Принцип работы антенны в диапазоне hdx. Самодельная телевизионная антенна: для DVB и аналогового сигнала – теория, типы, изготовление
Антенны служат для преобразования радиоволн в переменный электрический ток и наоборот. Любая радиоантенна может работать как на прием, так и на передачу сигнала. Главные характеристики этих устройств описаны ниже.
Полоса пропускания.
Антенны проектируют и строят с учетом рабочего интервала частот - полосы пропускания. У одних конструкций она может быть шире, у других уже. Для телевидения, WiFi, мобильной связи, GPS выделяются разные радиодиапазоны.
Направленность.
Антенну называют направленной, если мощность ее излучения в одну из сторон существенно больше, чем в остальные. Для того, чтобы наглядно показать, как меняется мощность в зависимости от направления, строят диаграммы направленности.
Ненаправленные антенны одинаково действуют на все 360 градусов, их диаграмма имеет круговую форму. Радиоантенна с диаграммой направленности в форме сферы называется изотропной. Теоретически доказано, что построить ее невозможно. Тем не менее изотропный излучатель используют в качестве эталона для того, чтобы сравнивать радиоантенны и показывать, насколько хороша та или иная конфигурация.
Коэффициент усиления.
Соотношение мощностей излучения исследуемой и эталонной радиоантенн характеризуется коэффициентом усиления. Реальные антенны всегда излучают в каком-то направлении меньше, в каком-то больше. Если не оговорено иное, то в характеристиках указывают пиковый коэффициент усиления.
Для коэффициента усиления принята логарифмическая единица измерения децибел (десятая часть бела). Чтобы посчитать соотношение двух мощностей в децибелах нужно подставить их в формулу L = 10*lg(P/Pi) , где L – коэффициент усиления антенны, P – мощность ее излучения, Pi - мощность изотропного излучателя при тех же условиях.
Чтобы подчеркнуть сравнение с изотропным эталоном, такие децибелы обозначают как дБи. В технических характеристиках изделий принято обозначение дБ.
Перевести децибелы в «разы» можно по формуле G = P/Pi = 10**(L/10) . Далее приведены некоторые значения (дБ - «раз»):
- 3 децибела соответствует усилению в 2 раза;
- 6 – 4;
- 7 - 5;
- 10 - 10;
- 15 - 32;
- 20 - 100;
- 30 - 1000.
Если к конструкции радиоантенны добавлен электронный усилитель, ее называют активной. Производители указывают коэффициент усиления таких изделий с учетом усилителя. Электронные усилители производят шумы, которые могут искажать сигнал, поэтому не рекомендуется применять их без необходимости.
Входное сопротивление.
Если входное сопротивление антенны не соответствует волновому сопротивлению кабеля (фидера), по которому она подключается, применяют согласующие устройства. ТВ-кабели в подавляющем большинстве стран (включая РФ) имеют волновое сопротивление 75 Ом. Кабели для WiFi, GSM, 3G, 4G, радио, GPS выпускают с волновым сопротивлением 50 Ом.
Производители изготавливают антенны с входным сопротивлением, согласующимся с волновым сопротивлением кабеля.
Характерный размер.
Для большинства радиоантенн это половина длины волны. Но есть исключения. Например, в конструкцию параболических антенн входит отражатель («тарелка»), диаметр которого может намного превышать длину волны.
Размеры радиоантенн WiFi. GPS, GSM, смонтированных на печатных платах, напротив, бывают существенно меньше половины длины волны благодаря применению материалов с большой диэлектрической проницаемостью. Существуют антенные поля площадью в несколько гектаров и антенны, чей размер измеряется в миллиметрах.
ВИДЫ И ТИПЫ АНТЕНН
Известно множество конструкций радиоантенн. Наиболее удачные из них стали массовыми.
Самые простые и, возможно, самые распространенные - диполь и четвертьволновая антенна. Первый состоит из двух проводников длиной около четверти волны каждый; второй - из одного проводника длиной около четверти волны. Четвертьволновую антенну часто называют «штырем». Диполь и «штырь» - это узкополосные радиоантенны с коэффициентом усиления 2 - 5 дБ.
Штыревая антенна одинаково излучает/принимает сигнал во всех направлениях в плоскости, перпендикулярной своей оси. Вдоль оси излучение отсутствует. Такие радиоантенны используют, если взаимное положение передающего и принимающего устройств все время меняется. Поэтому «штыри» часто можно видеть на автомобилях, портативных радиоприемниках, рациях, WiFi-роутерах.
Простота конструкции способствует применению и в случае относительно неподвижных объектов: знаменитая комнатная телевизионная антенна «усы» - не что иное, как диполь. Для того, чтобы нивелировать недостатки, связанные с узкой полосой пропускания, «усы» делают телескопическими, и их можно подстраивать на нужную длину волны.
В качестве уличных ТВ-антенн часто можно увидеть «волновой канал» - узкополосную направленную радиоантенну с коэффициентом усиления 5 - 12 дБ (в зависимости от модификации). Она изобретена в 1926 году Синтаро Уда и Хидэцугу Яги из Имперского университета Тохоку (Япония). Яги запатентовал изобретение, и для антенны стали использовать второе название - Яги.
В конструкции используется один активный элемент (диполь), соединенный с линией передачи. Его размер сопоставим с половиной длины волны. На одной штанге с диполем крепятся пассивные элементы:
- рефлектор (длиннее диполя);
- директор (короче диполя).
Основной прием (передача) «волнового канала» идет в направлении директора. Директоров может быть несколько. Добавление каждого нового элемента повышает коэффициент усиления и уменьшает угол действия (повышает направленность).
