При изготовлении вибраторов из
не очень тонких труб их можно располагать не только
под острым углом относительно друг друга, по и так, как
это показано па рис. 42. Такая антенна вместо треуголь-
ных имеет трапецеидальные зубцы, поэтому она и назы-
вается — антенна с трапецеидальными зубцами. При по-
добном расположении вибраторов концы их соединяют
проводом диаметром 2...3 мм.
Па рис. 43 изображен конструктивный вариант плос-
76
a 60°
Рис. 42. Схема антенны с тра-
пецеидальными зубцами
кой вибраторной логопериодическон антенны. Вибраторы
каждого полотна привариваются к несущей трубе так,
чтобы соседние вибраторы были направлены в противо-
положные стороны. Полотна располагают горизонтально,
одно над другим, на расстоянии, равном примерно двум
диаметрам несущей трубы. Две несущие трубы представ-
ляют собой двухпроводную распределительную линию и
должны быть изолированы друг от друга. Коаксиальный
кабель прокладывают внутри нижней трубы, экранную
оболочку па входных клеммах припаивают к нижней
77
Е/1'.tntix О
180"
Рис. 44. Диаграмма направлен
носин в горизонтальной плос-
кости плоской .тогопериодиче-
екой антенны
трубе, а центральную жи
лу — к верхней Для жест-
кости системы между тру
бами ставят изоляторы.
Длина плеча наиболыпе
го вибратора, резонирующе-
го на самой низкой частоте,
должна равняться четверти
максимальной длины волны
принимаемого диапазона
волн, а длина плеча наи-
меньшего вибратора должна
быть немного меньше чет-
верти минимальной длины
волны. Длины второго,
третьего и последующих ви
браторов определяются еле
дующим образом- 12=тЛ; /3=т/2; 1л=гЦ и т. д.
Расстояние между двумя соседними вибраторами рав
ио d„=ln (1 — т) ctga/2.
Так как длины вибраторов /1( /2, /3 и т. д. разные, той
dn также будет иметь разные значения. При определении
расстояния между вторым и третьим вибраторами в фор-
мулу подставляется длина второго вибратора, т. е более
длинного. Длина всей антенны зависит от угла а и от
разности между длинами крайних вибраторов, соответ-
ствующих максимальной и минимальной длинам волн
принимаемого диапазона частот. Она определяется фор-
мулой А = (/j — ln) ctga/2.
На рис. 44 приведена диаграмма направленности в
горизонтальной плоскости плоской логопериодической
антенны, имеющей параметры а=60э и т=0 84
В табл. 12 приведены размеры такой антенны, предназ-
наченной для работы на всех 12 телевизионных каналах.
Таблица 12
Геометрические размеры 12 канальной антенны ЛПА
№ вибратора Длина плеча вибратора, мм Расстояние между соседни- ми вибраторами, мм
1 1500 416
2 1260 350
3 1060 294
4 890 247
78
вибратора Длина плеча вибратора, мм Расстояние между соседни- ми вибраторами, мм
5 750 208
6 630 175
7 530 147
8 445 123
9 375 104
10 315 87
И 265 73
12 222 61
13 187 - «—
2. ЗИГЗАГООБРАЗНЫЕ ШИРОКОПОЛОСНЫЕ
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ
Зигзагообразную антенну можно изготовить для при-
ема программ телевидения в диапазонах частот 1—5-го
или 6—12-го каналов. В конструктивном отношении она
довольно проста, имеет значительный коэффициент уси-
ления и поэтому находит широкое применение для при-
ема телевидения на значительных расстояниях от теле-
центров. Схема устройства такой антенны, рассчитанной
для работы в диапазоне частот 1—5-го каналов, изобра-
жена на рис. 45.
К деревянному бруску / сечением примерно 60X60 мм
под углом 90° прикреплены две горизонтальные рейки 2
сечением 40X40 мм Верхняя рейка устанавливается на
расстоянии не меньшем, чем 1100 мм от вершины брус-
ка 1. Непосредственно к бруску крепятся две металличе-
ские пластины 3. По концам реек крепятся такие же
металлические пластины 4, но через диэлектрические про-»
кладки 5 Плата 7 состоит из двух металлических плас-
тин, собранных на изоляционной прокладке. После ва-
крепления пластин 3, 4 и платы 7 натягивается полотно
антенны из трех параллельных проводов 6 диаметром
2.. 4 мм или из антенного канатика. В местах перегиба
провода припаиваются к пластинам 3, -4 и к пластинам
платы питания 7.
Фидер снижения 8 из коаксиального кабеля с волно-
вым сопротивлением 75 Ом прокладывается по одному из
внутренних проводов полотна антенны до платы питания.
Оплетка кабеля (экран) припаивается к пластине, соеди-
ненной с проводом, по которому проложен фидер, а жила
кабеля — к противоположной пластине. Зависимость
79
В-1700
Рис. 45. Схема зигзагообраз-
ной антенны:
/ — деревянная мачта; 2 — деревян-
ная рейка; 3, 4 — металлические
пластины; 5— изоляционные про-
кладки; 6«— провод диаметром
2 .3 мм; 7 — плата питания ан-
тенны; 8 —- фидер снижения; п —
расстояние между проводами
КНД зигзагообразной ан-
тенны (кривая 2) и КБВ
в 75-омном кабеле (кри-
вая /) от отношения 1/к
приведена на рнс. 46, где
I — длина плеча полотна
антенны, т. е расстояние
между двумя смежными
углами.
У этой антенны отно-
сительно высокая направ-
ленность. Изменение ее
коэффициента усиления по
мощности в рабочем диа-
пазоне частот 1—5-го ка-
налов (кривая /)и в диа-
пазоне частот 6—12-го
каналов (кривая 2) по
сравнению с обычным по-
луволновым вибратором
показано на рис. 47. Из
графиков (см. рис. 46)
видно, что антенна имеет
довольно высокий коэф-
фициент направленности
8... 10 дБ и хорошо согла-
суется с 75-омным ка-
белем.
Так как потери в зиг-
загообразной антенне не-
значительны, то коэффициент усиления можно
определить по формуле g = 0/1,64. Входное сопро-
тивление в принимаемом диапазоне частот зави-
сит от поперечных размеров проводов полотна
антенны. Для того чтобы КБВ был больше 0,5, диаметр
проводов полотна антенны должен быть (0,016.. 0,02) Агоох.
Это значит, что для 1—5-го каналов антенна должна из-
готовляться из труб диаметром около 100 мм, а для 6—
12-го каналов — из труб диаметром около 30 мм.
Попятно, что делать полотно антенны из труб такого
большого диаметра очень трудно Поэтому вместо труб
применяют плоские широкие проводники (пластины).
Для уменьшения же парусности полотна сплошные плос-
кие проводники заменяют эквивалентными им по элек-
80
Рис. 46. График зависимости коэффициента направленного
действия Д (кривая 2) и бегущей волны КБВ (кривая 1) от
отношения //X
Рис. 47. График зависимости
коэффициента усиления от час-
тоты1
1 — для частот 50 .100 МГц (/ —
а-й каналы); 'I— для частот 170. .230
МГц (0—12 й каналы)
трическим параметрам несколькими параллельными тон-
кими проводами, как это показано на рис. 45. Во всех
углах полотна проводники должны быть спаяны между
собой. Размеры антенны, изображенной на рис. 45 и рас-
считанной для работы в диапазонах частот 1—5-го или
6—12-го каналов, приведены в табл. 13, где через А обо-
значена ширина зазора между пластинами в узле 7, через
d — диаметр провода полотна.
Таблица 13
Геометрические размеры зигзагообразной антенны
Канал d, мм L, мм А, мм П, мм А, МЫ В, мм
1— 5 2...3 3400 1700 100 10...15 1700
6 12 2 3 950 475 28 7 10 475
81
Если к зигзагообразной
антенне добавить рефлек-
тор (рис. 48), то коэффи-
циент усиления ее увели-
чивается почти в два раза.
