Широкополосные антенны метровых волн
10.9. Широкополосные антенны метровых волн
Малогабаритная 5-элементная антенна типа «Волновой канал» (рис. 10.23) предназначена для установки в зоне уверенного приема (см. рис. 10.1). Антенна может принимать телевизионные сигналы в группах каналов, указанных в табл. 10.17. Длина несушей стрелы для всех групп каналов составляет 660 мм. Расстояние D между центрами трубок активного петлевого вибратора равно 52...56 мм, расстояние S между его торцами — 26...30 мм. Диаметр трубок для изготовления вибраторов равняется 6...10 мм. Элементы антенны крепятся к несушей стреле в виде металлической трубки диаметром 20...28 мм или к деревянному бруску сечением 20 х 20 мм.
Таблица 10.17
Активный петлевой вибратор подключают к фидеру с помощью согласующе-симметрируюшей петли (см. рис. 10.13). Длину ее вычисляют как среднеарифметическую для данной группы каналов.
Коэффициент усиления малогабаритной 5-элементной антенны — 6,5 дБ. КЗД широкополосной антенны как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях более 20 дБ.
11-элементная широкополосная антенна типа «Волновой канал» с укороченной несушей стрелой показана на рис. 10.24, в табл. 10.18 приведены ее геометрические размеры для групп каналов.
Таблица 10.18
Расстояние между определенными элементами антенны одинаковое, поэтому несущая стрела для всех групп каналов равна 2680 мм. Высокое входное сопротивление антенны обеспечивается близким расположением первого директора к петлевому вибратору. Поэтому антенну подключают к фидеру с помощью полуволновой согласующе-симметрирующей петли (см. рис. 10.13), длина которой равна средней величине для этого сочетания каналов (см. табл. 10.1).
Коэффициент усиления антенны для каждой группы каналов равен 10,5 дБ. Угол раствора главного лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости должен быть не менее 20°, а в вертикальной — не менее 12°. На рис. 10.25 показана конструкция широкополосной антенны типа «Волновой канал» для работы в полосе частот каналов 6...12. Коэффициент усиления такой антенны 9 дБ. Углы раствора диаграммы направленности такие же, как и у антенны, представленной на рис. 10.24.
Широкополосный веерный вибратор. Для расширения рабочей полосы частот линейный полуволновой вибратор изготавливают из трубы большого диаметра. Недостатком «толстых» вибраторов являются значительная масса, сложность крепления и установки. Этого можно избежать, если вместо такой трубы использовать несколько тонких трубок, расположенных в одной плоскости параллельно друг другу. Такие вибраторы изготавливают из двух конусов, обращенных вершинами друг к другу. Они называются биконическими.
Простейшая разновидность биконического вибратора — веерный вибратор (рис. 10.26), каждая половина которого состоит из нескольких трубок, расположенных в одной плоскости и расходящихся под некоторым углом друг к другу. Веерный вибратор работает в полосе частот 48,5...100 и 174...230 МГц, т. е. во всех 12 каналах метрового диапазона УКВ. Алина вибратора составляет примерно l/2 на средней частоте каналов 1...5 и 3*l/2 на средней частоте каналов 6...12.
Из рис. 10.26,б видно, что угол между плоскостями, в.которых расположены трубки вибратора, составляет 120° (наклон в сторону телевизионного передатчика), и это не случайно. Диаграмма направленности линейного вибратора в горизонтальной плоскости при длине вибратора, равной l/2, имеет форму цифры восемь. В каналах 6...12 при длине вибратора 3*l/2 диаграмма направленности искажается: основной лепесток раздваивается и в направлении на телевизионный передатчик появляется провал. Для исправления диаграммы направленности, т. е. устранения провала, делают наклон плоскостей, в которых расположены трубки
вибратора. При этом не только устраняется провал в переднем лепестке «восьмерки», но и снижается уровень ее заднего лепестка, в результате вибратор в каналах 6...12 становится более направленным, чем в каналах 1...5.
Коэффициент усиления широкополосного веерного вибратора по полю (напряжению) равен 1 (0 дБ) в каналах 1...5 и 1,15 (1,3 дБ) в каналах 6...12. Длина симметрирующего короткозамкнутого мостика равна l/4 на средней частоте каналов 1...5 и 3*l/4 в каналах 6...12.
Антенна бегушей волны (АБВ) — это направленная антенна, вдоль геометрической оси которой распространяется бегущая волна принимаемого сигнала. Обычно АБВ (рис. 10.27) состоит из собирательной линии (1) и вибраторов (2). Наведенные электромагнитным полем ЭДС в вибраторах складываются в собирательной линии в фазе и поступают в фидер. В отличие от антенн типа «Волновой канал» у АБВ
все вибраторы активные, широкополосные и не нуждаются в настройке.
