Антенна типа «волновой канал»: конструкция, назначение элементов, параметры, применение

Радиолюбители, занимающиеся постройкой многоэлементных антенн типа "Волновой канал", конечно, не имеют возможности выполнить  даже приблизительную настройку  антенны, а большинство из них  полагает, что антенна, изготовленная  точно по чертежам, должна обеспечивать нормальную работу. К сожалению, дело обстоит совсем наоборот. Чем больше элементов содержит антенна, тем  сложнее ее настройка и, с другой стороны, тем хуже оказываются фактические  характеристики ненастроенной антенны. В первую очередь при расстройке антенны страдает ее диаграмма направленности. Она становится асимметричной, максимум ее главного лепестка отклоняется от оси антенны, расширяются боковые  и задний лепестки. В связи с  тем, что ухудшается соотношение  между площадью главного лепестка и  площадью остальных лепестков, падает коэффициент усиления антенны. Входное  сопротивление антенны приобретает  значительную реактивную составляющую, а его активная составляющая сильно отличается от номинального значения, которое она должна иметь по паспорту. В результате сильно нарушается согласование антенны с фидером. Это приводит к тому, что значительная часть  энергии сигнала, принятого антенной, отражается от фидера и излучается обратно в пространство, не поступая на вход телевизионного приемника. Таким  образом, резко ухудшаются все без  исключения характеристики антенны, подобно  тому, как радиоприемник с расстроенными контурами не обладает ни нужной чувствительностью, ни нужной избирательностью. Порой такой приемник вообще не способен принимать радиосигналы. Всем этим объясняются частые разочарования радиолюбителей, которые, построив и установив сложную многоэлементную антенну типа "Волновой канал", сталкиваются с тем, что не получают ожидаемых результатов.

Практика показывает, что  антенна "Волновой канал" не нуждается  в настройке и обеспечивает получение  паспортных характеристик, если она  содержит не более трех элементов: вибратор, рефлектор и только один директор. Коэффициент усиления такой антенны  составляет 6 дБ, что вполне достаточно для ее использования в зоне ближнего приема. Если же такого коэффициента усиления окажется недостаточно, радиолюбителям не рекомендуется заниматься постройкой многоэлементных антенн типа "Волновой канал", а следует отдать предпочтение антеннам других типов, которые могут  обеспечить получение больших коэффициентов  усиления и не нуждаются в настройке.

Следует отметить еще одну неприятность, связанную с использованием многоэлементных антенн типа "Волновой канал". Обычно эти антенны содержат петлевой вибратор Пистолькорса. Сам  петлевой вибратор имеет входное  сопротивление около 300 Ом и хорошо согласуется с фидером из коаксиального  кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом путем применения полуволновой петли. Петля уменьшает входное сопротивление  в 4 раза, с 300 до 75 Ом, и обеспечивает симметрирование. При добавлении к  петлевому вибратору пассивных  элементов входное сопротивление  антенны в значительной мере уменьшается. Так, входное сопротивление пятиэлементной антенны в зависимости от ее размеров может находиться в пределах 40...120 Ом. Будучи дополнительно уменьшенным  в 4 раза полуволновой петлей, оно падает до 10... 30 Ом, что приводит к резкому  рассогласованию антенны с фидером. За счет отражения значительной части  энергии принятого сигнала и  ее излучения обратно в пространство значительно уменьшается коэффициент усиления антенны. В условиях высокого уровня напряженности поля на небольшом расстоянии от передатчика такая потеря усиления антенной не опасна: главной задачей остается защита от помех за счет узкой диаграммы направленности. Однако если многоэлементную антенну устанавливали из-за того, что более простая антенна оказалась недостаточно эффективной, такое решение оказывается ошибочным. Дело осложняется тем, что в литературе при описании многоэлементных антенн "Волновой канал" не указываются значения их входного сопротивления, так как оно очень сильно зависит от настройки антенны. Измерить же входное сопротивление антенны в любительских условиях достаточно трудно, а не зная его, невозможно правильно выбрать схему согласующего устройства.

Двухэлементные антенны "Волновой канал" применяют редко, так как их характеристики ненамного  лучше характеристик одиночного вибратора. Поэтому рассмотрим трехэлементную антенну, которая показана на рисунок 2. Элементы антенны выполнены из металлической трубки диаметром 12- 20 мм.

Рисунок 2—Трехэлементная антенна "Волновой канал"

 

Мачта и стрела могут быть металлическими. При этом элементы антенны должны быть надежно электрически соединены  со стрелой с помощью пайки  или сварки. Если стрела выполняется  из изоляционного материала, специально соединять между собой элементы антенны не нужно. Расположение элементов антенны соответствует горизонтальной поляризации сигнала. Если необходимо принимать сигнал с вертикальной поляризацией, антенна поворачивается так, чтобы ее элементы заняли вертикальное положение. Однако при этом верхняя часть мачты длиной, примерно равной длине рефлектора, должна быть выполнена из изоляционного материала. Подключение фидера производится с помощью полуволновой петли, как это показано на рис. 4. 2. Входное сопротивление антенны рекомендуемых размеров примерно составляет 150 Ом, поэтому имеется рассогласование антенны с фидером. Однако в условиях ближнего приема более важным является то, что суженная по сравнению с одиночным вибратором диаграмма направленности ослабляет прием помех с других направлений и отраженных сигналов.

