Курсова робота
Телевізійні антени: види, установка, підсилювачі, розгалужувачі
Як вибрати антену для тих чи інших умов прийому, правильно її
установити, як правильно вибрати і підключити що погодять, підсумовуючі
і развітляючі пристрої й антенні підсилювачі.
ВВЕДЕННЯ
Високоякісний прийом телепрограм можливий тільки за умови вибору
найбільш придатного для даного району типу антени і правильної її
установки.
В даний час у багатьох населених пунктах з’явилася можливість прийому
декількох телевізійних програм (іноді до десяти), переданих у метровому
і дециметровому діапазонах хвиль. Однак багато власників прекрасних
телевізорів не можуть домогтися чіткого зображення на екрані тільки
тому, що через незнання використовують не той тип чи антени неправильно
її установили. Крім того, індивідуальна антенно-фідерна система для
прийому телесигналу може містити пристрої, що погодять, антенні
підсилювачі, сумматори і разветвители сигналу, неправильне застосування
яких також приводить до погіршення прийому.
На якість прийому телепрограм впливають відстань до передавача, рельєф
місцевості, наявність перешкод для проходження радіохвиль, тип і
конструкція антени, висота розташування антени, тип кабелю й інші
фактори.
Багато хто думають, що досить купити прекрасний імпортний телевізор, щоб
дивитися телевізійні програми з високою якістю. Це далеко не завжди так.
Антенно-фідерна система і телевізор складають єдину систему для
телевізійного прийому. Ні прекрасний телевізор з негідною антеною, ні
гарна антена з посереднім телевізором не доставлять вам задоволення.
Трохи зневажливе відношення до антен збереглося з тих пір, коли на
найпростішу (кімнатну) антену можна було приймати один-два каналів і
витрат, зв’язаних з установкою антени, практично не було. Зараз же, для
того щоб приймати велика кількість програм, витрати, зв’язані з
придбанням і установкою антени, як правило, досить великі. Вони можуть
скласти від 10 до 20% вартості телевізора.
Інформація з телевізійних антен і їхньої установки різноманітна і
розосереджена по різних джерелах, а часом значно застаріла і
незастосовна в нинішніх умовах. Автор спробував зібрати й узагальнити цю
інформацію, перевірив її вірогідність, а також додав нові зведення,
ґрунтуючись на власному досвіді.
У дійсній книзі розповідається про те, як вибрати антену для тих чи
інших умов прийому, правильно її установити, як правильно вибрати і
підключити що погодять, підсумовуючі і развітляючі пристрої й антенні
підсилювачі.
1. АНТЕНИ
Передача радіо і телепрограм здійснюється за допомогою радіохвиль, що
поширюються в просторі зі швидкістю світла. Антена це пристрій,
призначений для чи випромінювання прийому радіохвиль. Для передачі
сигналів телевізійного зображення і звукового супроводу використовуються
визначені смуги частот діапазону ультракоротких хвиль від 48,5 до 800
Мгц, у якому працюють усі канали від 1-го до 60-го. У таблиці 1.1
приведені частотні канали телемовлення метрового (з 1-го по 12-й) і
дециметрового (з 21-го по 60-й) діапазонів.
Таблиця 1.1. Телевізійні канали, використовувані в Росії і СНД.
Номер Частотні Несуща Несуща частота Середня
границі частота звукового довжина хвилі
каналу, зображення, супроводу, каналу,
МГц МГц МГц м
Метровий діапазон
1 48,5 ….. 56,5 49,75 56,25 5,71
2 58 …….. 66 59,25 65,75 4,84
3 76 …….. 84 77,25 83,75 3,75
4 84 …….. 92 85,25 91,75 3,41
5 92 …….. 100 93,25 99,75 3,12
6 174 …… 182 175,25 181,75 1,69
7 182 …… 190 183,25 189,75 1,61
Таблиця 1.1. (Продовження).
Номер каналу Частотні границі каналу, МГц Несуща частота зображення, МГц
Несуща частота звукового супроводу, МГц Середня довжина хвилі канапа, м
8 190 …… 198 191,25 197,75 1,55
9 198 …… 206 199,25 205,75 1,49
10 206 …… 214 207,25 213.75 1,43
11 214 …… 222 215,25 221.75 1,38
12 222 …… 230 223,25 229,75 1,33
1.1. Основні характеристики телевізійної антени
Прийом стійкого зображення і звукового супроводу цілком залежить від
якості телевізора і телевізійної антени. Оскільки ця книга присвячена
антенам, то питання якості телевізорів тут не розглядаються. Якість же
антен визначається їх характеристиками й параметрами. Розглянемо
основні характеристики телевізійних антен.
