Как изготовить антенну для цифрового ТВ своими руками
Более 80% всего объема телевизионного вещания на 2018 г. осуществляется в диапазоне дециметровых волн (ДМВ). В нем “получило прописку” цифровое телевидение. Формат DVB T2, которое оно использует, обеспечивает просмотр телевизионных передач с высокой четкостью. Изготовить антенну для цифрового ТВ своими руками, используя при этом доступные подручные материалы, не составляет особого труда.
Как сделать антенну для телевизора своими руками?
Эфирное ТВ может предложить опцию цифрового телевидения. Она необходима для мест, у которых нет пока доступа к сети интернет. Приемник сигнала (телевизор) должен обеспечивать прием и обработку DVB T2. Если он не обладает этой функцией, то в комплекте с аналоговым телевизором приходится использовать специальную цифровую приставку (тюнер). В обоих случаях для приема сигнала по эфиру требуется приемная телевизионная антенна.
Вещание ведется в ДМВ диапазоне. Поэтому длина волны передачи в нем не более 1 м. Исходя из этого, геометрические размеры антенн невелики. Формат цифрового ТВ позволяет осуществлять прием сигнала без искажений при низком соотношении сигнал/шум. Если полезный сигнал на 1,5-2 дБ превышает уровень шумов, то изображение на экране сохраняет высокое качество.
Т. е. к антенным устройствам не предъявляются повышенные требования. Поэтому обладателю телевизора заманчиво изготовить антенну для цифрового ТВ своими руками. Главным условием при изготовлении является точное соблюдение геометрических размеров, которые привязаны к номеру канала (частоте) принимаемого сигнала. Ошибка приведет к невозможности настроиться на него. Для каждой местности частота зависит от действующего в ней ретранслятора пакетов телеканалов РТРС-1 и РТРС-2. Каждый пакет содержит 10 ТВ каналов.
Информацию можно получить на сайте www.satx.ru, введя в поле информации название необходимого населенного пункта. Длина волны после этого можно определить из соотношения: L(м)=300:F(МГц), где:
- L(м) – требуемая для расчетов длина волны в метрах;
- F(МГц) – частота передающего центра в мегагерцах.
Самодельная антенна может быть выполнена из медной проволоки, трубок, отрезков коаксиального телевизионного кабеля. Желательно выполнять конструкции из целых отрезков путем изгиба более длинных, избегать болтовых соединений, скруток проводов. Места подсоединения кабеля снижения требуют аккуратной и надежной пайки. Если центральная жила и оплетка изготовлены не из меди, надо использовать флюс-пасту вместо канифоли или ее спиртового раствора. После этого они должны быть герметизированы и покрыты водостойкой эмалью. Медные элементы защищаются окрашиванием.
Наиболее технологичными для самостоятельного изготовления являются зигзагообразные ДМВ антенны, которые могут использоваться как в комнатном, так и уличном исполнении. К антеннам, расположенным вне жилого помещения, относятся частотно независимые (всеволновые) и логопериодические (диапазонные) типы. Хотя при наличии достаточной площади помещения их можно использовать в качестве комнатных, но на меньшем расстоянии от телевизионных центров.
Всеволновая антенна
Устройство этого типа должно работать в диапазонах метровых (МВ) и дециметровых волн (ДМВ), имея коэффициент перекрытия по частоте около 10. Чаще всего в таких конструкциях эту функцию распределяют между полуволновым вибратором (МВ) и антенной для Т2 (ДМВ). После суммирующего антенного устройства общим кабелем снижения происходит подключение к телевизионному приемнику. Такое построение имеют антенны заводского изготовления.
Всеволновая антенна, созданная в домашних условиях, представляет собой 2 металлические пластины треугольной формы, установленные с углом раскрыва 90°. Их высота и общая ширина находятся в пределах 1 м. Основания треугольников находятся по краям конструкции и занимают вертикальное положение. На них располагаются деревянные рейки для фиксации концов медных проводников. Шаг их крепления около 30 мм. Общие точки лучей расположены в вершинах острых углов пластин, расстояние между которыми – 10 мм.
Медные лучи припаиваются к пластинам в их общих точках. С учетом этого в качестве пластин применяется односторонний фольгированный стеклотекстолит. Центральная жила коаксиального телевизионного кабеля снижения припаивается к одной общей точке, а его оплетка к точке другой пластины. Затем кабель проложен по биссектрисе угла и фиксируется на деревянной планке. После этого его трассировка может быть произвольной.
Домашняя антенна такой конструкции может быть размещена в оконном проеме (1,5 м) дачного дома, но показатели улучшатся при ее установке на крыше. При этом ось раскрыва ориентируется на телецентр.
Логопериодическая антенна
Узнав на сайте www.satx.ru параметры центра, осуществляющего вещание, есть смысл строить диапазонную логопериодическую антенну. Ее самостоятельный расчет может оказаться не под силу – вычисления специальными программами уравнений высшей математики. Любители конструируют отработанные образцы.
