При прийомі телевізійних програм радіоаматори часто стикаються з складними умовами, коли сигнали приходять з різних напрямків, з різною поляризацією та ін. Автор публікується нижче статті вирішив цю проблему досить простими засобами, використавши для поставленої мети набори півхвильових вібраторів і оптимізувавши всі розміри по мінімуму КСВ в відомою читачам журналу програми MMANA.
Поява доступних комп'ютерних програм для розрахунку антен дозволило по-новому поглянути на їх розробку і поєднати експеримент з програмною оптимізацією. Причому, як виявилося, вдосконалення та оптимізації піддається навіть сама найпростіша з налаштованих телевізійних антен - напівхвильовий вібратор, з яким, на перший погляд, робити начебто вже нема чого. Мова йде про додавання до нього ще одного або декількох вібраторів. Нижче розглянуті варіанти удосконалення. Їх розробка, виготовлення та коригування супроводжувалися оптимізацією параметрів за відомою читачам журналу програми MMANA. Основна завдання було така: домогтися розширення смуги пропускання полуволнового вібратора при простоті виготовлення і мінімумі матеріальних витрат.
Сімейство розроблених антен включає в себе двоканальні конструкції на різні канали і діапазонні, перекривають кілька каналів. Антени складаються з налаштованих вібраторів, розташованих на певній відстані один від друга. Тільки один з них (з зазором між половинами) активний, тобто він підключений до фідеру.
Схематичне зображення двоканальної антени представлено на рис. 1. Діапазон каналів метрових хвиль (MB) розбитий на НЧ (канали 1-5) і ВЧ (канали 6-12) піддіапазони. Канал НЧ визначається вібратором L1, а канал ВЧ - вібратором L2. Відстань між половинами активного вібратора - близько 40 мм. Розміри вібраторів для різних каналів MB вказані в табл. 1.
Вібратори виконують з труб діаметром 15 мм з міді або алюмінієвих сплавів. Можна використовувати також прутки або смужки з того ж матеріалу. Вхідна хвильовий опір антени визначається довжиною вібраторів, відстанню між ними та їх діаметром. Так, для отримання вхідного опору, що дорівнює 75 Ом, при вказаних вище розмірах відстань між вібраторами повинно бути мм. 53
Для орієнтовного перерахунку параметрів антени на інше вхідна опір або при зміні діаметра вібраторів можна скористатися формулою
де h - відстань між вібраторами; - вхідний опір антени або діаметр вібраторів в однакових одиницях виміру. Формула справедлива для діаметрів труб від 7 до 20 мм і вхідного опору від 25 до 300 Ом.
Наприклад, якщо діаметр вібратора дорівнює 10 мм, відстань між ними
Якщо ж необхідно вхідний опір 100 Ом, відстань між вібраторами
Розміри можна уточнити шляхом оптимізації по мінімуму КСВ в програмі MMANA.
Слід зазначити, що для антен з вібратором НЧ, налаштованим на другий канал, діаграма спрямованості буде спотвореною: вона стає трипелюсткова. Це пов'язано з тим, що деякі частоти ВЧ піддіапазони близькі до кратних частот цього каналу. Проте другий канал переважно використовують вихідні перетворювачах ДМВ-MB колективних антен. Так що втрата невелика.
До речі, з такою антеною легко проводити експерименти в широкому інтервалі частоти шляхом виготовлення змінних півхвильових або телескопічних вібраторів. При цьому активний вібратор має бути мінімум в два рази довше пасивного.
Для симетрування антени можна скористатися так званим ТДЛ - трансформатором на довгих лініях. Для його виготовлення знадобиться кільце з фериту, бажано високочастотного, із зовнішнім діаметром більше 10 мм Лінію роблять з двох мідних проводів ПЕВ-2 або ПЕТВ. Їх складають паралельно, і на них щільно надягають м'яку ізоляційну трубку. Діаметр проводів вибирають максимально можливим, але не більше 1,7 мм, так щоб на кільці помістилося чотири-п'ять витків лінії. Трансформатор включають між половинами вібратора (до них підключають початку проводів лінії) і коаксіальним кабелем з хвильовим опором 75 Ом (його під'єднують до кінців проводів лінії). Можна використовувати також симетрувальні пристрою від випускалися раніше кімнатних антен.
Аналогічну конструкцію можуть мати і антени дециметрових хвиль (ДМВ). Однак, як показали розрахунки та експерименти, на ДМВ краще використовувати діапазонну антену, яка перекриває практично всі канали від 21-го до 60-го.