Антена є джерелом сигналу, що характеризується електрорушійною силою;
(э.д.с.) і внутрішнім опором, що] називається вхідним опором антени.
Вхідний опір визначається відношенням напруги на затисках антени до
струму на вході фідера. Величину вхідного опору антени необхідно знати
для того, щоб правильно погодити антену з кабелем і телевізором: тільки
при цьому умові на вхід телевізора надходить найбільша потужність. При
правильному узгодженні вхідний опір антени повинен дорівнювати вхідному
опору кабелю, що, у свою чергу, повинне бути дорівнює вхідному опору
телевізора.
Вхідний опір антени має активну і реактивну складові. Вхідний опір
набудованої в резонанс антени чисто активно. Воно залежить від типу
антени і її конструктивних особливостей. Наприклад, вхідний опір
лінійного напівхвильового вібратора складає 75 Ом, а петлевого вібратора
– близько 300 Ом.
Узгодження антени з кабелем характеризується коефіцієнтом хвилі, що
біжить, (КБВ).
При відсутності ідеального узгодження антени і кабелю має місце
відображення падаючої хвилі (вхідної напруги), наприклад, від кінця чи
кабелю іншої крапки, де його властивості різко міняються. У цьому
випадку уздовж кабелю поширюються в протилежних напрямках падаюча і
відбита хвилі. У тих крапках, де фази обох хвиль збігаються, сумарна
напруга максимальна (пучность), а в крапках, де фази протилежні, воно
мінімально (вузол).
Коефіцієнт хвилі, що біжить, визначається співвідношенням:
В ідеальному випадку КБВ = 1 (коли має місце режим хвилі, що біжить,
тобто до входу телевізора передається сигнал максимально можливої
потужності, тому що в кабелі немає відбитих хвиль). Це можливо при
узгодженні вхідних опорів антени, кабелю і телевізора. У найгіршому
випадку (коли 11тіп= ПРО) КБВ = 0 (має місце режим стоячої хвилі, тобто
амплітуди падаючої і відбитої хвиль рівні, і енергія уздовж кабелю не
передається).
Коефіцієнт стоячої хвилі визначається співвідношенням:
Більшість антен мають спрямовані властивості. Ці властивості
характеризуються діаграмою спрямованості – залежністю э.д.с. на затисках
антени від напрямку приходу сигналу. Діаграми будуються в полярній (мал.
1.1) чи в прямокутній (мал. 1.2) системах координат для вертикальної і
горизонтальної площин.
Діаграми спрямованості антен найчастіше є багатопелюстковими. Пелюсток,
що відповідає напрямку приходу хвилі при
якому в антені наводиться максимальна э.д.с., називається головним. У
більшості випадків діаграма спрямованості має ще зворотний (задній) і
бічні пелюстки. Для зручності порівняння між собою різних антен їхньої
діаграми спрямованості нормують, тобто будують у відносних величинах,
приймаючи найбільшу э.д.с. за одиницю (чи за 100%).
Основними параметрами діаграми спрямованості є ширина (кут розчину)
головного пелюстка в горизонтальній і вертикальній площинах.
Важливим параметром є коефіцієнт захисної дії антени. Часто коефіцієнт
захисної дії виражають у логарифмічних одиницях – децибелах:
де Еmax — э.д.с., що наводиться в антені, коли на передавач спрямований
головний пелюсток діаграми, а Еобр— э.д.с., що наводиться в антені, коли
на передавач спрямований задній пелюсток.
Спрямовані властивості антени характеризуються також коефіцієнтом
спрямованої дії (КНД) – числом, що показує, у скількох разів потужність
сигналу, що надходить на вхід телевізора при прийомі на дану спрямовану
антену, більше потужності, яку можна було б одержати при прийомі на
ненаправлену чи спрямовану .еталонну антену. У якості
еталонної антени найчастіше використовують напівхвильовий вібратор
(диполь), коефіцієнт спрямованої дії якого стосовно гіпотетичної
ненаправленої антени дорівнює 1,64 (чи 2,15 дб). КНД позначається буквою
В, і КНД характеризує гранично можливий виграш по потужності, що може
дати антена завдяки своїм спрямованим властивостям у припущенні, що в
ній цілком відсутні втрати. У дійсності будь-яка антена має втрати і
виграш, що дається нею, по потужності завжди менше гранично можливого.