Конструктивно антенное устройство состоит из 2 горизонтально расположенных полых металлических трубок – верхней и нижней, представляющих собой линию. Их диаметр для ДМВ – (8-15) мм. Коаксиальный кабель проходит внутри одной из них. На конце, противоположному его вводу, есть контактная колодка, на которой жила припаивается к одной трубке, а экранирующая оплетка к другой. Расстояние между осями элементов линии составляет не более 3-4 их диаметров.
Вибраторы с трубками соединяются сваркой или пайкой. Длина первых из них составляет 1/4 часть длины волны канала. Располагаются они попеременно слева и справа вдоль линии. Их длина и шаг между ними изменяются по закону геометрической прогрессии с показателем меньше 1.
Конструкция представляет собой линию собирательного типа. При возможном изменении частоты сигнала ее рабочая часть вибраторов (от 1 до 5) “перемещается” вдоль линии, согласно этому изменению. Между трубками в стороне, противоположной месту подключения коаксиала, может располагаться замыкающая перемычка, выполненная из металла. Для приема передач цифрового ТВ она отсутствует.
От количества вибраторов вдоль линии зависит коэффициент усиления антенны, но при их увеличении растут ее геометрические размеры и вес. Для ДМВ (цифровое телевидение) он достигает 25 дБ, если провести антенну на крышу. По своим показателям логопериодическая антенна превосходит распространенную “бабочку”. Она удовлетворяет требованию сохранения постоянства коэффициента усиления в рабочей полосе частот и хорошо согласуется с кабелем без применения дополнительных устройств.
При наружном расположении к диэлектрической части мачты (не менее 1,5 м) конструкция крепится в центре ее массы. В качестве диэлектрика может применяться дерево, обработанное составом олифы.
Дециметровая антенна
Для приема сигналов цифрового телевидения DVB T2 требуется дециметровая антенна. Ее конструкция выбирается в зависимости от удаления места приема от передающего телецентра, а размеры элементов определяются на основании номера канала вещания (его частоты). Проверенным временем вариантом является ДМВ антенна инженера Харченко. Она относится к типу Z-антенн и имеет много народных названий: “би-квадрат”, “двойной квадрат”, “восьмерка” и т. д.
Ее основу составляет рамка, выполненная из медной проволоки диаметром 2-4 мм, трубки, полоски. Форма готовой конструкции напоминает 2 квадрата, имеющие одну общую точку. Сторона каждого из них составляет четверть длины волны принимаемого сигнала, которая определяется в зависимости от географического места расположения потребителя. Определив нужную общую длину исходного материала, необходимо с помощью инструмента и приспособлений придать ему нужную форму.
Место разрыва проволоки спаивается, а в центре касания оставляется зазор 1,5-2 см. Телевизионный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом припаивается к средней точке. Жила и оплетка припаиваются к противоположным концам зазора. Места пайки герметизируются.
Выбор антенны для эфирной цифры. Часть 2
Два лидера
«Волновой канал»
Переход на цифру немного расширил разнообразие применяемых антенных конструкций, но лидерами все равно остаются те же конструкции, которые использовались для приема аналога. Одна из них — антенна типа «волновой канал» (ВК), которую иногда называют Яги-Уда по фамилиям ее разработчиков.
Такие антенны появились в 1926 году и широко использовались во время Второй мировой войны в качестве радаров систем ПВО. Классическая антенна ВК (рис 1) оптимизируется для приема узкого диапазона частот, ширина которого составляет около 10% от величины его центральной частоты. То есть ВК, рассчитанный для частоты 500 МГц, будет оптимально работать и в диапазоне 475—525 МГц.
Антенна «Волновой канал»
В прошлом веке было разработано несколько конструкций ВК с различными формами вибраторов, призванных расширить рабочий диапазон. Так появились антенны с директорами в форме зигзагов, петель и треугольников. Подобные модификации позволяют немного улучшить характеристики антенн, но это не всегда оправдано. Директоры в виде бабочки позволяют расширить рабочую полосу антенны, но одновременно удорожают ее производство, транспортировку, а иногда и монтаж, рассказал «Телеспутнику» Виллем-Жан Богарт, менеджер по продажам компании Funke.
Разработчики ВК экспериментировали также с размерами вибраторов и расстоянием между ними. Как правило, расширения полосы удавалось добиться за счет снижений коэффициента усиления. Самой удачной в этом плане оказалась антенна с х-образными вибраторами, предложенная немецким инженером Эберхардом Шпиндлером в 80-х годах прошлого века. Расчет данной антенны изложен в его книге «Практические конструкции антенн». Этот вариант ВК позволил расширить рабочий диапазон без существенного уменьшения коэффициента усиления. С развитием компьютерного моделирования появились и другие варианты расчета антенн такого типа, позволяющие добиться схожих характеристик.
Логопериодические антенны
В 50-х годах прошлого века в США началось массовое распространение эфирного телевидения. Передающие вышки росли как грибы, число каналов увеличивалось, был принят американский стандарт цветного телевидения NTSC. В результате назрела необходимость в широкополосных антеннах. Ответом на требования рынка стало появление логопериодической антенны (ЛПА), разработанной инженерами Иллинойского университета Дуайтом Исбеллом и Раймондом Духамеле. Они запатентовали принцип ее работы в 1958 году — позже он стал основой множества модификаций ЛПА.