Альтернативой «волновому каналу» при приеме телевизионного сигнала служит логопериодическая антенна. Она внешне напоминает антенну Яги, но у нее другая конфигурация. Эта широкополосная радиоантенна с коэффициентом усиления 6 - 7 дБ изобретена в 1958 году Дуайтом Исбеллом и Раймондом Духамелем в Университете штата Иллинойс (США).
Логопериодическая антенна состоит из ряда активных элементов (диполей), расположенных в порядке убывания их длины. Добавление новых элементов увеличивает полосу пропускания. Пик диаграммы направленности находится со стороны более короткого диполя.
Что касается еще одной популярной конструкции - панельной антенны (патч), то она наиболее часто применяется для WiFi, GSM, 3G, 4G, GPS. Такая узкополосная направленная радиоантенна с коэффициентом усиления 5 - 10 дБ представляет собой прямоугольную (иногда эллиптическую) пластину и пластину-отражатель (экран), разделенные слоем диэлектрика.
Наибольшее распространение конструкция получила, начиная с 70-х годов 20-го века, когда панельные антенны стали массово применять на печатных платах. Длина стороны прямоугольной пластины патча сопоставима с половиной длины волны, если между пластиной и экраном находится воздух или другой материал со схожей диэлектрической проницаемостью.
Параболическую антенну можно получить из любой, поместив ее в фокус отражателя. «Тарелка» делает произвольную антенну узконаправленной, доводя коэффициент усиления до 30-40 дБ. В распоряжении ученых есть несколько гигантских отражателей с усилением 80 дБ, которые используются в составе радиотелескопов.
Полоса пропускания зависит от радиоантенны, помещенной в фокус. Спутниковая антенна - другое название, полученное из-за использования для приема спутникового ТВ.
Для того, чтобы сделать полосу пропускания шире или использовать в работе несколько диапазонов, изготавливают комбинированные конструкции - несколько в одной. Например, распространены наружные ТВ-антенны Яги для дециметровых волн, совмещенные с диполем для метровых волн.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ АНТЕНН
В мире существует довольно много технологий и стандартов, предусматривающих передачу информации с помощью радиоволн. Передатчик формирует сигнал в заданной полосе несущей частоты с закодированной на ней информацией Приемник декодирует полученные колебания с выделением полезной информации. Практически любая информация может быть подготовлена и передана при помощи радиоволн.
Для передачи и получения сигнала нужны антенны. Причем их характеристики должны соответствовать параметрам приемопередающей аппаратуры и решаемым задачам по обмену информацией.
Чтобы подобрать радиоантенну для приема эфирного телевидения или усиления сигнала WiFi-роутера, совершенно нет необходимости изучать тонкости стандартов. На радиочастотах выделены диапазоны, а на упаковках и в описаниях антенн есть ссылки на них. В списке приведены некоторые обозначения с указанием области использования и частот диапазона в РФ:
- CB (свободное использование, рации) – 26.965 - 27.860 МГц;
- VHF (метровые волны, радио и телевидение) – 48.5 – 230 МГц;
- UHF (дециметровые волны, телевидение (в том числе цифровое)) – 470 – 862 МГц;
- FM (радио) – 85.5 – 108 МГц;
- LPD (свободное использование, рации) - 433 - 434 МГц;
- PMR (свободное использование, рации) - 446 МГц;
- GPS (спутниковая система навигации) – 1.58 ГГц;
- ГЛОНАСС (спутниковая система навигации) - 1.60 ГГц;
- GSM (мобильная сотовая связь) – 890 - 960 МГц, 1710 - 1880 МГц;
- WiFi (беспроводные локальные сети) – 2.4 ГГц.
Полоса пропускания радиоантенны соответствует диапазону, указанному в ее паспорте. Что касается направленности, то изготовители, как правило, предлагают направленные модели, если ожидается стационарное положение приемника и передатчика.
Направленные антенны широко применяются при усилении сигнала сотовой связи , а штыревые в WiFi ретрансляторах . Комбинации этих типов применяются в GSM репитерах и системах беспроводной сигнализации .
* * *
© 2014-2019 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют исключительно ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.
Требования, предъявляемые к антеннам
1. Антенна совместно с ФТ должна обладать высоким переходным затуханием (А п, дБ) между трактами приема и передачи.
А п =10 lg Р и /Р пм ,
где Р и - излучаемая мощность,
Р пм – мощность, попадающая на вход приемника.
2. Антенна должна обеспечивать приемлемое согласование с ФТ.
КБВ=1 имеем идеальное согласование с ФТ;
КБВ=0 – излучения нет
3. Антенны должны обеспечивать высокий КЗД (более 60 дБ).
4. Антенны должны обладать узкой ДН и за счет направленных свойств антенны обеспечивать дополнительное усиление сигнала .
5. Антенны должны иметь большой КИП .
Для РРСП 0,5-0,65; для ССП – 0,7-0,75.
Апертурные антенны – это антенны, излучение у которых происходит через раскрыв, называемый апертурой (апертура – отверстие, возбужденная поверхность).
Зеркальные антенны . Зеркальными, называются антенны, у которых поле в раскрыве формируется в результате отражения ЭМВ от металлической поверхности специальной формы (зеркала).
Источником ЭМВ, как правило, служит небольшая элементарная антенна, называемая облучателем.
Конструкция зеркальных антенн включает два элемента: зеркало и облучатель.