С целью уменьшения мас-
сы и ветрового сопроти-
вления рефлектор делает-
ся в виде решетки из
ряда параллельных про-
водов. Длина его>0.6ЛЛ1П1,
а ширина ^0,5ХтоЛ., при-
чем полотно антенны не
должно выступать за реф-
лектор. Расстояние между
проводам.и или стальными
прутьями зависит от ми-
нимальной длины волны
рабочих частот и должно
быть не более 0,1Л,п/„. Про-
вода полотна антенны в
самом верхнем углу В, а
также в самом нижнем
углу имеют нулевой по-
тенциал, поэтому в этих
точках полотно может
крепиться через металли-
ческие стойки непосредст.
вечно к металлической
мачте. Конечно, эти точки
можно п не соединять с проводами рефлектора.
Па рис. 49 приведены экспериментально полученные
диаграммы направленности антенны в горизонтальной и
вертикальной плоскостях для случаев, когда расстояние
между полотном антенны и рефлектором S=0,lAmor и
А= 1,875. В горизонтальной и вертикальной плоскос-
тях диаграммы направленности практически одинаковы
в двукратном диапазоне частот. В более широком диапа-
зоне на высших частотах диаграмма в вертикальной
плоскости становится уже, нежели в горизонтальной
плоскости.
Фидер от точек питания прокладывается по двум сто-
ронам одного из квадратов, далее по подставке до реф-
лектора, затем по рефлектору вверх и против точек пи-
82
Рис. 49 Диаграмма на-
правленности в горизон-
тальной и вертикальной
плоскостях
Рис. 50 График зависимо-
сти КУ антенны с рефлек-
тором от частоты
тания через рефлектор выводится на внешнюю сторону
Такая прокладка необходима для устранения антенного
эффекта. Зависимость коэффициента усиления по мощ-
ности от частоты для антенны с рефлектором, полотно
которого изготовлено из проводов, графически изображе-
на на рис. 50
В табл. 14 приведены размеры рефлектора для широ-
кополосной антенны, изготовленной по размерам согласно
табл 13. Размеры рефлектора имеют следующие обозна
чения: L — высота рефлектора, А — ширина рефлектора,
Таблица 14
Геометрические размеры рефлектора
Канал L. мм Д . мм rf, мм п, мм S, мм
1- 5 3900...4200 3200 2 300 620
6—12 1170 900 2 130 176
83
п — расстояние между проводами рефлектора, S — рас-
стояние между полотном антенны и рефлектором, d—
диаметр проводов рефлектора.
3. МОДИФИКАЦИИ ЗИГЗАГООБРАЗНЫХ АНТЕНН
Простота конструкции и хорошие качественные пока-
затели зигзагообразной антенны привели к тому, что в
последнее время появилось много ее модификаций, отли-
чающихся хорошим согласованием с 75-омным коакси-
альным кабелем снижения в широком диапазоне частот.
Некоторые из них друг от друга отличаются незначитель-
но, поэтому рассмотрим только наиболее совершенные
модификации, обладающие лучшими качественными по-
казателями.
Двойная треугольная антенна
Эта антенна—одна из разновидностей неполной зиг-
загообразной антенны (рис. 51). Ее полотно состоит из
двух треугольных рамок, расположенных в одной плос-
кости и соединенных между собой. Антенну можно сде-
лать из трубок, металлических полос или нескольких ря-
дов параллельно расположенных проводов диаметром
1,5. .2 мм, натянутых на деревянном каркасе. Чем меньше
номер капала (чем длиннее волны), тем должно быть
больше рядов провода. Во всех углах перегибов провода
соединяются между собой и пропаиваются.
Коаксиальный кабель вводится в точке нулевого по-
тенциала и прокладывается или внутри одной из трубок
полотна, или по мачте с противоположной стороны. Оп-
летка (экран) кабеля припаивается к одной трубке, а
жила кабеля — к противоположной трубке, как показано
на рисунке. Полотно антенны может крепиться непосред-
ственно к металлической или деревянной мачте в точке
нулевого потенциала 0—О'. Направленные свойства ан-
тенны значительно улучшатся, если ее снабдить рефлек-
тором, изготовленным из металлических стержней или
трубок.
Размеры антенны (без рефлектора), обеспечивающей
КБВ не менее 0,5, определяются формулами: 1= (0,27...
0,28) ‘ктих ; а= 1.42/ + 6; в= 1,42/ Величина б равна 20 мм
в метровом и 10 мм в дециметровом диапазонах волн. Ес-
ли полотно антенны изготовляется из металлических по-
84
лос, то ширина полосы должна
быть (0,08.0,09) /. Такая ан-
тенна обеспечивает прием прог-
рамм телевидения в диапазонах
волн 1—5-го, или 6—12-го, или
21—39-го каналов, т. е. она яв-
ляется широкополосной и мо-
жет использоваться для ближ-
него приема телевидения. Луч-
ше всего ее использовать в ди-
апазонах волн 6—12-го или-
21—39-го каналов, так как в
этом случае она имеет неболь-
Рис. 51. Двойная тре-
угольная антенна
шие размеры.
На рис. 52 изображена ди-
аграмма направленности двои
нон треугольной антенны в горизонтальной плоскости, а
па рис. 53 — графики зависимости КБВ в 75-омном фиде-
ре от отношения /Д для антенны без рефлектора (кри-
вая /) и с рефлектором (кривая 2). Антенна изготовлена
из металлических полос шириной 5=0,09/. Из графика
видно, что у двойной треугольной антенны без рефлек-
тора КБВ в фидере выше 0,5 при отношении /Д от 0,28
до 0,55. У аналогичной антенны с рефлектором КБВ в
фидере хуже. Он не опускается ниже 0,5 только
при отношении /Д=0,25...0,26. Поэтому размеры двой-
ной треугольной антенны с рефлектором определяются
по формуле /= (0,25...0,26)Z.mzJX. Рефлектор располагается
от полотна антенны на расстоянии 0,7/ и должен иметь
размеры на 5...10% больше размеров этого полотна.
Двойная комбинированная треугольная антенна
Комбинированная антенна отличается от двойной тре-
угольной антенны тем, что к боковым сторонам треуголь-
ных рамок привариваются дополнительные проводники
В\ и В2. На рис. 54 изображено полотно антенны, с по-
мощью которой можно принимать программы телевиде-
ния как в метровом, так и дециметровом диапазонах волн.
Следовательно, эта широкополосная и широкодиапазон-
ная антенна может использоваться и для ближнего
приема телевидения.
В диапазонах частот 1—5-го каналов дополнительные
проводники существенного влияния не оказывают, а сле-
85
Рис 52. Диаграмма направленности двойной треуголь-
ной антенны без рефлектора в горизонтальной плос-
кости
Рис. 53. График зависимости КБВ в 75-омном фидере двой-
ной треугольной антенны от отношения //А:
I — антенна без рефлектора; 2 — антенна с рефлектором
86
a
Рис. 54. Двойная комбиниро-
ванная треугольная антенна
Рис 55. График зависимости КБВ в фидере от отношения
/Д:
1 — антенна с дополнительными вибраторами В, и Вг; 3 — антенна
только с вибраторами В,
дователыю, направленные свойства антенны и ее согла-
сование с фидером практически такие же, как и у двой-
ной треугольной антенны. В диапазонах частот 6—12 го
каналов проводники участвуют в работе антенны как
самостоятельные вибраторы, т. е прием сигналов осу-
ществляется ими и средней частью полотна антенны.
В дециметровом же диапазоне прием осуществляется на
дополнительные вибраторы В2 и среднюю часть антенны
между ними Таким образом, комбинированную антенну
можно рассматривать как антенну, состоящую из трех
87
Рис. 56. Диаграмма на-
правленности в горизон-
тальной плоскости
и распределение тока
вдоль полуволнового
вибратора в диапазоне/
Рис. 57. Диаграмма на-
правленности в горизон-
тальной плоскости и рас-
пределение тока вдоль
полуволнового вибрато-
ра диапазона /, исполь-
зуемого в диапазоне III
совмещенных антенн. Если прием ведется только в мет-
ровом диапазоне воли, то вибраторы В2 не нужны.