По внешнему виду ЛПА похожи на антенны «волновой канал» (рис 2), однако они рассчитаны на прием сигналов в самом широком диапазоне частот, в пределах которого коэффициент усиления антенны практически одинаков. Границы рабочего диапазона определяются размерами и количеством вибраторов.
Но платой за широкополосность логопериодической конструкции стало понижение коэффициента усиления по сравнению с антеннами типа «волновой канал».
ВК или ЛПА?
В том, что эти два типа антенн сохраняют лидерство, никто из опрошенных «Телеспутником» экспертов не сомневается, но они немного разошлись во мнениях по поводу того, который из них оптимален для приема цифровых мультиплексов.
Начальник отдела оптовых продаж и маркетинга компании «Ланс» Игорь Лукашев признает, что оба типа антенн оптимальны в плане цены и качества, то есть коэффициентом усиления. При этом «волновой канал» имеет максимальные параметры относительно своих геометрических размеров. Логопериодическая антенна при той же длине траверсы дает на 15% более низкое усиление — ее преимущество в том, что она обеспечивает абсолютно одинаковое усиление во всем рабочем диапазоне, напоминает Лукашев. Но так как телевидение уходит в ДМВ-диапазон и во многих регионах мультиплексы передаются на близких частотах, актуальность широкодиапазоного приема уменьшается.
Участник форума «Телеспутника» Vramor привел численные ориентиры для выбора между ВК и ЛПА. По его оценкам, антенна «волновой канал» хороша, если номера каналов передачи 1-го и 2-го мультиплексов в частотной сетке отличаются не более чем на 10—15 единиц. Что же касается логопериодической антенны, то она незаменима для приема мультиплексов, передаваемых на сильно разнесенных частотах. Например, если один транслируется на 24 ТВК, а другой — на 58 ТВК.
Директор по продажам «РЭМО» Виталий Фенев отмечает, что логопериодические антенны обладают более стабильными характеристиками во всем рабочем диапазоне по сравнению с другими типами антенн, причем это касается не только коэффициента усиления. Пользователь форума «Теле-Спутника» под ником Valeri 4024 добавил, что ему нравится логопериодика из-за простого согласования с кабелем, не требующего дополнительных устройств.
Альтернативные конструкции антенн
Существуют и другие варианты антенн для приема мультиплексов. Мы рассмотрим конструкции, которые продвинутые пользователи могут сделать самостоятельно: «штыри», «бабочка», «усы» и «три квадрата».
«Бабочки»
Свое название такие антенны получили из-за сходства с крыльями этих насекомых. Ведущий инженер НПП ОСТ Игорь Некрасов характеризует их как аналог петлевого вибратора. Они отличаются невысоким коэффициентом усиления (Ку=2,15дБи (0 дБд) и высоким волновым сопротивлением (300 Ом). Эти показатели говорят о том, что «бабочки» требуют согласующего устройства 300/75 Ом для соединения с кабелем.
По словам Игоря Лукашева, сленговый термин «бабочки» объединяет очень много конструкций, некоторые из которых даже сложно назвать антеннами. Самая удачная конструкция такого типа — антенна Харченко с рефлектором (рис 3). При небольшой длине она имеет неплохие параметры и позволяет принимать сигнал вблизи телебашни. А на большом удалении может работать в составе антенного поля из 4 или 8 штук, но этот вариант подходит, скорее, для военных, которым нужно быстро развернуть приемную систему. Для индивидуального приема такое поле использовать нерационально из-за большой парусности конструкции.
«Три квадрата»
По поводу эффективности антенны типа «три квадрата» (рис 4) мнения разделились. Виталий Фенев рассматривает ее как разновидность направленной антенны, стоящей в одном ряду с ВК и ЛПА. По его словам, у нее тоже есть ярко выраженная направленная диаграмма, позволяющая получать усиление в одном направлении и подавление боковых и задних лепестков.
А вот Игорь Лукашев считает, что «три квадрата» оправдывали себя для любительского радиоприема на коротких волнах, но совершенно не интересны для телевидения. По усилению «три квадрата» практически равны трехэлементному «волновому каналу», но их конструкция при этом очень хрупкая, из-за чего они не подходят даже для комнатного применения.
Игорь Некрасов полагает, что модификации антенн этого типа с круговым расположением квадратов можно использовать для приема ТВ на подвижный объект, например автомобиль или речной теплоход.
Форумчанин Vramor все варианты «бабочек» и «трех квадратов» считает уделом оригиналов и «самоделкиных», так как никаких преимуществ с точки зрения качества приема перед ЛПА и ВК у них нет. Их отличия от классических моделей сводятся в основном к тому, что они могут размещаться немного по-другому, особенно если речь идет о комнатных антеннах. Например, антенну Харченко, зигзагообразную и без рефлектора, можно повесить на оконную штору или ручку окна.
«Штыри»
«Штыревые» антенны в основном применяются для приема радиостанций в FM-диапазоне, рассказали опрошенные «Телеспутником» эксперты. С появлением трансляций в DVB-T/T2, иначе чем аналог реагирующих на отраженные сигналы, «штыри» начали использоваться и для приема цифрового телевидения в автомобиле. Правда, в этом случае при движении в городе сигнал может периодически пропадать.