Реальний виграш антени по потужності щодо гіпотетичного ізотропного чи
випромінювача напівхвильового вібратора характеризується коефіцієнтом
підсилення по потужності Кр, що зв’язаний із КНД співвідношенням:
) – коефіцієнт корисної дії (КПД) антени.
КПД антени характеризує втрати потужності в антені і являє собою
відношення потужності випромінювання до суми потужностей випромінювання
і втрат, тобто до повної потужності, що підводиться до антени від
передавача:
де Рu – потужність випромінювання, Рn – потужність утрат, Ru – опір
випромінювання, Rn – опір утрат.
Ширина смуги пропущення – це смуга частот, у межах якої нерівномірність
частотної характеристики не перевищує заданої. Ширина смуги пропущення
тим більше, чим менше залежать від частоти коефіцієнт підсилення і
вхідний опір антени.
У крапку прийому крім прямої хвилі можуть приходити і відбиті від різних
перешкод електромагнітні хвилі. Для виключення впливу таких хвиль на
якість зображення прийомні телевізійні антени повинні володіти не тільки
визначеними підсилювальними властивостями, але і мати досить низький
рівень заднього і бічного пелюстків (високий коефіцієнт захисної дії).
Вимоги до коефіцієнта захисної дії можуть бути знижені при прийомі
телевізійних сигналів до сільській місцевості, де звичайно відсутні
інтенсивні відбиті хвилі і якість зображення в основному визначається
величиною посилення антенно-фідерного пристрою.
У містах, де в місці прийому завжди мається безліч відбитих хвиль, вибір
антени визначається не тільки величиною КНД, але і коефіцієнтом захисної
дії. Наприклад, поблизу телецентру, з погляду необхідної потужності
сигналу на вході телевізора, можна було б застосовувати найпростіші
антени, однак для виключення відбитих хвиль приходиться використовувати
більш складні спрямовані антени (найчастіше типу «хвильовий канал»).
1.2. Симетруючі і пристрої, що погодять
Прийомна телевізійна антена з’єднується з входом телевізора за допомогою
кабелю зниження, що передає прийняті антеною сигнали на вхід телевізора.
Для цієї мети звичайно використовується несиметричний коаксіальний
кабель.
Для перетворення вхідного опору антени в опір близьке чи рівне
хвильовому опору коаксіального кабелю служить пристрій, що погодить.
Симетрування антени здійснюється в тих випадках, коли до симетричної
антени підключається несиметричний коаксіальний кабель. . Симетруючі
пристрій усуває високочастотні струми на зовнішній поверхні оплетки
коаксіального кабелю і викликані ними перекручування діаграми
спрямованості антени. Звичайно симетрування й узгодження виконуються
одним симетруючи-погоджувальним пристроєм (ССУ).
Для петлевого вібратора найчастіше використовується ССУ типу
«напівхвильове U-колено» (мал. 1.7) з коаксіального кабелю з хвильовим
опором 75 Ом, що може бути використане для прийому як метрових, так і
дециметрових хвиль.
= 50…80 мм, 13 = =50…80 мм, а (I = 10…20 мм. Довжина
U-коліна визначається співвідношенням:
Рис. 1.7. Симетруючи погоджувальне, «напівхвильове U-колено».
де X – середня довжина хвилі, л – коефіцієнт укорочення, що для кабелів
типу РК-75-4 дорівнює 1,52. Робоча смуга ССУ типу «напівхвильове
U-колено» складає ±20% від середньої Частоти. Розміри U-колена для
метрових каналів
виготовленого з кабелю із суцільною поліетиленовою ізоляцією (РК-75)
приведені в таблиці 1.2.
Таблиця 1.2. Довжина кабелю ССУ типу «напівхвильове U-коліно».
Схеми малогабаритних широкодіапазонних ССУ метрового діапазону хвиль
показані на мал. 1.8 і 1.9. Це найбільш ефективні пристрої, що
застосовуються в широкополосних антенах усіх типів, включаючи і
кімнатні.
Пристрій на мал. 1.8 складається з двох високочастотних трансформаторів.
Котушки трансформаторів намотуються на кільця з
Номер каналу
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Довжина мм.
1880
1600
1240
1120
1030
560
530
510
490
470
455
440
Рис. 1.9. ССУ на основі повітряних трансформаторів.