Размеры вибраторов выбираются следующим обра-
зом. — 0,25?^рр /Zj = 0,52icpjj I^2 —:0,25Лср1 i d2== 0,5Хср2,
где ХсР1—средняя длина волны диапазона частотб—12-го
каналов, 7<1)2 — средняя длина волны дециметрового ди-
апазона. Величина 8 выбирается в пределах 10...15 мм.
Зависимость коэффициента бегущей волны в фидере
от отношения //Л приведена на рис. 55
Конструкции других модификации зигзагообразных
антенн описаны в брошюре Г. И Борийчука и В И Бу-
лыча «Радиолюбителю о телевизионных антеннах» (М.:
ДОСААФ 1977).
4 ВИБРАТОРНЫЕ ШИРОКОПОЛОСНЫЕ
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ
В метровом диапазоне волн для передачи программ
телевидения в нашей стране используются три диапазона.
Диапазон / имеет два телевизионных канала и занимает
полосу частот от 48,5 до 66 МГц, диапазон II — три кана-
ла с полосой частот от 76 до 100 МГц и диапазон III —
семь каналов с полосой частот от 174 до 230 МГц В свя-
88
зи со значительным разносом частот между диапазонами
создание антенн, удовлетворительно работающих во всех
диапазонах, связано с определенными трудностями.
Обычный полуволновой вибратор имеет входное со-
противление около 73 Ом. Если к нему подключена фи-
дерная линия с таким же волновым сопротивлением, а
на противоположном конце линии — такое же сопротив-
ление нагрузки, то вибратор сильно резонирует на соб-
ственной частоте Вследствие этого его полоса пропуска-
ния значительно сужается. На рис. 56 показана
диаграмма направленности в горизонтальной плоскости
и распределение токов вдоль полуволнового вибратора,
рассчитанного для работы в диапазоне /. С увеличением
частоты диаграмма направленности этого вибратора
изменяется, и в диапазоне частот 174...230 МГц опа
состоит из четырех лепестков. Прием в этом случае воз-
можен только при повороте вибратора на некоторый
угол, чтобы использовать максимум чувствительности
одного из лепестков диаграммы.
На рис. 57 изображена диаграмма направленности в
горизонтальной плоскости и распределение токов вдоль
полуволнового вибратора диапазона I, который исполь-
зуется в диапазоне III. Такое расщепление основного ле-
пестка объясняется тем, что полуволновой вибратор,
имеющий на частоте 60 МГц длину, равную половине
длины волны в диапазоне частот 174...230 МГц, увеличи-
вает ее приблизительно в 1,5 средней длины волны ди-
апазона. Для устранения нежелательного расщепления
основного лепестка в диапазоне III вибраторы распола-
гают так, чтобы они образовывав в направлении на при
нимаемую телевизионную станцию угол 120°. В этом
случае диаграмма направленности в диапазоне I прак-
тически не изменяется (рис. 58).
Для получения двухлепестковой диаграммы направ-
ленности в диапазоне частот III разработано много ва-
риантов вибраторов. На рис. 59 показан общий вид
антенны с крылатым диполем. Добавлением к полувол-
новому вибратору длиной около 0.7Х. штырей,
расположенных на расстоянии 0,1Л от его центра,
достигается подавление дополнительных лепестков,
возникающих при работе на высших частотах, а также
улучшение широкополосности антенны Широкополос-
ность улучшится еще больше, если посредине между
вибратором и рефлектором ввести короткий отражатель-
5 Заказ 2268
89
180°
Рис. 58. Диаграмма направленности
в горизонтальной плоскости и рас-
пределение тока в вибраторах, рас-
положенных под углом:
1 — персий диапазон; 111 — третий диапазоп
Рис. 59. Общий вид антенны с крылатым диполем
ный элемент. Это улучшит отношение сигиал/помеха и
коэффициент усиления антенны.
Рассмотренные конструкции широкополосных антенн
имеют хорошие диаграммы направленности на всех 12
каналах, но они могут применяться только в зоне уверен-
ного приема и на не очень больших расстояниях от теле-
центра.
90
5. ДИАПАЗОННАЯ АНТЕННА ТИПА ТВК-7/6-12
Эта широкополосная антенна позволяет принимать
программы передач на любом из каналов в диапазоне
частот 174 230 МГц. Она состоит из активного петле-
вого вибратора, рефлектора с двумя пассивными вибра
торами и четырех директоров (рис. 60) Активный виб-
ратор изготовлен из трех параллельных трубок. Средний
коэффициент усиления диапазонной антенны составля
ет 2,3.
Фидер снижения подключается к антенне с помощью
согласующего устройства типа tJ-колена, изготовленного
из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением
75 Ом. Длину (7-колена определяют исходя из средней
длины волны принимаемого диапазона частот, а также
в зависимости от применяемой в кабеле изоляции. При
использовании кабеля с изоляцией из сплошного полиэти-
лена длина петли должна составлять 480 мм, а длина чет-
вертьволнового отрезка — 240 мм. Антенну ТВК 7/6-12
можно размещать на одной мачте с антеннами 1—5-го
каналов на расстоянии не менее 1500 мм
« ДВЕНАДЦАТИКАНАЛЬНАЯ АНТЕННА
К. П ХАРЧЕНКО
Эту антенну, разработанную в 1967 г. кандидатом
технических наук К. П. Харченко, радиолюбители неред-
ко называют «паутинка» (рис. 61). Ее основой является
обруч, изготовленный из медной, латунной или стальной
трубки диаметром 10...16 мм. При отсутствии трубки об
руч можно сделать и из металлической полосы, ио оп
должен быть жестким.
Если антенна должна работать на частотах всех 12
телевизионных каналов, то длина внешней окружности
обруча равна 7200 мм. Если же нужна антенна для ра-
боты не с l-ro, а с более высокочастотного канала, то
ее размеры можно соответственно уменьшить (табл. 15).
При этом размер 800, указанный на рис. 61, также соот-
ветственно уменьшается. Следует иметь в виду, что при
уменьшении размеров антенны заметно снижается коэф
фицнент ее усиления.
С внутренней стороны обруча в правой и левой поло-
винах на равных расстояниях сверлят по пять отверстий,
в которые вставляют, а затем припаивают концы ради-
альных проводников Эти проводники располагают под
5* 91
Рис. 60. Конструкция диапазонной антенны типа ТВК-7/6-12
92
углом 35° друг к другу. Так как в самой верхней и ниж-
ней точках антенны (точки П—П) имеют место узлы (ну-
ли) напряжения, то в этих местах обруч может крепиться
к деревянной или металлической мачте.
Таблица 15
Длина внешней окружности в зависимости от номера канала
Телевизионный канал
начала приема 2 □ 4 Э о
Длина внешней окруж-
ности обруча, мм 6120 4750 4320 3600 2160
В процессе монтажа антенны обруч в точках П—П за-
крепляется на бруске, который в дальнейшем будет слу-
жить верхней частью мачты. К этому бруску в центре
сначала крепится деревянная надставка высотой 100...
150 мм, а к ней плата с пластинами питания. Плату де-
лают из изоляционного материала (генитакс, текстолит),
а пластины — из листовой латуни, меди или луженой жес-'
ти. После этого можно приступить к монтажу полотна
антенны.
Одни концы радиальных проводников вставляют в
отверстия обруча и припаивают, а другие концы припа-
ивают к пластинам питания. В правом и левом секторах,
антенны к радиальным проводникам на равных рассто-
яниях между рядами припаивают по пять рядов попереч-
ных проводников. Для изготовления сетки можно
использовать антенный канатик или медный провод
диаметром 2 .3 мм.
В качестве фидера берется коаксиальный кабель с
волновым сопротивлением 75 Ом. Фидер ведется по мач
те к нижней точке П и закрепляется, затем проходит по
обручу справа или слева до середины и вновь закрепля-
ется. После этого по центральному радиальному провод-
нику кабель подводится к пластине питания. К одной
пластине припаивается оплетка кабеля, а к противопо-
ложной — его центральная жила. Расстояние между
пластинами питания должно быть около 40 мм. Кабель
к антенне подключается без специального симметрирую-
щего устройства. В точках П—П можно при необходи-
мости прикрепить провод заземления. Антенна устанавли-
вается так, чтобы направление на телецентр было
перпендикулярно плоскости полотна антенны.