Игорь Некрасов (НПП «ОСТ») обращает внимание еще на один важный фактор: «штырь» имеет вертикальную поляризацию, а ТВ, как правило, вещает в горизонтальной поляризации. Поэтому такая конструкция позволяет принимать только сигналы, поляризация которых изменилась при отражении от поверхности или в результате другого искажения. Поэтому неудивительно, что антенны для автомобилей чаще имеют Г-образную форму.
«Усы»
Этот тип антенн для приема ДМВ-сигналов наши эксперты единодушно забраковали. Виталий Фенев утверждает, что «усы» как в комнатных ТВ-антеннах, так и в наружных уже можно списывать в архив, потому что они предназначались для приема сигналов в метровом ТВ-диапазоне, который в России с переходом на цифровое телевидение прекращает свое существование. Игорь Лукашев добавляет, что «усы» не только бесполезны для приема ДМВ-диапазона, но при наличии усилителя в приемной тракте даже вредны, так как усилитель генерирует гармоники метровых сигналов, принимаемых «усами». Гармоники попадают в ДМВ-диапазон и могут поразить частоты, на которых передаются мультиплексы.
Оценка корректности параметров
Следующий вопрос, который мы попытались прояснить, — как по внешнему виду антенны можно оценить корректность параметров, приведенных в ее паспорте, в первую очередь коэффициент усиления (КУ).
Виталий Фенев из «РЭМО» привел данные, согласно которым комнатные ТВ-антенны типа «кольцо» и плоские антенны обычно дают усиление около 3 дБи. Типичный коэффициент усиления комнатной антенны логопериодического типа — 5-6 дБи, а комнатный вариант «волнового канала», как правило, усиливает сигнала на 4—6 дБи. Коэффициент усиления наружных антенн может сильно разниться в зависимости от их размеров, но обычно не превышает 18 дБи. Приведенные выше цифры относятся к пассивным антеннам, не имеющим встроенного усилителя.
«Изотропный децибел»
Единицей изотропный децибел (дБи, в латинской транскрипции — dBi) обозначают уровень выходного сигнала антенны, относительно сигнала, снятого с антенны с шарообразной диаграммой направленности. Традиционным для российской школы является измерение усиления антенны относительно полуволнового диполя, и если усиление указано в обычных децибелах (дБ), то по умолчанию предполагается, что оно приведено относительно полуволнового диполя. Заметим, что усиление относительно изотопной антенны всегда на 2,15 дБ больше усиления относительно полуволнового диполя. Поэтому последние годы многие производители стали указывать не традиционную метрику, а усиление в дБи. Более того, некоторые производители в спецификациях антенн сокращают «дБи» до просто «дБ», приписывая своим моделям дополнительные 2,15 дБ усиления.
Игорь Лукашев из «ЛАНС» дал ориентиры для оценки усиления антенны «волновой канал» по длине несущей траверсы. Он рассчитан для антенн, оптимизированных для приема частоты 600 МГц (длина волны -50 см). При длине траверсы равной длине волны усиление антенны составит 6—8 дБ; если длина траверсы будет вдвое больше, то усиление антенны окажется в районе 10—12 дБ, а при траверсе 240 см — 14—16 дБ. Эти оценки приведены в честных дБ. Для логопериодической антенны величина усиления в каждом случае будет на 15% ниже.
По данным Игоря Некрасова из НПП «ОСТ» коэффициент усиления антенн типа «польские сетки» для ДМВ-диапазона равняется 7,5—11,5 дБи. Показатели ЛПА в зависимости от длины и количества элементов составляют от 6 до 11 дБи, а ВК — от 9 до 16 дБи. При использовании в ВК директоров сложной формы (петли, х-образные) можно получить максимальный КУ до 18 дБ. Антенна Харченко (двойной квадрат с рефлектором) обеспечивает показатели в 8—12 дБи.
Чаще всего этот показатель завышается, когда производитель в качестве коэффициента усиления заявляет суммарное усиление антенны и встроенного усилителя, вместо того, чтобы указать эти два коэффициента раздельно. В результате на коробке с антенной скромных размеров и реальным КУ в 3—5 дБ нередко можно увидеть космический параметр 25—30 дБ.
Существует также практика завышения КУ пассивных антенн. Например, для «волнового канала» с траверсой в 40—50 см вполне может быть указан КУ в 16 дБ.
Антенные усилители
Важнейшим параметром, определяющим возможность приема ТВ-сигнала антенной, является отношение полезного сигнала к шуму (Signal to Noise Ratio, SNR). Шум присутствует в любом телевизионном сигнале, но пассивная антенна ничего к нему не добавляет — на ее выходе формируется усиленный сигнал, но с тем же уровнем SNR, что и на входе. Если используется усилитель, то он не только дополнительно усиливает сигнал с выхода антенны, но также добавляет к нему собственный шум, понижая результирующий SNR. Если сигнал усиливается непосредственно на выходе антенны, где его уровень максимален, то шум, добавляемый усилителем, повлияет на SNR незначительно. С выхода активной или пассивной антенны сигнал попадает в коаксиальный кабель, где он неизбежно затухает, но отношение уровня полезного сигнала к шуму сохраняется. Если же сигнал усилить после затухания в коаксиальном кабеле, перед подачей на вход телевизора, то шум усилителя при том же абсолютном значении снизит SNR больше.
