Зигзагообразные антенны
Если антенны типа "Волновой канал" и рамочные узко полосные, то зигзагообразные антенны широкополосные и могут работать в широком диапазоне частот. В пределах того диапазона частот, на который рассчитана зигзагообразная антенна, она обладает сравнительно постоянными параметрами, удовлетворительно согласуется с фидером, а ее коэффициент усиления изменяется в небольшой степени. Еще одно из достоинств этих антенн - возможность легкого изготовления в домашних условиях, так как зигзагообразные антенны могут быть выполнены из подручных материалов. Впервые зигзагообразная антенна описана в радиолюбительской литературе К. П. Харченко в журнале "Радио", 1961 г., № 3, а ее разновидности многократно публиковались в последующие годы. Одна из простейших зигзагообразных антенн показана на рис. 4. 6. В качестве мачты 1 используется деревянный брусок сечением 60 х 60 мм, к которому крепятся под углом 90° две рейки 2, выполненные из деревянных брусков сечением 40 х 40 мм. Рейки необходимо врезать в мачту заподлицо, а затем скрепить с пей болтами с гайками. В верхней и нижней частях мачты к ней крепятся гвоздями или шурупами две планки 3 из листовой меди, латуни или белой жести размерами 20 х 300 мм. Еще четыре такие же планки устанавливаются на концах реек, но эти планки изолируют от реек прокладками из гетинакса. К мачте посредине между рейками крепится пластина 4 из гетинакса размерами 80 х 300 мм, а к пей -две металлические пластинки 5 в форме сегментов радиусом 340 мм, хордой 300 мм и стрелой 35 мм. Ширина просвета между пластинками в наиболее узкой части должна получиться равной 10 мм.
Полотно антенны выполняется обмоточным, монтажным проводом или антенным канатиком произвольного диаметра, который в точках изгиба припаивается к планкам 3 и пластинкам 5. Полотно образовано тремя параллельными проводами с точками питания на пластинках 5. Верхняя и нижняя планки при работе антенны оказываются в точках нулевого потенциала во всем диапазоне принимаемых волн, что позволяет не изолировать их от мачты и обойтись без ССУ при использовании в качестве фидера 75-омного коаксиального кабеля. Кабель проходит по мачте вверх до нижней планки, затем прокладывается между проводами левой части зигзага к точкам питания. Здесь оплетка кабеля припаивается к левой пластинке, а центральная жила - к правой.
Размеры, показанные на рис. 4. 6 без скобок, относятся к антенне, рассчитанной на прием телевизионного сигнала в диапазоне с первого по пятый телевизионный канал (диапазоны I и II). При этом согласование антенны с фидером характеризуется коэффициентом бегущей волны в фидере, превышающим 0, 45, что соответствует передаче мощности сигнала к телевизору не менее 85 %. Коэффициент усиления антенны по диапазону изменяется в пределах 4, 3... 7, 9 дБ с максимумом вблизи 3-го частотного канала.
Такая же антенна может быть выполнена для приема сигнала в диапазоне III (6-12-й каналы). Размеры такой антенны показаны на рисунке в скобках. Длина планок берется равной 150 мм, изоляционная пластина 4 -размерами 80 х 150 мм, а металлические пластины 5 в форме сегментов радиусом 97 мм, хордой 150 мм и стрелой 35 мм. В связи с тем, что относительная ширина этого диапазона меньше, согласование антенны с фидером получается лучше: коэффициент бегущей волны в фидере превышает 0, 65 (к телевизору передается более 96 % принятой антенной мощности сигнала). Коэффициент усиления антенны изменяется по диапазону в пределах 4, 8... 6, 9 дБ.
Антенна таких же размеров и с такими же характеристиками может быть получена, если вместо каждой из шести металлических планок установить на мачте и рейках по три ролика от электропроводки. При этом у каждой группы роликов провода полотна необходимо замкнуть между собой припайкой проволочных перемычек. Наконец, полотно антенны можно выполнить из металлической полосы шириной 120 мм (1-5-й каналы) или 70 мм (6-12-й каналы). Размеры антенны остаются прежними. Полотно этой конструкции может быть образовано из восьми полос, которые соединяются
по углам зигзага пайкой, или одной длинной полосой, которая перегибается по углам зигзага. От реек полосы по-прежнему изолируются.
Другой вариант зигзагообразной антенны показан на рис. 4. 7. Антенна представляет собой металлическое кольцо или деревянный обруч с проложенным по поверхности обруча проволочным кольцом. Проволоку можно закрепить к поверхности деревянного обруча скобками. Кольцо или
обруч крепят на деревянной мачте. В центре кольца к мачте на изоляционном основании устанавливают две полукруглые металлические пластины, выполненные из листовой меди, латуни или белой жести радиусом 50 мм. Каждую пластину соединяют с кольцом пятью лучами, расположенными под одинаковыми углами. Затем лучи соединяют между собой пятью перемычками, расположенными также на одинаковом расстоянии одна от другой. Проволочное кольцо, лучи и перемычки можно изготовить из антенного канатика или медного провода диаметром 1, 5... 3, 0 мм. Все соединения нужно тщательно пропаять. Прокладка и подключение кабеля, которое производится также без ССУ, показаны на том же рисунке.
