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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Antenas UHF activas en zigzag. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / antenas de television Para recibir señales de televisión en el rango UHF, especialmente en condiciones adversas, es necesario utilizar buenas antenas con amplificadores de antena, es decir, antenas activas. El autor del artículo publicado habla sobre la experiencia de construir tales antenas. En el rango UHF, el uso de sistemas eficientes de alimentación de antena (AFS) para recibir señales en condiciones difíciles no ha perdido relevancia. La longitud λ relativamente corta de estas ondas hace posible crear antenas altamente eficientes con dimensiones relativamente pequeñas. Después de largos experimentos con diferentes antenas, se tomó como base la conocida antena en zigzag [1] que se muestra en la Fig. 1. 180. Estructuralmente, en la forma clásica, la lámina de la antena consta de dos partes idénticas en forma de diamante, giradas una con respecto a la otra 2 °. Por lo tanto, tal antena es simétrica. Esta característica permite el uso de amplificadores de antena (AU) con entrada balanceada y alta ganancia, por ejemplo, amplificadores de placa (PAH) SWA, etc. [3, XNUMX].
La ganancia de una antena en zigzag depende de la relación l/λ y su impedancia de entrada depende de las relaciones l/d y l/λ. La ganancia máxima se logra en una longitud l = 0,375λ, pero depende en gran medida del diámetro del cable. A l = 0,25λ, la ganancia es, por supuesto, menor, pero también disminuye la dependencia del diámetro del alambre. Cuando cambia el ángulo α, cambian las dimensiones del lienzo. Entonces, si α = 90°, entonces SH = 2√2l = 2,83 l; SE = l√2= 1,41l, y si α = 120°, entonces SH = 2l; SE = 1,73 l. Esto debe tenerse en cuenta al crear API complejas (más sobre esto más adelante). Las dimensiones principales de la red de antena, por ejemplo, para el canal 29 se resumen en la Tabla. 1. También debe tenerse en cuenta que con una disminución en el diámetro del cable y un aumento en el perímetro de la red, la ganancia aumenta. Además, al elegir un cable más delgado, la resistencia al viento de la antena disminuye. Los diferentes diseños de la antena tienen diferentes impedancias de entrada (Tabla 1). Por lo tanto, se necesitan diferentes formas de hacer coincidir la entrada simétrica de la red con la entrada simétrica de la AU, que tiene una impedancia de entrada de 300 ohmios. Se muestran en la fig. 2 [4].
Con una resistencia de entrada de la red de 300 ohmios, la AU, por supuesto, se puede conectar directamente a los puntos a - a. Sin embargo, para aumentar la ganancia y la acción direccional de la antena, la lona se suele utilizar junto con un reflector (se discutirá más adelante). Por lo tanto, es mejor instalar la AC detrás del reflector, conectándolo a la lona con una línea simétrica con una impedancia de onda de 300 Ohms, como se muestra en la Fig. 2,a - para una línea aérea, en la fig. 2,6 - para cable CATV o en la fig. 2, c - para cable RK-150. En este último caso, las trenzas de dos segmentos de cable se sueldan entre sí en los extremos. En todos los casos, es necesario tener en cuenta el factor de acortamiento de la línea K. Para una línea aérea de cables (Fig. 2, a) - K = 0,975, para CATV (Fig. 2,6) - K = 0,8, para un cable PK-150 (Fig. .2, c) - K = 0,75 ... 0,86, según el tipo de cable. Lo más conveniente (según el autor) es utilizar un lienzo con una impedancia de entrada de 75 ohmios. En este caso, se puede usar un transformador de adaptación de cuarto de onda de una línea con una impedancia de onda de 150 ohmios para la adaptación, como se muestra en la Fig. 2, d.Está formado por dos tramos de cable RK-75 de 0,25λKn de longitud, siendo n un número impar. El factor K es 0,65789 para un cable con aislamiento de polietileno. Las dimensiones del transformador vienen dadas por las trenzas soldadas en los extremos. Se conoce la fórmula para calcular el transformador: Ztr = √Zin Zout, entonces resulta Ztr = √75 · 300 = 150 ohmios. El bucle coincidente abierto que se muestra en la fig. 2, e, y un transformador de cuarto de onda (Fig. 2, f) permiten hacer coincidir la AU y la antena con una impedancia de entrada de menos de 300 ohmios. Para la fabricación del bucle se utilizan las gráficas de [4]. Los coeficientes aproximados para calcular el bucle y los parámetros de un transformador de cuarto de onda se muestran en la Tabla. 2. El requisito principal para el bucle es Zl = Zsh = 300 ohmios. Las dimensiones del bucle y la línea de conexión están relacionadas por la relación A = B + C.