Несмотря на это, Игорь Лукашев считает предпочтительным использовать не встроенный, а внешний малошумящий усилитель, по крайней мере с внешними антеннами, установленными на мачте. Он отмечает, что усилитель — самая уязвимая часть антенны. Особенно часто он выходит из строя во время грозы. Если встроенный в антенну усилитель поломался, то придется менять всю конструкцию. Или как минимум демонтировать антенну, менять усилитель и монтировать ее повторно. Это сложно и дорого. В таких случаях лучше установить в удобном месте под кровлей внешний усилитель. Даже на 5 метрах кабеля сигнал с антенны ослабится меньше, чем на 1 дБ, что в большинстве случаев совсем некритично.
Точно определить, в каких случаях достаточно пассивной антенны, а когда потребуется усилитель, можно только путем экспериментов или замеров, однако есть общие закономерности. В НПП «ОСТ» рекомендуют в загородных домохозяйствах устанавливать наружные антенны с усилителем. Причем чем дальше от ретранслятора находится дом, тем выше должен быть коэффициент усиления. Например, КУ встроенного усилителя достаточно на уровне 18—22 дБи, главное, чтобы он был хорошо согласован с антенной и имел небольшой коэффициент шума, не более 2—2,5дБ. Чем ближе к городу, тем выше требования к нагрузочной способности встроенного усилителя, которую косвенно можно оценить по заявленному потреблению. У мощного усилителя потребление должно быть в районе 30—45 мА, а не 10—20 мА.
В городе активные антенны актуальны только в условиях непрямой видимости телебашни — это касается и наружных, и комнатных антенн.
Виталий Фенев предостерегает от применения активных антенн вблизи телевизионной вышки, так как чересчур мощный сигнал вредит качеству приема. По его словам, в городе усилитель будет полезен, только если длина коаксиального кабеля от антенны к телевизору превышает 20 метров, а также при построении внутриквартирной сети из нескольких телевизоров.
Генеральный директор «Телевес Рус» Валерий Варданян обращает внимание, что если сигнал слабый и зашумленный, то пользы от усилителя, скорее всего, не будет, так как на выходе сигнал может оказаться еще более зашумленным. Заранее определить степень зашумленности в месте приема без приборов сложно, поэтому многие антенны, в том числе и от Televes, сейчас оснащаются отключаемыми усилителями.
Фильтрация входных сигналов
Если в диапазоне приема много посторонних электромагнитных сигналов, то они могут перегружать усилитель антенны, искажая сигналы на его входе. Для отстройки от таких паразитных сигналов может помочь предварительная фильтрация.
В реальном мире основную проблему при приеме телесигнала в ДМВ-диапазоне могут создавать сигналы, передаваемые в сотовых сетях четвертого поколения. С развитием 4G многие производители, в частности Televes и Funke, встраивают в свои антенны режекторные фильтры, отсекающие LTE-диапазоны.
При этом в разных странах под LTE выделены разные диапазоны. Поэтому, выбирая такую модель антенны, нужно как минимум убедиться, что встроенный режекторный фильтр настроен на диапазон, занимаемый LTE в вашей стране. К тому же битва между разными ведомствами за частотный ресурс идет постоянно, и нельзя гарантировать, что сегодняшние частотные назначения через несколько лет не поменяются. Чтобы подстраховаться от таких случаев, Игорь Лукашев рекомендует приобрести внешний фильтр входных сигналов.
Надеемся, что советы наших экспертов помогут вам сориентироваться при выборе антенны и учесть возможные подводные камни выбора подходящей модели. _________________________Подпишитесь на канал «Телеcпутника» в Telegram: перейдите по инвайт-ссылке или в поисковой строке мессенджера введите @telesputnik, затем выберите канал «ТелеСпутник» и нажмите кнопку +Join внизу экрана.
Также читайте «Телеcпутник» во «ВКонтакте», Facebook , «Одноклассниках» и Twitter.
И подписывайтесь на канал «Телеспутника» в «Яндекс.Дзен».
Логопериодическая антенна — 3G-aerial
Логопериодическая антенна или LPDA хорошо известна как широкополосная телевизионная антенна. Многие ее путают с Uda-Yagi, считая логопериодическую одной из ее модификаций. Однако это принципиально разные конструкции антенн. Uda-Yagi имеет один активный вибратор. Логопериодическая антенна представляет собой двухпроводную длинную собирающую линию, по длине которой подключены вибраторы, размеры которых меняются по логарифмическому закону.
