Спроектировать приемную антенну

Можно рекомендовать применение этой антенны на каналах высоких частот (свыше 6-го канала). На первых пяти каналах семиэлементные антенны почти не используют из-за больших габаритных размеров и массы, но главным образом из-за недопустимо узкой полосы пропускания, ухудшающей качество изображения и звука. Но в некоторых случаях с этим приходится мириться.

Настройка и регулировка семиэлементной антенны является сложным делом, их не всегда удается качественно выполнить. Одновременно надо знать, что изготовление элементов антенны и ее сборка должны осуществляться с учетом повышенных требований к настройке антенны и ее ориентации на ТЦ или ретранслятор. Требования к точности подстройки антенны обусловлены теми недостатками, которые присущи в основном семиэлементным антеннам, но являются общими для всех антенн типа «волновой канал».

Во-первых, эти антенны очень зависят от конструктивных размеров элементов, от точности их изготовления и настройки. Увеличение количества активных и пассивных элементов антенны, а также конструктивные ошибки приводят, как правило, к отрицательному результату. Несоблюдение требований тщательной настройки и регулировки антенны после изготовления может привести к серьезному ухудшению се направленных свойств.

Во-вторых, антенны типа «волновой канал» всегда требуют подключения их к телевизору с помощью коаксиального кабеля и УСС, что значительно усложняет их конструкцию и затрудняет настройку.

В-третьих, так как семиэлементные антенны узкополосные, это затрудняет их использование не только в диапазонах частот нескольких каналов, но даже для приема телесигналов по одному из первых каналов, в которых относительная полоса частот достаточно велика.

Здесь необходимо заметить, что имеются и другие многоканальные антенны типа «волновой канал», однако их коэффициент усиления существенно хуже.

 

3 Расчет

Вид    «волновой канал»      на 6 - 12-й     телевизионный канал      (частота 174 -230 МГц).

Исходные данные для проведения расчета:

F = 199,25 * 106 Гц, несущая частота 6-12-ого телевизионных каналов.

Поляризация  - горизонтальная.

Zв = 75 Ом, входное сопротивление.

Высота от земли – 20 метров.

Материал- медная трубка

Параметры земли: городские индустриальные районы, среднее облесение, диэл. постоянная – 5, проводимость – 1 мС/м, Качество земли посредственное.

Весь расчет ведется в программе MMANA (компьютерное моделирование антенн)

В таблице 1 приведены частотные каналы телевещания метрового диапазона, на которых транслируются  программы  (с 6-го канала до 12-го).

Расчет длинны волны произведен по формуле:

λ = с / f , где

с – скорость распространения радиоволны, равна скорости света в воздухе, равная  3*108 м/с.

Каждый канал занимает полосу частот, равную 8 МГц. Разнос между несущими частотами сигналов изображения и звукового сопровождения составляет 6,5 МГц.

Таблица 1. Частотные каналы телевещания

Каналы	Полоса частот, МГц	Несущая частота (f ) изображения, МГц	Длинна волны (λ) изображения, м	Несущая частота сигналов звука, МГц	Длинна волны звука, м
1	2	3	4	5	6
6	174-182	175,25	1,712	181,75	1,651
7	182-190	183,25	1,637	189,75	1,581
8	190-198	191,25	1,569	197,75	1,517

 

Продолжение таблицы 1

1	2	3	4	5	6
9	198-206	199,25	1,505	205,75	1,458
10	206-214	207,25	1,448	213,75	1,404
11	214-222	215,25	1,394	221,75	1,353
12	222-230	223,25	1,344	229,75	1,306

Спроектированная нами телевизионная антенна метрового диапазона для приема телепрограмм с 6-го по 12-й канал, которая по принятой классификации относится к антеннам типа "волновой канал", показана на рисунке 2.

 λ = 1,516 m

Рисунок 2 Спроектированная антенна.

Таблица 2 Конструктивные размеры ТВ.

 

Расчет расстояния между вибраторами производим по формулам:

а = ( 0,15÷0,2) λ   - между рефлектором и активным вибратором;

в = ( 0,1÷0,15) λ  - между активным вибратором и 1-м директором;

с= ( 0,1÷0,15) λ,  д= ( 0,1÷0,15) λ, …  - между директорами.

Расчет размеров вибраторов производим по формулам:

А=( 0,49 ÷ 0,51 ) λ  - активный вибратор;

В=( 0,525 ÷ 0,6 ) λ  - рефлектор;

С=( 0,35 ÷ 0,48 ) λ   - директора.

Принимая за основу расчетов длину волны λ равную середине частотного диапазона волн ( λ=1,516 ), получим данные приведенные в таблице 2.

При изготовлении антенны следует особое внимание уделять вопросам согласования выходного сопротивления активного вибратора антенны с сопротивлением кабеля снижения, которые, как правило, отличаются друг от друга.