En la fig. 2, e muestra un método para conectar una red con Rin = 100 ohmios a una CA con Rin = 300 ohmios, con B = 0,13 λK y C = 0,09 λK. Para la conexión, utilice un cable balanceado CATV (SLX-300) o una línea aérea con una impedancia característica de 300 ohmios. Para el segundo caso, la relación (D/d) = 6,11. Cuando se usa un alambre con un diámetro de 3,569 mm, la distancia entre los ejes de los alambres es D = 21,8 mm. Para mantener una distancia fija entre los hilos a lo largo de la línea, se colocan varias crucetas fabricadas con materiales aislantes de alta calidad que no deterioran sus propiedades cuando se exponen al medio ambiente (PTFE, polietileno, vidrio orgánico). Debe tenerse en cuenta que al mover el cable en los puntos in - in y, por lo tanto, cambiar el tamaño de C, puede lograr una imagen más clara en la pantalla del televisor. Se puede hacer un transformador de cuarto de onda a partir de tubos con un diámetro de más de 10 mm, como en la fig. 2, e. Con un diámetro menor, el espacio entre los tubos será muy pequeño, lo que dificultará la fabricación del transformador. Demos un ejemplo del cálculo del lienzo para el canal 29. En Fout = 535,25 MHz, encontramos λout = 300/Fout = 000 mm. Si Rin = 560,48 Ohm y α = 75°, el tamaño del lado de la pieza en forma de diamante (ver Tabla 90) es igual a l = 1λ = 0,29 mm, α (l/d) = 162,5...32 . Por lo tanto, el diámetro de la tela metálica es de 75...2,1 mm. Puede usar tiras con un ancho de 5,1d, es decir, 2 ... 4,2 mm, de cobre o duraluminio.
Tenga en cuenta que en todas las figuras posteriores, las dimensiones se dan para el canal 29. El recálculo a otros canales no es difícil: conociendo la relación entre la frecuencia del canal 29 y la frecuencia del canal que se está determinando, las dimensiones conocidas se multiplican por esta relación. Por supuesto, la red de antena, además de las partes en forma de diamante, también puede tener otras formas, por ejemplo, un anillo en zigzag con sectores de metal sólido, como se muestra en la Fig. 3.
Dependiendo del ángulo β, la red tiene una impedancia de entrada diferente. Por ejemplo, en β = 90° es igual a Rin = 100 Ohm, y en β = 140° - Rin = 75 Ohm. Esto también determina diferentes formas de hacer coincidir el lienzo con el AU. Entonces, el lienzo en β = 90° es más ancho de banda y es consistente con la pluma de acuerdo con la Fig. 2, e. A β = 140°, la antena será de banda más estrecha debido a la necesidad de utilizar un transformador de adaptación de cuarto de onda según la fig. 2, Sr. Para la fabricación de dicho lienzo, se utilizan placas de latón con un espesor de 0,3 mm. Para reducir el viento de la lona, se perforan 15-20 agujeros de 5 mm de diámetro en cada sector con una distribución uniforme en el área. Dimensiones del bucle para emparejar según la fig. 2, d son como sigue: H=60 mm, C=40 mm, los segmentos en - desde el cable KATV pueden tener 224n mm de largo, donde n=1,2,3 ... . 75, d puede tener una longitud de 2n mm, donde n = 92,18.... Según la tabla 1, puedes elegir cualquier lienzo de los 25 ofrecidos en función de la disponibilidad de materiales u otras características. El patrón de directividad de la red de la antena (sin reflector) es de dos lóbulos del tipo "ocho", por lo tanto, el uso de un reflector en todos los casos es recomendable y efectivo, ya que mejora las propiedades direccionales y aumenta la ganancia de la antena en unos 3 dB con un diseño de reflector similar a la web. Sin embargo, una forma más eficiente de aumentar la ganancia de la antena en unos 7 dB es instalar un reflector o una rejilla de malla fina. La rejilla/malla debe estar soldada y tener un revestimiento anticorrosión. Las dimensiones de la cuadrícula/cuadrícula deben ser un 5...10 % más grandes que las dimensiones vertical (Sn) y horizontal (SE) de la red. La rejilla/rejilla se coloca a una distancia h=100...50 mm detrás del alma, dependiendo del canal recibido (21-69). El valor de h afecta la resistencia de entrada de la red y puede servir como una forma adicional de mejorar la coincidencia de todo el AFS. Al cambiar h al colocar la rejilla en los pernos roscados, se logra una imagen más clara con el nivel más bajo de ruido ("nieve") en la pantalla del televisor. El uso de una matriz/rejilla de reflectores