Размеры антенны и длина петли  в развернутом виде приведены  в таблице 2.

Таблица 2—Размеры трехэлементной антенны "Волновой канал", мм

Коэффициент усиления трехэлементной антенны "Волновой канал" указанных  размеров составляет 5, 1... 5, 6 дБ, что  соответствует увеличению напряжения сигнала на выходе антенны в 1, 8... 1, 9 раз по сравнению с одиночным  полуволновым вибратором. Угол раствора главного лепестка диаграммы направленности по половинной мощности составляет 70°. Трехэлементная антенна, установленная  на мачте высотой 15... 20 м, при равнинной местности может обеспечить нормальный прием телевизионных передач на расстоянии до 60 км от передатчика мощностью 5 кВт при высоте передающей антенны 200 м. На рисунке 3 представлена пятиэлементная антенна "Волновой канал". От трехэлементной антенны она отличается двумя дополнительными директорами и размерами элементов.

Рисунок 3—Пятиэлементная антенна "Волновой канал"

 

В связи с пониженным входным  сопротивлением антенны, которое из-за неизбежной расстройки даже приблизительно указать невозможно, фидер к антенне  следует подключать с помощью  четвертьволнового короткозамкнутого  шлейфа, показанного, на рис. 4. 1. Размеры  этой антенны приведены в табл. 4. 4.

Таблица 3—Размеры пятиэлементной антенны "Волновой канал", мм

 

Коэффициент усиления пятиэлементной антенны при условии ее точной настройки для указанных размеров составляет примерно 8, 6... 8, 9 дБ, что  соответствует увеличению сигнала  на выходе антенны в 2, 7... 2, 8 раз по сравнению с одиночным полуволновым вибратором. Угол раствора диаграммы направленности по половинной мощности составляет 50°. Если антенна не настраивалась, ее параметры могут оказаться хуже, чем у трехэлементной антенны. Помимо пятиэлементных разработаны и в некоторых литературных источниках публикуются размеры семиэлементных, одиннадцатиэлементных антенн "Волновой канал", а также с еще большим числом элементов. Такие антенны здесь не рассматриваются по следующим причинам. Как уже отмечалось, без тщательной настройки такие антенны, даже выполненные точно по чертежам, обладают плохими характеристиками. Кроме того, с увеличением числа элементов сужается полоса пропускания антенны. Так, полоса пропускания семиэлементной антенны типа "Волновой канал" составляет примерно 5 % частоты, на которую она настроена. Поэтому при приеме сигнала по первому частотному каналу (средняя частота 52, 9 МГц) полоса пропускания антенны составит всего 2, 65 МГц, т. е. значительно меньше полосы частот, занимаемой спектром телевизионного сигнала, которая примерно равна 7 МГц. Даже на пятом канале полоса пропускания этой антенны оказывается недостаточной. А если в диапазоне 6-12-го каналов или в дециметровом диапазоне полоса пропускания многоэлементной антенны оказывается достаточно широкой, из-за неизбежной расстройки такие самодельные антенны оказываются бесперспективными. Наконец, в условиях ближнего приема нет никакой необходимости в установке таких сложных антенн. Что касается дальней части зоны прямой видимости или зоны полутени, то там необходимо использовать антенны с повышенным или большим коэффициентом усиления, который расстроенная антенна обеспечить не может, и для получения такого коэффициента усиления приходится использовать синфазное соединение нескольких сравнительно простых антенн, которые не нуждаются в настройке и хорошо согласуются с фидером. 15 июня 2010

 

 

Расчет параметров антенны

 

1) Волновое сопротивление  двухзеркальной антенны

2) Сопротивление излучения  антенны

3) Максимальный коэффициент  усиления антенны

4) Коэффициент полезного  действия антенны

5) Направленность антенны  в горизонтальной плоскости

6)Направленность антенны  по вертикали

 

Список использованных источников

 

1. Греман С.П., Пелиха С.А. "Внешние  устройства ПК", Москва, 2001 г.
2. Колесниченко О., Шишигин И. "Аппаратные средства PC, 4-е издание", Санкт-Петербург, 2002 г.
3. Савета Н.Н "Периферийные устройства ПК", 2003г.
4. Э. Фигурнов "IBM PC для пользователя". Изд. 6-е, перераб. и доп. – М.:ИНФРА – М, 2005.

Размещено на Allbest.ru