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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antenas de TV exterior. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas de television Debido al rápido crecimiento del número de canales de emisión de televisión, es muy difícil garantizar una recepción de alta calidad de todos los programas de televisión. En primer lugar, depende de las antenas utilizadas. Por lo tanto, a continuación se consideran sus diseños principales, probados por el autor en diversas condiciones. Pero primero, recordemos la información básica sobre frecuencias, rangos y canales de televisión. Las frecuencias de televisión cubren el intervalo 48,5 ... 790 MHz. Se dividen en rangos de metros (canales 1-12, frecuencias 48,5 ... 230 MHz) y decímetros (canales 21-60, frecuencias 470 ... 790 MHz). Un canal de televisión ocupa una banda de frecuencia de 8 MHz. Para calcular la longitud de onda operativa de las antenas, se recomienda seleccionar la frecuencia portadora de la imagen, ya que la señal de la imagen está modulada en amplitud, es más susceptible a las interferencias y requiere más amplificación que una señal de audio modulada en frecuencia. La frecuencia portadora de imagen para los canales de televisión primero y segundo es de 1 y 2 MHz, respectivamente. Para los canales 49,75 a 59,25, (en megahercios) se calcula de la siguiente manera: fn.iz \u3d 5 + (N-77,25)x3, donde N es el número de canal; para el 8-6: fn.out=12+(N-175,25)x6, y para el 8-21: fn.out=60+(N-471,25)x21 La frecuencia central de la banda del canal se puede obtener sumando 2,75 al valor de la portadora de la imagen. La frecuencia de la portadora de audio es 6,5 MHz más alta que la frecuencia de la portadora de imagen. La longitud de onda operativa L (en metros) en el aire en función de la frecuencia operativa f (en megahercios) se determina mediante la fórmula l=300/f. En otros dieléctricos, la longitud de onda es más corta (por ejemplo, en polietileno 1,52 veces). Este hecho debe tenerse en cuenta en la fabricación de elementos resonantes de dispositivos de adaptación a partir de un cable coaxial de polietileno. Ahora un poco sobre el diseño de las antenas. El material para su fabricación es deseable para usar tubos, varillas, tiras, esquinas, alambres hechos de metales y aleaciones con buena conductividad eléctrica (cobre, aluminio, latón). El ancho de banda de la antena depende del área superficial de los elementos activos: cuanto mayor sea el área (mayor diámetro de los tubos o ancho de las tiras), más ancha será la antena (pero también más pesada). No se recomienda elegir el tamaño transversal de los elementos (tubos, varillas) de la antena inferior a 1/200 de la longitud de onda a la que opera, ya que esto deteriora significativamente los parámetros eléctricos y la resistencia mecánica. El ancho de las tiras se elige 1,5 ... 2 veces el diámetro recomendado de los tubos o varillas, el espesor es de 2 ... 3 mm. La superficie de los elementos debe ser uniforme y lisa. Para la gama UHF, los mejores resultados se obtienen si se utilizan elementos fabricados con un material de superficie pulida, ya que las corrientes de RF se inducen únicamente en su capa superficial. Si es necesario doblar los elementos de la antena, hágalo con cuidado colocando piezas de textolita o madera debajo de las mordazas del tornillo de banco para no dañar la superficie. Antes de esto, los tubos deben llenarse herméticamente con arena y taparse con tapones de madera. Al instalar antenas fuera de la acción de los pararrayos, brindan una protección contra rayos confiable [1]. Además, es necesario sellar cuidadosamente las conexiones eléctricas y los lugares donde la trenza del cable sale del aislamiento exterior, rellenándolos con barnices o resinas dieléctricas resistentes al agua y al calor. Para orientar con precisión la antena en la dirección deseada, la señal en la entrada del televisor debe atenuarse varias veces con un atenuador. Al mismo tiempo, el sistema AGC del televisor deja de funcionar y el máximo de la señal recibida se vuelve más notable. Y finalmente, sobre las propias antenas. Comencemos con la banda estrecha. Están diseñados para recibir uno o más canales de televisión, siempre que sus frecuencias difieran en no más de un 5... 