Такую антенну можно использовать на сравнительно
небольших расстояниях от телецентра и при малом уров-
93
не местных помех Диаграмма ее направленности такая
же, как и у полуволнового вибратора. Коэффициент на-
правленного действия на частотах первых каналов около
1,6, а па более высокочастотных каналах увеличивается
в 2—2,5 раза. Коэффициент усиления для 1-го канала
равен 1,1, для следующих каналов он возрастает и на
частоте 12-го канала составляет 2,2
Эта антенна одинаково принимает радиоволны с двух
противоположных направлений. В городах, где много вы-
соких зданий и различного рода сооружений, на антенну
с тыльной стороны попадают отраженные от этих соору-
жений радиоволны, которые искажают изображение на
экране телевизора. Это — существенный недостаток дан-
ного типа антенны.
7 АНТЕННЫ ДЛЯ СЛОЖНЫХ УСЛОВИЙ ПРИЕМА
Под сложными условиями приема подразумевают ус-
ловия, создаваемые высоким уровнем местных индустри-
альных помех, или помехами радиостанций, работающих
на частотах, близких к принимаемом)' диапазону частот
телевизионной станции. Для качественного приема сиг-
налов изображения и звукового сопровождения в слож-
ных условиях антенна должна иметь большой коэффици-
ент усиления, узкую пространственную диаграмму нап-
равленности и высокий коэффициент защитного действия
(КЗД).
Обычные многоэлементные антенны типа волновой
канал недостаточно защищены от помех, приходящих со
стороны рефлектора, и если эти помехи имеют значитель-
ный уровень, то они принимаются антенной. Избежать
этого н добиться более качественного приема можно, ис-
пользуя простые по конструкции антенны типа волновой
канал, располагая и соединяя их определенным способом
в антенной решетке.
Для уяснения принципа работы такой системы рас-
смотрим две одинаковые антенны типа волновой канал,
сориентированные по направлению максимального прие-
ма и расположенные так, чтобы одна из них была сдвину-
та на четверть длины волны по отношению к другой
(рис. 62) В этом случае фаза напряженности поля элек-
тромагнитной волны, приходящей к антенне 1, будет опе-
режать фазу волны, приходящей к антенне II, на четверть
длины волны, т. е. на 90°. Следовательно, и фаза тока,
94
наводимого полем, па клем
мах антенны 1 булет опере
жать фазу тока на клеммах
антенны //.
Для того чтобы в фидер
снижения токи от обеих ан-
тенн поступали без сдвига
фаз, антенны к фидеру под-
ключаются через трехдеци-
бельный направленный от-
ветвитель. Этот ответви-
тель обеспечивает сложение
мощностей двух одинаковых
по уровню сигналов, сдвину-
тых по фазе па 90°, получе-
ние электрической длины фи-
дера, равной четверти рабо-
чей длины волны, создание
входных сопротивлений, рав- Рис. 62. Общий вид антенной
ных ВОЛНОВЫМ сопротивлени- системы с пертпказьиым рав-
' .. положением антенных полотен:
ЯМ СОедИПИТеЛЬНЫХ ЛИПНИ а— антенная система; б — налрап-
одниаковой ДЛИНЫ. ленный ответвитель
Допустим, что фаза тока, наводимого приходящей вол-
ной на клеммах антенны /, равна нулю. Тогда фаза тока
па клеммах антенны 11 будет отставать на четверть дли-
ны волны, или на 90°. Чтобы токи при сложении на входе
фидера снижения находились в фазе, направленный от-
ветвитель должен обеспечить опережение фазы тока ан-
тенны // на четверть длины волны.
Если же этектромагнитпая волна приходит к антен-
нам с противоположной стороны, т. е. со стороны рефлек-
тора, то токи антенн в этом случае будут иметь противо-
положные фазы и приема не будет. Это происходит по-
тому, что за счет пространственного сдвига антенны 11
фаза тока в ней опережает фазу тока в антенне / на чет-
верть длины волны. Направленный ответвитель дополни-
тельно создает опережение па четверть длины волны.
Таким образом, сдвиг фаз между токами антенн соста-
вит половину длины волны, или 180°.
Идентичность антенн позволяет теоретически пол-
ностью исключить прием радиоволн с обратной стороны,
т. е. иметь очень большой КЗД. В реальных же условиях
этого не происходит, но КЗД все же становится значи-
тельным. С помощью такой антенной системы достига-
ла
Рис 64. Направленный ответвитель:
« обший вид; б — каркас катушки ответвителя; е — латунная
трубка
Рис. 63. Схема трехдецибельного
направленного ответвителя
ется подавление заднего лепестка диаграммы направлен-
ности до 30 дБ на самых низких частотах телевизионного
диапазона в пределах одного канала (48,5...56,5 МГц).
Но такой результат может быть получен только в том
случае, если направленный ответвитель обеспечит опере-
жение фазы тока антенны 11 на 90° по отношению к фазе
тока антенны I. Эта задача решается сравнительно легко
при использовании трехдецибельного направленного от-
ветвителя (рис. 63).
96
Из рисунка видно, что ответвитель состоит из двух
линий, связанных электромагнитным полем и обеспечи-
вающих получение требуемых характеристик. Фаза на-
пряжения в точке в опережает фазу напряжения в точке
б на 90°. К точкам Р6 и Рв подключаются антенны, а к
точке Р — фидер снижения. Вторая электромагнитная
линия дополнительно нагружена на балластное сопроти-
вление Р, равное волновому сопротивлению линий, под-
ходящих к ответвителю. Оно служит для поглощения от-
раженных волн в случае неполного согласования нагру-
зок, подключенных к выводам 'б и в.
На рис. 64 изображен общий вид ответвителя и его
детали. Основа ответвителя—две несимметричные ли-
нии, свернутые в спираль. Каждая линия делается из
двух проводов марки ПЭВ-1 или ПЭЛ-27 диаметром
0,27 мм. Каркас диаметром 9 мм изготовляется из ор-
ганического стекла, на внешней поверхности которого
нарезается четырехзаходная резьба. Внутрь каркаса
плотно вставляется латунная или медная трубка с на-
ружным диаметром 7 мм и толщиной стенки 0,5 1 мм.
По краям трубки с одной стороны делаются прорези
шириной 1,5 и длиной 18 мм. А1ежду выводами а и б,
а также в и а для компенсации концевых эффектов
включаются конденсаторы емкостью по 2...5 пФ
На рис. 62 приведен общий вид антенной системы,
построенной по описанному способу, и схема соединения
ее элементов Антенна состоит из двух трехэлементных
полотен, расположенных на одной мачте, взаимно сме-
щенных на четверть длины волны по направлению па те-
лецентр и примерно на половину средней длины волны
телевизионного канала по вертикали Полотна соединены
между собой и с кабелем снижения с помощью трехдеци
белыюго направленного ответвителя. В диапазоне частот
первых пяти каналов ответвитель имеет коэффициент пе-
редачи в выводы бив порядка 3,7 дБ. Потери в нем со-
ставляют 0,7 дБ
Полотна антенн можно располагать как по вертикали,
так и по горизонтали Разнос по горизонтали более выго-
ден, так как при этом диаграмма направленности антен-
ной решетки сужается в горизонтальной плоскости. По-
лотна соединяются 75-омным коаксиальным кабелем.
К петлевым вибраторам кабель подключается с помощью
любого из устройств для согласования и симметриро-
вания.
97
Пользуясь направленными ответвителями, можно из-
готовить антенную систему, рассчитанную на работу в
любом канале и состоящую из любого четного числа ан-
тенных полотен. Однако уже антенные решетки из четы-
рех и более полотен становятся неоправданно громозд-
кими.
Глава 7.
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ
ДЕЦИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА
I. АНТЕННЫ ТИПА АТВКД-15/21-39
Как известно, действующая длина аигенны пропорци-
ональна длине волны. Следовательно, при одинаковой
напряженности поля и одинаковых типах антенн ЭДС на
входе телевизора в дециметровом диапазоне будет зна-
чительно ниже, чем в метровом. Кроме того, внутренние
шумы входных цепей телевизоров в диапазоне децимет-
ровых волн больше, чем в диапазоне метровых волн.