Параболическая антенна (ПА )
Конструкция ПА включает два элемента:
сплошное металлическое зеркало, выполненное в виде параболоида вращения;
рупорный облучатель, размещаемый в фокусе
Соотношения, характеризующие параболическое зеркало:
Раскрыв зеркала – это плоскость, ограниченная краями параболоида вращения и осью z=Z 0 ;
- R 0 – радиус раскрыва, радиус плоскости раскрыва;
- 2φ 0 – угол раскрыва, угол под которым видно зеркало из фокуса;
- f – фокусное расстояние;
- р – параметр параболоида, р =2 f.
Величины R 0 , φ 0 и f связаны между собойсоотношением: tg (φ 0 /2)= R 0 /2 f.
В зависимости от параметров R 0 , φ 0 и f зеркала бывают:
Мелкими или длиннофокусным, если φ 0 <π/2 или R 0 <2 f ;
Глубокими или короткофокусными, если φ 0 >π/2 R 0 >2 f.
Требования, предъявляемые к облучателям :
Облучатель должен иметь небольшие (оптимальные) размеры, чтобы не затенять зеркало;
Облучатель должен быть однонаправленным;
Облучатель должен создавать равномерное и синфазное наведение токов.
Достоинство ПА: ее широкополосность, относительная простота и малая стоимость.
Недостаток : заметная обратная реакция центральной части отражателя на облучатель.
Двухзеркальная гиперболическая антенна (АДГ)
Достоинство ДГА :
Небольшие габаритные размеры;
Небольшая длина ВТ;
Низкие шумовые температуры,
Высокие коэффициенты ЗД и БВ;
Хорошее согласование с ВТ.
Недостаток : сложность конструкции, настройки, узкий диапазон рабочих частот.
Антенна двухзеркальная эллиптическая (АДЭ)
Достоинство АДЭ :
Наличие конического острия у вспомогательного зеркала устраняет реакцию второго зеркала на облучатель, улучшает согласование антенны с ВТ, сокращает расстояние между облучателем и вторым зеркалом, уменьшает утечку энергии за основное зеркало;
Высокие коэффициенты усиления ЗД, ИП.
Недостаток : сложность конструкции.
Рупорно-параболическая антенна РПА образована плавным переходом рупорного облучателя (2) в отражающее зеркало (1). Рупор длиной 50-100λ, одним концом подключен к питающему волноводу, а другим непосредственно соединяется с сегментом параболоида вращения Угол раскрыва рупора ψ берется равным 30 0 - 40 0 , что обеспечивает его хорошее согласование с питающим волноводом.
Достоинства РПА :
Отсутствует рассеивание энергии облучателя, которым является рупор, что повышает КПД зеркальной антенны и ведет к уменьшению боковых и обратных лепестков.
Отраженные от зеркала лучи не попадают в питающую линию, и, следовательно, не нарушают согласование (высокий КБВ).
Недостатки:
Большие размеры и вес, что приводит к парусности антенны, и большим ветровым нагрузкам;
Сложность в обслуживании.
Перископические антенные системы (ПАС) . представляют собой комбинацию двух зеркал – верхнего (плоского) (1), размещаемого на мачте и нижнего (криволинейного) (2), куда поступает энергия облучателя (3).
Нижнее зеркало представляет собой часть эллипсоида вращения, один из фокусов F 1 которого совпадает с центром облучателя. Верхнее зеркало располагают во втором фокусе F 2 эллипсоида на необходимой высоте.
Достоинства ПАС :
Короткий волноводный тракт (нет потерь в волноводе), что обеспечивает высокие значения КПД и КБВ в широкой полосе частот;
Устойчивость в работе при неблагоприятных климатических условиях;
Легкость обслуживания.
Недостатки:
Экологическая опасность (мачта излучает энергию); - низкий КЗД, что не позволяет использовать их при ПРЧ-2.
2-х элементная ПАС
Сравнительная оценка параметров зеркальных антенн разных типов
Фидерные тракты (ФТ) / (ВТ)
ФТ - специальная линия передачи электромагнитной энергии от передатчика к антенне (или от антенны к приемнику)
Требования к антенно-волноводному тракту:
1. малые потери энергии
2. хорошее согласование
3. высокая линейность фазовой и частотной характеристики
4. минимальное взаимное влияние между сигналами, которые идут на прием и передачу.
5. многократность использования АФТ достигается следующим путем:
Предусмотрено три вида селекции:
По поляризации (ПС);
По направлению (ФЦ, НО)
По частоте (РФ, ПФ)
ПС представляет собой волноводный тройник, сочетающий отрезки волноводов круглого и прямоугольного сечений
На рис.3.2. показаны диаграммы направленности симметричных вибраторов с разным соотношением L/l. Указанные фигуры представляют собой диаграммы направленности в плоскости, проходящей через ось вибратора. Пространственные диаграммы направленности представляют собой поверхности тел вращения, образуемых при вращении каждой кривой вокруг оси вибратора.
Рассмотрение рис.3.2. показывает, что пока полная длина вибратора (2L) не превосходит длины волны (или точнее 1,25l), максимум диаграммы излучения получается в направлениях, перпендикулярных оси вибратора. При 2L<=l в диаграммах отсутствуют боковые лепестки. Когда L становится большим, чем l, в диаграмме появляются боковые лепестки, а уже при 2L=3/2l направления максимума диаграммы излучения получаются не в направлениях, перпендикулярных к оси вибратора, а под углом к ней, примерно равным 400. При значительном увеличении отношения l/L максимум диаграммы прижимается к оси провода. Излучение вдоль оси вибраторов отсутствует при любых длинах.На практике часто используются антенны, состоящие из большого числа идентичных вибраторов - многовибраторные антенны. Многовибраторная антенна представляет собой так называемую решетку излучателей. Решетки же из вибраторов (многоэтажная синфазная антенна и антенна волновой канал) являются достаточно простыми.
Антенна волновой канал.