термостабільних нікель-цинкових феритів марки м50 ВН-14 ДО7 х 4 х 2.
Намотування згодна рядова в два проводи ПЭТВ-2 діаметром 0,21 мм. Кожна
котушка містить по восьми витків. Початку обмоток позначені на малюнку
крапками.
У пристрої на мал. 1.9 котушки трансформаторів намотуються згідно в два
проводи на діелектричних каркасах проводом ПЭТВ-2 діаметром 0,33 мм.
Число витків кожної котушки 10×2, діаметр намотування 6 мм.
1.3. Прості дипольні антени (слабоналаштовані антени)
До числа найпростіших дипольних антен, називаних також
слабоналаштованими, відносяться напівхвильових лінійний розрізний
вібратор полуволновый лінійний нерозрізний вібратор і напівхвилоьвий
петлевий вібратор (мал. 1.15). Вони широко застосовуються для прийому
телевізійних програм на невеликих відстанях у зоні упевненого прийому
при відсутності перешкод і відбитих сигналів. Вібратори можуть також
використовуватися для виготовлення багатоелементних спрямованих антен.
Діаграма спрямованості в горизонтальній площині, що проходить через
подовжню вісь вібратора, – «вісімка», а в площині, перпендикулярної
вібратору, – окружність. Робоча смуга частот ±20% від середньої частоти
антени. Довжина вібратора визначається по формулі:
, де s – відстань між центрами трубок.
Вхідний опір лінійного розрізного вібратора складає 73 Ом, а
нерозрізного залежить від положення крапок харчування і визначається за
графіком мал. 1.14. Вхідний опір петлевого вібратора R = 73m, де т
-коефіцієнт, що залежить від відношення з d2/d1 і що показує, у скількох
разів вхідний опір петлевого вібратора більше вхідного опору лінійного
розрізного вібратора. Значення коефіцієнта т може бути визначене по
графіках (мал. 1.15). Якщо d2=d2, тo m = 4 і вхідний опір петлевого
вібратора складає 292 Ом.
Основне достоїнство петлевого вібратора можливість регулювання вхідного
опору в широких межах шляхом зміни відносини діаметрів трубок, що
особливо важливо при настроюванні многоэлементных спрямованих антен.
Кріплення петлевого вібратора до будь-який опор3, металевої чи
дерев’яний, може вироблятися без ізолятора в крапці нульового потенціалу
(точка 0 на мал. 1.15).
Вібратори метрових хвиль виготовляються з трубок діаметром від 10 до 30
мм, а дециметрових хвиль – від 6 до 14 мм. Зазор між внутрішніми торцями
дорівнює відповідно 60 – 80 і 30 – 40 мм.
1.4. Антени типу «хвильовий канал»
Антена типу «хвильовий канал» – ефективна спрямована антена, широко
використовувана для прийому телевізійних передач. Вона володіє гарними
спрямованими властивостями і досить великим посиленням. Антена типу
«хвильовий канал» складається з активного вібратора, рефлектора (частіше
одного) і одного чи декількох директорів (мал. 1.18).
Діаграма спрямованості – односпрямована (мал. 1.1). При збільшенні числа
директорів зменшується кут розчину головного пелюстка діаграми
спрямованості і зростає коефіцієнт підсилення.
Дальність прийому телевізійних сигналів на антену з тим чи іншим числом
елементів залежить від потужності передавача, висоти установки
передавальної і приймальні антен, рельєфу місцевості і т.д. У середньому
можна вважати, що для прийому 1-12-го каналів трьохелементную антену
варто застосовувати на відстані до 40-60 км до телецентру,
п’ятиелементну – до 60-80 км, семиелементну – до 70-80 км, а для
дециметрового діапазону – десятиелементну на відстанях до 50-70 км,
вісімнадцятиелементну -до 70-90 км. У випадку прийому сигналів
ретрансляторів метрових хвиль потужністю 100 Вт. варто застосовувати на
відстанях до 30-50 км п’яти і семиелементні антени, а для прийому
сигналів ретрансляторів дециметрових хвиль потужністю 100 Вт антену з
десятьма і більш елементами. В умовах сильних перешкодах відображених
сигналів у всіх випадках необхідно застосовувати гостронаправлені
антени.
