Антенны. Виды антенн

Чтобы обеспечить устойчивую надёжную работу телевизоров, радиоприёмников, используют приёмные антенны, предназначенные для улавливания из пространства энергии электромагнитных колебаний и преобразования её в энергию токов высокой частоты. Радиоволна состоит из электрического и магнитного полей, которые излучает в пространство передающая антенна. Если передающая антенна расположена вертикально по отношению к поверхности земли, то она излучает радиоволны с вертикальной поляризацией. В этом случае необходимо и приёмную антенну размещать также вертикально по отношению к поверхности земли. При горизонтальном размещении передающей антенны происходит излучение радиоволн с горизонтальной поляризацией электрического поля. Приёмную антенну при этом следует размещать также горизонтально (рис. 86А).

Рис. 86. Антенны. А. Поляризация излучаемых радиоволн: а — вертикальная; б — горизонтальная; Е — вектор электрического поля; Н — вектор магнитного поля; Л — длина волн электромагнитного колебания (радиоволн). Б. Коаксиальный кабель типа РК: 1 — центральный проводник; 2 — изоляционный материал; 3 — оплётка (экран); 4 — защитная оболочка. В. Согласующие и симметрирующие устройства: а — короткозамкнутый четвертьволновый симметрирующий мостик (1 — металлические трубки, 2 — металлическая короткозамкнутая перемычка, 3 — активный вибратор антенны, 4 — фидер);

6 — короткозамкнутый четвертьволновый симметрирующий шлейф (1 — шлейф, 2 — короткозамкнутая перемычка из оплётки кабеля, 3 — активный вибратор, 4 — фидер); в — согласующее и симметрирующее устройство типа V колена (1 — отрезок кабеля длиной 1/4 αкаб, 2 — отрезок кабеля длиной 3/4 αкаб, 3 — фидер, 4 — плечо диполя, 5 — изоляционная площадка); г — петлевой вибратор и согласующе-симметрирующая полуволновая петля. Г. Рамочные антенны: а — «Двойной квадрат»; 6 — «Тройной квадрат»; в — конструкция двухэтажной рамочной антенны «Двойной квадрат»; г — схема соединения двухэтажной рамочной антенны; д — двухэтажная двухрядная рамочная антенна (1 — конструкция антенны, 2 — схема соединения четырёх антенн).

Д. Широкополосный веерный вибратор: 1 — вибраторы, 2 — трубки мостика; 3 — короткозамыкающая перемычка; 4 — фидер; 5 — изоляционная площадка. Е. Трёхэлементная антенна «Волновой канал». Ж. Универсальная всеволновая антенна: а — внешний вид; 6 — устройство части антенны для приёма метровых волн (сверху — вид прямо, внизу — вид сверху). 3. Заземление петлевого вибратора. И. Способы подключения заземлителей к антеннам. К. Радиовещательные антенны ДВ, СВ и КВ: а — антенна «Наклонный луч»; б — Г-образная антенна; в — Т-образная антенна; г — антенна метёлочного типа.

Для радиовещания используются длинные (ДВ), средние (СВ) и короткие волны (КВ). На ультракоротких волнах (УКВ) для радиовещания отведён диапазон от 4,55 до 4,05 м. Стереофоническое радиовещание осуществляется только в этом диапазоне УКВ. Радиовещательные приёмники на ДВ и СВ, на УКВ имеют встроенные магнитные антенны (реагируют только на магнитную составляющую поля). Для приёма на КВ необходима наружная антенна, которую также можно использовать на ДВ и СВ. Переносные приёмники для приёма на КВ имеют телескопические антенны, а для приёма в других диапазонах — магнитные.

Радиовещательные антенны лучше всего изготавливать из антенного канатика (свитые в жгут тонкие медные проволочки) и крепить к мачтам через изоляторы орешкового типа. Можно использовать и медный провод диаметром 2—3 м/ На рис. 86К показаны эскизы конструкций нескольких типов антенн и способов их крепления в пространстве. Антенны предназначены для приёма радиовещания на ДВ, СВ и КВ. Для уменьшения приёма помех необходимо гнездо «земля» радиоприёмника соединить с заземлением.

Телевизионные антенны. Телевизионное вещание осуществляется только в диапазоне УКВ: на метровых волнах (МВ) — телевизионные каналы 1 —12, на дециметровых волнах (ДМВ) — каналы 21—60. При телевизионном вещании поляризация радиоволн, излучаемых передающей антенной, может быть как горизонтальной (у значительно большей части телевизионных передатчиков), так и вертикальной.