С увеличением частоты возрастает и затухание в коакси
альиых кабелях, соединяющих антенну со входом теле-
визора. Следовательно, антенны дециметровых воли дол-
жны иметь более высокий коэффициент усиления и за-
щитного действия.
Такой коэффициент сравнительно легко получить, ис-
пользуя антенну волновой канал, за счет увеличения чис-
ла пассивных элементов. В дециметровом диапазоне волн
эти элементы имеют малые размеры, и при увеличении
числа директоров габариты антенны остаются неболь-
шими. Петлевой вибратор, рефлектор и директоры дела-
ются из трубок диаметром 8...12 мм или из полосок ме-
талла.
Для приема телевидения на 21—39-м каналах разра-
ботаны антенны тина АТВКД-15/21-39 (антенна телеви-
зионная, волновой канал, дециметрового диапазона, 15-
элсмситиая, на каналы 21—39). Эти антенны могут со-
стоять из одного, двух или четырех полотен Последние
два типа антенн применяются при сложных условиях при
ема и соответственно обозначаются 2АТВКД-15/21 39 и
4АТВКД-15/21-39.
98
Рис. 65. Общий вид антенны типа АТВКД 15/21-39
а — вид сверху; 6 — профиль задней части; в — петлевой вибратор,
г — расположение вибраторов рефлектора; 0 — устройство для сим-
метрирования и согласования на ферритовых кольцевых сердечниках
Антенна АТВКД-15/21-39 (рис. 65) состоит из актив-
ного петлевого вибратора, одиннадцати директоров и
рефлектора из трех элементов. Несущая стрела изготов-
ляется из дюралюминиевой трубы диаметром 22 мм
Средний элемент рефлектора крепится непосредст-
венно к стреле, а два других — с помощью стоек Петле-
вой вибратор имеет сложную форму для того, чтобы
обеспечить хорошее согласование во всем диапазоне ра-
бочих частот. Все вибраторы сделаны из листового
дюралюминия толщиной 2 мм, пассивные вибраторы име-
ют ширину 18 мм, а их длины приведены в табл. 16.
Таблица 16
Длины пассивных элементов антенны типа АТВКД 15/21-39
Длина реф-
лектора, мм
Длина директоров, мм (отсчет от петлевого
вибратора)
Р 123456789 10 11
320 221 218 214 211 207 203 200 196 192 188 185
99
Коаксиальный кабель фидера снижения подключается
к петлевому вибратору через согласующе-снмметрирую-
щее устройство Оно состоит из двух ферритовых коль
цевых сердечников марки 100ВЧ размером 8,4 X 3,5 X
X 2 мм, на которые виток к витку вплотную намотаны
два провода ПЭЛШО-0,23. Такое устройство, нагружен-
ное на входное сопротивление петлевого вибратора
292 Ом, обеспечивает в полосе частот 470...622 МГц со
стороны подключения коаксиального кабеля с волновым
сопротивлением 75 Ом КБВ не хуже 0,75.
Согласующе-симметрирующее устройство можно сде-
лать и без ферритовых колец, в виде эквивалента кабель-
ной петли, выполненной из отрезка спиральной полосо-
вой линии (рис. 66). Спираль наматывается из латунной
или медной полоски толщиной 0,1 мм, шириной 0,7 мм
и имеет 5,25 витка, полоски укладываются в пазы, еде
данные в диэлектрике, в качестве металлического сер-
дечника может быть использован ферритовый или сталь-
ной стержень.
В пределах диапазона рабочих частот коэффициент
усиления антенны колеблется от 2,8 до 4 (от 9,2 до
12 дБ), а коэффициент защитного действия — от 14 до
24 дБ. Ширина диаграммы направленности в горизон-
тальной плоскости изменяется от 32 до 46°, а КБВ — от
0,55 до 0,8.
Антенну для дециметровых волн можно устанавли
вать на одной опоре с антенной метровых волн, выдержи-
вая расстояние между ними не менее 1 м Для соедине
ния полотен друг с другом в антенне 2АТВКД
применяется одиночный направленный ответвитель, вы
полненный в виде отрезков связанных полосовых линий
Общий вид антенны типа 2АТВКД 15/21-39 приведен
на рис. 67. Эта антенна по сравнению с одиночной имеет
примерно в два раза более узкую диаграмму направлен
ности в горизонтальной плоскости при одинаковой ши-
рине диаграммы направленности в вертикальной плоско
сти, на 2 ..2,5 дБ более высокий коэффициент усиления
и на 4...5 дБ больший КЗД.
2. РОМБИЧЕСКАЯ АНТЕННА
При приеме телевидения па частотах одного из кана-
лов дециметрового диапазона часто используется ромби-
ческая антенна. К сожалению, она имеет пониженный
100
Рис 66 Устройство для
симметрирования и со-
гласования из отрезков
спиральной полосовой
линии
Рис. 67. Общий вид антенны типа 2АТВКД-1Б/21-39 и схема
трехдецибельного направленного ответвителя
КПД из-за включения активного нагрузочного сопротив-
ления и наличия значительных боковых лепестков в ди-
аграмме направленности. Этих недостатков можно в зна-
чительной степени избежать, если ромбическое полотно
нагрузить на переменное реактивное сопротивление и
снабдить его рефлектором. Такая антенна характеризует-
ся узкой диаграммой направленности в горизонтальной
плоскости, а ее КНД достигает 50. Рассмотрим принцип
101
Рис. 68. Схематическое изображение ромбической антенны
Рис. 69 Диаграмма направленности в горизонтальной плос-
кости
работы такой антенны, схематически изображенной на
рис. 68.
Под действием возбуждающей ЭДС па проводах ром-
ба возникает падающая волна, которая распространяется
в сторону реактивной нагрузки и создает поле £пад.
Часть энергии падающей волны расходуется на излуче
пие, а оставшаяся часть полностью отражается реактив
пой нагрузкой и образует в проводах ромба отраженную
волну, распространяющуюся в противоположную сторо-
102
ну, т е. в сторону рефлектора. Поле отраженной волны
FoTp, попадая на рефлектор, отражается от него и на-
кладывается на поле падающей волны. Изменением реак-
тивной нагрузки можно добиться оптимальной величины
результирующего поля Ерез. Она зависит как от фазы
поля Еотр, так и от его амплитуды. Фаза поля подбира-
ется с помощью реактивной нагрузки, а амплитуда зави-
сит от диаметра провода ромба. Настраивая антенну пу-
тем изменения величины реактивной нагрузки, одновре-
менно добиваются и согласования антенны с фидером.
На рис. 69 приведена диаграмма направленности ром-
бической антенны с рефлектором в горизонтальной плос-
кости для /=ЗХ и угла <р=113°. Из рисунка видно, что
угол раскрыва диаграммы направленности в горизон-
тальной плоскости равен всего 15°. В вертикальной же
плоскости угол раскрыва составляет около 35°.
Антенна, рассчитанная для работы на 33-м телевизи-
онном канале (рис. 70), состоит из решетчатого рефлек-
тора, ромбического полотна, узла питания, каркаса и рас-
чалок 3. Мачта 2 и поперечные репки / могут быть
металлическими или деревянными. Остальные детали реф-
лектора выполняются из проволоки. Ромбическое полот-
но антенны 4 изготовляется из голого медного провода
диаметром 1.5...2 мм. Полотно крепится к каркасу из ди-
электрического материала, а сам каркас фиксируется в
нужном положении с помощью диэлектрических расча-
лок 5. Если каркас изготовлен из дерева, то в местах со-
прикосновения проводов антенны с деревянными план-
ками необходимо поставить изоляторы из оргстекла, тек-
столита или другого изолирующего материала.
