Антенна на 33-й телевизионный канал
Канд. техн. наук К. ХАРЧЕНКО
Использование дециметрового диапазона волн для приема телевидения предоставляет радиолюбителям широкие возможности конструирования антенн различных типов. Однако, ввиду особенностей распространения волн этого диапазона, основное внимание следует сосредоточить на изготовлении высокоэффективных антенн, имеющих узкие диаграммы направленности. Описываемая в настоящей статье антенна принадлежит к этому классу. Она имеет коэффициент направленного действия (КНД) порядка 50 и сравнительно проста в изготовлении. В ее основу входит ромбическое полотно, которое хорошо известно по применению в коротковолновом диапазоне.
Основными недостатками ромбической антенны обычного типа являются пониженный к.п.д. ввиду включения активного нагрузочного сопротивления и наличие в диаграмме направленности значительных боковых лепестков. Повысить коэффициент усиления антенны путем исключения активной нагрузки и расширения поперечных размеров проводов ромба нельзя, так как это приводит к дополнительному росту боковых лепестков. Практически полностью избавиться от первого недостатка (т. е. повысить к. п. д. примерно до 100%) и заметно ослабить второй (понизить уровень боковых лепестков) можно, нагрузив ромбическое полотно вместо активной, переменной реактивной нагрузкой и снабдив антенну рефлектором (рис. 1).
рис. 1
При этом работу антенны можно представить так: под действием возбуждающей э.д.с. на проводах ромба возникает падающая волна, распространяющаяся в сторону реактивной нагрузки и создающая поле Епад (рис. 1). Часть энергии этой волны уходит на излучение, а оставшаяся часть полностью отражается реактивной нагрузкой и создает на проводах ромба отраженную волну, распространяющуюся в сторону экрана - рефлектора. Эта волна создает поле Еотр. В свою очередь часть энергии отраженной волны идет на излучение, а оставшаяся - поглощается генератором, возбудившим э. д. с. Поле отраженной волны, попадая на рефлектор, меняет направление распространения и накладывается на поле падающей волны. При изменении реактивной нагрузки изменяются условия наложения и в итоге для результирующего поля Ерез могут
быть подобраны оптимальные условия. Очевидно, что они зависят как от фазы поля Еотр, так и от его амплитуды. Фаза поля Еотр подбирается реактивной нагрузкой, а амплитуда задается диаметром проводов ромба. Попутно заметим, что часть энергии волны, отраженной от реактивной нагрузки, попадающая в фидер, может быть использована для компенсации отражений на его входе, возникающих за счет разницы между волновым сопротивлением фидера и входным сопротивлением антенны, что может улучшить согласование антенны с фидером.
Условия для получения оптимального результирующего поля Ерез и режима работы фидера близки друг другу, поэтому одновременно с нужней диаграммой направленности обеспечивается согласование антенны с фидером.
Диаграммы направленности ромбической антенны с рефлектором и переменной реактивной нагрузкой для l=3L и угла ф=113° показаны на рис. 2. Как видно из этого рисунка, для Е-плоскости (горизонтальной) угол раскрыва диаграммы направленности невелик (15°). Это требует повышенного внимания при юстировке антенны.
рис. 2
Конструктивно антенна может быть сделана так, как показано на рис3. Она состоит из плоского решетчатого рефлектора, ромбического полотна, узла питания и фиксирующих деталей (каркасов н расчалок). Все детали рефлектора, включая мачту, могут быть выполнены из металла. Если нет такой возможности, то поперечные рейки 1 рефлектора и ствол 2 мачты могут быть сделаны из дерева, а остальные детали - из проволоки. Целесообразно оттянуть к стволу мачты растяжками 3 концы верхней и нижней поперечных реек рефлектора для исключения провисания его проводов.
рис3
Ромбическое полотно 4 антенны изготовляют из голого медного провода диаметром около 1 мм. Его прикрепляют к концам диэлектрического (деревянного) каркаса. Плоскость каркаса должна быть параллельна плоскости земли и перпендикулярна плоскости рефлектора. Для фиксации каркаса используются четыре расчалки 5. И каркас, и расчалки обязательно должны быть выполнены из диэлектрика. Для каркаса удобно использовать лыжные палки из бамбука, тростника или стекловолокна. Расчалки можно сделать из нескольких жил капроновой рыболовной лески. Если будет применен деревянный каркас, необходимо в местах его непосредственного соприкосновения с проводами ромбического полотна предусмотреть вставки из органического стекла. Все детали антенны за исключением узлов, описанных ниже, могут быть изготовлены произвольно из материалов, имеющихся в распоряжении радиолюбителя.