Антенна типа волновой канал представляет собой систему вибраторов, имеющих длину, близкую к половине длины волны, и расположенных перпендикулярно прямой линии, вдоль которой происходит излучение. Активным в антенне является только один вибратор, а остальные вибраторы - пассивные (рис.3.3.).
Первый вибратор пассивный называется рефлектором, за ним располагается активный вибратор, а затем вновь пассивные вибраторы - директоры. Антенна волновой канал излучает в направлении директоров и имеет диаграмму направленности близкую к игольчатой. Число директоров можно определить по заданному КНД антенны, используя приближенное соотношение:D=5N, где N - число директоров.
Методы расчета волнового канала позволяют получить лишь ориентировочные результаты, которые затем уточняются экспериментально.
Несимметричный вибратор.
Если вибратор расположен на расстоянии H от идеально проводящей плоскости, то в соответствии с принципом зеркальных изображений он эквивалентен двум вибраторам, расположенным на расстоянии 2H, причем вторым вибратором является зеркальное изображение первого. Если вибратор параллелен плоскости, над которой он расположен, то его изображение противофазно, если же перпендикулярен - синфазно. Указанное обстоятельство позволяет использовать только одно плечо симметричного вибратора, устанавливая его непосредственно у идеально проводящей плоскости перпендикулярно к ней. Выполненная таким образом вибраторная антенна называется несимметричным вибратором, причем ее параметры можно легко определить. Однако том случае, когда плоскость, над которой расположен вибратор, имеет конечную проводимость, расчет параметров антенны весьма сложен.
Для улучшения к.п.д. несимметричных вибраторов и уменьшения влияния свойств земли на его параметры делают заземление антенны или противовес. Заземление антенны представляет собой систему проводников, которую зарывают на некоторую, обычно не очень большую, глубину в землю. Противовес же является системой проводников, расположенных на некоторой высоте над землей. Размеры площади, охватываемой заземлением антенны (впротивовесом), должны быть достаточно большими (больше длины волны), а расстояние между проводниками следует брать небольшим (меньше четверти длины волны).
Характеристики вибратора в режиме 1/4l
Этот тип антенн представляет собой вибратор, у которого длина плеча равна четверти длины волны. У такого вибратора пучность тока находится точно у зажимов, а напряжение на них оказывается равным нулю. Входное сопротивление вибратора чисто активное, а реактивное сопротивление равно нулю. В виду отсутствия реактивной составляющей к.п.д. такой антенны будет максимальным. Вибратор ведет себя как последовательный резонансный контур с RA=73 Ом. Такой режим называют режимом работы на собственной (резонансной) волне. Иначе говоря, собственной волной антенны называют наибольшую длину волны, при которой реактивное сопротивление равно нулю.
Коэффициент направленного действия равен 1,641 и диаграмма направленности этого вида антенн имеет двухлепестковый характер с максимумами в направлении 900 и 2700 (см.рис.3.2.). Такие вибраторы применяются при проектировании узкополосных антенн в виду того, что значительно упрощается процедура согласования с фидерным трактом (выходом передатчика).
Характеристики вибратора в режиме L=5/8l
При длине плеча вибратора L=5/8l, диаграмма направленности несимметричного вибратора имеет один главный лепесток в направлении, перпендикулярном оси вибратора и два небольших боковых лепестка (рис.3.2.). Несмотря на наличие боковых лепестков направленность излучения в направлении, перпендикулярном оси вибратора, получается максимальной.
Это значит, что коэффициент усиления такой антенны будет максимальным. Реактивное сопротивление вибратора носит чисто емкостной характер и является относительно большим.
Одним из эффективных путей реализации антенны вертикальной поляризации с высокой направленностью состоит в том, чтобы формировать линейную антенную решетку, в которой комбинируется несколько синфазных коллинеарных излучающих элементов. Настройка антенн коллинеарного типа нуждается в точном расчете. На рис.3.5. изображены типичные конструкции коллинеарных антенн с графическим пояснением принципов их работы. В антенне на рис.3.4.а между полуволновыми излучающими элементами для обеспечения синфазного питания включены катушки индуктивности. Этот тип антенны называется нагруженной антенной и часто используется как автомобильная антенна.
Антенны, показанные на рис.3.4.б, в обычно известны как коаксиальные коллинеарные антенны. Этот вид антенн используются как антенны для автомобиля, так и антенны базовых станций. Синфазность питания этих антенн зависит от длины излучающих элементов и расстояния между ними, потому эти антенны узкополосные.Коллинеарные антенны имеют относительно большое усиление. Строятся они таким образом, чтобы, несмотря на большую длину антенн, исключить участки ее с токами противоположного направления. На рис.3.5. показаны варианты реализации антенны Маркони-Франклина.
Катушки на рис.3.4.а и участки линий на рис.3.4.б имеют электрическую длину полволны; в этих катушках и участках токи имеют противоположное направление, но они не излучают. На остальных излучающих участках антенны токи синфазны. Рис.3.6. поясняет конструкцию и принцип работы антенны из отрезков коаксиальной линии с перекрещиванием (рис.3.5.).
Внешние и внутренние проводники полуволновых отрезков соединены перекрестно. Внутренний проводник и внутренняя поверхность трубы служат линией питания, к которой в точках "а" и "б" подключаются излучающие вибраторы в виде внешних поверхностей трубы 1 и 2 или 3 и 4. У основания эта антенна должна питаться симметрично, иначе половина вибраторов получит потенциал земли, и не будет излучать. На рис.3.6. показан вариант такого вида антенны, отличающийся большей технологичностью в производстве.
