Телевизионные антенны. Индивидуальное водяное отопление...("Сделай сам" №3-4∙1993)

Телевизионные антенны

Е.А. Карнаухов

Телевизионная антенна — глаза и уши вашего члена семьи по имени Телевизор. Здоровье и самочувствие этих органов восприятия во многом определяют и нормальное состояние работоспособности телевизора, да и ваше личное настроение в целом. Насколько это так, иллюстрирует классический, не вызывающий сомнений пример: пусть у вас будет самая совершенная супермодель телевизора японского-производства, но не лучшая по конструкции или своему состоянию (без профилактических осмотров) антенна — и телевизор никогда не обеспечит такого качества просмотра передач, на которые он способен. И наоборот, работа даже среднего по качеству российского экземпляра телевизора, в том числе и черно-белого, но с правильно подобранной и хорошо выполненной антенной, может стать предметом удовольствия, а значит, хорошего настроения у вас, ваших близких и друзей, включая, не смейтесь, домашних животных. Лично у меня был кот, который очень любил, когда включался телевизор на просмотр хоккейных матчей (и только!). Он тут же укладывался на телевизор с блаженным видом. Его привлекало не только тепло (телевизор при работе нагревается — это естественный сопутствующий процесс), он при этом свешивал морду над экраном и лапой с удовлетворением пытался уцепить быстро мелькающую шайбу.

«Ну и что?» — спросите вы. Однако если и посмотреть на этот эпизод с технической точки зрения, то маленькая по размерам и к тому же быстро перемещающаяся шайба на экране телевизора может быть заметна только при качественном изображении, а это невозможно без хорошей антенны, обеспечивающей нормальный сигнал и как следствие высокую четкость картинки.

Так что надо сделать, чтобы из имеющихся под рукой материалов получить наилучшие результаты работы телевизионной антенны? Об этом мы и расскажем в предлагаемом ниже материале.

Телевизионным передатчикам (вещательным станциям) в соответствии с решениями международного консультативного комитета по радиосвязи (МККР) для работы в эфире выделены определенные участки — диапазоны. Полосы их частот (для стран СНГ) показаны в табл. 1.

Частоты, на которых работают телевизионные передатчики 1—12 каналов, по длине волн электромагнитных колебаний относят к участку метровых волн (MB). Частоты каналов выше 21 — к дециметровым (ДМВ). У нас в стране пока используют каналы не выше 41. Частотное распределение по каналам показано в табл.2.

F_из — несущая частота изображения;

F_зв — несущая частота звукового сопровождения;

F_cp — средняя частота канала;

λ_ср — средняя длина волны электромагнитных колебаний канала.

Желающие, при необходимости, продолжить приведенную таблицу до 81 канала (полоса 950…958 МГц) могут сделать это самостоятельно и без труда, так как каналы ДМВ имеют регулярную структуру без частотных разрывов.

Необходимость выделения и использования участка ДМВ продиктована развитием сети телевизионного вещания и увеличением числа станций, работающих в одном регионе и соседних регионах. Двум станциям с частотами соседних каналов (например, 4 и 5, 9 и 10) в одном или смежных регионах работать не удается из-за сильных взаимных влияний (помех) друг на друга. Исходя из этого, с большим трудом в пределах метровых участков можно распределить семь станций (каналы 2 и 3, 5 и б по своим частотам не являются смежными), несмотря на то, что число каналов 12.

Но ведь любая жизнеспособная система всегда подразумевает непременное развитие, а для вещания — это не только повышение качества передач, но и увеличение числа каналов. Вот и возникла необходимость освоения новых каналов, хотя это и сопряжено с дополнительными (и порой немалыми) затратами, усложнением приемной техники. И действительно, сегодня практически во многих городах ДМВ участок уже интенсивно используется. Телезрители г. Москвы и области уже давно привыкли и успели полюбить программы санкт-петербургской телевизионной студии, которые в эфире передаются по 33-му каналу. Примерно год назад 24-й канал был задействован как технический канал для ретрансляции программ всемирных новостей CNN (без перевода). Сейчас уже ведутся пробные передачи передатчиком небольшой мощности на 27-м канале, а в газетах уже появились сообщения о перспективе задействования в ближайшие годы каналов 49 и 51. Так что будущее телевизионного вещания за ДМВ каналами из-за существенно большей емкости этого диапазона.

Главная цель использования телевизионной антенны — принять сигнал от телевизионного центра и в качественном виде передать на вход телевизионного приемника. Здесь под качеством подразумевают обеспечение достаточной амплитуды (или мощности) сигнала и необходимой полосы частот в выбранных рабочих участках диапазонов приема.

Но ведь условия работы для различных передатчиков, регионов, различной приемной техники отличаются существенно. Поэтому и телевизионные антенны приходится применять разнообразные.

Основной вариант подразделения антенн по принципу их работы и полосе рабочих частот. Поскольку антенны отличаются и по своим электрическим параметрам — величине усиления, направленных свойств, защищенности от побочных излучений, волнового сопротивления и других, — то антенны в отдельных необходимых случаях могут классифицировать по параметрическим критериям.

Но очень часто, особенно в радиолюбительской среде, антенны подразделяют по конструкционным особенностям. Оно не совсем точно с точки зрения принципа работы антенны, но достаточно удобно и характерно в смысле отличительных особенностей конструкции и сопутствующих им свойств. Поскольку наше повествование предназначено для начинающих радиолюбителей и домашних мастеров, многие из которых не владеют знаниями основ теории антенн и распространения радиоволн, поэтому мы позволили себе всю последующую классификацию (подразделение на группы) проводить по конструкционным особенностям телевизионных антенн.

По принципу действия различают следующие виды антенн.

Полуволновой вибратор. Это самая простейшая антенна. Однако она в качестве одного из элементов фигурирует в составе более сложных конструкций, и относительно этой антенны указывают сравнительные электрические параметры всех остальных, более сложных конструкций. Вот почему важно в полной мере знать свойства и параметры антенны данного вида.

Полуволновым вибратором называют по той причине, что линейная его длина равна половине длины волны электромагнитных колебаний на рабочей частоте канала.

По конструкционному признаку этот вид антенн разделяют на линейный вибратор (рис. 1, а), петлевой вибратор (рис. 1, б) и частотно-независимый (рис. 1, г).

Рис. 1. Полуволновой вибратор:

_{а) линейный вибратор; б) петлевой вибратор; в) крепление петлевого вибратора на основании; г) частотно-независимый вибратор}

Линейный вибратор отличается самым простым устройством, имеет волновое сопротивление 75 Ом и узкую полосу пропускания — в пределах одного телевизионного канала.

Петлевой вибратор несколько сложнее по своей конструкции и имеет сопротивление, близкое к 300 Ом. Вроде бы это не очень удобно (входное сопротивление телевизионного приемника и используемого для подключения к нему телевизионного кабеля равно 75 Ом), но, несмотря на это, у него имеется несомненное достоинство — в средней точке верхней половины вибратора электродвижущая сила (ЭДС) сигнала равна нулю — на рис. 1, в эта точка обозначена буквой О, — что позволяет использовать эту точку при монтаже для соединения с другими элементами и заземлением. Кроме того, петлевой вибратор несколько более широкополосен. Оба эти свойства активно и целенаправленно используют в многоэлементных конструкциях антенн.

Частотно-независимый вариант антенны (веерный вибратор) еще сложнее, но возможность работать одновременно во всех 12 каналах метрового диапазона обеспечил этому варианту широкое распространение.

Все варианты полуволнового вибратора обеспечивают прием сигналов в горизонтальной плоскости с двух направлений, перпендикулярных линии расположения вибратора. Только у широкополосного вибратора направленные свойства несколько более выражены в сторону сближения вибраторов.

«Волновой канал». Многоэлементная антенна (рис. 2) может содержать от 2 до 13 и более вибраторов (чаще 3–7). Основной элемент — активный вибратор А (рис. 2, а). В любой конструкции антенн данной группы он всегда один и полностью повторяет устройство петлевого вибратора.

Рис. 2. Антенны типа «волновой канал»:

_{а) трехэлементная антенна, б) пятиэлементная антенна, в) семиэлементная антенна, г) одиннадцатиэлементиая антенна, д) прием сигналов вертикальной поляризации.}

Перед активным вибратором (со стороны расположения принимаемого телецентра) и за ним располагаются дополнительные элементы. Элементы перед активным вибратором называются, не удивляйтесь, директорами (рис. 2, б). Их может быть несколько. Основное назначение этих вибраторов — уловить сигналы телецентра и переизлучить в сторону вибратора. Чем больше директоров, тем большая мощность сигнала переизлучается в сторону активного вибратора и тем большим коэффициентом усиления обладает антенна, казалось бы, давайте сделаем бесчисленное множество этих директоров, и по своим направленным свойствам никаких других антенн больше не потребуется! К сожалению, увеличение числа директоров увеличивает не только направленные свойства антенны, но и ее длину и массу. И при конструировании антенны «волновой канал» наступает такой момент, когда добавление следующего директора длину и массу увеличивает сравнительно сильнее, чем направленные свойства антенны.