Все приёмные телевизионные антенны реагируют только на электрическую составляющую электромагнитного поля. Антенны могут быть комнатными и наружными. Как правило, комнатные антенны не обеспечивают высокое качество приёма сигналов изображения, особенно в городах и при многопрограммном телевизионном вещании. Для качественного телевизионного приёма в сельской местности необходимо пользоваться остронаправленными наружными индивидуальными антеннами или телевизионными антеннами коллективного пользования с усилителями (при их наличии). Как же самому смонтировать телевизионную антенну? Прежде всего для этого необходимо подготовить материалы и приспособления — металлические трубки, кабель, согласующие и симметрирующие устройства и т.д.

Кабель снижения (фидер) предназначен для передачи энергии токов высокой частоты от антенны ко входу телевизионного приёмника. Фидер должен соответствовать следующим требованиям: не возбуждаться под воздействием электромагнитного поля (не обладать так называемым «антенным эффектом», то есть не принимать электромагнитные волны); пропускать определённую полосу частот; иметь параметры, обеспечивающие лёгкость согласования с выходным сопротивлением антенны и входным сопротивлением телевизора. Этим основным требованиям лучше всего удовлетворяет экранированный несимметричный коаксиальный кабель, который является основным типом фидерных линий. «Коаксиальный» означает соосный, то есть имеющий общую ось. Линию называют коаксиальной, если ось внутри проводника несимметричной линии и ось экрана совпадают (рис. 86Б). Линия, в которой «прямым» является внутренний провод, а «обратным» — экран, называется несимметричной (имеется в виду «электрическая симметрия»).

Каждому виду кабеля присвоено условное обозначение, которое включает буквы РК (радиочастотный коаксиальный) и обозначает марку кабеля и три числа. Первое число указывает на величину номинального волнового сопротивления, второе — на величину номинального диаметра по изоляции, округлённое для диаметра более 2 мм до ближайшей целой цифры. Третье число — двух- или трёхзначное. Первая цифра указывает на материал изоляции кабеля, а следующие означают порядковый номер его конструкции. Например, РК = 75 = 4 = 15 означает: радиочастотный коаксиальный кабель с номинальным волновым сопротивлением 75 Ом, номинальным диаметром по изоляции 4 мм; 1 — изоляция из полиэтилена; 5 — порядковый номер конструкции.

Согласующие и симметрирующие устройства (рис. 86В) обеспечивают (согласуют) равенство волнового сопротивления фидера входным сопротивлениям антенны и телевизора. Такое согласование необходимо для того, чтобы на антенном входе телевизора достичь максимальной мощности и исключить возможность искажений изображения из-за многократных отражений принятых сигналов.

Под симметрированием следует понимать такое подключение симметричной антенны к несимметричному фидеру, при котором исключается протекание токов по внешнему проводнику (оплётке) фидера, а следовательно, и «антенный эффект» фидера. В качестве симметрирующих устройств для приёмных телевизионных антенн широко применяются короткозамкнутые четвертьволновые шлейф и мостик. Часто согласующее и симметрирующее устройство объединяются в одном (например, V-колено, полуволновая петля, разные виды согласующе-симметрирующих трансформаторов).

Короткозамкнутый мостик (рис. 86Ва) представляет собой две металлические трубки (1), которые прикрепляются к концам активного вибратора (3) антенны путём сварки, болтовыми или другими соединениями в точках А—Б и замкнутыми накоротко на расстоянии 1/4 длины волны телевизионного канала или группы каналов металлической перемычкой (2). Через одну из трубок мостика (например, левую) протягивается кабель снижения (4) с волновым сопротивлением 75 Ом. Оплётка кабеля подключается к левой трубке вибратора в точке А, центральный проводник — к правой в точке Б.

Если кабель протянуть через правую трубку мостика, то и оплётка должна быть подключена к правой трубке вибратора в точке Б, а центральный проводник — к точке А. Обе трубки (1) могут быть любого, но одинакового диаметра (10—20 мм). Ширина короткозамыкающей перемычки (2) особого значения не имеет. Важно обеспечить надёжный электрический контакт с трубками (1) мостика, особенно если предусмотрена возможность передвижения перемычки в небольших пределах с целью достичь на экране телевизора наибольшей контрастности изображения при слабом сигнале в месте приёма. Геометрическая длина короткозамкнутого мостика (шлейфа) для различных частотных каналов приведена в таблице 9 для диапазона МВ, в таблице 10 — для диапазона ДМВ.