Все современные коллинеарные антенны, как правило, заключеаются в диэлектрический (обычно стеклопластиковый) корпус, защищающий от климатических воздействий являющийся опорной конструкцией.
У антенн, запитываемых с одного конца, каковыми являются все рассмотренные выше коллинеарные антенны, ток, по мере приближения к другому концу антенны, спадает из-за затухания, обусловленного излучением, особенно у антенн с относительно большими поперечными сечениями. Это приводит к расширению основного лепестка, уменьшению боковых лепестков и КНД. Эти антенны узкополосны, поскольку правильная фазировка их элементов определяется соотношением длины волны и размеров частей антенны.Применение таких антенн в качестве стационарных для базовых станций в отличие от антенных решеток имеет ряд преимуществ. Такие антенны легко монтируются в виду небольших массогабаритных характеристик, имеют довольно высокий коэффициент усиления и равномерную круговую диаграмму направленности.В качестве антенны подвижного средства могут также применяться коллинеарные антенны особенно для высокочастотных диапазонов 800…900 МГц.
Антенна, показанная на рис.3.7., представляет собой антенну Маркони-Франклина с малым числом секций и одной фазирующей катушкой. Катушка используется и в части механических свойств - придает антенне гибкость, желательную для антенн подвижных средств.
Входное сопротивление антенны оказывается чисто активным лишь при работе на резонансных волнах. Если антенна возбуждается на других волнах, то для подведения к антенне максимальной мощности передатчика необходимо произвести настройку антенны, осуществляя согласование. Т.е. скомпенсировать реактивную составляющую входного сопротивления. В режиме удлинения, характерном для этого типа антенн, для компенсации реактивной составляющей обычно используют катушку индуктивности, которая как бы удлиняет вибратор (рис.3.8).
Индуктивность полностью включенной катушки должна быть такой, чтобы ее сопротивление скомпенсировало емкостное сопротивление антенны.
Укороченные антенны (антенны в режиме удлинения) находят широкое применение как антенны, устанавливаемые на подвижных объектах (автомобиль, самолет и т.д.). Это вызвано тем, что такие антенны легко маскируются, противостоят значительным ветровым нагрузкам и удобны в эксплуатации. Но на длинах волн, не кратных 0,25l, возрастает реактивная составляющая входного сопротивления антенны, что приводит к усложнению настройки антенны. При длине плеча L=5/8l достигается максимальная характеристика направленности антенны, но входное сопротивление имеет сильную емкостную составляющую, для компенсации которой и ставят катушку согласования.
Конструктивные особенности антенн для автомобиля и стационарных антенн.
Основные требования, предъявляемые к конструкции антенн для автомобиля - компактность и устойчивость работы в сложных условиях эксплуатации на транспортном средстве. При использовании в системах специальной подвижной связи в ряде случаев добавляется требование скрытности размещения. По этим причинам в составе радиостанций подвижных объектов применяются одновходовые антенны, имеющие малые габариты и простую конструкцию. Наиболее полно перечисленным требованиям удовлетворяют несимметричные вертикальные вибраторы, устанавливаемые на крыше автомобиля и использующие ее в качестве противовеса.
В качестве антенн подвижных объектов могут также применяться и более эффективные коллинеарные антенны, обеспечивающие более высокий КНД. Однако при этом увеличивается вертикальный габарит автомобиля, усложняется и удорожается конструкция самой антенны, возрастают ветровые нагрузки от набегающего потока воздуха при движении. Кроме того, при использовании коллинеарной антенны, вследствие значительного ее вертикального размера, затрудняется обеспечение скрытности.
Несимметричный вертикальный вибратор представляет собой трубку, нижняя точка которого есть точка питания вибратора.
По способу установки излучателя на крыше кузова автомобиля есть два варианта исполнения: с закреплением излучателя посредством болтов или винтов и с фиксацией положения излучателя посредством постоянного магнита, размещенного на основании. Первый вариант крепления антенны для автомобиля обеспечивает наиболее надежную фиксацию излучателя. Однако он предполагает наличие отверстий в крыше кузова не допускает изменение положения излучателя. Второй вариант позволяет оперативно изменять положение излучателя или вовсе снимать его с крыши. Постоянный магнит помещен в тороидальный магнитопровод, который является проводником и одновременно служит основанием ("землей" для согласующей схемы). По высокой частоте электрическая связь основания с крышей обеспечивается через болты и через емкость между основанием и крышей, а при использовании магнитного основания - только через эту емкость. Для используемых частот ее величина достаточно высока.
Основными электрическими характеристиками антенн для автомобиля являются коэффициент усиления, характер диаграммы направленности, уровень согласования и ширина полосы согласования. Допустимая входная мощность в данном случае не является критичным параметром, поскольку мощности передатчиков на подвижных объектах обычно невелики.
Размещение излучателя антенны в целях скрытия или по эстетическим соображениям, вблизи от металлических поверхностей кузова, в углублениях (например, фар) и т.п. приводит к уменьшению сопротивления излучения, следовательно, к ухудшению согласования, сокращению рабочей полосы частот; кроме того, искажается диаграмма направленности антенно-фидерного устройства. В этом смысле размещение вертикально поляризованной антенны, например, вертикального штыря, на крыше автомобиля является оптимальным. При смещении такой антенны от центра крыши к краю входное сопротивление антенны, а следовательно, ее согласование с фидером, будет изменяться относительно мало, поскольку оно определяется преимущественно ближними реактивными полями, ограниченными относительно небольшими расстояниями от антенны, т.е. небольшим участком крыши. Но этого нельзя сказать о диаграмме направленности. Представив крышу металлическим листом ограниченных размеров, получим диаграммы направленности, примерно соответствующие показанным на рис.3.9 - 3.11.