Собирательную линию АБВ образуют две трубки диаметром 22...30 мм, расходящиеся под небольшим углом. Она представляет собой двухпроводную линию переменного волнового сопротивления. К каждой трубке собирательной линии под углом 60° на одинаковом расстоянии друг от друга присоединены шесть трубок (вибраторов) такого же диаметра, согнутых под углом 120°. Такие вибраторы обеспечивают значительное уменьшение заднего лепестка диаграммы направленности антенны, благодаря чему в большей части рабочего диапазона КЗД антенны оказывается не менее 14 дБ. Трубки собирательной линии скреплены между собой расположенными сверху и снизу пластинами из изоляционного материала. Средняя пластина используется для укрепления антенны на мачте в центре тяжести.
Фидер подключается к антенне с помощью короткозамкнутого мостика, который образован двумя металлическими трубками (5) с металлической перемычкой в нижней части. Фидер с
волновым сопротивлением 750м входит внутрь трубки мостика, которая находится справа. К его концу подключен трансформатор из кабеля с волновым сопротивлением 50 Ом (длина трансформатора 700... 750 мм). Другой конец отрезка кабеля выходит через верхний конец правой трубки. Здесь оплетка кабеля припаивается к правой трубке мостика, а центральный проводник — к левой. Алина мостика (1100мм) и трансформатора (700...750 мм) выбрана так, что в диапазоне каналов 1...5 она соответствует примерно 1/4 средней длины волны, а для каналов 6...12 — 3/4 средней длины волны. Это обеспечивает приемлемое согласование антенны с фидером. На
практике иногда обходятся без согласующего устройства (при ближнем приеме). В этих случаях используют симметрирующий шлейф из отрезков коаксиального кабеля (см. рис. 10.12). Точки А и В мостика могут быть защищены крышкой (4). Коэффициент усиления антенны бегущей волны в каналах 1 и 2 составляет 3,5 дБ, в 3...5 — 4,6, в каналах 6...12 — 8 дБ.
Таблица 10.19
Зигзагообразная антенна диапазона метровых волн. Конструкция антенны сравнительно проста и отклонения в ту или иную сторону от номинальных размеров, неизбежные при ее изготовлении, практически не влияют на параметры. В качестве телевизионной зигзагообразная антенна (рис. 10.28;
табл. 10.19) может быть выполнена для работы в каналах 1...5 (50...100 МГц) или 6...12 (174...230 МГц).
Устройство зигзагообразной антенны. К деревянному бруску (1) сечением примерно 60 х 60 мм под углом 90° прикреплены две горизонтальные рейки (2) сечением 40 х 40 мм. К концам бруска крепятся две металлические пластины
(3), к концам реек — такие же металлические пластины
(4), но через диэлектрические прокладки (5). Плата питания (7) состоит из двух металлических пластин, собранных на изоляционной прокладке. Толщину материала пластин и их размеры выбирают произвольно, но расстояние между пластинами должно равняться 10...15 мм для каналов 1...5 и 7...10 мм — для каналов 6...12. На подготовленную конструкцию натягивают полотно антенны из трех параллельных проводов (6) диаметром 2...3 мм или из антенного канатика. В местах перегиба провода припаивают к пластинам (3), (4), (7).
Фидер (8) из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом прокладывают по одному из внутренних проводов полотна антенны до платы питания. Оплетку кабеля припаивают к пластине (7). Центральный проводник кабеля припаивают к противоположной пластине (3). Дополнительные согласуюше-симметрирующие устройства при подключении фидера к зигзагообразной антенне не нужны. Нижнюю пластину (3) при необходимости можно заземлить, так как она является точкой нулевого потенциала.
Зигзагообразная антенна имеет два одинаковых лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, максимумы которых ориентированы перпендикулярно плоскости полотна антенны. Таким образом, эти антенны принимают сигналы спереди и сзади, подобно линейному или петлевому полуволновому вибраторам, что создает опасность
приема помех с обратного направления. Значительно улучшить работ/зигзагообразной антенны можно за счет ее усложнения, используя рефлектор (рис. 10.29). Рефлектор образован горизонтальными проводниками, которые закреплены на деревянной или металлической раме. Полотно антенны отодвинуто от плоскости рефлектора на некоторое расстояние Е (табл. 10.19).
Диаграмма направленности этой антенны имеет один главный лепесток, а задний практически отсутствует. Наличие рефлектора повышает коэффициент усиления в 1,5...2 раза. В каналах 1...5 коэффициент усиления зигзагообразной антенны плавно возрастает от 7,8 дБ в первом канале до 14 дБ в пятом, а в каналах 6...12 — от 7,8 до 10 дБ.