На рис 71 показан переход от коаксиального кабеля
с волновым сопротивлением 75 Ом к проводам ромба. Это
симметрирующее устройство представляет собой трубку
с двумя пазами. Ширина пазов равна 0,4 внутреннего диа-
метра трубки, а длина их около 250 мм. Внутренний диа-
метр трубки должен соответствовать наружному диамет-
ру кабеля без металлической оплетки. Конец кабеля
вставляется в трубку со стороны, противоположной па-
зам, а его наружная металлическая оплетка натягивается
на трубку. Поверх оплетки накладывается бандаж, оп
летка с бандажом припаивается к трубке, а сам бандаж
обматывается лентой типа ПХЛ или покрывается лаком.
После этого на трубку надевается металлическое
кольцо, замыкающее накоротко ее половины и позволяю-
103
Рис. 72. Двухпроводная ли-
ния, служащая реактивной
нагрузкой ромба
щее менять длину пазов от точек питания ромба до коль-
ца. Конец кабеля, выдвинутый из второго конца трубки,
обрезается, центральный проводник припаивается к труб-
ке, а последняя крепится к стволу мачты на расстоянии
20...30 мм на диэлектрических прокладках.
Ромб в вершине, направленной на телецентр, нагру-
жается на переменную реактивную нагрузку, представ-
ляющую собой замкнутую с одной стороны двухпровод-
ную линию, образованную продолжением ромба (рис. 72)
Конец продольной рейки каркаса, на котором крепится
линия, должен быть изготовлен из хорошего изоляцион-
ного материала. Для изменения длины линии на нее на-
девается металлическая скоба-замыкатель.
В процессе настройки антенны кольцо-замыкатель в
точках питания ромба сначала устанавливается так, что-
бы длина пазов была равна четверти длины рабочей вол-
ны. Скоба-замыкатель на двухпроводной нагрузочной ли-
нии устанавливается произвольно, вследствие чего в
направлении главного излучения антенны может быть про-
вал. Это легко обнаруживается при медленном вращении
антенны влево или вправо на 20...300 от направления на
телецентр. Устранение провала достигается перемеще-
нием короткозамыкателя вдоль двухпроводной линии
Подобрав наилучшее положение по изображению на эк-
ране, короткозамыкатель закрепляют. После этого, пере-
мещая вверх и вниз кольцо-короткозамыкатель в точках
питания, антенну подстраивают. Понятно, что конструк-
ция элементов настройки ромбической антенны с рефлек-
тором и с реактивной нагрузкой может быть и иной.
105
3. ОБЪЕМНАЯ РОМБИЧЕСКАЯ
АНТЕННА
В последнее время в дециметровом диапазоне волн
стачи использовать так называемую объемную ромбиче
скую антенну, состоящую из двух обычных ромбических
антенн, расположенных под углом 90° одна относительно
другой и работающих на общую нагрузку.
Обычная ромбическая антенна представляет собой
двухпроводную линию, у которой провода в начале ли
нии расходятся, а в конце сходятся, образуя ромб
(рис. 73) К проводам одного из острых углов подключа-
ется фидер снижения через согласующее устройство, а к
проводам второго острого угла — активное сопротивле-
ние, равное волновому сопротивлению антенны ЬОО.
700 Ом. В результате в антенне устанавливается режим
бегущей волны, что обеспечивает независимость ее вход-
ного сопротивления от частоты в широком спектре час-
тот. Активное сопротивление уменьшает КПД антенны
до 50%, вследствие чего и коэффициент усиления сни-
жается вдвое по сравнению с максимально возможным.
В зависимости от длин стороны ромба и рабочей вол-
ны максимальное излучение каждой стороной направлено
под некоторым углом а к оси проводника, как это пока-
зано на рис. 73. Чем больше длина провода, тем меньшую
величину имеет угол а и тем больше главные лепестки
диаграммы направленности прижаты к проводу. При
этом происходит сложение лепестков 1, 2, 3,4 и тем са
мым обеспечивается наибольшая сила приема сигналов,
приходящих в направлении большой диагонали ромба,
со стороны нагрузочного сопротивления.
Размеры такой антенны определяются следующим об-
разом. Длина каждого плеча ромба принимается крат-
ной нескольким длинам волн. Следовательно, она может
быть равна: I—21, 31, 41, 51 и т. д. Чтобы антенна не
была слишком громоздкой, чаще всего принимают 1=
= (3.. 4)1. После этого необходимо выбрать величину
угла 2а. Желательно, чтобы этот угол был не слишком
большим, так как от него зависит ширина главного ле-
пестка диаграммы направленности. Лучше всего прини-
мать угол 2а= (5О...7О)°.Зная I и а, легко вычислить все
остальные размеры полотна антенны.
Один из недостатков обычной ромбической антенны —
ее относительно высокое волновое сопротивление, затруд-
106
Рис. 73. Характеристики направленности отдельных элемен-
тов ромбической антенны
Рис. 74. Зависимость угла
раскрыва диаграммы на-
правленности антенны в
вертикальной и горизон-
тальной плоскостях поля
рнзации от отношения //Л
няющее согласование с 75-омным кабелем, что ограни-
чивает ее использование в дециметровом диапазоне
волн (470...622 МГц). У такой антенны углы раскрыва
диаграммы направленности в горизонтальной и верти-
кальной плоскостях по половинной мощности различны
(рис. 74). Это свойство использовано в объемной ромби
ческой антенне с целью повышения ее КПД до 80% и
улучшения коэффициента усиления и направленного дей-
ствия, необходимых для увеличения дальности приема
телепередач.
Волновое сопротивление объемной ромбической ан-
тенны уменьшается до 150 Ом, что с помощью симмет-
рирующего устройства может быть хорошо согласовано
с фидером Уровень обратного лепестка диаграммы на-
правленности у этой антенны почти в два раза меньше
уровня обратного лепестка обычной ромбической антен-
107
Рис. 75. Кривые зависимости
коэффициента усиления объем-
ной и обычной ромбических
антенн от отношения фактиче-
ской длины волны к расчет-
ной при одинаковых прочих па-
раметрах
Рис. 76. Общий вид объемной
ромбической антенны
ны. У нее острая направленность, а максимум диаграм-
мы направленности совпадает с длинной осью полотна
На рис. 75 приведены кривые зависимости коэффи-
циентов усиления объемной и обычной ромбических
антенн от отношения фактической длины волны к рас-
четной при одинаковых прочих параметрах.
Каркас антенны (рис. 76) изготовляется из деревян-
ных брусков, на которых натягиваются проводники из
медной или биметаллической проволоки диаметром око-
ло 2 мм. В точке В все проводники спаяны вместе. В точ-
ках же А и Б проводники соединяются попарно, и к ним
присоединен фидер с симметрирующим устройством.
К точке А подходят проводники 1 и 4, а к точке Б —
2 н 3. Провод к каркасу желательно крепить с помощью
фарфоровых изоляторов (роликов) Для изоляции про-
водников от деревянного каркаса, который в сырую по-
году может ухудшать качество приема, допустимо ис-
пользовать и другие изоляционные материалы.
Коаксиальный кабель прокладывается по мачте, за-
тем по длинной рее к точкам Л и Б. На рис. 76 показан
простейший способ крепления проводов антенны на двух
траверсах. Так как полотна двух обычных ромбических
антенн для исключения их взаимного влияния должны
находиться обязательно под углом 90°, то размеры тра-
верс и их расположение на мачте должны быть очень
108
точными Как это необхо-
димо сделать, рассмотрим
на примере.
Допустим, надо изгото-
вить антенну для 30-го те-
левизионного канала. Сре-
дняя длина волны 0,548 м.
Принимаем длину плеча
антенны /=31=1644 мм
и угол 2а = 50°. По рис. 77
определяем большую и ма-
лую оси антенны:
ав—164,4 -cos25°= 149 см
и вс— 164,4-sin25°=69 см,
т. е. большая ось антенны
равна 298 см, а малая
ось — 138 см.
Так как полотна антен-
ны должны располагаться
под углом 90 °, то па листе
бумаги чертим две взаим-
но перпендикулярные пе-
ресекающиеся прямые ли-
нии и от места их пересе-
чения во все четыре стороны
лых полуосей (69 см). В
Рис. 77. Определение места
расположения проводников
на траверсах:
а—половина полотна антенны;
б — расположение полотен ан-
тенны
откладываем размеры ма-
точках а, б на верхней
траверсе и а', б' на нижней траверсе необходимо устано-
вить изоляторы для крепления проводников антенны.