Кольцевая зигзагообразная антенна указанных размеров способна принимать сигналы всех 12 каналов метрового диапазона волн. Антенна удовлетворительно согласуется с 75-омным коаксиальным кабелем: на каналах с третьего по двенадцатый согласование хорошее, на первом и втором - несколько хуже. Коэффициент усиления антенны плавно нарастает при увеличении номера канала примерно от 0, 5 дБ на первом канале до 11, 5 дБ на двенадцатом. Такое изменение коэффициента усиления соответствует необходимости, так как с уменьшением длины волны сигнала при постоянных напряженности поля и коэффициенте усиления антенны
напряжение сигнала на выходе антенны должно пропорционально уменьшаться.
Рассмотренные конструкции зигзагообразных антенн имеют два одинаковых лепестка диаграммы направленности в горизонтальной плоскости, максимумы которых направлены перпендикулярно плоскости полотна антенны. Таким образом, эти антенны принимают сигнал как спереди, так и сзади, подобно одиночному полуволновому вибратору, что создает опасность приема помех с заднего направления. Значительно улучшить работу зигзагообразной антенны можно за счет ее усложнения добавлением рефлектора (рис. 4. 8). Рефлектор образован горизонтальными металлическими трубками, прикрепленными к мачте, а полотно антенны отодвинуто от плоскости рефлектора на некоторое расстояние А. В точках нулевого потенциала в верхней и нижней частях полотно антенны металлическими стойками крепят к мачте, которая также может быть металлической. В средней части такими же двумя стойками к мачте крепят изоляционную пластину, на которой закреплены углы полотна антенны в точках питания. Диаметр трубок рефлектора можно выбирать произвольно, а их длина Р для антенны 1-5-го каналов должна составлять 3100 мм, для антенны 6-12-го каналов 890 мм, расстояние между полотном антенны и плоскостью рефлектора А для 1-5-го каналов 600 мм, для 6-12-го каналов - 340 мм, расстояние между трубками рефлектора Б для антенны 1-5-го каналов должно быть 290 мм, для антенны 6-12-го каналов 193 мм. Размеры полотна антенны такие же, как на рис. 4. 6. Таким образом, рефлектор содержит 14 трубок. Размеры изоляционной пластины выбирают произвольно. Кабель к этой антенне прокладывают следующим образом: по мачте вверх, по нижней стойке, затем по левой части антенного полотна до точек питания. Здесь оплетку припаивают к углу левой части полотна, а центральную жилу - к углу правой части.
Диаграмма направленности этой антенны имеет только один главный лепесток, а задний практически отсутствует. Согласование антенны 1-5-го каналов с фидером получается не очень хорошим, так как для его улучшения следовало бы увеличить расстояние А, но это конструктивно сложно. У антенны 6-12-го каналов согласование значительно лучше. Коэффициент усиления антенны l-5-ro каналов плавно нарастает от 7, 8 дБ на первом канале до 14 дБ на пятом, а антенны 6-12-го каналов изменяются в меньших пределах от 7, 8 до 10 дБ.
Еще одна зигзагообразная антенна показана на рис. 4. 9. Она также содержит рефлектор и обладает такими же характеристиками, как и предыдущая, но рассчитана на вертикальную поляризацию сигнала. Рефлектор этой антенны образован металлической рамой, закрепленной на металлической мачте. К раме припаивают 15 вертикально натянутых проводов диаметром 0, 8... 1, 2 мм. Для улучшения согласования антенны с фидером ее размеры целесообразно выбирать конкретно для того частотного канала, сигнал которого будет приниматься этой антенной. При выборе размеров антенны под конкретный канал удается также получить больший коэффициент усиления антенны, чем при выполнении широкополосной антенны. Это особенно важно для антенны вертикальной поляризации, где напряженность поля обычно бывает меньше, чем при горизонтальной поляризации. Размеры антенны, показанной на рис. 4. 9, приведены в табл. 4. 7.
Таблица 4. 7 Размеры зигзазообразной антенны с рефлектором, мм
Если полотно антенны выполнено из металлической трубки диаметром 8... 16 мм для 1-5-го каналов и 4... 8 мм для 6-12-го каналов, по данным К. П. Харченко коэффициент усиления антенны составляет 9 дБ.
Сравнение зигзагообразных антенн с рамочными позволяет сделать следующие выводы. Конструктивно зигзагообразные антенны проще, легко могут быть изготовлены в домашних условиях из подручных материалов и не нуждаются в согласующем устройстве. Основное достоинство зигзагообразных антенн в том, что они могут быть выполнены широкополосными для использования там, где возможен прием нескольких телевизионных программ. Однако рамочные антенны имеют значительно меньшие габариты и при сравнимых размерах более эффективны.