Существует некоторая целесообразность наращивания числа директоров — в I диапазоне их ограничивают 2–3 (Рис. 2, а и 2, б), во II — 3–5 (рис. 2, в), в — 5—11 (рис. 2, г), в IV — как правило, не более 24.

Элемент, расположенный за активным вибратором, называют рефлектором — Р.

Это слово и термин, по всей вероятности, знакомо всем. Да, это отражатель. Отражатель сигнала в сторону активного вибратора и, значит, тоже способствующего улучшению направленных свойств конструкции антенны.

Рефлектор в конструкции антенны тоже один. Но зато он может быть в виде одного вибратора (рис. 2, а) или нескольких (рис. 2, в). Если вибраторы расположены относительно друг друга на расстоянии не более 0,1λ, то такую систему рефлекторов называют рефлекторной решеткой. Элементы антенной решетки часто располагают в одной плоскости — такой вариант размещения более прост в конструкционном плане. Но лучший вариант размещения элементов рефлекторной решетки с точки зрения улучшения приемных свойств антенн — параболическая образующая. В этом случае активный вибратор находится в фазовом центре отраженной от рефлектора волны — создается эффект фокусирования, знакомый многим по фокусированию оптических лучей выпуклыми линзами, что в еще большей степени повышает уровень принятого сигнала. Однако конструкционное исполнение такого варианта рефлектора сложнее, поэтому применяется в основном только для работы в высокочастотных каналах дециметрового диапазона, где геометрические размеры конструкций антенн много меньше.

Поскольку от рефлектора и директоров телевизионный сигнал непосредственно к телевизору не снимают, то эти вибраторы в конструкциях антенн называют пассивными.

У рефлектора есть еще одно назначение — защитить активный вибратор от сигнала, приходящего сзади (такое возможно при наличии телецентра, ретранслятора с противоположной стороны или при отражении сигналов от каких-либо объектов, расположенных сзади антенны). Таким образом, рефлектор представляет собой пространственный экран (особенно выраженный у рефлекторной решетки) и тем самым повышает помехозащищенность для нежелательных воздействий.

Помехозащищенность от сигналов, источник которых находится под некоторым углом со стороны телецентра, можно обеспечить увеличением числа директоров до разумных пределов. В этом случае угол раскрыва направления наилучшего приема уменьшается, что позволяет оставить за пределами данного угла источники мешающих сигналов.

Данный вид антенн можно применять и для приема телевизионных станций с вертикальной поляризацией волн. Для этого достаточно повернуть стрелу антенны с расположенными на ней активными и пассивными элементами на 90°, как показано на рис. 2, д.

Рамочная антенна. Появление телецентров с вертикальной поляризацией излучения сигнала (вертикальное направление вектора электрической составляющей электромагнитных колебаний), как было сказано выше, требует изменения ориентировки типа волновой канал в пространстве. Это нетрудно сделать (при определенных условиях), когда антенну только устанавливают на мачту. Но если в регионе работают несколько передатчиков (возможно, одного и того телецентра) с различной поляризацией, то изменять положение антенны на высоте 5…10 м, а то и выше, каждый раз при переходе приема с одной программы на другую, согласитесь, мало кому доставит удовольствие. Придется иметь несколько антенн со всеми вытекающими отсюда проблемами по усложнению конструкции согласования и коммутации.

В этой ситуации вам на помощь придет рамочная антенна, показанная на рис. 3. Некоторые радиолюбители называют ее еще «квадрат», но это уже дело вкуса.

Рис. 3. Рамочные антенны:

_{а) двухэлементная антенна, б) симметрирующее устройство рамочной антенны, в) рамочная антенна диапазона ДМВ}

Если к активному вибратору рамочной антенны внимательно присмотреться, то нетрудно увидеть, что это тот же самый петлевой вибратор, но с раздвинутыми горизонтальными элементами. Благодаря этому вибратор снова стал иметь сопротивление 75 Ом. Но при этом рабочий диапазон оказался несколько более расширенным и с более равномерной отдачей на всех частотах в пределах рабочего канала.

Но появилось и новое достоинство конструкции антенны — вертикальные соединительные линии (вертикальные части рамки) работают как активный элемент при вертикальной поляризации излучения сигнала. Таким образом, такую антенну очень удобно использовать при работе с сигналами телецентра, имеющими различную поляризацию, — и при этом не требуется пространственного перемещения антенны. Тот, кто уже воспользовался этим свойством антенны, подтвердит, как удобно иметь такую конструкцию.

Рамочная антенна по конструкционному исполнению может быть выполнена в виде одного активного вибратора, двухэлементной (рис. 3, а) — активный вибратор с рефлектором, трехэлементной — активный вибратор с директором и рефлектором. Антенны с большим количеством элементов, как правило, не конструируют.

На рис. 3, в показана двухэлементная широкополосная рамочная антенна для диапазона ДМВ. Эта конструкция имеет очень малые размеры, поэтому ее очень удобно выполнять в виде настольной конструкции. Но это не значит, что невозможен вариант ее расположения вне помещения.

Зигзагообразная антенна. Этот вид антенны назван по своему внешнему виду и способу изготовления многоэлементного вибратора (антенного полотна). Впервые антенна была предложена К.Харченко и изготовлялась из длинного (безразрывного) проводника, укладываемого зигзагом по опорам крестообразной мачты (рис. 4, в). Впоследствии, по мере накопления опыта, совершенствования и модернизации конструкции, антенну стали изготовлять и из других материалов и даже видоизмененной по форме — треугольные и кругообразные вибраторы.

Как видно из схемы (рис. 4, а), антенны, проводники контуров антенного полотна находятся как бы один в другом, а значит, имеют различную длину. Отсюда одна из характерных особенностей данного вида антенны — при достаточно высоком коэффициенте усиления существенно большая полоса пропускания. Даже в метровом диапазоне возможно построение конструкции для работы в 1—5-м и 6—12-м каналах.

И еще одно достоинство конструкции. Она обладает сопротивлением в точке питания 75 Ом, что позволяет без каких-либо дополнительных приспособлений подключать в точках питания 75-омный радиочастотный кабель Фидера (снижение к телевизору).

Конструкцию зигзагообразной антенны можно выполнить и из трубок или пластин металла (рис. 4, б), а для повышения направленных свойств применить рефлектор в виде рефлекторной решетки.

Рис. 4. Зигзагообразные антенны:

_{а) зигзагообразная антенна из гибких проводников; б) зигзагообразная антенна из трубок с рефлектором; в) антенна типа «паутинка»; г) двойная треугольная антенна}

Оба представленных варианта антенны в самой верхней и самой нижней точках имеют нулевой потенциал, что может оказаться удобным для введения каких-либо дополнительных элементов, например элементов крепежа, громозащиты.

Отметим существующие в настоящее время модификации антенн. Стремление к компактности и снижению расхода материала отразилось на том, что некоторые радиолюбители стали использовать неполную зигзагообразную антенну, а только нижнюю ее половину (на рисунках этот вид антенн не показан, так как он имеет точно такую же структуру). Это не отразилось на широкополосности и способе согласования. Правда, несколько снизило коэффициент усиления, но использование такой разновидности конструкции не на пределе зоны уверенного приема вполне оправданно.

Другая разновидность модификации, по образному выражению некоторых радиолюбителей «паутинка», показана на рис. 4, в. Особенность этой конструкции — большая полоса пропускания. Поэтому она может быть использована для приема сигналов во всех двенадцати каналах метрового диапазона. Но конструкция обладает несколько меньшим коэффициентом усиления на низкочастотных каналах 1,1…1,3, на высокочастотных — 2…2,2.

Вариант неполной зигзагообразной антенны, показанной на рис. 4, г, называется двойной треугольной антенной (тоже по внешнему виду). Она состоит из двух треугольных рамок, соединенных между собой. Способ изготовления этого варианта может быть таким же, как у полных зигзагообразных антенн, — из проводников или из трубок и пластин. Для улучшения направленных свойств и помехозащищенности возможно применение рефлекторной решетки.