10%. En este caso, la antena se calcula para la frecuencia media geométrica, calculada como la raíz cuadrada del producto de las frecuencias de cada canal, o para la frecuencia de la señal del canal más débil. Las antenas también se dividen en simples y complicadas [2]. Este último puede contener, además de un elemento activo, un reflector, directores e incluso elementos activos adicionales. Las antenas más simples reciben tanto una señal directa como una señal que proviene de la dirección opuesta al centro de televisión. Tienen la menor ganancia (y directividad). Por lo tanto, su uso, por regla general, se limita a una pequeña distancia de la antena transmisora en ausencia de señales reflejadas (visualmente, aparecen en la pantalla del televisor como un contorno múltiple o una imagen borrosa). Las antenas más simples incluyen un "vibrador dividido lineal de media onda" [1, 2], que se muestra esquemáticamente en la fig. 1. Tiene una impedancia de entrada a una frecuencia resonante de unos 75 ohmios. Es su ganancia la que generalmente se toma condicionalmente como 0 dB. El vibrador está hecho de tubos, varillas o tiras. El diámetro d de los tubos se elige igual a 20 ... 30 para MV y 6 ... 12 mm para UHF. La distancia entre los extremos de los tubos l debe ser igual a la mitad de la longitud de onda de trabajo de la antena, multiplicada por el factor de velocidad, que depende de la relación entre el diámetro de los tubos y la longitud de onda de trabajo. Para relaciones de 0,001 y 0,003, los valores del coeficiente son 0,96 y 0,95, respectivamente. Si sube a 0,005 o más, el coeficiente se reduce a 0,94. La distancia L se elige entre 50 ... 80 para MV y 20 ... 30 mm para UHF. Para obtener el máximo nivel de señal, el vibrador se coloca horizontalmente en un plano perpendicular a la dirección de recepción (con polarización horizontal de las ondas del transmisor).
Al conectar la antena al alimentador, se utiliza un dispositivo de adaptación de "bucle de cuarto de onda" de acuerdo con el esquema que se muestra en la fig. 2, que está hecho de un trozo de cable cortocircuitado con una longitud lsh igual a un cuarto de la longitud de onda a la que está sintonizada la antena (teniendo en cuenta el factor de acortamiento). La distancia D para el rango MV se elige 50 ... 80, y para el rango UHF - 20 ... 30 mm.
Otra de las antenas simples es el "vibrador Pistohlkors de media onda" [1, 2], que se muestra en la Fig. 3 tiene una impedancia de entrada a la frecuencia de resonancia de 295 ohmios. Al igual que un vibrador dividido, la antena está hecha de tubos, varillas o tiras. El radio de curvatura no importa, las curvas se pueden hacer en ángulo recto. La principal ventaja del vibrador de Pistohlkors sobre el vibrador dividido es que en el punto de simetría tiene potencial cero y en este punto se puede unir al mástil sin aisladores. El vibrador también se coloca horizontalmente en un plano perpendicular a la dirección de recepción.
La antena tiene un ancho de banda más amplio que un vibrador dividido y tiene mejor inmunidad al ruido. Las dimensiones l, L, d se eligen de la misma manera que para un vibrador dividido. Sin embargo, al calcular el coeficiente de acortamiento del vibrador Pistohlkors, en lugar del diámetro de los tubos, se toma un valor igual al doble de la raíz cuadrada del producto del diámetro de los tubos d y el tamaño S en el vibrador. Este último es de 80...100 para MV y de 40...50 mm para UHF. Para conectar la antena al alimentador, utilice la que se muestra en la Fig. 4 dispositivo de adaptación "codo en U", hecho de una pieza de cable coaxial con una impedancia característica de 75 ohmios. La longitud lsh es igual a la mitad de la longitud de onda a la que opera la antena, dividida por el factor de acortamiento de un cable de polietileno (1,52). El dispositivo está conectado al vibrador en los puntos A y B.
Es posible reducir la influencia de la señal reflejada y aumentar ligeramente la ganancia de las antenas más simples complicándolas, por ejemplo, colocando un reflector detrás del vibrador activo (en la dirección del centro de la televisión) como se muestra en la Fig. 5 para la antena de "canal de ondas", que se discutirá más adelante. La longitud de los elementos reflectores debe ser mayor que la longitud del vibrador l en un 5...15%, y la distancia del vibrador al reflector debe elegirse dentro de 0,15...0,2 de la longitud de onda operativa.
Las antenas de cuadro [1], que se muestran en la fig. 6 y 7 tienen buenos parámetros con la relativa simplicidad del dispositivo. Su impedancia de entrada a la frecuencia de resonancia es de 73 ohmios, la ganancia es de 3,5 dB. Se colocan de la misma manera que el vibrador Pistolkors para obtener el máximo nivel de señal.