Діапазонна антена відрізняється від двухканальнои тим, що складається з трьох вібраторів. Конструкція її показана на рис. 2, а можливі розміри представлені в табл. 2.
Діаметр труб для каналів 6-12 MB може бути в межах від 10 до15 мм. Для діаметри 15 мм в інтервалі частот від 172 до 228 МГц КСВ не перевищує 1,3, а для діаметра 10 мм в інтервалі 170.. .230 МГц - не більше 1,55.
Для антени на канали 3-5 (75... 100 МГц) MB при діаметрі труб 20 мм КСВ - не більше 1,5. Із зменшенням діаметра до 10 мм КСВ може збільшитися до 2.
На ДМВ при діаметрі труб активного вібратора 7 мм і інших вібраторів 4 мм КСВ антени для каналів 21-57 не перевищує 2. На високочастотних каналах 57-60 КСВ досить різко підвищується.
Додавши ще кілька елементів, можна значно поліпшити спрямовані властивості розглянутих антен. Як приклад, на рис. 3 зображена на антена канали 4 і 10. Розміри подані в табл. 3. Діаметр труб - 10 мм. Коефіцієнт посилення антени дорівнює 5,7 дБ, співвідношення фронт/тил - 9,8 дБ на центральній частоті каналу 4. Те ж саме для каналу 10 - 6,9 і 12,8 дБ відповідно.
На інші канали антена такої конструкції може бути розрахована за програмою MMANA у наступному порядку.
1. По мінімуму КСВ визначають розміри НЧ вібратора (активного).
2. Те ж роблять за розмірами ВЧ вібратора і відстані до активного.
3. На відстані близько 0,1 довжини хвилі НЧ за активним вібратором мають рефлектор довжиною, трохи більшої довжини активного вібратора, і оптимізують розмір рефлектора і відстань від НЧ вібратора по мінімуму КСВ і максимуму співвідношення фронт/тил.
4. На відстані близько 0,1 довжини хвилі ВЧ розміщують директор перед вібратором ВЧ і рефлектор ВЧ за активним вібратором. Їх вихідною довжиною взята довжина вібратора ВЧ.
5. Оптимізують розміри директора, вібратора і рефлектора ВЧ, а також відстані між ними по мінімуму КСВ і максимуму співвідношення фронт/тил.
Розглянемо один з варіантів адміністратора багатоканальної антени, елементи якої виконані за описаною вище методикою.
Як щогли використана пластмасова труба діаметром 40 мм. Антена складається з трьох ярусів. Це пов'язано з тим, що в Донецьку можливий прийом сигналів кількох каналів з трьох напрямків: в одному з них - шостого каналу, в іншому - четвертого, десятого та каналів ДМВ, у третьому - дванадцятого каналу з вертикальною поляризацією.
Активні вібратори шостого і дванадцятого каналів для різної поляризації об'єднані в одну конструкцію, що утворить перший (нижній) ярус. Їх розташування у вертикальній площині і розміри показані на рис. 4. Відстань між половинами горизонтального вібратора - 20 мм. Вертикальний вібратор розміщено всередині щогли.
Параметри антени на шостий канал можна поліпшити, додавши директор довжиною 700 мм і рефлектор довжиною 850 мм на відстані від активного вібратора відповідно 270 і 900 мм. Розрахункові параметри на частоті 178 МГц: КСВ - 1,3; коефіцієнт посилення - 7 дБ; співвідношення фронт/тил - 15 дБ. На частоті 226 МГц КСВ дорівнює 1,1.
Другий ярус представляє собою двоканальну антену, налаштовану на четвертий і десятий канали. Зверху щогли (третій ярус) розташована широкосмугова антена ДМВ з підсилювачем, який знаходиться всередині щогли. Використаний підсилювач SWA-9, якому вхідний трансформатор переключений в режим узгоджувального пристрою. Для цього середній вхідний висновок (два провідника) трансформатора відключають від загального проводи. Одноколірні вхідні висновки (їх чотири) трансформатора з'єднують між собою і підключають до половин вібратора антени.
Розглянута антена працює вже близько трьох років, забезпечуючи нормальне зображення на десяти каналах (на чотирьох MB і інших на ДМВ). Розробка, звичайно, не претендує на виключну новизну, однак такої антени виявилося цілком достатньо для прийому в складних умовах.
Програма моделювання антен MMANA
Файли антен, описані в статті і розраховані в цій програмі
Автор: Р. Альохін, р. Донецьк, Україна