Расстояние между траверсами, размещающимися на
мачте, равно 2-69-sin 45°=98 см. Большая рея крепит-
ся на мачте в центре между траверсами и перпендику
лярно к ним. Проводники первой ромбической антенны
прокладываются через точки а и б', а второй антенны —
через точки а' и б.
Антенна может иметь и иное конструктивное испол-
нение, по главное условие должно соблюдаться — полот-
на ее должны быть взаимно перпендикулярны.
Глава 8.
УСТАНОВКА, ПОДСТРОЙКА
И ГРОЗОЗАЩИТА АНТЕНН
1. УСТАНОВКА АНТЕНН
При значительном расстоянии от места приема до те-
левизионной станции антенну размещают на крыше
здания или на отдельной мачте. На крыше дома уста-
навливают обычно небольшую мачту из трубы диаметром
полтора-два дюйма, наверху которой и находится ан-
тенна. Мачту крепят к стропильной балке с помощью
хомутов и болтов так, чтобы она нижним своим концом
стояла на небольшом кронштейне. Крепление должно по-
зволять поворачивать антенну при ориентировке ее в
направлении телестанции. Мачта высотой до 5 м укреп-
ляется 3—4 оттяжками из троса или стальной проволоки
диаметром 3. .5 мм. Ниже антенны к трубе приваривают
специальные планки с отверстиями или на трубу ставят
хомуты, за которые заправляют концы оттяжек. Их ниж-
ние концы присоединяют к винтовым стяжкам, а послед-
ние— к крючьям на стропильных балках.
На краю крыши и па стене около отверстия, через
которое кабель проходит в помещение, ставят металли-
ческие штыри (или деревянные кронштейны), па кото-
рые насаживают изоляторы. К ним крепится фидер, иду-
щий от антенны к телевизору. Он не должен иметь силь-
ного натяжения и резких изгибов.
Высокая мачта, устанавливаемая на крыше здания
или на земле, поддерживается несколькими ярусами от-
тяжек с расстоянием между ними 5. .8 м. Для дальнего
приема телевидения обычно устанавливают мачту из
стальных труб диаметром 50.. 60 мм, высотой около 20 м.
На верхнем ее конце приваривают кронштейн в виде
стрелы, изготовленный из трубы немного меньшего диа-
метра, чем мачта. На концах кронштейна крепят два
ролика, а через них пропускают трос, с помощью кото-
рого антенна поднимается вверх. Такая конструкция
мачты позволяет в любое время опустить антенну для
осмотра и ремонта.
При дальнем приеме телевидения иногда применяют
многоэтажные антенны, которые монтируют на отрезке
по
трубы. К верхнему концу трубы прикрепляется подъем-
ный трос, а к нижнему — приваривается горизонтальная
планка длиной 0,5...0,8 м с отверстиями (см. рис. 35).
К ее концам прикреплены провода, опускающиеся на
землю. С их помощью антенну более точно ориентируют
на телевизионную станцию и укрепляют так, чтобы ее
не качало ветром.
Наружную антенну следует устанавливать вдали от
воздушных линий связи и электросети. Расстояние меж-
ду ними должно быть не менее удвоенной высоты телеви-
зионной мачты.
2. ПОДСТРОЙКА АНТЕНН ТИПА
ВОЛНОВОЙ КАНАЛ
Каждая антенна должна быть настроена на частоту
принимаемой телевизионной станции. Радиолюбители,
обычно не имеющие необходимых измерительных прибо-
ров, производят эту операцию непосредственно при при-
еме сигналов по контрастности изображения на экране
телевизора. Сначала антенну точно устанавливают в на-
правлении принимаемой станции. Для этого ее медленно
поворачивают влево до тех пор, пока па экране телеви-
зора изображение пе начнет исчезать. Это положение
фиксируют. Затем делают то же самое, поворачивая ан-
тенну вправо После этого антенну устанавливают посре-
дине между двумя зафиксированными положениями и за-
крепляют.
Подстройку антенны производят, укорачивая или уд-
линяя вибраторы. Для этого па концы вибраторов, кото-
рые должны быть немного короче расчетных, плотно
надевают отрезки труб (надставки) или в середину
вибраюров плотно вставляют стержни. Передвижением
надставок или стержней изменяют длину вибраторов, а
следовательно, и их настройку.
Порядок настройки такой. Сначала, наблюдая все
время за контрастностью изображения па экране теле-
визора, устанавливают необходимую длину рефлектора.
Затем подбирают длину директора, ближайшего к актив
ному вибратору. После этого регулируют длины осталь-
ных директоров Менять длины пассивных вибраторов на-
до одновременно с двух противоположных концов на
одну и ту же величину.
Ill
Так как после настройки одного элемента антенны
другие элементы вследствие наличия связи между ними
немного расстраиваются, то их настройку необходимо по-
вторить. В заключение надставки на вибраторах надеж-
но закрепляют. Многоэтажные антенны настраивают
одновременным удлинением или укорочением одних и
тех же элементов во всех этажах.
Если антенна изготовлена точно по чертежам или
соответствует данным, приведенным в таблицах, то осо-
бой настройки она не требует. Если же для изготовления
вибраторов применялись трубки другого диаметра, то
настройка совершенно необходима, так как при увели-
чении диаметра длина вибраторов должна быть несколь-
ко меньше, а при уменьшении диаметра — больше.
3. ГРОЗОЗАЩИТА АНТЕНН
Чтобы избежать поражения молнией антенны, теле-
визора и людей, находящихся около него, надо уделять
особенное внимание грозозащите. Металлические мачты,
на которых устанавливаются антенны, должны быть за-
землены. Так как в антеннах наиболее часто применяет-
ся петлевой вибратор, который средней точкой соединен
с металлической стрелой, а стрела — с металлической
мачтой, то других мер грозозащиты не требуется. Если
же мачта деревянная, то ио ней необходимо проложить
толстый провод или медную ленту, которые одним кон-
цом соединяются с серединами активного и пассивных
вибраторов, а другим — с трубой, закопанной в землю
на глубину 2 „3 м. Вместо трубы можно использовать
оцинкованный стальной лист толщиной 2...5 мм. Для
уменьшения сопротивления заземления размеры листа
должны быть как можно большими. Металлическую оп-
летку коаксиального кабеля около ввода в здание
необходимо соединить с заземленным проводом, проло-
женным по внешней стене. Если наружная антенна
установлена вблизи высоких сооружений, оборудованных
молниеотводами, то устройство грозозащиты не обяза-
тельно. Комнатные антенны грозозащиты не требуют.
Для грозозащиты некоторых типов однокапальных
антенн можно использовать четвертьволновой коротко-
замкнутый отрезок двухпроводной линии, соединив его
с заземляющим проводом. Такая короткозамкнутая ли-
ния имеет очень большое входное сопротивление и на ра-
нг
боту антенны не влияет. Многоканальные антенны, уста-
навливаемые на крышах зданий или на высоких мачтах,
защищают специальными молниеотводами в виде зазем-
ленного металлического стержня, укрепленного на вер-
хушке мачты.
