Юный техник, 2015 № 01

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ Телевизионная антенна своими руками

Очень часто нужна бывает компактная, работающая на всех УКВ-каналах метровых и дециметровых волн, и в то же время простая в изготовлении телевизионная антенна, которую можно было бы расположить на окне или повесить на стене дома снаружи, рядом с ним. Сразу оговоримся, что такой антенны еще не создано, поэтому телезрители постоянно экспериментируют как с различными комнатными, так и с наружными антеннами. Естественно, с переменным успехом.

Посмотрим, чем эта ситуация обусловлена. Основной тип простейшей антенны — это полуволновой диполь — обычный разрезной вибратор, широко применяемый в радиотехнике и телевидении еще со времен Генриха Герца. Это резонансная антенна, ее сопротивление в точках питания чисто активно и равно 73 Ом (для бесконечно тонкого диполя). По мере увеличения толщины трубок, из которых изготовлен диполь, его резонансная длина уменьшается до 0,4–0,47 А, в зависимости от диаметра, сопротивление также несколько уменьшается, а полоса рабочих частот возрастает. Диаграмма направленности полуволнового диполя (рис. 1, а) приближенно описывается функцией cos φ (угол в антенной технике принято отсчитывать от направления максимума диаграммы).

«Баночная» антенна.

Для получения направленного излучения диполи располагают в несколько рядов и этажей и запитывают синфазно (рис. 1, б). Позади диполей подвешивают металлическую сетку-рефлектор. Подобные синфазные антенны больших размеров широко используются на KB-радиоцентрах, обеспечивающих направленное вещание, например, на зарубежные страны.

Направленные антенны дают значительный выигрыш и при приеме. Самой распространенной приемной антенной на УКВ стал волновой канал, называемый еще по именам японских изобретателей антенной Уда-Яги. Он содержит активный вибратор — полуволновой диполь, соединенный с фидером (кабелем питания), и несколько пассивных диполей. Рефлектор делается чуть длиннее полуволны, а директоры — несколько короче. Пассивные вибраторы возбуждаются полем активного и формируют узкую диаграмму направленности, показанную на рисунке 1, в.

Рис. 1. КВ- и УКВ-направленные антенны:

_{а — полуволновой диполь; б — синфазная антенна; в — волновой канал (Уда-Яги).}

УКВ плохо огибают сферическую поверхность Земли и совсем не отражаются ионосферой, поэтому для расширения зоны действия ТВ-передатчиков их располагают на высоких мачтах и башнях; пример тому — Останкинская телебашня в Москве, радиус зоны «прямой видимости» с которой достигает 100 км. Чтобы сконцентрировать излучаемую мощность в направлении на горизонт, передающие диполи располагаются на мачте в несколько этажей горизонтально или вертикально, в соответствии с требуемой поляризацией излучения. В Москве и во многих других больших городах принята горизонтальная поляризация, следовательно, и приемные диполи должны располагаться горизонтально.

Дипольные антенны были широко распространены на заре телевидения, в конце 40-х и до 60-х годов прошлого века, когда программ и, соответственно, каналов было мало. По мере увеличения числа каналов и освоения дециметрового (ДМВ) диапазона дипольные антенны уже не могли перекрыть столь широкого диапазона длин волн. Тогда появились «трехэтажные» коллективные антенны, нижний этаж которых работал в низкочастотной части метрового (МВ) диапазона (48–88 МГц), средний — в высокочастотной части МВ (175–230 МГц), а верхний — на ДМВ (470–700 МГц). Такие антенны до сих пор можно увидеть на крышах некоторых старых зданий. Сигналы перечисленных диапазонов усиливали, суммировали и подавали в домовую сеть.

Индивидуальному телезрителю такие антенны слишком сложны, хотя на некоторых дорогих дачах можно увидеть такие устройства. Промышленность и радиолюбители стали искать компромиссы. Было замечено, что «толстый» диполь имеет весьма широкую полосу пропускаемых частот, и вдали от резонанса хоть и появляется реактивное сопротивление, но оно не превосходит сотен Ом. Кроме того, используются и более высокочастотные резонансы — волновой и полутораволновой. Появились самодельные «баночные» антенны, неплохо работающие в верхней части МВ и на ДМВ.