На телевізійних каналах метрових хвиль з 1-го по 5-й число елементів не
перевищує звичайно 5, з 6-го по 12-й – 8, а на телевізійних каналах
дециметрових хвиль з 21-го по 60-й -15-18. Подальше збільшення числа
елементів не дає істотного підвищення коефіцієнта підсилення й у той же
час приводить до значного зростання маси і розмірів антени. Тому в тих
випадках, коли необхідно збільшити коефіцієнт підсилення, варто
використовувати антенні ґрати, що складаються з декількох синфазно
включених антен (див. роздягнув 1.8).
Робоча смуга частот антени типу «хвильовий канал» може змінюватися від ±
(2-3) до ± 20% від середньої частоти. Вузько-полосна антена має більш
високий коефіцієнт підсилення.
Розглянемо основні варіанти антен типу «хвильовий канал».
Двохелементна антена типу «хвильовий канал» (мал. 1.19) застосовується
звичайно для прийому метрових хвиль до тих випадках, коли напівхвильові
вібратори не дають позитивних результатів. Коефіцієнт підсилення цієї
антени складає 2-3 дБ, ширина головного пелюстка діаграми спрямованості
– 75-78°. Діаграма спрямованості – однобічна, як у горизонтальної, так і
у вертикальної площинах, що забезпечує помітне зменшення прийому
відбитих хвиль і перешкод, що приходять з тильної і бічної сторін
антени.
Рис. 1.19. Двухэлементная антена типу «хвильовий канал»:
1 – рефлектор; 2 – стріла; 3 – ж&чта; 4 – петлевой вібратор; 5 – ССУ.
Антена складається з трьох основних елементів: активного вібратора і
рефлектора, що зміцнюються на стрілі без ізоляторів, і
погоджувально-симетруючого пристрою.
Трьохелементна антена типу «хвильовий канал» (мал. 1.20) має більш
високі параметри, чим двохелементна. Її коефіцієнт підсилення близько 5
дБ, ширина головного пелюстка діаграми спрямованості 70°. Антена крім
рефлектора має ще один пасивний елемент -директор.
Рефлектор розташовується позад активного вібратора і забезпечує
одержання односпрямованої діаграми спрямованості. Директор знаходиться
перед вібратором і сприяє загостренню головного пелюстка діаграми
Як активний вібратор у даній антені звичайно застосовується петлевий
вібратор, що підключається до коаксіального кабелю через пристрій, що
погоджує-симетрує , (див. роздягнув 1.2). Конструктивні розміри цієї
антени приведені в таблиці 1.4.
Таблиця 1.4 Конструктивні розміри трьохелементної антени типу «хвильовий
канал»
Каналы Размеры, мм
Р В Д а b Длина симметрирующей петли
1 3350 2760 2340 900 600 1865
2 2840 2340 2000 760 510 1581
3 2200 1790 1550 590 395 1227
4 2000 1620 1400 535 355 1116
5 1830 1510 1290 490 330 1023
6 990 815 690 270 180 553
7 950 780 660 255 170 529
8 905 745 630 240 160 508
9 870 720 610 230 155 488
10 840 690 585 225 150 469
11 805 665 560 220 145 452
12 780 640 545 215 140 436
Широко поширені телевізійні антени ТВК (АТВК), що використовуються для
устаткування антенно-фідерних систем колективного прийому. Існують
одноканальний (мал. 1.21), двохканальні і багатоканальний (мал. 1.23)
варіанти таких антен.
Перша цифра в умовній позначці цієї антени вказує число елементів, а
останні -номера каналів. Наприклад, ТВК-5/2,4 – п’ят-елементна антена
для 2-го і 4-го каналів
Рис. 1.21. Одноканальні варіанти антени ТВК.
Електричні характеристики і конструктивні дані антен типу ТВК приведені
в таблицях 1.5-1.10.
Зона упевненого прийому ДМВ набагато менше, ніж зона прийому метрових
хвиль. Крім того, Потужність передавачів ДМВ звичайно менше, ніж МВ.
Тому на ДМВ застосовують антени типу «хвильовий канал» з великим числом
елементів,
Рис. 1.23. Багатоканалний варіант антени ТВК.
чим на МВ. Проста пятиелементна антена зображена на мал. 1.24.
Існує безліч варіантів антен типу «хвильовий канал» [2, 18], що
розроблялися досить стомлюючим методом проб і помилок. Кожна з цих антен
має ім’я автора. В даний час існують програми для оптимізації
характеристик антен типу «хвильовий канал» – такі як, наприклад, MININEK
чи Yagi Opnimizer. Антени, розраховані по цих програмах, мають значно
кращі характеристики, чим антени, розроблені методом проб і помилок.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