Приложение 1
Основные параметры некоторых марок высокочастотных кабелей
Маркл кабеля Тип ка беля Волновое со- ripoiинленне, Ом Макси- маль- ная ем- кость, пФ/м Показатель затухания s иеп/км при частоте Диаметр внутренней жилы, м.м Диа- метр по изо- ляции, м.м Внешний диамеф . кабеля > мм
старое новое обозначение обозначе- ние 50 МГн 100 МГц 200 МГц
РК-75-4-11 РК-101 Коак- 72...78 70 8,5 11,5 20,0 0,72 4,6 7,3 РК-75-4-12 РК-149 сиаль- 72.78 76 7,5 12,0 23,0 0,78(7X0,26) 4,6 7,3 РК-75-4-14 — ный 75 _ _ _ 21,0 1,2(7x0,4) — 10,3 РК-74-4-15 РК-1 » 72.78 68 9,5 11,5 17,0 0,72 4,6 7,3 РК-75-4- 6 РК-49 » 72...78 76 10,0 12,5 21.7 0,78(7 X 0,26) 4,6 7,3 РК-75-7-12 РК-120 » 72...78 69 6,8 12,0 17,0 1,2(7Х0,4) 7,3 10,3 РК-75-7-13 - » 75 - - - 11,0 0,72 - РК-75-7-15 » 75 — — —11,0 1,13 — У,а РК-75-7-16 РК-20 > 72...78 68 7,0 12,5 18,0 1,11(7X0,37) 7,3 10,4 РК-75-9-12 РК-3 » 72 ..78 70 5,5 7,5 12,0 1,35 9,0 12,2 РК-75-9-13 РК-103 » 72...78 71 5,7 7,0 11,5 1,35 9,0 12,2 К _ РК-6 »• 48...52 101 б:0 9,2 15,0 2,55(7X0,85) 9.2 12,4 РК-19 » 48. .52 105 18,0 21,0 34,0 0,68 2,4 4,2 Примечание. Новое наименование кабелей означает: РК — радиочастотный коаксиальный, две следующие цифры (75) — величина волнового сопротивления в омах, третья цифра — диаметр кабеля по изоляции, четвертая — род изоляции (1 — полиэтилен различных модификаций, 2 — фторопласт, 3 —полистирол (стирофлекс), 4 — полипропилен и его смеси, 5—резина, 6 —неор- ганическая изоляция), пятая цифра — порядковый номер конструкции.
Си
О
х
о
09
X
Е
g
Я Г9
g
с
ш
Ширина глав
кого лепестка
диаграммы на-
правленности
в горизонталь-
ной плоско-
сти, град
X
я
о
я
©
£
КЗ
Продолжение приложения 2
Тнп антенны Коэффициент усиления по мощности, дБ Входное сои- роти плен не. Ом Ширина глав- ного лепестка диа1раммы на- правленности в горизонталь- ной плоско- сти, град
Четырехэтажная антенна с рефлектором и директором в каждом этаже. Расстояние между этажами равно поло- вине длины волны 9...10 70
Антенна с логарнфмически-пе- рнодической структурой (ЛПА) 6 8 100..130 60. .75
Зигзагообразная антенна 5.8 — —
Зигзагообразная антенна с рефлектором 8. 10 — —
Антенна для сложных усло- вий приема типа 2ТВК-3/1.2 8. .8,5 ——•г 70
То же, типа 2ТВК-4/1.2 9.5... 11 — 60.. 70
То же, тина 2ТВК-4/3.4.5 10...10,5 —- 60
То же, типа 2ТВК-5/6...12 11...12 — 50
Антенна типа АТВКД-15/21-39 9...12 — 32.. 46
То же, типа 2АТВКД-15/21-39 11...14 — 20...25
Примечание. Входное сопротивление для антенн типа волновой
канал указано при условии применения петлевых вибраторов. Если
же вместо петлевых применяются обычные симметричные (разрез-
ные) вибраторы, то указанные в таблице входные сопротивления
должны быть уменьшены в четыре раза.
ЛИТЕРАТУРА
Бекетов В. И. Антенны сверхвысоких частот.— М Воениздат, 1957.
Бор и и чу к Г. И., Булыч В. И. Радиолюбителю о телевизионных
антеннах.— М.: ДОСААФ, 1977.
Гек кер И. Р., Юрьев В. И. Субмнллиметровые волны —М. 1 ос-
эиергоиздат, 1961.
Гро ди ев И. И., Белорусов Н. И. Радиочастотные кабели.—
М: Госэнергоиздат, 1959.
Дорохов А. П Расчет и конструирование антенно-фидерных уст-
ройств.— Издательство Харьковского университета, 1960
За гик С. Е., Капчи некий Л. М. Приемные телевизионные ан-
тенны.— М.: Госэнергоиздат, 1962.
Зворыкин В. К., Мортон Д. А. Телевидение.— М.: Иностранная
литература, 1956.
116
ОнишенкоИ П. Приемные телевизионные антенны.— Киев: Гос-
техиздат, 1959.
Пистолькорс А. А. Антенны.— М.: Связьиздат, 1947.
Пясецкий В В Антенны для индивидуального приема телеви-
дения.— Минск: Беларусь, 1971
Справочник по радиотехнике / Под обшей ред Смирнова Б. А.—
М. Госэнергоиздат, 1950.
Журналы «Радио» за 1970—1984 гг.
ОГЛЛВЛ ЕН И Е
Глава 1. Основные сведения о распространении ультракоротких
радиоволн ................................................ 3
1. Особенности распространения УКВ ...... 3
2. Дальний и сверхдальний прием УКВ...................... 6
3. Определение напряженности электромагнитного поля
ультракоротких волн ... ... 13
4. Телевизионные каналы, выделенные для станций
Советского Союза ........................................15
Глава 2 Фидерные линии, согласующие и симметрирующие
устройства ................................................18
1 Тины линий ...........................................18
2. Основные параметры фидерных линий......19
3. Свойства фидерных линий .............................24
4. Согласующие устройства ..............................26
5. Другие возможные способы согласования входных
сопротивлений .......................................... 29
6. Симметрирующие устройства .........32
Г л а в а 3. Параметры . характеристики приемных антенн 36
1. Назначение антенн. Требования, предъявляемые к антеннам 36
2. Входное сопротивление антенны.........................38
3. Действующая высота антенны .........39
4 Коэффициент направленного действия и коэффициент
усиления антенны .................................. ... 41
5. Диаграмма направленности полуволнового симмет-
ричного вибратора ..........................42
6. Полоса пропускания антенны ...........................45
7. Коэффициент бегущей волны ............................46
Глава 4 Телевизионные антенны для ближнего приема
телевидения 47
1. Наружные телевизионные антенны .......................47
Глава 5. Телевизионные антенны для дальнего приема
телевидения ...............................................59
1. Многоэлементные антенны типа волновой канал . . 59
2. Синфазные многоэтажные антенны........................60
3 Многовибраторпые синфазные антенны....................65
4. Антенны для приема двух телевизионных программ 67
Глава 6. Многопро,раммные телевизионные антенны . . 72
1. Широкоднаназонныс- приемные телевизионные антенны
с логарифмической периодичностью параметров (ЛПА) 72
2. Зигзагообразные широкополосные телевизионные антенны 79
3. Модификации зигзагообразных антенн....................84
118
4. Вибраторные широкополосные телевизионные антенны 88
5. Диапазонная антенна тина ТВК-7/6-12..................91
6. Двенадцатикапальпая антенна К. П. Харченко ... 91
7. Антенны для сложных условий приема...................94
Глава 7. Телевизионные антенны дециметрового диапазона 98
1 Антенна типа АТВ КД-15/21-39 ....... 98
2. Ромбнческаи антенна ............................100
3. Объемная ромбическая антенна...................... 106
Глава 8 Установка, подстройка н грозозащита антенн ПО
1. Установка антенн .............................ПО
2 Подстройка антенн типа волновой канал . , . . 111
3. Грозозащита антенн...................................112
Приложения.
1. Основные параметры некоторых марок высоко-
частотных кабелей.......................................114
2 Основные электрические характеристики некоторых
типов приемных телевизионных антенн.................115
Литература ...............................................116
Издание для досуга
Иван Петрович Онищенко
ПРИЕМНЫЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ
Художественный редактор Г. А. Хитрова
Технический редактор В Н. Кошелева
Корректор О. С. Назаренко
Сдано в набор 16.04.88 г. Подписано в печать 12.01.89. Г-27115 Формат
84Х1087зг Бумага кн.-журнальная. Гарнитура литературная. Печать высокая.
Усл п. л б.З. Усл кр отт. 6.51. Уч.-изд. л. 6,03. Тираж 200 000 экз. Заказ
2268. Цена 45 к. Изд. Л« 2/п 446.
Ордена «Знак Почета» Издательство ДОСААФ СССР. 129110, Москва,
Олимпийский просп.. 22. Типография иэлательства «Омская правда»,
614056, Омск, просп. Маркса, 39,