Глава пятая

ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ ДЛЯ ПРИЕМА ТВ-СИГНАЛОВ В ДЕЦИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ

Для мастеров-радиолюбителей большой интерес представляют ТА дециметрового диапазона, которые позволяют значительно расширить возможности лампово-полупроводниковых моделей телевизоров. В данной главе предлагаются для повторения только три типа ТА ДМВ, так как автор подготовил к изданию новую книгу, полностью посвященную ТЛ для приема ДМВ и спутникового телевидения.

В соответствии с принятой классификацией прием телепередач на 21—61-м каналах обеспечивается в диапазоне ДМВ на частотах свыше 300 МГц. В большинстве случаев владельцы телевизоров, оборудованных соответствующими селекторами каналов, применяют комнатные индивидуальные малогабаритные антенны. Но на садово-огородных участках эти антенны не всегда дают положительный результат. Поэтому в большинстве случаев приходится использовать самодельные дециметровые антенны, которые рассматриваются в настоящей главе.

Каждый цветной телеприемник имеет три антенных ввода: два для подключения антенны метровых волн (MB), один из которых обеспечивает ослабление сигнала в 10 раз, и специальный ввод для подключения антенны ДМВ. Все антенные вводы рассчитаны на подключение коаксиального радиочастотного кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.

Подключение антенны к дециметровому вводу специальной конструкции должно обеспечивать такое же высокое качество основных технических характеристик телевизора, как и при приеме в диапазоне MB.

Важнейшей характеристикой, определяющей качество изображения и чистоты звукового сопровождения, является чувствительность. В диапазоне MB чувствительность канала изображения должна быть не хуже 100 мкВ,

а в диапазоне ДМВ — не хуже 500 мкВ. Для современных телевизоров чувствительность звукового сопровождения в диапазоне MB должна быть не хуже 50 мкВ. а в диапазоне ДМВ — не хуже 200 мкВ.

Не менее важным электрическим параметром является избирательность, которая характеризуется способностью ослаблять сигналы помех вне рабочей полосы частот. Избирательность при настройке от несущей частоты изображения принимаемого канала на 1,5 МГц должна быть не хуже 40 дБ (100 раз), на 3,5 МГц — 40 дБ, на +6,5 МГц — 36 дБ, на +8 МГц — 40 дБ,

От качества изготовления антенн зависят также такие параметры, как контрастность и максимальная яркость. Величина контрастности зависит от размеров взаимного удаления темных и светлых элементов изображения. В общем случае контрастность должна быть не хуже 80:1 и выше. Максимальная яркость свечения определяется как яркость наиболее светлых крупных участков телеизображения, она может составлять до 100 кд/м^2.

Диапазон воспроизводимых звуковых частот должен находиться в пределах от 80 до 12 500 Гц.

При проектировании и изготовлении ТА дециметрового диапазона используются известные формулы, в основу которых входят следующие понятия: действующая длина антенны пропорциональна длине волны; коэффициенты усиления и защитного действия антенны ДМВ должны быть выше, чем у антенн метрового диапазона; с увеличением частоты возрастает затухание в коаксиальных кабелях, соединяющих антенну с входом телевизора; внутренние шумы входных цепей телевизоров в диапазоне ДМВ больше, чем в диапазоне MB.

Эти электрические параметры сравнительно легко реализуются в различных типах антенн за счет увеличения числа пассивных элементов. Например, в антеннах типа «волновой канал», логопериодических антеннах и антеннах для дальнего приема телевидения.

В диапазоне ДМВ все элементы антенны имеют малые конструктивные размеры, и при увеличении числа директоров габаритные размеры самой антенны остаются небольшими. (Интересное решение было опубликовано в журнале «Радио», № 2 за 1988 г.).

Зона уверенного приема ДМВ радиопередающей станцией, как правило, оценивается статистическими методами, она непостоянна во времени и зависит от диэлектрической проницаемости воздуха. В диапазоне ДМВ длины

волн короче 0,65 м — для работы в каналах с 21-го и выше. Минимальные потери при распространении ДМВ наблюдаются до тех пор, пока между передающей и приемной антеннами существует прямая видимость, за .пределами которой сигнал существенно уменьшается и уверенный прием становится невозможным.

В теоретических исследованиях распространение ДМВ представляют в виде окружности, радиус которой равен максимальному расстоянию прямой видимости, с тем допуском, что мощность, излучаемая передающей станцией, достаточно велика для приема непосредственно на границе. Известно, что чем выше частота радиосигнала, тем больше требуется напряженность поля в месте приема. Для первых каналов MB в месте установки приемной антенны напряженность поля находится в пределах от 300 до 700 мкВ, а для ДМВ — 3200 мкВ и выше. Напряженность поля по мере удаления от передающей станции уменьшается. Для ДМВ нельзя рассчитывать радиус зоны прямой, видимости по максимальному расстоянию прямой видимости, так как мощность станций недостаточна для приема на максимальном расстоянии прямой видимости. Например, минимальная напряженность поля для 33-го канала — 70 дБ (3200 мкВ).