На рис. 3.2 показана схема питания антенны. Она предусматривает переход от коаксиального кабеля типа РК-75-7-15 (РК-3) к проводам ромба. Этот переход (симметрирующее устройство) представляет собой трубку с двумя пазами. Ширина пазов составляет 0,4 внутреннего диаметра трубки, а длина - около 250 мм. Конец кабеля вставляют в трубку со стороны, противоположной пазам так, чтобы его наружная оплетка была натянута на трубку. Поверх оплетки накладывают бандаж и пропаивают трубку, оплетку и бандаж. Затем оголенную часть оплетки и бандаж обматывают изоляционной лентой. Выдвинутую из второго конца трубки (со стороны пазов) полиэтиленовую изоляцию с центральным проводником обрезают и последний припаивают к одной из половин трубки, образовавшихся после прорезания пазов. Провода ромбического полотна припаивают к обеим половинам трубки и укрепляют образовавшийся узел непосредственно на стволе мачты, так как на него приходится большая нагрузка- натяжение проводов ромба. Перед тем, как припаять проводники ромба к половинам трубки, на нее плотно одевают металлическое кольцо (передвижной короткозамыкатель), замыкающее накоротко половины трубки и позволяющее менять длину пазов от точек питания ромба до кольца. Прикреплять трубку вдоль ствола мачты следует на диэлектрических прокладках (текстолит, органическое стекло), чтобы между трубкой и стволом был просвет в 20-30 мм. Привязывать трубку к мачте можно только диэлектрическими материалами, например, капроновой леской. Крепление ниже пазов может быть сделано проволокой. В концы поперечной рейки каркаса ромба следует вставить пластмассовые, керамические или стеклянные втулки (рис. 3.3). В них вставляют провод ромба.
В противоположной точкам питания вершине ромб должен быть нагружен на переменную реактивную нагрузку. Она представляет собой замкнутую с одного конца двухпроводную линию, образованную продолжением сторон ромба (рис. 3.4,а). Следует избегать расположения этой линии на деревянном каркасе. Поэтому конец продольной рейки каркаса ромба следует изготовить из органического стекла или другого изоляционного материала. Для того чтобы иметь возможность менять длину линии, нужно сделать и одеть на нее скобу-короткозамыкатель (рис. 3.4, б).
Начинать настройку антенны следует с постепенного изменения длины двухпроводной нагрузочной линии, передвинув кольцо-короткозамыкатель в точках питания ромба так, чтобы длина пазов была равна четверти длины волны (131 мм). Оценивать правильность настройки антенны лучше всего по виду ее диаграмм направленности, которые должны быть возможно ближе к показанным на рис. 2. Если нет возможности определить диаграммы направленности, то работу антенны определяют по качеству изображения на экране телевизора.
Так как в начале настройки скоба короткозамыкателя двухпроводной линии устанавливается произвольно, то в направлении главного излучения антенны может быть провал. Его нетрудно обнаружить, вращая антенну влево - вправо на ±20° от направления на корреспондента. В этом случае, не направляя антенну на один из имеющихся максимумов, следует продолжать настройку. Нужно ориентировать антенну на провал и добиваться его устранения перемещением скобы-короткозамыкателя вдоль двухпроводной линии. Подобрав искомое положение скобы-короткозамыкателя, нужно зафиксировать его на линии и подстроить антенну, перемещая кольцо-короткозамыкатель в точках питания антенны вверх и вниз от исходного положения.
Размеры описанной антенны можно изменить, пользуясь графиком рис. 4, на котором приведена зависимость угла ф ромба (см. рис. 1) от длины его стороны l/L, выраженной в длинах волн. Этот график позволяет рассчитать необходимые размеры каркаса для ромбического полотна. Все остальные узлы антенны не изменяются за исключением рефлектора, поперечные рейки которого должны быть несколько длиннее поперечной рейки каркаса ромба.
рис. 4
(Радио 6-69)