cambia el patrón de radiación de la antena, convirtiéndola en un único lóbulo estrecho. Como resultado, la recepción del reflector se debilita significativamente, lo que aumenta la inmunidad al ruido del APS. Se puede lograr un aumento aún mayor en la acción direccional y la ganancia de la antena utilizando la inclusión en fase de dos o más lienzos: rejillas en fase. Esto le permite recibir transmisiones a una distancia considerable y en condiciones difíciles. Tales antenas son varios lienzos conectados en paralelo espaciados horizontal y (y) verticalmente en un plano. Para un ejemplo en la fig. 4 muestra la conexión en fase de dos lienzos con una impedancia de entrada de 150 ohmios, espaciados verticalmente. El lienzo que se muestra en la figura puede considerarse una modificación de una antena de anillo en zigzag con un ángulo β = 0 o una especie de antena de anillo. La antena funciona bien en el rango UHF con un diámetro de cable de solo 1,5 mm.
Los métodos para hacer coincidir una antena de este tipo con una AU pueden ser diferentes. Así, en la fig. 4 muestra la opción de encender dos lonas ubicadas a una distancia vertical óptima de 0,7λ, con una línea de alimentación conectada a la lona inferior (piso). Para la comunicación entre plantas se utilizó una línea de dos hilos con una longitud de λK. La línea está formada por dos tramos de cable RK-75 (K=0,65789). Es simétrico y tiene una impedancia de onda de 150 ohmios, lo que asegura un buen emparejamiento con la lona. Como resultado de una conexión en paralelo de dos lienzos idénticos, la impedancia de entrada de todo el APS en los puntos a - a1 es igual a 75 ohmios. La coordinación con la AU se realiza mediante un transformador de adaptación de cuarto de onda según la fig. 2, ciudad formado por dos tramos de cable RK-75. Sin embargo, más preferible (según el autor) es otra opción: fuente de alimentación central. Tiene un ancho de banda más amplio. Además, los lienzos se pueden espaciar tanto vertical como horizontalmente por (0,7 ... 0,75) X entre sus centros. Para combinar las hojas con un suministro central, dos líneas simétricas conectadas en serie se conectan entre ellas de acuerdo con la Fig. 2, en una longitud de 0.5XK (184,4 mm a lo largo de las trenzas soldadas en los extremos), pero formado por trozos del cable RK-75. En este caso, en los puntos centrales in - in, la impedancia de entrada de la antena es de 75 ohmios. El mismo transformador de adaptación de cuarto de onda está conectado a ellos, como en la Fig. 4. Del mismo modo, los lienzos según la Fig. 1 con ángulo α = 120°. Si tales lienzos se usan con un ángulo α = 90 °, entonces es mejor extenderlos horizontalmente. Inclusión en fase de tres lienzos idénticos según la fig. 1 con alimentación central se muestra en la fig. 5. La rejilla está equipada con una malla reflectante. La impedancia de entrada de cada red es de unos 100 ohmios y depende poco del diámetro del cable. Para la prueba, se utilizaron cables con un diámetro de 1,2 [(l / d) \u117d 2,76] y 51 [(l / d) \u100d 1] mm. Las dimensiones de las líneas de conexión λK seguirán siendo las mismas si se utilizan otras redes con Rin = 120 Ohm (según la Fig. 3 en α = 90° o según la Fig. XNUMX en β = XNUMX°).
Los lienzos están interconectados en paralelo por líneas simétricas con una impedancia de onda de 100 Ohm, formadas por trozos de cable RK-50 con una longitud (a lo largo de las trenzas soldadas) igual a λK (¡esta condición es obligatoria!). En los puntos en - en la impedancia de entrada total de la antena es de 33,3 ohmios. La coordinación con la AU la proporciona un transformador de cuarto de onda de segmentos de cable RK-50 (según la Fig. 2, d) de 277 mm de largo. Todos los lienzos se fijan sobre una barra de vidrio orgánico de 5 mm de espesor. La barra se fija al reflector y al mástil con cuatro espárragos roscados en los puntos 0. La rejilla del reflector (celdas con dimensiones de 18x18 mm) se retira de la red de la antena a una distancia h = 105 mm, cambiada por ±15 mm. Como se mencionó anteriormente, la AU se instala detrás del reflector en el mástil y se conecta a la lona en los puntos c - c. La unidad de fuente de alimentación (PSU) de la AU se coloca al lado del televisor o en su pared trasera, como se muestra en la Fig. 6.