Логопериодическая антенна. Еще одним видом широкополосной антенны с высоким коэффициентом усиления является антенна с логарифмической периодичностью параметров (ЛПА). Такие конструкции радиолюбители используют уже не одно десятилетие, поэтому существует несколько их разновидностей, хотя принцип работы у всех один и тот же.

Антенны ЛПА просты в изготовлении, хорошо согласуются с 75-омным кабелем. Каждая из антенн ЛПА состоит из систем вибраторов различной длины. Как правило, таких структур две, объединенных собирательной линией.

Один из вариантов антенны показан на рис. 5, а. Она рассчитана на работу в диапазонах метровых волн на 1—12 каналах. Структуры совершенно одинаковые, ее элементы крепят на несущей стреле, и соседние вибраторы для получения необходимой жесткости соединены между собой концами труб. Таким образом сформирована структура, по внешнему виду напоминающая «змейку». Две стрелы с вибраторами под углом 60° закреплены на деревянной мачте — в данном случае сами стрелы выполняют и роль собирательной линии. Элементы собирательной линии не должны иметь электрического контакта между собой. Вдоль одной из линий (конструкционно это удобно вдоль нижней линии) проложен кабель Фидера до точки питания, а он находится со стороны направления на телецентр.

При использовании для изготовления ЛПА труб большого диаметра создание концов вибраторов между собой становится не очень удобным, да и большое число вибраторов серьезно утяжеляет конструкцию. В этом случае вариант, показанный на рис. 5, б, позволяет уменьшить число вибраторов и несколько иначе расположить их, а концы вибраторов соединить антенным канатиком.

На рис. 5,в показана модификация антенны ЛПА, у которой элементы собирательной линии параллельны друг другу, поэтому антенна приобретает компактный вид. Вместе с уменьшением числа вибраторов, а для диапазона ДМВ и размеров вибраторов удается сделать очень легкую и компактную конструкцию.

Рис. 5. Логопериодические антенны:

_{а) с треугольным расположением элементов; б) с трапецеидальным расположением вибраторов; в) антенна для диапазона ДМВ}

Мы с вами рассмотрели пять наиболее распространенных групп телевизионных антенн, которые в работе радиолюбителей получили широкое признание и практически в зоне уверенного приема обеспечивают получение качественного приема. Основные параметры рассматриваемых антенн сведены в табл. 3.

Пользуясь этой таблицей, можно оценить приемные свойства одной конструкции относительно другой, что, в свою очередь, облегчает решение вопроса, на какой из них остановить свой выбор, исходя из конкретных имеющихся условий. Одна из граф таблицы указывает ориентировочное рекомендуемое расстояние, на котором данный вид антенны целесообразно использовать. Расстояния указаны относительно границы зоны уверенного приема (об этом вы узнаете в следующей главе) вашего телецентра или ретранслятора.

Обращаем ваше внимание, что к данной таблице не надо относиться как к догме. Эти данные носят чисто рекомендательный характер, а конкретную ситуацию приема можно определить на месте, проведя ряд экспериментальных наблюдений, если есть возможность и желание выполнить несколько конструкций антенн.

Как видно из предыдущих разделов, антенны бывают различными — попроще, посложнее, узкополосные, широкополосные, обладающие различными направленными свойствами, допускающие применение различного материала для изготовления. Даже в пределах одной группы — «волновой канал», зигзагообразные, логопериодические — имеется определенный выбор вариантов исполнения, применения материалов. Так какую же из предложенных конструкций выбрать? Чтобы отдать предпочтение той или иной конструкции, необходимо учесть требования ряда условий.

Одно из самых жестких требований накладывает удаленность точки приема от передающего телецентра. Это такой фактор, на который конструктор антенны повлиять никак не может, а значит, его следует принять как исходный факт. Влияние этого фактора радиолюбитель должен учитывать не по абсолютному значению погонных километров от города, в котором расположен телецентр или ретранслятор, а по отношению к реально существующей так называемой зоне уверенного приема данного телецентра в районе проживания.

Зона уверенного приема (радиус R этой зоны в километрах) зависит от мощности телецентра, высоты расположения передающей телевизионной антенны (h_тц) и приемной антенны (h_п).

Особенность радиоволн метрового и дециметрового диапазонов состоит в том, что они распространяются в пределах прямой (оптической) видимости. Существует небольшой уровень рефракции (огибание) земной поверхности, поэтому возможен прием и в некоторой близлежащей части пространства к зоне уверенного приема. Эту зону при выборе и конструировании антенны ориентировочно можно оценить по эмпирической (выведенной опытным путем) формуле:

R = 3,75…4,12 (h_тц+ h_п).

В расчетной формуле коэффициент пропорциональности указан с некоторым разбросом, учитывающим условия распространения радиоволн. Если на пути распространения волн имеются рассеивающие или поглощающие массивы — холмы, горы, большие массивы лесов, города с крупными промышленными и жилыми строениями, высоковольтные линии электропередач, — то в этом случае в формуле следует задействовать минимальный коэффициент. И наоборот, если условия распространения довольно хорошие — ровная степная поверхность, большие массивы водных поверхностей, — то в формуле можно взять и максимальное значение коэффициента.

Приведенную формулу следует применить при мощности передатчика 50 кВт (киловатт). При отличающейся мощности передатчика телецентра или ретранслятора (Р, кВт) потребуется ввести поправочный коэффициент — √(P/50). Тогда найденное по формуле расстояние нужно будет умножить на коэффициент — это и будет значение расстояния зоны уверенного приема для ваших условий приема.

Если расчетную величину зоны уверенного приема R принять за единицу, то зону с нормированной величиной до 0,1R принято называть ближней зоной приема. В этой зоне тип примененной антенны решающего значения не имеет, но, правда, могут возникнуть определенные проблемы в ориентировании антенны для получения лучших условий приема.

За пределами ближней зоны по мере увеличения расстояния от телецентра (ретранслятора) до точки приема необходимо применять антенны с большей величиной коэффициента усиления или коэффициента направленного действия. В справочной таблице характеристик конструкций антенн (смотри предыдущий раздел) приведены рекомендации по преимущественному их использованию из числа представленных видов.

Второе не менее важное условие — предполагаемая высота установки антенны и влияние окружающей обстановки. Чем выше поставить или подвесить антенну над уровнем земной поверхности и над крышей здания (или относительно крыш близстоящих строений), тем большая величина электродвижущей силы (ЭДС) сигнала наводится в антенне и тем выше ее эффективность. Поскольку параметр высоты приемной антенны нами может выбираться из реальных условий и этим параметром мы можем целенаправленно управлять, то тем самым можем в какой-то мере отодвигать границы зоны уверенного приема. Так что предыдущее утверждение, что радиолюбитель не может повлиять на дальность зоны уверенного приема, строго говоря, не совсем точно. Правда, особенно не обольщайтесь. Если вы самостоятельно проведете несложные расчеты зоны уверенного приема с учетом реально достижимой максимальной высоты установки антенны, то увидите, что ваше рукотворное влияние на увеличение дальности приема не превысит 5, в лучшем случае 10 процентов. Это совсем немного. Но в некоторых случаях, особенно для тех, кто живет на границе зоны уверенного приема, и эти небольшие проценты могут доставить небольшую крупицу радости и позволят «въехать» в столь желанную и, казалось бы, недостижимую зону.

Фактор возможности установки антенны в том или ином месте, несомненно, может внести непредвиденные (а иногда и нежелательные) осложнения. Ими могут стать невозможность применения мачты необходимой высоты, сложные ветровые условия, не позволяющие применить антенны с большой парусностью, близкое расположение железобетонных конструкций или строений — опоры высоковольтных линий, электрифицированных железных дорог, металлические ангары, здания, крыши строений с металлическими покрытиями и др. Чтобы устранить или хотя бы ослабить влияние таких факторов, приходится увеличивать высоту мачты, переносить антенну в другое, иногда более удаленное от телевизора, место, применять антенны с повышенной помехозащищенностью. Все это тоже сказывается на необходимости постановки дополнительных требований к выбору антенны.

Третий фактор, который в той или иной мере влияет на выбор будущей конструкции антенны, — это материальные и физические возможности самого исполнителя. Этот фактор не влияет на величину зоны уверенного приема, но неизбежно в наше трудное для мастеровых людей время наложит свой отпечаток на выбор конструкции антенны.