При этом в приеме участвует вибратор, длина которого близка к резонансной и несколько ближайших к нему, которые образуют активную область антенны. При увеличении длины волны активная область смещается в сторону более длинных вибраторов, а при уменьшении – в сторону более коротких. Благодаря такому конструктивному решению логопериодическая антенна может перекрывать очень широкую полосу частот, чего не скажешь о Uda-Yagi. Однако за расширение рабочего диапазона приходится платить снижением усиления антенны. При одинаковой длине траверсы волновой канал имеет намного большее усиление по сравнению с логопериодической антенной. Но последняя имеет одно неоспоримое преимущество — хорошую повторяемость. Возможно для самодельных антенн, повторяемость конструкции — это одна из важнейших характеристик. Трудоемкость изготовления логопериодической антенны выше, чем при изготовлении волнового канала, но изготовив ее, вы можете быть уверены в результате без дополнительной настройки.
Антенну можно использовать в любом диапазоне — 3G UMTS, Wi-Fi, CDMA450, CDMA800. Поскольку антенна сверхширокополосна, ее можно рассчитать и на перекрытие двух диапазонов, например: CDMA450 и CDMA800 одновременно. Конструктивные размеры логопериодической антенны для нужной полосы частот можно рассчитать онлайн калькулятором у нас на сайте. Одновременно просчитывается приблизительный коэффициент усиления. Программы основанные на ядре NEC — MMANA и 4NEC2 не могут корректно рассчитать низкоомную логопериодическую антенну поскольку параметры собирающей линии не укладываются в ограничения метода моментов. В этом случае необходимо применять более сложные программы электромагнитного моделирования.
Для владельцев смартфонов и планшетов на операционной системе Android в магазине Google Play доступно бесплатное приложение LPDA дизайнер. Приложение позволяет рассчитать логопериодическую антенну. Вы его можете загрузить на свое мобильное устройство, нажав на кнопку ниже или по QR-коду. Не забудьте оценить приложение…
Конструктивно антенна образована собирающей линией в виде двух труб, расположенных одна над другой, к которым поочередно крепятся плечи вибраторов так, что левое плечо одного вибратора крепится к верхней трубе собирательной линии, а правое плечо того же вибратора — к нижней. У следующего вибратора, наоборот, левое плечо крепится к нижней трубе, а правое — к верхней. Это так называемый метод фазировки с помощью перекрестного питания, вы его можете наблюдать и у «польской антенны».
Фидер пропускается через одну из труб и подключается к трубам у конца с короткими вибраторами. Оплетка подключается к той трубе, через которую был пропущен кабель. Подобный переход от коаксиальной к двухпроводной линии не
требует симметрирующего устройства. У логопериодической антенны позади самого длинного вибратора ставят короткозамыкающую перемычку для согласования. Диаметр труб не имеет большого значения (что также является преимуществом антенн Logoperiodic), можно даже применить квадратные элементы для собирающей линии. Для придания жесткости конструкции между этими элементами можно установить распорки из диэлектрика, например органического стекла. На частотах Wi-Fi, 3G UMTS размеры антенны получаются довольно маленькими и вместо труб можно использовать полоску из двустороннего фольгированного текстолита, где в качестве собирающей линии будет выступать металлизация с обеих сторон полоски.
Логопериодическая антенна после аккуратного изготовления не нуждается в дополнительной настройке.
Логопериодическая антенна
Логопериодическая антенна
Логопериодическая антенна — широкополосная направленная антенна, работающая в десятикратном и более широком диапазоне волн. По коэффициенту усилении антенна эквивалентна трех-четырехэлементной антенне «волновой канал». Может быть использована для приема сигналов многопрограммных телецентров при любых сочетаниях каналов метровых и дециметровых волн (каналы 1—41).
Один из простых вариантов антенны показан на рис.1. Антенна состоит из ряда параллельных вибраторов, подключенных к двухпроводной линии с последовательной переполюсовкой точек питания вибраторов. Длины вибраторов и расстояния между ними убывают в геометрической прогрессии в направлении к точкам подключения фидера. Позади самого длинного вибратора устанавливают короткозамыкающую перемычку, улучшающую согласование антенны с фидером и обеспечивающую симметрирование.
Кабель пропускают внутри одной из трубок двухпроводной линии и припаивают со стороны самого короткого вибратора, как показано на рис.1.
Характеристики антенны зависят от знаменателя геометрической прогрессии т, характеризующего скорость убывания длин вибраторов и расстояний между ними, и угла ф при вершине треугольника, в который вписаны вибраторы. Чем ближе т к единице и чем меньше ф, тем больше коэффициент усиления антенны, однако при этом возрастают ее габариты и масса. На практике принимают обычно т =0,8—0,9 и ф=30—40°, что позволяет получить достаточно высокий коэффициент усиления при относительно небольших габаритах и массе.
При выбранных т и ф размеры антенны можно определить графически исходя из Lmax и Lmin — максимальной и минимальной длин волн рабочей полосы частот. Сначала следует определить длину l1 первого (наибольшего) вибратора, которая должна составлять 0,55 Lmax, после чего начертить равнобедренный треугольник с основанием, равным длине первого вибратора в уменьшенном масштабе (например, 1 : 20 или 1 : 50), и выбранным углом ф при вершине. В дальнейшем все построения и расчеты следует выполнять с учетом этого же масштаба. Второй вибратор располагают на расстоянии d1 = (0,15—0,18) Lmax. Длина его l2 равна длине отрезка прямой, проведенной параллельно основанию на расстоянии ri,.