Во всех случаях приемная телевизионная антенна соединяется с входом телевизора с помощью кабеля снижения, который передает принятые антенной сигналы на телевизор. Фидерное устройство обладает, как правило, высоким кпд, в большой степени зависящим от материалов, из которых изготовлены его составные части и от схемы согласования фидерной линии антенны и телевизора. В качестве фидерных линий используются высокочастотные симметричные или несимметричные коаксиальные кабели.

Согласование антенны делается для обеспечения более высокого коэффициента бегущих волн (КБВ) в кабеле снижения. Согласующее устройство преобразует входное сопротивление антенны в сопротивление, близкое или равное волновому сопротивлению фидерной линии.

Симметрирование антенны осуществляется с целью увеличения помехозащищенности при приеме телепередач и производится в тех случаях, когда к симметричной антенне подключается несимметричная коаксиальная фидерная линия. Специальное симметрирующее устройство устраняет токи радиочастоты на наружной поверхности экрана коаксиального кабеля и искажения диаграммы направленности антенны.

Оба процесса выполняются одновременно одним симметрирующе-согласующим устройством (УСС).

Выделяют следующие УСС:

- фазосдвигающее колено; - волновое U-образное колено;

- четвертьволновой коротко замкнутый  мостик; - четвертьволновой стакан;

- полуволновое U-образное колено; - эквивалент кабельной петли;

- воздушный симметрирующий согласующий  трансформатор (ВССТ);

- симметрирующий согласующий трансформатор  на ферритах (ССТФ).

Наилучшие результаты дает подключение коаксиального кабеля снижения к петлевому вибратору через УСС типа "проволочный трансформатор". Изготавливается это УСС на двух ферритовых кольцевых сердечниках марки 100ВЧ размерами 8,4 х 3,5 х 2 мм на которые виток к витку вплотную наматываются обмотки в два провода марки ПЭЛШО диаметром 0,23 мм. УСС должно обеспечивать КБВ, равный 0.75, в широкой полосе частот (от 478 до 646 МГц) со стороны подключения коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.

Диаграмма направленности (ДН)

Для получения диаграммы направленности в виде кардиолы  амплитуды токов, амплитуды рефлектора должны быть одинаковы, а ток в рефлекторе должен опережать по фазе ток в антенне на π/2.

Система из двух вибраторов активного и пассивного (рефлектора), расположенного позади активного вибратора. Волны, излучаемые антенной, как бы отражается от рефлектора при его расположении позади активного вибратора на расстоянии λ/4.

Изложенные соображения относительно рефлектора и директора использованы для повышения направленности симметричного вибратора в антенне, а именно расположения впереди антенны директора на расстоянии в четверть длинны волны, проходящей по нему ток с одинаковой амплитудой и отстающей по фазе на π/2.

ДН системы антенна-директор будет иметь максимум в направлении директора и минимум в противоположном направлении.

Их длины выбраны так, что при возбуждении ЭМП ток в одном из них (директор) запаздывая, а в другом (рефлектор) опережая по фазе на π/2 ток в активном вибраторе.

Т.е. удлинение рефлектора и укорочение директора относительно длинны активного вибратора.

Пассивные вибраторы, взаимодействуя с активным, уменьшают выходное сопротивление антенны, этим и вызвало использование шлейф вибратора.

При оптимальной настройке КНД директорной антенны из 3-х элементов равен 8.

Увеличивая число директоров, можно несколько повысить КНД, но число их нецелесообразно быть больше 5-7.

 

4 Оптимизация параметра (равномерность ЧХ)

 

Проведем оптимизацию нашего волнового канала по параметру «равномерность ЧХ»

Оптимально подбираются габариты, строится диаграмма направленности и графики .

Рисунок 3 Вид волнового канала после оптимизации  

 

5 Заключение

В данной курсовой работе был произведен конструктивный расчет волнового канала с частотой 174-230 МГц 6-12-ый телевизионных каналов.

В процессе проектирования был выбран материал для изготовления волновода – медная трубка из расчета довольно низкой стоимости, легкости обработки и веса. Рассчитан в программе MMANA  оптимальный размер приемной антенны и оптимизирован по параметру равномерность ЧХ, также рассчитана таблица токов, оптимизация ЧХ, построены графики.

Исходя из приведенного выше, можно сделать заключение, что рассчитанный геометрический размер волнового канала  является оптимальным для приема 6-12 телевизионных каналов приемной антенны только после оптимизации параметром равномерность ЧХ.

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Сазонов Д. М. , Гридин А.Н. , Мишустин Б. А. , Устройства СВЧ. М.: Высшая школа , 1981.
2. Григорьев А. Д. Электродинамика и техника СВЧ. М.: Высшая школа , 1990.
3. Фельдштейн А. П., Явич Л. Р., Смирнов В. П. Справочник по элементам волноводной техники.- М.: Сов. радио, 1967. - 651 с.
4. Богачков И.В. Введение в курс «Электродинамика и распространение радиоволн»: Учеб. пособие.- Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003.-96 с. 
   

 

 

Приложение 1.  Диаграмма направленности

 

Приложение 2. Графики F/KCB/Ga/Z;