С учетом первого и второго факторов реальные границы выбора будут ограничены двумя-тремя конструкциями. Вот здесь вам и предстоит самостоятельно решить — делать антенну попроще или наличие материалов и собственный опыт позволят изготовить и более сложную конструкцию. Выбор, конечно, за вами. Но советуем — не скупитесь. Если опыт и мастерство позволят вам сделать более сложную из представленных антенн, реализуйте такую возможность. Затраченные усилия не раз возвратятся к вам в виде дополнительных преимуществ. Другое дело — если опыта конструирования еще недостаточно. В этом случае не надо стремиться к усложнениям. Простая конструкция — меньше неясных вопросов, да и возможность сделать непроизвольную ошибку тоже значительно меньше.

Выбор антенны можно осуществить не только умозрительно, обложившись массой справочников, руководств. Этот вопрос можно решить чисто практическим способом, взяв в помощь уже накопленный до вас опыт радиолюбителей в вашей местности. Походите по округе, приглядываясь к крышам зданий, обратите внимание на уже установленные антенны, отметьте, каких из них больше. Было бы очень хорошо, если вам удастся поговорить с кем-то из радиолюбителей или знакомых о качестве приема на используемые антенны. Для вас это будут бесценные сведения, которые сэкономят время, усилия и помогут достичь именно ожидаемых результате».

Одно из условий выбора конструируемой антенны предполагает и наличие имеющихся у радиолюбителя или мастера тех или иных материалов, без которых изготовление становится проблемой. Так что же нужно, чтобы выполнить полноценную телевизионную антенну?

Электрическая часть конструкции антенны (антенное полотно) — это система токопроводящих линий, работающих на высоких частотах. Токи высокой частоты в отличие от постоянного тока и токов колебаний звуковых частот протекают не по всему объему проводника, а только в его поверхностных слоях. Это накладывает особые условия на качество и состояние токопроводящего материала.

Из электротехники многим, наверное, известно, что количество передаваемой энергии от генератора тока к потребителю зависит от сопротивления проводящей линии. Чем больше ее сопротивление, тем больше потерь в передаточном звене. Но сам параметр сопротивления линии не может быть критерием выбора, так как он в сильной степени зависит от длины и поперечного сечения проводников. Для оценки возможностей проводников, а следовательно, и для их выбора существует весьма универсальная характеристика материала по качеству проводимости электрического тока — удельное сопротивление. Она определяет величину сопротивления образца материала с поперечным сечением 1 мм и длиной 1 м. Такой способ сравнения свойств различных материалов ставит их все в одинаковые условия, и теперь конкретное сопротивление каждого определяет только физико-химическое состояние в условиях измерения.

Не пугайтесь, вам не придется проводить подобных измерений. Они давно уже проведены, и результаты записаны в таблицы справочников по физике для повседневного использования. Вам остается только воспользоваться справочными сведениями и уже самостоятельно сделать выбор подходящего материала. Чтобы немного сэкономить вам время, значения удельных сопротивлений наиболее употребительных металлов приведены в табл.4 (материалы в таблице приведены в порядке абсолютного возрастания параметра).

Таблица 4

Изготовленная вами конструкция, хотите вы этого или нет, будет находиться в агрессивной по отношению к материалу антенны среде. Здесь было бы полезно вспомнить из школьной программы химии процессы окисления и отношения металлов к кислотным и щелочным средам. Если вам это удалось, то вы вспомните, что не все металлы равностойки к агрессивным воздействиям, а они всегда присутствуют в воздушной среде. В условиях комнаты — в меньшей степени, за окном — в более сильной и с очень большими перепадами. Так, например, золото имеет очень высокую степень стойкости к внешним воздействиям, а медь, и особенно серебро, — слабую.

Но выбор металлов для проводников определяется не только двумя названными условиями. Он зависит и от температуры окружающей среды, механических нагрузок, в ряде случаев проявляются влияния прямого солнечного излучения, естественного и добавленного фона жестких излучений, иногда даже следует учитывать токсичность самого материала и его естественных природных соединений, не последнее место занимает и стоимость материала.

Принимая во внимание большое число критериев, можно сказать, что идеальных материалов для изготовления просто нет. Каждый из них для какого-то определенного условия достаточно хороший, но для ряда других оставляет желать лучшего. Компромиссное решение при конструировании антенны выбирается исходя из электропроводности, стоимости и стойкости к внешним воздействиям.

В соответствии с приводимой таблицей удельных сопротивлений для постройки антенны следует выбирать (в последовательности предпочтительности) медь, алюминий, латунь, цинк. Правда, медь и медносодержащие сплавы, в том числе и латунь, очень нестойки к коррозийному разрушению. В противоположность им алюминий хоть и легко окисляется, но окись алюминия достаточно стойка и хорошо защищает металл от разрушения. Следует учитывать, что существуют и специальные способы защиты металла от разрушения в виде тонкоплёночных покрытий лаками, красками и другими материалами.

В качестве материала для полотна антенны можно выбрать металлические прутки диаметром от 3 до 10 мм, трубки с внешним диаметром 8…20 мм. Внутренний диаметр труб не столь важен с электрической точки зрения, но имейте в виду, что тонкостенные трубки обладают и меньшей массой, а для многоэлементных конструкций антенн да еще с рефлекторной решеткой это порой даже решающий фактор. В отличие от внутреннего внешний диаметр оказывает влияние на свойства антенны. И это влияние отражается на полосе пропускания одноканальной антенны. При уменьшении отношения диаметра трубки активного вибратора к его длине полоса пропускания уменьшается. И поскольку самые длинные вибраторы бывают при конструировании антенн 1—5-го каналов, то об этом соотношении не следует забывать при выполнении одноканального варианта антенны.

При отсутствии трубок и прутков можно использовать плоские или профилированные пластины — уголки гнутые и прокат, швеллеры, тавр и др. По своим электрическим свойствам они полностью равнозначны трубкам и пруткам (стержням), но только обладают меньшей жесткостью и более высокой парусностью (влиянием на них ветровых нагрузок). С другой стороны, обработка и крепление таких материалов несколько проще и удобнее.

Особое и непременное требование ко всем перечисленным материалам — их поверхность должна быть ровной, гладкой, без выбоин, щербин, раковин. Если в этом плане вам не очень повезло с имеющимся материалом, не поленитесь крупнозернистую поверхность металла обработать шлифовальной бумагой (наждачной) с обязательным последующим удалением абразива и металлических опилок. Лучший вид обработки поверхности — шлифовка или покрытие материала тонким слоем высокопроводящего металла (серебрение, меднение, хромирование).

При конструировании некоторых видов антенн с успехом используют гибкие проводники — специальный антенный канатик и даже обычные монтажные провода.

Антенный канатик — это свитые по всей длине отдельные проводники. Он обладает высокой устойчивостью на разрыв, более легок по сравнению с прутком такого же внешнего диаметра. Каждый проводник канатика своей поверхностью отдельно участвует в проводимости тока, но при параллельном включении нескольких проводников суммарная проводимость канатика увеличивается. В практике конструирования антенн применяются канатики с внешним диаметром 2…5 мм.

Аналогичным свойством обладают и монтажные провода, но плюс ко всему они заключены в изоляционные трубки, что повышает устойчивость проводников к неблагоприятным климатическим воздействиям. Единственный недостаток монтажных проводников в том, что их не выпускают большого диаметра. Из наиболее распространенных типов монтажных проводников можно использовать МГВ (многопроволочный, гибкий, в виниловой изоляции), МГШВ (плюс еще шелковая изоляция), ПМП (однопроволочный, изолированный полиэтиленом) и др.

Элементы всех названных антенн, кроме зигзагообразных, размещают на несущей стреле. Для стрелы следует выбрать материал с высокой устойчивостью к механическим нагрузкам. Электропроводность материала в данном случае не играет никакой роли, за исключением тех случаев, когда несущая выполняет роль собирательной линии (ЛПА). Поэтому для изготовления стрелы можно применить и железные (стальные) трубы и профили. Можно применить и токонепроводящие материалы — чаще всего из них применяют деревянные брусья.

Поскольку для стрелы основное требование жесткость, то трубчатые материалы следует выбирать диаметром в 1,5…2 раза толще, чем элементы вибраторов антенного полотна. Механическая жесткость деревянного бруса может быть увеличена путем металлических накладок по сторонам, использованием стягивающих хомутов.

Для мачты, на которой будет установлена антенна, следует выбирать материал с очень высокой жесткостью и прочностью. В данном случае железные и стальные трубы будут просто незаменимы. Если условия работы антенны требуют обязательного применения неметаллических мачт (зигзагообразные антенны, ЛПА, антенны вертикальной поляризации), то на необходимой длине верхней части мачты металлическую трубу можно надстроить отрезком деревянной мачты.