Третий вибратор располагают на расстоянии d2=d1т от второго, а длина его l3 равна длине отрезка прямой, проведенной на этом расстоянии от второго вибратора. Аналогично определяется длина четвертого вибратора, расположенного на расстоянии d3=d2т от третьего, и т. д. Последним является вибратор, длина которого будет меньше 0,45 Lmin.
На рис.2,а показаны размеры антенны на каналы 1—12, на рис.2,б — на каналы 1—5, на рис.2,в — на каналы 6—12. Пользуясь описанной методикой, можно рассчитать антенну на каналы 1—41, а также для другой требуемой полосы частот.
Коэффициент усиления антенны 6—7 дБ, уровень побочных лепестков—от —12 до —14 дБ, КБВ — более 0,5. Диаметр трубок двухпроводной линии 22 мм, расстояние между центрами 32 мм, диаметр вибраторов 12— 14 мм. Кабель снижения — с волновым сопротивлением 75 Ом.
Справочник радиолюбителя-конструктора
Дополнение от Николая Большакова
Лично мною было собрано несколько подобных антенн для дециметрового диапазона телевидения. В качестве материала были ипользованы отрезки медной проволоки диаметром 0,8 — 1,5 мм и две пластинки из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Вибраторы из проволоки припаиваются к пластинам. Конструкция получается очень простой и легко повторяемой. Размеры антенны для диапазона 400-850 МГц приведены на рисунке ниже. На пластинки размером 25х220 мм припаиваете вибраторы из проволоки (обе части совершенно одинаковые), нижняя половинка поворачивается на 180 градусов относительно оси. Обе пластины соединяете через втулки (5-10 мм) винтами через отверстия на концах пластин. Винты должны быть изолированы от фольги. Кабель расположен между пластинами.
Размеры антенны для диапазона 850-950 МГЦ (радиотелефоны)
| Номер элемента |
Общая длина вибраторов, мм |
Расстояние от предыдущего элемента, мм |
Расстояние от конца бума, мм |
| 5 | 176 | 0 | 44 |
| 4 | 141 | 51 | 95 |
| 3 | 113 | 40 | 135 |
| 2 | 90 | 32 | 168 |
| 1 | 72 | 26 | 194 |
Теоретически параметры:
Коэффициент усиления — 8,3 Дб,
Волновое сопротивление — 60 Ом.
Обзор комнатной антенны Арбаком АРА-040 «Ёлка»
В одном из магазинчиков заметил такую логопериодическую антенну за 490 р. К сожалению, это уже был последний экземпляр с витрины, продавцы даже упаковки и инструкции не смогли найти, но благо есть на сайте производителя из подмосковного Зеленограда.
Из комнатных антенн Арбаком какого-либо внимания заслуживает только рассматриваемая «Ёлка».
Поставляется в полиэтиленовом пакете (в обозначении последняя буква -П):
или жёсткой блистерной упаковке:
Как видно, цвета корпуса могут быть разными — буквы в маркировки:
-БГ- — бело-голубая
-БО- — бело-оранжевая
-СГ- — серо-голубая
-СС- — серо-серая
-ЧЧ- — чёрно-чёрная
-ЧО- — чёрно-оранжевая
-ЧГ- — чёрно-голубая
Например, моя судя по всему АРА-040-ЧЧ-П. А если антенна пассивная, то АРА-041.
Указывается, что защищено патентами РФ, КНР, ЕС, однако ни одного патента не указано:
иероглифами написано «Китай, Россия, патент ЕС».
Зелёный диод будет гореть, если в приставке включить Питание антенны:
в жёсткой пластиковой стреле — логопериодическая структура из 7 пар вибраторов (ширина 1 пары — 145 мм, двух последних — 288 мм).
Исходя из размеров: период структуры — 0,87, угол при вершине — 61°.
Напомню: чем ближе период к 1 и чем меньше угол — тем выше коэффициент усиления логопериодической антенны.
А снизу: пластиковые выступы для крепления двух ножек-распорок:
вид сверху: сбоку: высота до нижнего полотна — 64 мм: С любыми комнатными антеннами надо помнить, что, если у вас пластиковые окна, то внутри них находится металлический каркас, препятствующий приёму:
Поэтому нужно поставить повыше, например, на пустую картонную коробку: И независимо от типа окон — не располагайте антенны вертикально, это неправильно:
Длина кабеля с надписью ARBACOM — 178 см, что немного не дотягивает до стандарта (2 м), но всё лучше, чем у антенн с куцым хвостиком 1 м.
Диаметр по внешней мягкой изоляции — 4,1 мм. Штекер литой, неразборный.
Заднее отверстие снизу, оказывается, сделано не просто так:
Это для крепления антенны на современных плоских телевизорах, и есть даже специальный комплект АРА-038 для различных антенн Арбаком:
пример для комнатной «Квадра»: и для «Ёлки»: Интересно, что в описании комплекта она называется не «Ёлка», а «Игла», видимо, это её прежнее неудачное название.
Подключив антенну и включив в приставке Питание (светодиод загорелся), обнаружилось, что шкала Качество показывает 0 %, при этом если зайти глубже в комнату, то иногда какие-то % появляются.