Se suministra una tensión constante de 12 V desde la fuente de alimentación a través del cable de derivación RK-75 a través del dispositivo de desacoplamiento (ID), conectado de acuerdo con la fig. 7. RU consta de un estrangulador L1 y un condensador C2.
Por lo general, los PAH de tipo SWA, GPS, etc. se alimentan de fuentes de alimentación de baja potencia que tienen diferentes soluciones de circuito, pero la mayoría de las veces no están protegidas contra un cortocircuito en la carga. Y tal protección es necesaria. Además, si las señales de televisión se reciben desde diferentes direcciones, por ejemplo, a dos antenas, cambiar los cables de las antenas en la entrada del televisor presenta una serie de inconvenientes y los conectores se desgastan rápidamente. Por lo tanto, es deseable prever su conmutación automática. Para eliminar estas deficiencias, se han desarrollado varios BP AU. En la fig. 8. La recepción de señales UHF fuertes la proporciona la antena A1 sin AU, conectada a la toma XW2, y la fuente de alimentación está apagada en este caso. Para recibir señales débiles, la antena A2 (XW3) se conecta con la AU, lo que sucede cuando se enciende la fuente de alimentación.
La fuente de alimentación se enciende cuando presiona el botón SB1. En este caso, el relé K1 se activa y sus contactos K1.1 bloquean el botón SB1, manteniendo la fuente de alimentación encendida. Los contactos K1.2 apagan la antena A1 y conectan la antena A2 al televisor. El voltaje rectificado, indicado por el LED HL2, pasa de la salida de la PSU a la AU. En caso de un cortocircuito en la CA o el alimentador, el voltaje en la salida de la PSU y la corriente a través del devanado K1 del relé caerán. El relé liberará los contactos K1.1, que apagarán la fuente de alimentación. El LED HL2 y la lámpara HL1 se apagarán. La resistencia R1 se selecciona de modo que, con un voltaje estabilizado de 12 V, el relé opere claramente con una corriente mínima a través de su devanado. El relé puede ser cualquiera, por ejemplo, RES47 (pasaporte RF4.500.409). La lámpara HL1 (6,3 V x 0,28 A) indica que la fuente de alimentación está encendida a través de la red y al mismo tiempo sirve como fusible en el circuito primario del transformador T1. Transformador: cualquiera con voltaje en el devanado II - 9 ... 11 V. Estrangulador L1: también cualquiera, por ejemplo, DM-0,6. El chip KR142EN8B proporciona una corriente máxima de 1,5 A y tiene protección contra sobrecorriente. Sin embargo, la fuente de alimentación no consume más de 0,1 A, por lo que puede usar un chip menos potente, por ejemplo, 78L12. Para recibir señales en el rango UHF, se consideran varias AU en la revista, por ejemplo, [5]. Todos ellos tienen una impedancia de entrada de 75 ohmios. También se pueden utilizar con las antenas descritas con entrada balanceada. Para hacer esto, debe usar un dispositivo de equilibrio coincidente conocido (SSU) en un anillo de ferrita, que se enciende de acuerdo con el esquema en la Fig. 9, a. Pero puede instalar la SSU en forma de bucle en U de acuerdo con la fig. 9b. El cable que va a la AU debe ser corto y preferiblemente de 0.5 λK de largo.
Al elegir la ubicación de instalación de la antena, debe recordarse que cada metro adicional de cable de bajada atenuará la señal en el rango UHF en 0,16 ... 0,4 dB. Cuanto más delgado es el cable, mayor es la pérdida. En la instalación final del APS, es deseable instalar un nuevo cable, ya que al final de su vida útil (se define como 12 años), el coeficiente de atenuación aumenta en un 30...60%. Es mejor elegir un cable con una frecuencia más alta, con un diámetro mayor del conductor central. También es necesario garantizar una impermeabilización fiable en los puntos de soldadura. Literatura
Autor: Yu.Filichev, Vilnius, Lituania
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