При размещении вертикального вибратора в центре листа размеров три длины волны получим приподнятую и симметричную диаграмму направленности в вертикальной плоскости (рис.3.10.).
При смещении вибратора к краю листа (рис.3.11.) диаграмма направленности в вертикальной плоскости становится несимметричной: с той стороны, где вибратор ближе к краю, диаграмма направленности приподнята больше.
Азимутальные диаграммы направленности при круговом листе будут ненаправленными, при прямоугольном - близки к ненаправленным. На рис.3.11. приведен для этого случая примерный вид азимутальной диаграммы направленности под углом 300 к горизонту - она уже существенно отличается от ненаправленной. Очевидно, что оптимальным местом размещения антенны является середина крыши автомобиля.
При размещении антенно-фидерных устройств на стационарных объектах должно соблюдаться территориальное разнесение передающих и приемных антенн, обусловленное требованиями электромагнитной совместимости, рационального и эффективного использования радиооборудования, антенно-фидерных устройств и площади, на которой предстоит размещать антенны.
Взаимное влияние между антеннами может проявляться в боковом отклонении главного лепестка горизонтальной диаграммы направленности, в увеличении уровня ее боковых лепестков и угла отжатия от земли максимума вертикальной диаграммы. Для предотвращения подобного рода нежелательных явлений необходимо избегать расположения рядом с антенной проводов и других антенных устройств, размеры которых близки к резонансным с рабочей волной антенны. Недопустимым является взаимное влияние антенн. Для неискаженного формирования диаграмм направленности перед каждой антенной должна быть создана так называемая площадка свободной зоны.
Значительное влияние на формирование диаграммы направленности оказывает способ монтажа антенны (сверху мачты или на боковой стороне или ребре), а также размеры характер поперечного сечения мачты. На рис.3.12. показана зависимость искажения диаграммы направленности от поперечных размеров и сечения мачты.
Из рисунка видно, что увеличение диаметра мачты неизбежно приводит к образованию провала в ДН в азимутальной плоскости с тыльной, относительно антенны, стороны. Кроме того, для уменьшения взаимного влияния двух антенн (приемной и передающей) проводят их разнесение по фронтальной плоскости.
Зависимость затухания сигнала (в дБ) от отношения расстояния разноса антенн к длине волны показано на рис.3.13. При желаемой (заданной) развязке между антеннами в дБ и известной длине рабочей волны (в метрах) по графику определяется горизонтальное разнесение между антеннами (в метрах). Когда горизонтальное разнесение антенн по каким-либо причинам не представляется возможным (или достаточным), применяют и вертикальное разнесение антенн. На рис.3.14. представлен график зависимости затухания сигнала (в дБ) от отношения величины разнесения антенн к длине волны.
Величину вертикального разнесения антенн при желаемой (заданной) развязке между ними в дБ и известной длине рабочей волны (в метрах) определяется по графику также как и для горизонтального.Для обеспечения устойчивости связи необходимо учитывать все приведенные выше параметры размещения антенн и учитывать возможности взаимного влияния антенн друг на друга, особенно в условиях ограничения площадок развертывания антенных систем.
Кирилл Сысоев
Мозолистые руки не знают скуки!
Содержание
Чтобы антенна для телевизора служила исправно и не вызывала сложностей в работе на даче или в квартире, нужно правильно подобрать внутренний (комнатный) или уличный цифровой прибор. Выделяют несколько критериев при покупке телеантенны – стойкость приема сигнала, усиление, активность. Ознакомьтесь с известными производителями приборов, секретами выбора и установки.
Виды антенн для телевизора
В России различный уровень сигнала телевизионных волн, поэтому домашние антенны отличаются высокой чувствительностью, которая обеспечивает прием почти в любых условиях. Выделяют параболические, комнатные и наружные антенны, которые делятся на еще несколько категорий. Чтобы получать телевизионную волну без помех, нужен индивидуальный подбор типа и мощности.
Спутниковые
Параболические телевизионные антенны пользуются популярностью. Их отличает стабильность работы, высокое качество получения сигнала и увеличенное количество каналов. Оборудование данного вида состоит из приемника, ресивера для декодировки, принимает волны со спутника, поэтому четкость изображения зависит от расположения агрегата и телевизора.
Прямофокусные
У этого вида облучатель конвертера «смотрит» ниже горизонта, что защищает приемник сигнала от негативного атмосферного воздействия:
- название модели: MULTI Toroidal;
- цена: 1100 р.;
- характеристики: диаметр – 100 см, принятие с 16 спутников;
- плюсы: простота добавки каналов;
- минусы: качество получения различается.
В небольшом доме или на даче пригодится 60-сантиметровая спутниковая тарелка, которая стоит чуть дороже первой:
- название модели: Triax TD-064;
- цена: 1300 р.;
- характеристики: 60 см;
- плюсы: стойкость к осадкам, коррозии;
- минусы: стоимость спутниковых телевизионных каналов высока.
Тем, кто не хочет заморачиваться со сложной конструкцией, подойдет готовый комплект спутникового телевидения:
- название модели: НТВ+;
- цена: 7050 р.;
- характеристики: интерактивная приставка, библиотека фильмов;
- плюсы: декодирование;
- минусы: могут быть помехи.
Офсетные
Преимуществом использования офсетных антенн считается больший угол обзора и улучшенное качество изображения:
- название модели: Супрал;
- цена: 1400 р.;
- характеристики: 80 см;
- плюсы: антикоррозийное покрытие, настенный кронштейн;
- минусы: нет.