Радиолюбителями разработано достаточно большое число антенных усилителей несложной конструкции, предназначенных для усиления сигналов в телевизионном диапазоне ДМВ, которые решают почти в полной мере изложенные проблемы и конкретные задачи.

Для приема ДМВ используются широкополосные направленные антенны, работающие без перестройки в широком диапазоне волн и для приема телепередач на расстоянии до 60—70 км от ТЦ.

Для расчета такой антенны необходимо знать крайние волны рабочего диапазона частот lдл.mах и lдл.min. Сначала определяют длину наибольшего вибратора l, которая должна быть равна (с определенным допуском) 0,55 lдл.max. Затем строится равнобедренный треугольник с заданным углом а при вершине, который лежит в пределах от 30 до 45°, и основанием треугольника, равным в масштабе построения длине наибольшего вибратора l. Второй вибратор располагается на расстоянии а1, которое определяется из пределов (0,15...0,18) • lдл.max от первого (в масштабе построения).

Длина второго вибратора в этом случае определяется

однозначно, исходя из построения, так как он должен полностью вписываться в треугольник. Далее определяется длина третьего вибритора, который располагается на расстоянии а2=а1•t, где t — коэффициент уменьшения длины вибратора. Затем строится четвертый вибратор на расстоянии а3=а2•t от третьего и т. д. Построение продолжается до тех пор, пока длина очередного вибратора, вписанного в треугольник, не будет равна (ориентировочно) (0,14...0.45.) • lдлmin. Этот вибратор и будет последним.

Логопериодические антенны сравнительно просты по конструкции, хорошо согласуются с 75-омным коаксиальным кабелем снижения, имеют КПД от 4 до 7 дБ. Все логопериодические антенны и существующие их разновидности могут быть представлены в виде замкнутой системы вибраторов, расположенных и горизонтальной плоскости.

Схема плоской вибраторной логопериодической антенны (ЛПА) представлена на рис. 5.1. Антенна состоит из двухпроводной распределительной линии длиной А, в которую включены вибраторы различной длины и различного расположения. Наибольший вибратор состоит из двух отрезков, отстоящих друг от друга на расстоянии 2 d, где d — диаметр трубки распределительной линии.

Электрические параметры антенны определяются тремя основными составляющими: периодом структуры t, углом раствора а и длиной антенны L.

Параметры антенны рассчитываются так, чтобы внутри каждого интервала частот элементов антенны (например, f7 — f6) характеристики антенны менялись незначительно.

Первый параметр t характеризует частотную периодичность антенны, при которой каждый вибратор имеет свою резонансную частоту. На самой низкой частоте, в зависимости от выбранного канала, рабочего диапазона f1 = fmin резонирует первый вибратор 1 с длиной плеча l1, на следующей, более высокой, частоте f2 резонирует вибратор 2 с длиной плеча l2 = l1 • t и т. д.

Незначительное изменение характеристик антенны при расчете параметров должно быть во всем рабочем диапазоне частот, поэтому антенна, построенная по рассматриваемому принципу, и носит название логарифмически-периодической, или логопериодической.

Длина антенны L рассчитывается по формуле: L = (l1 —

т. е.зависит от угла и принимаемого диапазона

частот, который определяется, в свою очередь, размерами граничных элементов антенны l1 и l9. Здесь необходимо заметить, что количество элементов в антенне не ограничивается девятью элементами и может составлять от шести до двадцати двух.

Логопериодическая антенна может быть изготовлена для приема телепередач во всех диапазонах частот.

Расстояние между двумя соседними вибраторами можно определить также по формуле: а6= l6(1—t)ctg(а/2). При изготовлении антенны для приема телепередач на первых 12 каналах рекомендуется принять в расчетных формулах t = 0,84; а = 60°; L = 2285 мм; число вибраторов равно 13. Для антенны, предназначенной для приема первых 3 каналов, необходимо взять шесть вибраторов, тогда L = 1515 мм.

Антенну, работающую на первых каналах телевидения в метровом диапазоне волн, рекомендуется изготавливать из трубок с тонкими стенками диаметром 20 мм. Антенну для 6—12-го каналов можно сделать из дюралевых или латунных трубок диаметром 15 мм, а антенну для приема сигналов ДМВ — из трубок диаметром 8 мм, с толщиной стенки до 1 мм.