В отличие от примитивных антенн, где кабель присоединяется оплеткой к одному плечу диполя, а жилой — к другому, в данной конструкции использована симметрирующая петля из кабеля, одновременно трансформирующая сопротивление кабеля 75 Ом в 300 Ом, более подходящее для антенн, работающих на волновом резонансе. Схема соединений в этом устройстве показана на рисунке 2.

Рис. 2. Симметрирующее устройство.

К сожалению, это симметрирующее устройство тоже не отличается широкополосностью. Длина кабеля L должна равняться половине длины волны с учетом укорочения в кабеле (примерно 1,5).

Более простые широкополосные диполи, содержащие по два «уса», соединенных в точке питания и разведенных концами, использованы в широко распространенной «польской» антенне, показанной на рисунке 3.

Рис. 3. «Польская антенна»

По схеме это «четырехэтажная» синфазная антенна с решетчатым рефлектором. Она «соткана» из компромиссов. Рефлектор работает лишь на тех длинах волн, где его горизонтальный размер больше полуволны, по сути, только на ДМВ. Для улучшения приема на верхних каналах ДМВ добавлены короткие директоры. А чтобы антенна хоть как-то работала на МВ, верхние «усы» верхнего диполя сделаны длинными. Антенный усилитель (коробочка в центре) компенсирует часть недостатков антенны, но требует питания и выходит из строя при первой же грозе. Видимо, поэтому немало «польских» антенн можно найти на мусорных свалках.

Реанимировать подобную антенну удается следующим способом: разобрать и тщательно зачистить напильником все контакты винтовых соединений между вибраторами и соединительными линиями; выкинуть (или разобрать на детали) усилитель; к точкам, где подключался усилитель, присоединить двухпроводную телефонную линию снижения и закрепить ее пластиковыми хомутиками или изолентой вдоль мачты.

Мало кто знает, но обыкновенная, и самая дешевая, телефонная «лапша» имеет волновое сопротивление около 300 Ом и значительно меньшие потери даже на ДМВ, чем дорогой коаксиальный кабель. Усилитель оказывается ненужным. К телевизору линия подключается через переходник 300/ 75 Ом, оформленный в виде штекера и продающийся в магазинах телерадиотоваров. Внутри переходника — широкополосный согласующий и симметрирующий трансформатор на маленьком ферритовом сердечнике — «бинокле».

Основой предложенной автором антенны послужил широкополосный волновой вибратор ДМВ, снабженный разрезным рефлектором. Рефлектор применен также и в качестве широкополосного вибратора MB.

По мере повышения частоты у любого диполя можно обнаружить, кроме основного (полуволнового), и второй резонанс (волновой), когда на каждой половине вибратора укладывается по половине длины волны, при этом входное сопротивление становится опять активным, но весьма высоким. Оно равно примерно W²/r, где W — волновое сопротивление проводников вибратора, определяемое как корень квадратный из отношения погонных индуктивности и емкости: W = (L/С)^1/2.Тонкий волновой вибратор может иметь сопротивление до нескольких килоом.

При расстройке в стороны от резонансных частот во входном сопротивлении появляется и реактивная компонента, тем большая, чем больше W. По этой причине тонкие вибраторы, например, как у распространенной двухштыревой комнатной антенны («усы»), плохо работают в широкой полосе частот, требуя изменения их длины при переходе с канала на канал.

Для широкополосных антенн выгодно использовать толстые вибраторы, волновое сопротивление которых мало (150–300 Ом). Невелико при этом и реактивное сопротивление, появляющееся при расстройках. Понижается и входное сопротивление волнового вибратора. Причем его не обязательно делать объемным, хорошо работают и плоские структуры, выполненные в виде решетки проводников. Такие соображения и легли в основу предлагаемой конструкции.

В. ПОЛЯКОВ, профессор

_{(Окончание следует.)}