В том случае когда нет толстой жесткой трубы для мачты, радиолюбители применяют и деревянные мачты круглого или прямоугольного сечения. К недостаткам таких мачт следует отнести их продольный прогиб при механических, в том числе и ветровых, нагрузках, неудобств установки, применения устройств грозозащиты.

Для повышения жесткости деревянной мачты применяют растяжки. Растяжки как способ повышения устойчивости конструкции в рабочем положении и противостояния порывам ветра требуются и для металлических мачт. Но если для металлических последующий ярус растяжек можно ставить через каждые 10 м, то для деревянных мачт требуется установка растяжек через каждые 5 м высоты, а в некоторых случаях и чаще, если жесткость мачты недостаточная.

В ряде случаев из-за неимения мачты или трудностей в ее установке радиолюбители используют естественные возвышения близлежащих объектов. Ну что же, способ не самый лучший, но, когда нет другого выхода, приходится воспользоваться и этим. В качестве таких суррогатных мачт используют отдельно стоящие деревья, конек крыш индивидуального строения, в городах иногда даже балкон (если окна квартиры выходят в сторону телецентра).

Напоминаем — использовать крышу коммунального дома для установки антенны даже на короткой мачте (2…3 м) можно только с разрешения жилищно-эксплуатационной конторы или выполняющей ее функции организации.

И еще одно предостережение. Ни в коем случае нельзя использовать для установки антенн мачты линий электроосвещения, высоковольтных линий, газопровода, радиотрансляционных линий и других коммунальных служб. Даже при установке своей собственной мачты следует держаться от устройств всех названных служб как можно подальше.

Итак, вы окончательно и бесповоротно остановили свой выбор на одной из рекомендованных конструкций, уже успели подготовить нужный материал для полотна антенны, мачты и готовы приступить к выполнению. Это самая ответственная часть исполнительской работы, ведь если в изготовлении полотна и согласовании будут допущены неточности, то ожидать хорошей работы антенны уже нельзя Поэтому мы и расскажем об особенностях изготовления каждой из конструкций. Обращаем внимание, порядок изложения «от простого — к сложному», без повторения общих правил. Поэтому, если вы выбрали для себя более сложную конструкцию антенны, не поленитесь почитать и рекомендации по изготовлению более простых вариантов. Время на это уйдет не так уж много, но не исключено, что в предложенных рекомендациях вы сможете найти что-то полезное и для выбранного варианта. Рекомендации по изготовлению приведены выше для каждой из групп антенн в порядке их перечисления.

Полуволновый вибратор. Из трех предложенных модификаций этой группы самая простейшая — линейный вибратор. Он состоит из двух половин электропроводных линий — трубка диаметром 10…20 мм. Линейные размеры А (общая длина) для каждого из каналов метровых волн и согласующего устройства приведены в табл.5.

Элементы линейного вибратора следует закрепить на диэлектрическом (токонепроводящем) основании — оргстекло, гетинакс, стеклотекстолит и др. Расстояние между концами трубок на основании должно составить 70…80 мм в 1–5 каналах и 50…60 — в 6—12 каналах. Закрепление трубок на основании произвести хомутиками, под которые следует проложить облуженные (покрытые слоем припоя, обычно это сплав олова со свинцом или серебром — последнее лучше) монтажные лепестки для последующей подпайки симметрирующего устройства и кабеля Фидера (снижения к телевизору). Настройку антенны на лучшее качество приема производят изменением длины вибратора.

Изготовление петлевого вибратора несколько труднее, поскольку более длинную трубку подобрать сложнее, да и еще ее следует изогнуть. В связи со сгибами у петлевого вибратора появляется еще один линейный размер — расстояние между осями верхней и нижней части. В диапазонах метровых волн его следует выбрать в пределах 100…120 мм, в диапазоне ДВМ — 40…50 мм.

Ровно, без замятии, согнуть трубку удается следующим образом. Выбирают трубку нужной длины с припуском 20…30 мм и размечают точки сгибов. Затем внутренний объем трубки заполняют сухим песком (речным или строительным), периодически обстукивая трубку при ее вертикальном размещении для более плотной укладки песка. Когда песок полностью заполнит внутренность трубки, в нее следует залить воду, чтобы песок хорошо пропитался ею и стал более плотным.

Для формирования сгиба потребуется оправка с наружным диаметром 90…110 мм из металла, дерева. Главное, чтобы оправка имела жесткую опору. Затем намеченную точку перегиба трубы устанавливают на оправку и равномерно прикладываемыми усилиями пытаются обвить трубу вокруг оправки. Для выравнивания направления изгиба трубку слегка постукивают киянкой (деревянный молоток), но ни в коем случае не металлическим молотком или кувалдой. Вмятины от последних выправить уже не удается.

После выполнения изгибов вибратор оставляют на солнце для просушивания песка. Высохший, он легко и просто удаляется из трубы простым Потряхиванием. Изготовленный петлевой вибратор укорачиванием внутренних концов доводят до требуемых размеров.

Крепление петлевого вибратора к изоляционной опоре точно такое же, как и линейного вибратора, плюс к этому петлевой вибратор в точке О (рис. 1, в) можно прикрепить к основанию хомутом или насквозь винтом или болтом.

Для крепления веерного вибратора потребуется основание изогнуть под углом 120°. Если это сделать затруднительно, то основание придется сделать из двух половинок, а половинки, в свою очередь, закрепить на изогнутой соответствующим образом металлической пластине (материал пластины роли не играет). Размеры вибраторов указаны непосредственно на схеме антенны.

На мачте (деревянной или металлической) антенну устанавливают жестким закреплением основания в нескольких точках. При приеме сигналов вертикальной поляризации верхняя часть мачты, примерно вдвое большая длины полуволнового вибратора, обязательно должна быть деревянной.

«Волновой канал». Геометрические размеры вибраторов, расстояния между ними и длина согласующего элемента приведены в таблицах: трехэлементной антенны — табл 6, пятиэлементной — табл.7, семиэлементной — табл.8, одиннадцатиэлементной — табл.9.

Активный и пассивные вибраторы конструкций антенн «волновой канал» располагают на горизонтальном основании — стреле. Стрела может быть металлической или деревянной. В последнем случае вдоль верхней плоскости стрелы следует проложить металлическую шинку — полоску шириной 5…20 мм, — на которую будут подключены вибраторы точками нулевого потенциала, в том числе и активный. Способ крепления вибраторов любой — хомутами, болтами насквозь, сварка (если стрела металлическая).

При креплении пассивных вибраторов необходимо следить за тем, чтобы они располагались в одной горизонтальной плоскости. При использовании стрелы прямоугольного сечения это достигается практически автоматически (если стрела не имеет осевого скручивания), а вот для стрелы круглого сечения необходимо приложить свою аккуратность в исполнении устройства.

Стремление увеличить коэффициент усиления антенны требует увеличения числа пассивных вибраторов. Но это неизбежно увеличивает габариты и массу. При конструировании семиэлементных и одиннадцатиэлементных антенн они становятся уже настолько большими, что конструкция теряет свою прочность, плохо противостоит ветровым нагрузкам. Поэтому такие антенны целесообразно конструировать только для 6—12 каналов и каналов ДМВ. Для последнего диапазона она удобна еще и тем, что при всей своей узкополосности способна одновременно работать в нескольких смежных каналах.

Несколько слов о соблюдении рекомендуемых размеров вибраторов и расстояний между ними при монтаже на стреле. Советуем также не рассматривать рекомендуемые размеры как догму. Если вы возьмете различные справочники, то сможете убедиться, что между их данными можно обнаружить некоторые расхождения. В своей практике вы можете руководствоваться допуском, что изменение указанного размера в пределах 10 % отрицательно на работе конструкции антенны не скажется.

В смонтированной антенне следует определить точку центра тяжести и вблизи этой точки стрелу закрепить на мачте.

При работе с телецентрами, излучающими сигналы вертикальной поляризации, верхняя часть мачты обязательно должна быть деревянной.

Рамочная антенна. Вариант рамочной антенны для работы в метровом диапазоне (рис. З, а) отличается довольно большой массой. Поэтому для данной конструкции следует использовать две металлические стрелы. Геометрические размеры элементов антенны приведены в табл. 10.

Для монтажа активного вибратора применено такое же основание, как и в антеннах полуволнового вибратора. На этом же основании следует закрепить и верхнюю часть согласующего устройства — четвертьволнового шлейфа.

При установке антенны на мачту ее следует крепить за обе стрелы.

В табл. 10 указаны размеры рамок и для варианта антенны (рис. 3, в) дециметрового диапазона.