Второй вариант логопериодической антенны приведен на рис. 5.2, где проводники распределительной линии расположены в вертикальной плоскости, а вибраторы — в горизонтальной плоскости в два ряда. Все вибраторы поочередно направлены в разные стороны. Коаксиальный кабель снижения проложен внутри нижней трубки без верхней полиэтиленовой оболочки. Экран коаксиального кабеля припаян в точках б и г, а центральная жила кабеля припаивается в точке а.

Проводники распределительной линии, как правило, скрепляются между собой крепежными изоляторами в двух точках. Концы трубок распределительной линии в точках виг должны быть накоротко замкнуты металлической перемычкой. К вертикальной штанге логопериодическая антенна прикрепляется с помощью крепежных деталей, расположенных в центре тяжести собранной антенны.

Телевизионная антенна дециметрового диапазона для приема телепрограмм с 21-го по 40-й канал, которая по принятой классификации относится к антеннам типа «волновой канал», показана на рис. 5.3.

Техническая характеристика:

коэффициент усиления ............. 2,8—4 (9,2...12 дБ)

КБВ, не менее ................... 0,55—0,85

КЗД, не менее ................... 14—24 .

входное сопротивление активного

петлевого вибратора ............. 292 Ом

волновое сопротивление фидера ..... 75 Ом

рабочая частота .................. 470—622 МГц

неравномерность коэффициента

усиления ...................... 0,8

кпд, не менее .................... 0,96

количество принимаемых программ

без перестройки ................ 20

внешние нагрузки в местностях

с климатом .................... УХЛ, ХЛ, В

диаграмма направленности односторонняя

в горизонтальной плоскости ....... узкая, объемная

ширина главного лепестка диаграммы

направленности в горизонтальной

плоскости ...................... 32—46

Как следует из рисунка, антенна имеет одиннадцать директоров, петлевой вибратор 3, рефлектор, состоящий

из трех элементов 1 и 2, и несущую стрелу 4, которая изготавливается из металлической трубки диаметром 20— 22 мм.

Для изготовления активного 3 и пассивного вибраторов (директоров) используется дюралюминиевая трубка диаметром не менее 8 мм. Рефлектор можно выполнить из алюминиевой полоски толщиной 5 мм, но можно применить и меньшую толщину — до 2,5 мм. Ширина пассивных элементов рефлектора равна 16—20 мм. Средний элемент рефлектора крепится непосредственно к несущей стреле с помощью специальных шайб и крепежных деталей, а два других элемента рефлектора 1 — с помощью металлической стойки, которая также жестко прикреплена к стреле. Расстояние между этими элементами равно 49 мм при проекции на горизонтальную плоскость.

Петлевой вибратор выполнен из дюралюминиевой трубки диаметром 8—12 мм с толщиной стенки не менее 1 мм. Рекомендуется изготавливать петлевой вибратор из дюралюминиевой полоски толщиной 2.5 мм и шириной до 50 мм. Он может иметь фигурную конструкцию, удобную для крепления и, самое главное, обеспечивающую хорошее согласование во всем диапазоне частот принимаемых телепередач. Размеры основных элементов антенны — пассивных и активных — приведены в табл. 5.1. Длина четвертого элемента антенны рассчитывается, исходя из об-

щего количества вибраторов, и в данном случае равна 1400—1450 мм.

Наилучшие результаты дает подключение коаксиального кабеля снижения к петлевому вибратору через УСС типа «проволочный трансформатор». Изготавливается это УСС на двух ферритовых кольцевых сердечниках марки 100ВЧ размерами 8,4 х 3,5 х 2 мм. на которые виток к витку вплотную наматываются обмотки в два провода марки ПЭЛШО диаметром 0,23 мм. УСС должно обеспечивать КБВ, равный 0.75, в широкой полосе частот (от 470 до 622 МГц) со стороны подключения коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.

В данной антенне можно применить другое УСС, изготовленное без ферритовых сердечников,— эквивалент кабельной петли, выполненной из отрезка спиральной полосовой линии, которая наматывается на ферритовый или

стальной стержень из электротехнической стали марки 3311, 3312, 3313. Спираль изготавливается из медной или латунной ленты толщиной до 0,1 мм, шириной до 1 мм, имеет 5,25 витка и укладывается в пазы, сделанные в диэлектрике, выполненном в виде трубки, которая устанавливается на этот стержень. Намотка спирали на стержень показана на рис. 5.4.

Эту антенну можно устанавливать на одной штанге с антенной MB, но расстояние между ними должно быть не менее 1,0—1,2 м.