Причём аналоговые каналы вообще не ловятся, какой-то мусор.
Но стоило отключить Питание антенны, то и аналоговые каналы нашлись, и у цифры появились какие-то осмысленные %, хотя конечно недостаточные для приема.
Возможно, т.к. экземпляр последний и там была какая-то неисправность.
Параметры приема прежние: 7 этаж жилого дома, кругом городская застройка и высотные дома.
Ближний передатчик: 2 кВт (условная зона около 45 км), 27 канал, находится на расстоянии около 15 км:
В качестве тестового приемника как обычно использовалась приставка на процессоре Novatek (Elect EL-2003).
Как уже не раз отмечалось, в приставках на процессоре Novatek шкала Качество рассчитана программистами таким образом, что стабильное изображение появляется при достижении шкалы Качество около 40 %.
И кроме того сама шкала равномерная, позволяющая оценить запас сигнала сверх нормы 40 %.
Мощность дальней вышки 5 кВт (зона около 60 км), 56 канал, находится на расстоянии порядка 80 км:
На таких расстояниях перегрузки быть не может. Но складывалось впечатление, что у усилителя было самовозбуждение, кроме того измеренный ток потребления — 36 мА.
Но заглянем внутрь. Стрела как бутерброд состоит из нескольких слоёв: крышка, верхнее полотно, средняя основа, нижнее полотно, дно. Разбирается плоской отвёрткой и пластиковой картой.
Антенна со снятым дном: Кстати, видно, что в самом конце нет никакого согласования — отсутствует согласующая перемычка.
Антенна электрически не замкнута, и, например, статика может повредить СВЧ-транзистор усилителя.
Оба полотна полностью идентичны — цельные стальные штамповки:
Ширина профильных вибраторов 8 мм, высота 3 мм, толщина металла 0.5 мм.
Плата однокаскадного усилителя:
Примерная схема: Номинальный ток BFR520 при измерениях параметров — 20 мА. А здесь схема потребляет аж 36 мА.
Просто подключил в разрыв жилы кабеля резистор 100 Ом, ток упал до 20 мА. Антенна стала что-то ловить, но всё равно как-то невнятно. Неоднозначно.
Затем тот же резистор поставил вместо дросселя L2 — ситуация особо не изменилась.
Дальше уже не было желания разбираться и настраивать, решил просто переделать в пассивную.
Перерезал вход усилителя: и перепаял кабель напрямую: Антенна начала работать.
Но на некоторых частотах % Качества хоть и были достаточны, но всё-таки маловаты.
И только поставив сзади короткозамкнутую перемычку:
антенна показала приемлемые результаты:
ближняя вышка 27 канал 60 %, 57 канал 70 % и дальняя вышка 56 канал 65 %, 59 канал 92 %.
Напомню, что у моей приставки условный порог 40 %. Всё что выше — это запас.
Конечно, по-хорошему расстояние согласующей перемычки надо рассчитать и подобрать оптимальную, но тогда сзади будет торчать хвост, а меня вполне устроили текущие показатели.
Вообще производитель заявляет о среднем усилении 10 дБ для пассивной и 20 дБ с усилителем:
И если 10 дБ для усилителя вопросов не вызывают, то 10 дБ для самой логопериодической антенны — это просто откровенное надувательство. А уж тем более в дБ, т.е. — 12 дБи.
В лучшем случае — 6.7 дБи (синий график):
Реальная логопериодическая наружная антенна на 10 дБ выглядит примерно так: Диаграмма направленности также показана явно не от логопериодической антенны, а от какого-то многоэлементного узконаправленного «волнового канала»:
Диаграмма конечно же шире: в вертикальной плоскости:
Допускаю, что мне попался последний экземпляр, возможно с неисправным транзистором или брак, но когда сама исходная антенна (без усилителя) показывает не очень внятные результаты, это вызывает вопросы.
Положительное: крепкие и травмобезопасные скруглённые профили вибраторов, цельные штампованные полотна, надёжно закрепленные в пластиковой стреле, достаточно высокие пластиковые ножки-распорки, индикатор включения, кабель длиной 178 см, низкая цена.
Отрицательное: заявленные на упаковке характеристики антенны никак не соответствуют физическим размерам её конструкции, электрически не замкнута, поэтому возможно повреждение усилителя от статического электричества, антенна не имеет согласующей перемычки.
В целом, оставила двойственные впечатления: на первый взгляд — добротная направленная логопериодическая антенна с усилителем, но при детальном рассмотрении складывается ощущение не проработки её конструкции до конца именно как антенны.
А если уж и брать, то чтобы избежать возможных проблем с усилителем, рекомендую взять её пассивный вариант АРА-041.
Конечно, у кого-то недалеко от вышки может ловить и на кусок кабель, и даже на гвоздь, но:
О выборе антенн и их правильном расположении можно прочитать в Обзор комнатной антенны Lumax DA1203А.
Задать вопросы о цифровом телевидении можно на форуме DVBpro
Автор: Александр Воробьёв, 01 мая 2019 | Постоянная ссылка на страницу: http://dvbpro.ru/?p=26088