Основанием этой антенны служит прямоугольный брусок из алюминия размерами 110x30x20 мм. С торцов к нему присоединены опорные стойки. Передняя стойка изготовлена из двух половин шириной по 8 мм и служит четвертьволновым короткозамкнутым шлейфом. Вдоль зазора двух половин с внутренней стороны перемещается замыкатель со стопорным барашком.

Стойки одновременно играют роль и ребер жесткости при монтаже активного и пассивного вибраторов. Вибраторы изготовлены в виде полурамок и закреплены на стойках гайками с винтами в точках нулевого потенциала сверху и снизу. Этот же крепеж внизу фиксирует и стойки к алюминиевому бруску.

Фидер прокладывается вдоль левой (по схеме) части согласующего устройства и распаивается оплеткой к левой полурамке активного вибратора, а центральным проводником — к правой части полурамки.

Вдоль правой части согласующего устройства проложена четвертьволновая разомкнутая линия, выполняющая роль симметрирующего устройства. В верхней части центральный проводник и оплетка соединены между собой и подключены к правой части полурамки активного вибратора.

Если в ДМВ диапазоне работает только одна станция, то, несмотря на широкополосность антенны, все же целесообразно выбрать размеры элементов, сообразуясь с длиной волны (средней) рабочего канала. В этом случае максимум коэффициента усиления будет приходиться именно на этот, нужный вам канал, взятый за основу расчета. Для этого случая в табл. 10 указаны расчетные длины (сторона рамки) по отношению к длине волны канала.

Зигзагообразная антенна. Конструкция зигзагообразной антенны должна быть выполнена на крестообразном основании. В качестве его можно использовать верхнюю часть деревянной мачты с прикреплением двух поперечных рей соответствующих размеров. Геометрические размеры полотна антенны приведены в табл.11. Для антенны, выполненной из тонких проводников или антенного канатика, указанные размеры соответствуют среднему контуру зигзагообразных проводящих линий полотна.

Если вы задумали изготовить такую антенну, то рекомендуем прежде, чем приступить к исполнению, сделать рабочий чертеж в масштабе 1:200 или 1:400. По такому рабочему чертежу очень легко можно будет определить любые конструкционные размеры

При монтаже зигзагообразной антенны из тонких проводников для их закрепления следует применить медные или латунные пластины с отгибками. Именно к этим отгибкам пластин и будут припаяны проводники в очках изменения направления прокладки. Монтажные пластины закрепляются в верхней и нижней частях мачты непосредственно на дерево, а на концах рей — обязательно через изолирующие прокладки (оргстекло, текстолит, гетинакс).

Узел питания антенны (точка подключения фидера) расположен в середине конструкции, на чертеже он вынесен отдельно в более крупном масштабе. Две медные или латунные пластины с отгибками и фигурным краем закреплены на изоляционном основании так, чтобы расстояние между ними составляло 10…12 мм.

Если вы по каким-либо причинам не можете изготовить пластин с отгибками, можно воспользоваться любыми монтажными стойками, используемыми при монтаже радиоэлектронной аппаратуры. Можно использовать даже обычные фарфоровые опорные изоляторы, применяемые при прокладке линий электрического освещения. В этом случае три монтажные стойки устанавливают в ряд (в точке питания — в два ряда на расстоянии 10…15 мм по габаритам размещения провода полотна антенны), и вдоль них следует проложить шинку, к которой впоследствии будут припаяны проводники полотна.

Зигзагообразная антенна своеобразна во всем — в построении, способе монтажа, согласовании (к большой радости радиолюбителей — ив достигаемых результатах тоже!). При согласовании антенны 75-омный кабель центральной жилой подключают к одной половине полотна в точке питания, а оплеткой — к другой. Затем кабель прокладывают и закрепляют вдоль внутреннего проводника полотна с той стороны, где была подключена оплетка. Вдоль внутреннего проводника фидер в нижней части полотна вновь подходит к мачте (это и есть элемент согласования и симметрирования) и вдоль нее опускается к телевизору.

Если полотно антенны изготовлено из трубок или металлических пластин, то в зависимости от жесткости можно отказаться от рей, а мачту использовать для закрепления на ней элементов рефлектора (рис. 4, б).

Элементы рефлекторной решетки делают из трубок диаметром 5…15 мм. Их можно выполнить и из монтажного провода, но в этом случае потребуется сделать прямоугольную раму по размерам рефлектора (ширины и высоты), просверлить отверстия в боковых стойках и пропустить через них проводники рефлектора. При этом провод не обязательно монтировать отрезками, можно использовать целиковым.

Свои особенности имеет и антенна типа «паутинка» (рис. 4, в). Ее основой служит обруч из медной, латунной или стальной трубы диаметром 10…16 мм. При отсутствии трубы обруч можно сделать из металлической полосы. Обращаем внимание мастеров, что в практике конструирования этой антенны некоторые с успехом применяли гимнастические обручи из алюминия и даже пластмассы.

Если антенна будет работать во всех двенадцати телевизионных каналах, то длина окружности обруча должна составлять 7200 мм. Можно немного облегчить процесс конструирования при другом значении минимальной рабочей частоты. Так, если работать со 2-го канала, то длина окружности может быть уменьшена до 6120 мм (при сохранении всех остальных угловых размеров), с 3-го — 4750 мм, с 4-го — 4320 мм, с 5-го — 3600 мм и с 6-го — 2160 мм.

В правой и левой половинах (относительно расположения мачты) в обруче сверлят по 5 отверстий, в которые вставляют и подпаивают с внутренней стороны радиальные проводники (а при пластмассовом обруче объединяют металлической шинкой с внешней стороны). Эти проводники располагают под углом 35° друг к другу.

В центре круга, образованного обручем, на деревянной или металлической мачте закрепляют основание узла питания из изоляционного материала, диаметр основания 60…80 мм. На основание накладывают и закрепляют пластины из металла. Затем в них делают по 5 отверстий и заводят свободные концы радиальных проводников. Проводники натягивают и припаивают к пластинам узла питания. В каждой из половин антенны к радиальным проводникам на равных расстояниях припаивают пять рядов поперечных проводников.

Фидер от точки питания по среднему радиальному проводнику прокладывают по направлению к обручу, а по нему в сторону мачты и далее — к телевизору.

Вариант двойной треугольной антенны, как и ранее рассмотренных зигзагообразных антенн, можно выполнить и из трубок (такой вариант применяется чаще), и из монтажных проводников. Геометрические размеры элементов этого вида антенны приведены в табл. 12. Расстояние между элементами в узле питания следует выбрать таким же, как и у зигзагообразных антенн.

Логопериодическая антенна. В конструкционном исполнении этот вид антенны напоминает многоэлементную антенну типа «волновой канал». Исключение составляет только вариант согласования.

Геометрические размеры всех разновидностей этой группы антенн указаны непосредственно на схемах расположения вибраторов.

Для конструирования полной антенны необходимо изготовить две совершенно одинаковые структуры. Затем их следует установить на деревянной мачте стрелами друг к другу под углом 60°.

Точка питания антенны расположена со стороны вибраторов минимальной длины. В этой части трубы собирательной линии сближены до расстояния 10…15 мм.

Фидер от телевизора прокладывают внутри нижней половины собирательной линии и выводят из нее со стороны узла питания на 15…20 мм. На расстоянии 10…15 мм кабель освобождают от оплетки. Оставшуюся часть оплетки необходимо распаять на нижнюю часть собирательной линии, а центральный проводник кабеля — к верхней части собирательной линии.

В варианте исполнения параллельного расположения частей собирательной линии (рис. 5, в) фидер может быть заведен в любую из частей. Но и в этом случае оплетку следует распаять на ту часть собирательной линии, по которой был проложен кабель. В этом варианте исполнения достаточно удобно создать дополнительную жесткость антенны применением нескольких распорок из изоляционного материала.

К мачте собирательная линия может быть прикреплена любой своей частью, но мачта должна быть деревянной.

Дециметровые антенны ЛПА, как правило, получаются весьма компактными и легкими из-за применения соответствующих материалов и укороченных вибраторов. Элементы собирательной линии можно выполнить из трубы диаметром 10…20 мм (расстояние между элементами по осевым линиям должно быть равно трем диаметрам используемой трубы), а для вибраторов использовать стержни диаметром 4…8 мм. Их крепят резьбой или приваривают.

Итак, полотно приемной телевизионной антенны готово. Значит, ее можно подключить к телевизору и поднимать мачту?

Не торопитесь. В теории электротехники и конструирования радиоэлектронных устройств действует одно весьма безжалостное и не знающее исключений правило — при передаче высокочастотной энергии по соединительным линиям генератор (источник сигнала — в нашем случае антенна) должен быть согласован по сопротивлению с линией и линия, в свою очередь, — с нагрузкой (в нашем случае телевизор).