Короткозамкнутый шлейф — четвертьволновый мостик на отрезках коаксиального кабеля (рис. 86В6). Роль трубок мостика выполняют оплётки кабелей (1). Оплётка кабеля шлейфа (1) припаивается к левой трубке активного вибратора антенны (3), оплётка кабеля снижения — к правой в точке Б. Центральный проводник шлейфа (Ш) роли не играет и его вообще можно не припаивать как сверху, так и снизу. Центральный проводник кабеля снижения припаивается к точке А. В качестве короткозамыкающей перемычки (2) можно использовать оплётку нижнего конца шлейфа. Расстояние между отрезками кабелей шлейфа некритично: на МВ оно находится в пределах 40—60 мм, на ДМВ — 10—30 мм. С электрической точки зрения мостик и шлейф одинаковые, но по конструкции мостик более надёжный. Длина короткозамкнутого шлейфа для разных телевизионных каналов приведена в таблицах 9 и 10.

Согласующее и симметрирующее устройство V-колено позволяет согласовать между собой несимметричный фидер с антенной, входное сопротивление которой меньше, чем волновое сопротивление фидера. Подключение несимметричного коаксиального кабеля к симметричному вибратору с помощью V-колена не нарушает симметрию антенны, так как обе половины активного вибратора включены одинаково (не имеют электрического контакта с оплёткой). Оплётки кабелей необходимо спаять между собой. На рис. 86Вв показано подключение V- колена к антенне «Линейный полуволновый вибратор» (второе название антенны «Диполь»). В этой схеме центральный провод коаксиальной линии разветвляется к обеим половинам симметричного вибратора, причём длина пути тока от одной половины (плеча) вибратора на 1/2 длины волны телевизионного канала больше, чем к другой. Этим достигается противоположная полярность потенциалов в точках А и В вибратора и полная симметрия выходного напряжения относительно поверхности земли.

Одновременно происходит и трансформация сопротивлений (согласование), которое зависит от длины отрезка (1). Для каждого телевизионного канала его длина должна быть равной 1/4 волны с учётом укорочения длины волны в кабеле (длина волны в кабеле, который заполнен диэлектриком, меньше в 1,52 раза, чем в свободном пространстве). Полная длина V-колена составляет среднюю длину волны в кабеле для данного телевизионного канала. Геометрическая длина отрезков (1 и 2) V-колена для МВ приведена в таблице 11.

На рис. 86Вв указаны геометрические размеры антенны «Диполь» для приёма радиовещательных программ на УКВ. Отрезок кабеля (1) должен иметь длину 700 мм, а отрезок кабеля (2) — 2100 мм (для длины волны 4,26). В таблице 12 приведены длины плеч полуволнового линейного вибратора.

Полуволновая согласующе-симметрирующая петля применяется для подключения несимметричного фидера к антенне, выходное сопротивление которой больше волнового сопротивления фидера. Например, при равных диаметрах трубок петлевого вибратора (рис. 86Вг), который настроен в резонанс, его входное сопротивление составляет 292 Ом. Полуволновая петля, длина которой с учётом укорочения длины волны в кабеле приведена в таблице 13, осуществляет симметрирование антенны с фидером и понижает выходное сопротивление в 4 раза.

Петлевой вибратор используется как самостоятельная антенна при ближнем приёме й в качестве активного вибратора в составе антенн типа «Волновой канал». Основное преимущество петлевого вибратора в том, что его можно крепить непосредственно к мачте (металлической или деревянной) без помощи изоляторов. Крепление осуществляется в середине неразрезанной трубки (точка нулевого потенциала 0, рис. 86Вг).

Радиус изгиба на концах, петлевого вибратора может быть любым. Поэтому петлевой вибратор можно сделать из прямых трубок. Расстояние К между осями трубок для каналов 1 —12 составляет 80—100 мм, для каналов 21—60 — 30—50 мм. Расстояние между торцами трубок Т должно составлять 50—80 мм для каналов 1—12 и 15—30 мм — для каналов 21—60. При изготовлении петлевых вибраторов для МВ используются трубки диаметром от 8 до 20 мм, а для ДМВ — от 4 до 10 мм. Размеры петлевого вибратора для диапазона МВ приведены в таблице 14.

Коэффициент усиления петлевого вибратора (как и «Диполя») равен единице (0 децибел). Антенна имеет диаграмму направленности в виде «восьмёрки». Это означает, что антенна одинаково принимает сигналы с основного и противоположного направлений. Ориентировать антенну на передающую станцию необходимо всей плоскостью вибратора.