Чуть большим диаметром отличается следующий подтип, который подойдет для принятия любых волн:
- название модели: Universal;
- цена: 1200 р.;
- характеристики: 90 см, алюминиевый сплав;
- плюсы: совместимость с разными гнездами телевизора;
- минусы: нет крепления.
Третьим вариантом офсетной антенны станет комплект спутникового телевидения по доступной стоимости:
- название модели: D-Color DCA-101;
- цена: 253 р.;
- характеристики: размеры 30*20 см;
- плюсы: компактность, питание усилителя от приставки, мало шума;
- минусы: нет.
Уличные антенны для телевизора
Если покупатель живет вдали от передатчиков тв-сигнала, то усилить прием помогут элементы наружного типа. Уличные варианты принимают телеволны до 60 км от передатчика. Для правильного подбора нужно знать расстояние до ближайшей вышки, выяснить необходимость в усилении волны. Чтобы добиться качественной картинки, ставить агрегат рекомендуется в максимально высокой точке над домом.
Активные
Комплектуется активная антенна для ТВ специальным усиливающим прибором мощности. Это помогает повысить четкость картинки телевизора при далеко расположенной телевышке:
- название модели: Funke ABM 3553;
- цена: 2300 р.;
- характеристики: 75 Ом, размер 1,38 м;
- плюсы: работает в сложных условиях приема, сделана из анодированного алюминия;
- минусы: большие размеры, нет кабеля и блока питания.
Более доступной антенной является следующая, отличающаяся особенностями конструкции:
- название модели: Cadena AV;
- цена: 1550 р.;
- характеристики: получение DVB-T/DVB-T 2;
- плюсы: есть кронштейн;
- минусы: питание через адаптер.
Еще одним популярным доступным бюджетным вариантом станет следующий агрегат дальнего действия:
- название модели: Rexant ABM 3529;
- цена: 2064 р.;
- характеристики: 68 см;
- плюсы: есть защита от коррозии и ультрафиолета;
Пассивные
При отсутствии препятствий могут использоваться пассивные приборы к телевизору, которые стоят дешево и не нуждаются в усиливающей технике:
- название модели: GELLAN FULLBAND-15;
- цена: 1264 р.;
- характеристики: до 2700 МГц, 50 Ом, параметры – 240*240*40 мм, условия эксплуатации – настенная;
- плюсы: вертикальная поляризация;
- минусы: улучшает сигнал при расстоянии до 10 км.
Вторым популярным брендом является голландский Funke, который стоит дорого, но оправдывает параметрами:
- название модели: Funke BM 4527;
- цена: 1413 р.;
- характеристики: 75 Ом, 685 мм;
- плюсы: анодированный алюминий;
- минусы: нет кабеля и блока питания.
Третьей по популярности среди покупателей телевизоров является антенна Локус, которая доступна по стоимости, в продаже со скидками:
- название модели: Locus L 021.12;
- цена: 1300 р.;
- характеристики: радиус действия 55 км, 1,31 кг, 1,4х2 м;
- плюсы: простота сборки;
- минусы: нет провода.
Стержневые
Традиционная антенна для телевизора имеет стержневую систему, состоящую из металлических полувибраторов:
- название модели: Jablotron AN-05 GSM;
- цена: 1428 р.;
- характеристики: частота 900-1800 МГц, длина кабеля – 3 м;
- плюсы: магнитное основание;
- минусы: могут быть помехи.
Более дорогой и качественный - товар другого производителя, выпускающего дипольные устройства к телевизорам:
- название модели: ETS-LINDGREN;
- цена: 3144 р.;
- характеристики: 80 МГЦ-2 ГГц, параметры – 210х170х9 см;
- плюсы: индивидуальная калибровка, высокий коэффициент усиления;
- минусы: масса 4,5 кг.
Самым дорогим устройством в подборке считается выпущенное производителем по военным стандартам:
- название модели: Narda RA-01;
- цена: 5000 р.;
- характеристики: 9 кГц-30 МГц, вес – 1,5 кг, размеры – 150х135х120 мм;
- плюсы: индивидуальная;
- минусы: слишком дорогая.
Рамочные
Этот подтип представлен одним или несколькими витками проводов, соединенных в одну рамку, в плоскости которой находится максимальная интенсивность дециметрового диапазона частот:
- название модели: Garmin 220;
- цена: 1490 р.;
- характеристики: компактная;
- плюсы: принимает любые программы;
- минусы: необходима доставка.
Простым устройством является следующее, которое представляет собой рамочную обмотку магнитно-генерирующего типа:
- название модели: EMCO 7603;
- цена: 1000 р.;
- характеристики: 20 Гц-50 кГц, 16 витков, диаметр – 12, высота – 8 см;
- плюсы: индивидуальная калибровка, линейная поляризация, вес – 0,5 кг
- минусы: не обнаружено.
Рамочная антенна для телевизора производителя A.H.Systems – более доступная по стоимости, отличается простотой работы:
- название модели: A.H.SYSTEMS SAS;
- цена: 700 р.;
- характеристики: 1 кГц-30 МГц, 50 Ом;
- плюсы: вес 1 кг, повышенная прочность конструкции, сетевой адаптер и предусилитель в комплекте;
- минусы: принцип работы от батареи.
Комнатные
Если сигнал из телецентра высококачественный, подойдет внутреннее улавливающее устройство, которое по способу установки удобнее наружного. Такие варианты стоят дешево, подходят к любому гнезду телевизора, транспортабельны. Из минусов – сложность настройки изображения. Выделяют аналоговые, всеволновые, широкополосные и узкополосные разновидности.