Если этим правилом пренебречь, то при рассогласовании генератора с линией передачи и линии с нагрузкой полезная энергия будет расходоваться бесполезно, просто потеряна. Но ведь в антенне наводится сигнал с уровнями мощности в микроваттах (одна миллионная ватта). Это чрезвычайно мало, вот почему важно донести слабый сигнал до телевизора и не расплескать по дороге. А это значит, что неизбежно нам придется соблюдать правила согласования.

Правила согласования на словах очень просты — входное сопротивление телевизора должно быть равно волновому сопротивлению линии передачи и сопротивление линии должно быть равно выходному сопротивлению антенны. О первом условии в настоящее время нам беспокоиться не стоит. Все отечественные и зарубежные телевизоры сейчас конструируют с входным сопротивлением 75 Ом. И наиболее распространенные телевизионные кабели тоже делают с волновым сопротивлением 75 Ом. В своем техническом наименовании они даже содержат такую техническую характеристику: РК75-4-12 — радиочастотный кабель, сопротивление 75 Ом, далее идут индексы конструкционных особенностей. Конечно, есть кабели и с другим значением сопротивления, но это тут же отражено в его наименовании. Поэтому при приобретении кабеля рекомендуем узнать его типономинал.

Что касается второй части условия согласования (генератор-линия), то по табл. 3 вы можете убедиться, что антенны могут иметь различные значения сопротивлений. Вот здесь нам и предстоит поработать.

Если вы изготовили одну из зигзагообразных антенн или ЛПА, считайте, что и второй вопрос решен. Эти антенны в составе своей конструкции уже имеют системы согласования и симметрирования (работа симметричной антенны на несимметричный кабель) с 75-омным кабелем. А вот для антенны групп полуволновый вибратор, «волновой канал», рамочные потребуется дополнительно применить устройство согласования и симметрирования. Разновидности таких устройств показаны на рис. 6.

Рис. 6. Согласующие и симметрирующие устройства:

_{а) симметрирующие u-петли; б) короткозамкнутый четвертьволновый шлейф из отрезка кабеля; в) жесткий симметрирующий шлейф; г) согласующее-симметрирующий трансформатор; д) ССТФ на одном магнитопроводе; е) ССТФ на двух магнитопроводах.}

На рис. 6, а показано симметрирующее устройство типа U-петля из 75-омного кабеля. Оно не изменяет сопротивления антенны в точке подключения фидера (линии передачи). Само устройство очень узкополосное, и правило согласования соблюдается на частотах (в зависимости от длины U-петли) только одного телевизионного канала. В рассматриваемых нами антеннах такое устройство можно применить только с линейным вибратором. Устройство выполнено из отрезков λ_ср/2 и λ_ср/4. При расчете конкретных длин относительно средней длины волны рабочего канала следует учесть, что для радиочастотных кабелей λ_ср/2 и λ_ср/4 следует считать с дополнительным поправочным коэффициентом — коэффициент укорочения, учитывающий условия распространения волны по кабелю в зависимости от его конструкции. Поэтому найденные значения полуволны и четвертьволны следует еще разделить на коэффициент 1,22 для кабеля с пористым полиэтиленом между центральной жилой и оплеткой,1,52 — со сплошным полиэтиленом, 1,19 — с полу воздушным полиэтиленом. Во всех приводимых таблицах с указанием длин согласующих и симметрирующих устройств коэффициент укорочения учтен для кабеля со сплошным полиэтиленом, т. е. 1,52.

Симметрирующее устройство точками а-а подключается к вибратору в точках а-а, оплетки электрически соединены между собой. В точке подключения фидера все центральные проводники соединены между собой, а оплетки всех отрезков — между собой. Место соединения необходимо хорошо изолировать от постороннего механического и климатического воздействия.

На рис. 6, б приведен вариант симметрирующего устройства, которое называется четвертьволновым шлейфом. Он тоже выполняется из отрезка 75-омного кабеля. При этом варианте симметрирования фидер подключается непосредственно к зажимам антенны. А параллельно фидеру на длину λ_ср/4 проложена дополнительная линия, которая оплеткой верхней части подключается к тому выводу антенны, к которому был подключен центральный проводник фидера. Центральный проводник дополнительной линии с обеих сторон может быть обрезан или подключен непосредственно на оплетку. Оплетку кабеля нижней части линии нужно спаять с оплеткой фидера.

Для повышения жесткости конструкции шлейфа и сохранения необходимого между кабелями расстояния следует применить несколько распорок из изоляционного материала.

На рис. 6, в показан вариант жесткого шлейфа. Он выполнен из двух трубок, диаметр которых должен немного превышать диаметр используемого кабеля. Учитывая особенности работы жесткого шлейфа, трубки следует взять несколько большей длины, чем указано в таблицах геометрических размеров антенны. Трубки закрепляют на основании активного вибратора так, чтобы по осевым линиям сохранялось расстояние 50 мм. Для жесткости можно применить дополнительные распорки. В одну из трубок заводят фидер со снятой на расстоянии λ_ср/4 внешней изоляцией. Фидер и вторую трубку шлейфа к антенне распаивают точно так же, как и элементы шлейфа из кабеля. Нижняя часть второй трубки никуда не подключена. Но по трубкам должен скользить замыкатель с возможностью его фиксации в выбранном положении. Изменяя длину шлейфа, можно более точно осуществить согласование сопротивлений антенны и фидера.

Подобный вариант симметрирующего устройства очень часто применяют с частотно-независимым полуволновым вибратором и со всеми разновидностями рамочных антенн.

На рис. 6, г приведен вариант полуволнового согласующе-симметрирующего устройства (U-петля). Особенность этого устройства в том, что оно понижает сопротивление полуволнового вибратора в точке подключения фидера в четыре раза и тем самым позволяет подключить к антенне фидер из 75-омного кабеля. Данное устройство используется со всеми антеннами «волновой канал», и в справочных таблицах приведена длина U-петли с учетом коэффициента укорочения для кабеля со сплошным полиэтиленом.

При монтаже U-петли на антенне ее можно собрать в компактную бухточку и прикрепить к мачте или стреле.

Все названные устройства симметрирования и согласования имеют достаточно большие габариты и обладают узкой рабочей полоской частот. В последнее время были разработаны устройства, свободные от таких недостатков. Выполнены они на основе ферритовых магнитопроводов с обмоткой из обычного намоточного провода. Такие согласующе-симметрирующне трансформаторы на ферритах (ССТФ) показаны на рис. 6, д и 6, е. Первый из них выполнен на одном тороидальном магнитопроводе, а второй — на двух и имеет несколько лучшие характеристики согласования. Оба ССТФ работают в полосе частот 40…230 МГц, ну а габариты определяются только размерами кольца и используемого конденсатора.

В качестве магнитопровода для ССТФ можно взять кольцевые магнитопроводы типоразмера К7х4х2 из феррита марки 50ВЧ, или 100НН, или К8,4х3,5х2 из феррита марки 100 ВЧ. Обмотка выполнена проводом ПЭЛШО 0,21 и имеет восемь двойных витков (намотка в два провода). Конденсатор типа КД с емкостью 1…1.5 пФ.

По ходу повествования уже рассказывалось о неблагоприятном воздействии климатических условий — окисление, коррозия. Да плюс к тому еще и прямое попадание влаги. А влага теперь у нас не простая. Даже туман и роса уже не могут претендовать на абсолютную чистоту и нейтральность. А дожди в условиях развитой цивилизации стали потоками пусть

и слабых, но кислот и щелочей. В таких условиях окисление и коррозия просто неизбежны. Они очень опасны для чистых поверхностей металлов и особенно для контактных соединений — точки подключения активных вибраторов к согласующим устройствам, фидерам. Поэтому рекомендуем конструкторам антенн по мере возможности покрыть металлы и контакты влагонепроницаемыми компаундами. В качестве таких покрытий можно использовать краски и лаки, эпоксидные компаунды с малым количеством отвердителя.

Паяные соединения следует покрывать влагонепроницаемыми пленками, которые можно легко разрушить механическим способом (зачисткой шлифовальной бумагой) или нагреванием места пайки паяльником. В качестве таких пленок можно рекомендовать тонкий слой обычных спиртовых клеев БФ-2, БФ-4 или нитроклеев «Момент», «Уникум», «АСО».

Полезно также узел подключения к вибраторам согласующих устройств и фидера защитить навесом или козырьком, а еще лучше применить герметический кожух для защиты от прямого попадания дождевой влаги.