Para una antena en zigzag incompleta (Fig. 6), la distancia a se elige igual a un cuarto de la longitud de onda operativa. En una antena de anillo (Fig. 7), la circunferencia l es igual a la longitud de onda a la que opera. Para ambas antenas, la distancia L es de 10...15 para MT y de 7 mm para UHF. Las antenas de cuadro están conectadas al alimentador a través de un "bucle cortocircuitado de cuarto de onda" (ver Fig. 2). Si una señal fuerte reflejada interfiere con la recepción desde el lado opuesto al centro de la televisión, entonces su influencia puede reducirse significativamente colocando una pantalla reflectora detrás de la antena como se muestra en la Fig. 8. Esto también aumenta la ganancia de la antena en aproximadamente 3 dB.
Estructuralmente, la pantalla está hecha de los mismos elementos que la red de la antena, pero también se pueden usar conductores más delgados. El ancho ay la altura b de la pantalla son un 5...10% más grandes que las dimensiones totales correspondientes de la antena. La distancia D entre los elementos de la pantalla no supera el 0,1 de la longitud de onda de trabajo, y C entre la lámina de la antena y la pantalla es de 0,21 ... 0,27 longitudes de onda. Los elementos de la pantalla están unidos al mástil solo en el centro. La antena en zigzag completa que se muestra en la Fig. 9 tampoco es difícil de fabricar [1]. Está compuesto por dos incompletos (ver Fig. 6). Está formado por tubos, varillas, tiras o dos o tres hilos de cobre de 2...3 mm de espesor, colocándolos en paralelo a una distancia de 5...10 para UHF y de 20...50 mm para MT. La impedancia de entrada de la antena a la frecuencia resonante es de 73 ohmios. Ganancia - 6 dB.
La antena se conecta al cable de caída sin dispositivos coincidentes directamente en los puntos A y B. El alimentador se coloca en un lado de la antena. Si es necesario aumentar la ganancia y reducir la influencia de las señales reflejadas, se instala una pantalla reflectora de la misma manera que para las antenas de cuadro. El aumento de la ganancia de una antena en zigzag se consigue utilizando sistemas multielemento, antenas con elementos extremos abiertos y con un ángulo superior a 90° [3]. La antena "triple cuadrada" [4] se refiere a diseños complicados y es un híbrido de una antena de cuadro y un "canal de onda". Se muestra en la fig. 10. Su impedancia de entrada es de 70 ohmios, la ganancia es de 8 dB. La antena consta de tres elementos cuadrados: un reflector (P), un vibrador activo (B) y un director (D). Los elementos son de varilla, alambre, tubos o tiras con una dimensión transversal de al menos 3 mm para DMV y 10 mm para MT. Los lados de los cuadrados P, B y D son iguales a 0,32, 0,25, 0,22 de la longitud de onda de trabajo, respectivamente. La distancia a entre el reflector y el vibrador es 0,16, y entre el vibrador y el director b es 0,11 de la longitud de onda de trabajo.
En la fabricación de la antena, los planos de los cuadrados deben ser paralelos y sus centros deben estar en el mismo eje. Puede aumentar la rigidez de la antena instalando, además del travesaño metálico superior, espaciadores dieléctricos entre los cuadrados. La distancia L para MV es 40 y para UHF - 15 mm. La antena está conectada al alimentador a través de un dispositivo de adaptación de "cortocircuito de cuarto de onda" (ver Fig. 2). Los peores resultados al simplificar la antena se pueden obtener abandonando el director (antena "doble cuadrado"), pero cambiando al mismo tiempo el lado del reflector P y la distancia a a 0,31 y 0,18 longitudes de onda, respectivamente. La impedancia de entrada de dicha antena es de aproximadamente 100 ohmios, y la ganancia es 3 ... 4 dB peor que la del "triple cuadrado". Los diseños de banda estrecha aún más complejos incluyen la antena de "canal de onda Spindler" [5], que se muestra en la Fig. 5. Su impedancia de entrada a la frecuencia resonante es de 280 ohmios. La ganancia depende del número de elementos (ver tabla).