Цифровая
Для получения цифрового изображения используется этот подтип. С его помощью можно добиться высококачественной картинки:
- название модели: Funke Margon Home 2.0;
- цена: 1450 р.;
- характеристики: 170-240 МГц;
- плюсы: 3,5 м шнур для помещений;
- минусы: не оснащена уличным кабелем.
Следующая антенна для телевизора более доступна по стоимости, ее можно заказать по почте по акции:
- название модели: BBK DA 19;
- цена: 843 р.;
- характеристики: получение HDTV-стандартов эфирного ТВ;
- плюсы: мало шума;
- минусы: не обнаружено.
Всеволновая
Из наименования следует, что устройства принимают все виды частот (дециметровые, метровые), их называют универсальными:
- название модели: польская антенна Дельта К331А.02;
- цена: 1092 р.;
- характеристики: габариты 280*680*120 мм;
- плюсы: принятие любых ТВ-программ;
- минусы: незначительные помехи.
Популярен отечественный производитель, продукцию отличает выгодная стоимость и бесплатная доставка при заказе от 3000 рублей:
- название модели: SPI 918;
- цена: 399 р.;
- характеристики: 75 Ом;
- плюсы: компактные размеры;
- минусы: нет.
Широкополосная
Веерный, или широкополосный подтип устанавливается на дачных участках, находящихся вдалеке от передатчика:
- название модели: Рэмо Bas 5340 TV JET ANT-USB Horizon;
- цена: 580 р.;
- характеристики: логопериодическая;
- плюсы: питание от USB или ресивера;
- минусы: работает только в зоне устойчивого получения.
Вариантом, устанавливаемым на потолке, можно существенно усилить прием на любых телевизионных волнах:
- название модели: AO-700/2700-4;
- цена: 599 р.;
- характеристики: вес 300 г, размеры 185*100 мм;
- плюсы: купольная;
- минусы: нет провода.
Узкополосная
Этим термином обозначаются узконаправленные варианты для телевизоров, улавливающие определенную частоту, что сокращает помехи:
- название модели: Romsat AV-2845;
- цена: 600 р.;
- характеристики: длина провода 14 м, телескопическая, материал – алюминий;
- плюсы: не боится «зимовки» на даче;
- минусы: размер 1035 мм.
Более дешевое устройство - простая конструкция отечественного бренда, сделанная из пластика, улавливающая каналов поменьше:
- название модели: Vector-PL-1 K;
- цена: 450 р. на распродаже;
- характеристики: 5-128 В, 75 Ом;
- плюсы: провод 3 м;
- минусы: пластик, небольшое расстояние от вышки.
С усилителем
Комнатные антенны с усилителем для телевизора помогут смотреть передачи с четкой картинкой и ярким изображением:
- название модели: Delta Satellite в формате dvb-t2 DS 1000;
- цена: 1800 р.;
- характеристики: устойчивость к воздействию солнца, установка на мачте;
- плюсы: встроенный усилитель слабого сигнала, ловит - до 80 км;
- минусы: не найдено.
В два раза дешевле обойдется следующее сооружение для телевизора, принимающее цифровые и аналоговые телевизионные кодировки:
- название модели: Selenga 101 A;
- цена: 843 р.;
- характеристики: длина кабеля 1,2 м;
- плюсы: компактность, вес 300 г;
- минусы: пластиковый корпус.
Как выбрать антенну для телевизора
От того, куда устанавливается конструкция, зависит выбор. Удаленному месту установки подойдут уличные с усилителем, городским квартирам – узкополосные, активные комнатные, автомобилям – рамочные. В деревнях и на дачах лучше устанавливать параболические тарелки. Выбор зависит от критериев удаленности, ценового диапазона, усилительного коэффициента.
Для автомобиля
Для качественного приема ТВ, радио, навигатора требуется комбинированный GPS или GSM автомобильный агрегат. Параболический будет принимать все программы, но обойдется дорого. Внутрисалонные активные всеволновые сооружения снабжены усилителем, наружные – пассивные, нуждаются в удлинительном шнуре. Из недостатков последних отмечают нестойкость к коррозии.
Для дачи
Чтобы смотреть телевизор на даче, лучше купить активную конструкцию и установить ее максимально высоко. В комплекте должен быть усилительный элемент и адаптер, к зарядке потребуется приобрести коаксиальный провод. Внешний тип должен стоять на крыше. Если телевышка недалеко, подойдет внутреннее устройство. Чтобы прослушивать радио, приобретите широкополосное.
Домашнюю
В городской квартире или загородном доме на телевизор проще устанавливать комнатный агрегат, если до ретранслятора не более 30 км. В противном случае придется ставить наружную (активную или пассивную) или цифровую с тюнером. Комнатную лучше выбрать стержневую (метровые) или рамочную (дециметровые сигналы): она мобильна, меньше весит, легко подключается.
Как выбрать антенну для цифрового телевидения Т2Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.
Антенны
- преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование - электромагнитную волну, в ВЧ колебания.
Диаграмма направленности - графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.
Антенны
Симметричный вибратор
В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.
Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.
Диаграмма направленности симметричного вибратора
В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.
В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:
Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.
Несимметричный вибратор
Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.
Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.
Наклонная V-образная
Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V
Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.
Антенна бегущей волны
Также имеет название - антенна наклонный луч.
Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.
Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.
Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:
Антенна волновой канал
Здесь: 1 - фидер, 2 - рефлектор, 3 - директоры, 4 - активный вибратор.
Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор - активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.
За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:
Рамочная антенна
Направленность - двулепестковая
Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.
Как разновидность - рамочная антенна с рефлектором:
Логопериодическая антенна
Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА.
Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 - это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:
Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.
Поляризация
Поляризация - это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве.Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.
Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный - горизонтальную.
Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.
Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.
При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.
Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.
Загрузка...