У телевизионных антенн есть еще один непримиримый враг — это наши пернатые друзья. Они, конечно, рады заботе человека, что специально для них он придумал такой высокий и удобный насест. Ну как не отблагодарить человека своим присутствием и райским пением. Только райские птички в калибре вороны тянут не менее килограмма. А ведь у этих птичек есть и закадычные друзья, без которых они ни на шаг. А усевшись на насест, начинают молодецкие забавы с поочередным перемещением на один и другой край вибраторов.

Отвадить таких друзей можно развешиванием небольших (10…15 см) цветных флажков на мачте и вибраторах — птицы очень боятся резких движений посторонних объектов.

Несколько слов о грозозащите. Приемные телевизионные антенны приходится поднимать на значительную высоту. При этом возникает опасность поражения молнией устройства антенны и по соединительным проводникам телевизора. Рекомендуем уделить этому некоторое внимание и предусмотреть защиту от возможных неприятностей.

При использовании конструкции антенны с металлической стрелой и металлической мачтой вопрос защиты практически решен. Нужно будет только хорошо заземлить нижний конец мачты путем соединения его с забитым в землю на глубину 2,5…3 м недалеко от мачты заземлителем. Заземлитель может быть изготовлен из трубы диаметром 50… 100 мм либо из стального профиля. Соединения мачты и заземлителя производят проводом толщиной не менее 5 мм. Места соединений залить слоем битума.

Если антенна установлена на деревянной мачте, то в этом случае от полотна антенны с нулевым потенциалом по стреле и мачте следует проложить медную шинку до устройства заземления.

Громозащита телевизора выполняется включением в разрыв проводов снижения специальных грозоразрядников или переключателей, с помощью которых производится заземление фидера. Кроме того, рекомендуется после выключения телевизора, и в особенности при приближении грозы, штеккер антенны вынимать из гнезда телевизора и соединять его с заземлителем.

В настоящее время, когда парк телевизионных приемников вырос весьма существенно, уже не редкость, когда в семье имеется и второй телевизор. Это либо старый черно-белый или переносной, который в данный момент не используется ло своему прямому назначению. Естественно, что его тоже захочется подключить для работы в другом помещении. Так что же для него нужно тоже делать отдельную антенну?

Если сигнал в вашей местности сильный, то можно будет обойтись и без второй антенны. Достаточно будет сделать несложное разветвляющее устройство, схема которого приведена на рис. 7, в. Оно состоит из трех одинаковых резисторов, размещенных на небольшой монтажной плате. Фидер антенны подключают к резистору R1. А от резисторов R2 и R3 радиочастотным кабелем сигнал разводится к двум телевизорам. При соблюдении указанных номиналов резисторов согласование фидера с нагрузкой не нарушается. Но, поскольку устройство пассивное, сигнал к телевизорам подводится ослабленным в два раза, поэтому возможно снижение контрастности изображения на экране.

Может случиться так, что выбранная и изготовленная по предложенным рекомендациям антенна своими результатами не во всем вас удовлетворила. Не паникуйте, не ищите виноватого на стороне. Тщательно снова проанализируйте каждый свой шаг. Ведь недаром говорят, что отрицательный результат несет в себе больше информации для осмысления итогов работы. Поэтому не страшна ошибка, от ошибок никто не застрахован. Страшна неисправленная ошибка, потому что она имеет неприятное свойство со временем вновь проявляться.

Не пренебрегайте проверкой даже очевидных вещей. Именно эти элементы часто и подводят. К сожалению, у многих из нас выработался стереотип — это совсем просто. Здесь ошибок быть не может. Практика показывает — может!

В практике конструирования антенн имеется одно неопределенное условие — расчет границы зоны уверенного приема. Неопределенность возникает из-за отсутствия достаточной информации и конкретных исследований условий распространения радиоволн на трассе телецентр— точка приема. В результате может получиться, что расположение вашего дома и возможности установки антенны по высоте оставляют вас за чертой желаемой зоны. И нередко далеко за чертой. В таких условиях сигнал, конечно же, окажется ослабленным и на экране телевизора будет малоконтрастное изображение, шумы а виде хлопьев снега, срыв цветовой и общей синхронизации.

Есть ли какой-либо приемлемый выход из возникшей ситуации? Конечно, есть. Только он потребует дополнительной кропотливой работы и материальных затрат, а успех может быть достигнут последовательным многоступенчатым подходом к поставленной цели.

Есть два уже отработанных варианта улучшения качества приема вне зоны уверенного приема. И последовательность их реализации должна быть такой. Вначале отрабатываются все возможности по повышению коэффициента усиления приемной антенны вплоть до ее замены на шлее совершенную. Только когда исчерпаны все ваши возможности по совершенствованию антенны, тогда на помощь призываются дополнительные устройства, помогающие снизить потери в линиях передачи и повышающие уровень входного сигнала.

Предложенные выше описания антенн далеко не исчерпывают всех возможных вариантов. Это только простейшие виды, можно сказать, азбука. Но ведь из букв азбуки можно составлять слова и даже целые фразы. Так и в технике приема на основе элементарной базовой конструкции можно сделать более сложную синфазную конструкцию или даже антенную Систему из большого числа элементарных структур. У таких систем и возможности несравненно большие. Но усложнение антенны вызывает серьезные проблемы ее согласования, поэтому в данных рекомендациях не рассматривались. Описания более сложных конструкций антенн можно найти в специальной радиотехнической литературе для радиолюбителей, список которой приведен в конце статьи.

Второй способ — применение специального антенного усилителя. Он позволяет достаточно хорошо компенсировать потери сигнала в длинных фидерах.

Один из вариантов схемотехнического решения простого антенного усилителя метровых волн, предложенного И. Нечаевым, приведен на рис. 7, а. Его коэффициент усиления 25 дБ (соответствует усилению по напряжению в 18 раз). Полоса усиливаемых частот 40…230 МГц. При напряжении источника питания +12 В усилитель потребляет ток 18 мА. Возможно уменьшение напряжения питания усилителя до +6 В при снижении усиления на 2…3 дБ.

Рисунок печатной платы и расположение элементов на ней приведены на рис. 7, б. Печатная плата изготовлена из двустороннего фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. С одной стороны, выполнены токоведущие дорожки в соответствии с рисунком, а с другой — фольга остается, но в ней в точках установки выводов элементов сверлом 4…5 мм снимается небольшая площадка фольги, чтобы не произошло замыкания. По краям платы фольга обеих сторон соединяется припайкой обечайки по периметру.

В конструкции усилителя применены широко распространенные элементы: конденсаторы ОС, КМ и КД, резисторы МЛТ-0,125. Индуктивность катушек L1 и 12 может быть в пределах 20…25 мкГн.

Антенный усилитель следует расположить непосредственно на антенне. Вход усилителя подключают коротким кабелем к активному вибратору (с сохранением всех элементов согласования и симметрирования), а к выходу подключают фидер от телевизора. Чтобы для питания антенного усилителя не прокладывать дополнительных линий, питание осуществляют по тому же фидеру, что спускается к телевизору. Делают это, применяя специальный развязывающий фильтр, схема которого приведена на рис. 7, в. Фильтр смонтирован на небольшой плате и установлен в телевизоре или вне его, например на задней крышке телевизора, где есть свободное место.

Рис. 7. Вспомогательные устройства:

_{а) антенный усилитель, б) печатная плата и расположение элементов, в) фильтр питания антенного усилителя, г) разветвительное устройство для подключения двух телевизоров}

Литература

_{1. Сети телевизионного и звукового ОВЧ ЧМ вещания. Справочник. — М.: Радио и связь, 1988.}

_{2. Дедюкин Г., Модестов Л. Охота за дальними телецентрами. — М.: Энергия, 1979.}

_{3. Капчинский Л. Телевизионные антенны. — М.: Энергия, 1979.}

_{4. Кисмерешкин В. Телевизионные антенны для индивидуального приема — М.: Радио и связь, 1982.}

_{5. Борийчук Г., Булыч В. Радиолюбителю о телевизионных антеннах. — М.: ДОСААФ СССР, 1977.}

_{6. Онищенко И. Приемные телевизионные антенны. — М.: ДОСААФ СССР, 1989.}

_{7. Шпиндлер Э. Практические конструкции антенн (переводе немецкого). — М.: Мир, 1989.}

_{8. Никитин В. Как сделать телевизионную антенну (приложение к журналу «Радио»). — М.: Патриот, МП Символ-P, Радио, 1992.}

_{9. Журналы «Радио» за 1960–1992 г.}