Dicha antena de elementos múltiples, además de un vibrador activo, que generalmente se fabrica en forma de vibrador de Pistohlkors, consta de varios vibradores directores pasivos, con una longitud decreciente, ubicados frente al vibrador activo (en la dirección de la televisión). centro), y una pantalla reflectora colocada detrás, en dirección opuesta al telecentro. Funciona según el principio de "onda viajera" y se considera la antena de banda estrecha más eficiente. Sin embargo, es difícil de calcular y requiere precisión en la fabricación. El propósito de los directores es amplificar la señal útil proveniente de la dirección principal, y el reflector es atenuar las señales reflejadas y otras interferencias. Estructuralmente, los elementos de la antena están montados sobre un travesaño metálico o dieléctrico, que tiene la resistencia mecánica necesaria. Cuando se utiliza un travesaño de metal, la longitud de los elementos aumenta a la mitad de la dimensión transversal del travesaño. Para calcular las dimensiones de la antena, se utilizan fórmulas complejas o programas de computadora listos para usar. Uno de estos programas fue desarrollado por el autor y se encuentra en el sitio web de la revista Radio. En la fabricación de la antena, se debe prestar especial atención a la observancia de las dimensiones exactas de los elementos, las distancias entre ellos y la simetría de la antena. El cable de bajada se conecta a través del dispositivo de adaptación "codo en U" (ver Fig. 4) a los puntos A y B del vibrador Pistohlkors. Las antenas de banda ancha están diseñadas para recibir señales de televisión que difieren significativamente en frecuencia. Funcionan bien sin sintonizar, a veces cubriendo por completo las bandas de MV o UHF e incluso todos los canales de televisión de MV y UHF. Las más simples de estas antenas de banda ancha son las antenas gossamer y zigzag. El diseño de la antena web se muestra en la fig. 11. En [2] se describe una antena similar. Su ganancia es de 1,5 dB, la impedancia de entrada es de 73 ohmios. Tal antena tiene una amplia gama de frecuencias operativas. Sin embargo, debido a su baja ganancia, su uso está limitado al rango de MW. Oriente la antena de la misma manera que cualquier antena simple.
Los elementos de la antena están hechos de alambre de cobre o varilla de latón con un espesor de al menos 3 mm. En las uniones de los cables, se garantiza un contacto eléctrico confiable. Las dimensiones de la antena se eligen para la frecuencia más baja del rango, como para un vibrador dividido de media onda. El ángulo de apertura a se elige entre 90 y 120°. La antena no requiere el uso de dispositivos coincidentes: el alimentador está conectado directamente a los puntos A y B. La antena en zigzag resulta ser de pequeño tamaño si se utiliza en UHF. Sin embargo, como mostraron los estudios descritos en [6], también es posible expandir su banda de frecuencia operativa a una región de frecuencia más baja si se utilizan elementos adicionales que se muestran en la Fig. 9 en el diseño. XNUMX línea discontinua. En este caso, la antena zigzag de banda ancha está diseñada para la frecuencia más alta de la señal recibida. Muy a menudo (especialmente en áreas alejadas de las estaciones transmisoras) la ganancia de una antena es insuficiente para una recepción confiable. En este caso, se utilizan amplificadores de antena o conjuntos de antenas [4]. Además, el uso de este último es más preferible, ya que cualquier amplificador introduce su propio ruido y distorsión en la señal útil y requiere una sintonización cuidadosa con un equipo de medición bastante complejo. La matriz de dos pisos más simple consta de dos antenas del mismo tipo, cuyos elementos activos están ubicados en el mismo plano vertical. Las antenas deben estar separadas entre sí (generalmente verticalmente) por una distancia H igual a la longitud de onda operativa. La ganancia de una matriz de este tipo es aproximadamente 3 dB mayor que la ganancia de una sola antena. Los mejores resultados se pueden obtener usando un arreglo de cuatro antenas, llamado arreglo de dos filas y dos pisos, como se muestra en la Fig. 12. En este caso, la ganancia aumenta a 6 dB en comparación con una sola antena. La distancia H también se elige igual a la longitud de onda de trabajo. A menudo, la matriz se compone de antenas de "canal de onda", y con menos frecuencia se utilizan antenas de cuadro.
Para resumir las señales de las antenas individuales del conjunto, los cables de ellas se conectan a través de sistemas de adaptación que consisten en segmentos de un cable coaxial con diferente impedancia de onda de longitud T igual a la mitad de la longitud de onda operativa (teniendo en cuenta el factor de acortamiento). Un conjunto de dos antenas está conectado al cable de bajada a través de un trozo de cable con una impedancia característica de 50 ohmios, como se muestra en la figura. 13
Si utiliza un cable con una impedancia de onda de 75 ohmios, conecte las dos antenas de acuerdo con la Fig. 14
En el caso de un arreglo de cuatro antenas, la conexión se realiza con un cable PK-75 de acuerdo con la Fig. 15.
Literatura
Autor: V.Portunov, Briansk
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