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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Antenne TV esterne. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Antenne televisive A causa della rapida crescita del numero di canali televisivi, è molto difficile garantire una ricezione di alta qualità di tutti i programmi televisivi. Innanzitutto dipende dalle antenne utilizzate. Pertanto, i loro progetti principali, testati dall'autore in varie condizioni, sono discussi di seguito. Ma prima ricordiamo le informazioni di base su frequenze, bande e canali televisivi. Le frequenze televisive coprono la gamma 48,5...790 MHz. Sono suddivisi in gamme metriche (canali 1-12, frequenze 48,5...230 MHz) e decimali (canali 21-60, frequenze 470...790 MHz). Un canale televisivo occupa la banda di frequenza 8 MHz. Per calcolare la lunghezza d'onda operativa delle antenne, si consiglia di selezionare la frequenza portante dell'immagine, poiché il segnale dell'immagine è modulato in ampiezza, è più suscettibile alle interferenze e richiede una maggiore amplificazione rispetto al segnale audio modulato in frequenza. La frequenza portante dell'immagine per il 1° e il 2° canale televisivo è rispettivamente 49,75 e 59,25 MHz. Per i canali 3-5 (in megahertz) viene calcolato come segue: fn.iz=77,25+(N-3)x8, dove N è il numero del canale; per 6-12: fn.from=175,25+(N-6)x8, e per 21-60: fn.from=471,25+(N-21)x8 La frequenza della banda centrale di un canale può essere ottenuta aggiungendo 2,75 al valore della portante dell'immagine. La frequenza della portante audio è 6,5 MHz superiore alla frequenza della portante immagine. La lunghezza d'onda operativa L (in metri) nell'aria in funzione della frequenza operativa f (in megahertz) è determinata dalla formula l = 300/f. In altri dielettrici la lunghezza d'onda è più corta (ad esempio nel polietilene di 1,52 volte). Questo fatto deve essere preso in considerazione quando si producono elementi risonanti di dispositivi di adattamento da cavo coassiale in polietilene. Ora un po 'sulla progettazione delle antenne. Come materiali per la loro fabbricazione si consiglia di utilizzare tubi, barre, nastri, angoli e fili di metalli e leghe con buona conduttività elettrica (rame, alluminio, ottone). La banda larga dell'antenna dipende dalla superficie degli elementi attivi: maggiore è l'area (maggiore è il diametro dei tubi o la larghezza delle strisce), più larga sarà l'antenna (ma anche più pesante). Si sconsiglia di scegliere una dimensione trasversale degli elementi (tubi, aste) dell'antenna inferiore a 1/200 della lunghezza d'onda alla quale opera, poiché ciò deteriora significativamente i parametri elettrici e la resistenza meccanica. La larghezza delle strisce viene scelta tra 1,5 e 2 volte il diametro consigliato dei tubi o delle aste, lo spessore è di 2...3 mm. La superficie degli elementi deve essere piana e liscia. Per la gamma UHF i risultati migliori si ottengono se si utilizzano elementi costituiti da un materiale con superficie lucida, poiché le correnti HF vengono indotte solo nel loro strato superficiale. Se è necessario piegare gli elementi dell'antenna, farlo con attenzione, posizionando pezzi di textolite o legno sotto le ganasce della morsa per non danneggiare la superficie. Prima di ciò, i tubi devono essere riempiti ermeticamente di sabbia e tappati con tappi di legno. Quando si installano le antenne al di fuori della portata dei parafulmini, è garantita la loro affidabile protezione contro i fulmini [1]. Inoltre, i collegamenti elettrici e i punti in cui la treccia del cavo esce dall'isolamento esterno devono essere accuratamente sigillati riempiendoli con vernici o resine dielettriche resistenti all'acqua e al calore. Per orientare con precisione l'antenna nella direzione desiderata, il segnale all'ingresso TV deve essere attenuato più volte con un attenuatore. In questo caso, il sistema AGC del televisore smette di funzionare e il massimo del segnale ricevuto diventa più evidente. E infine, sulle antenne stesse. Cominciamo con la banda stretta. Sono progettati per ricevere uno o più canali televisivi, purché le loro frequenze differiscano non più del 5...10%. In questo caso l'antenna è progettata per la frequenza media geometrica, calcolata come radice quadrata del prodotto delle frequenze di ciascun canale, oppure come frequenza del segnale di un canale più debole. Le antenne si dividono anche in semplici e complicate [2]. Quest'ultimo può contenere, oltre ad un elemento attivo, un riflettore, direttori e anche elementi attivi aggiuntivi. Le antenne più semplici ricevono ugualmente sia un segnale diretto che un segnale proveniente dalla direzione opposta al centro televisivo. Hanno il guadagno (e l'efficienza) più basso. Pertanto, il loro utilizzo è, di regola, limitato a una breve distanza dall'antenna trasmittente in assenza di segnali riflessi (visivamente appaiono sullo schermo televisivo sotto forma di immagini multi-contorno o sfocate). Le antenne più semplici includono un “vibratore lineare a semionda divisa” [1, 2], mostrato schematicamente in Fig. 1. Ha un'impedenza di ingresso ad una frequenza di risonanza di circa 75 ohm. È il suo guadagno che di solito viene convenzionalmente considerato pari a 0 dB. Il vibratore è costituito da tubi, aste o strisce. Il diametro d dei tubi viene scelto pari a 20...30 per MV, e 6...12 mm per UHF. La distanza tra le estremità dei tubi l dovrebbe essere pari alla metà della lunghezza d'onda operativa dell'antenna, moltiplicata per il fattore di accorciamento, che dipende dal rapporto tra il diametro dei tubi e la lunghezza d'onda operativa. Per rapporti di 0,001 e 0,003, i valori dei coefficienti sono rispettivamente 0,96 e 0,95. Se sale a 0,005 o più, il coefficiente viene ridotto a 0,94. La distanza L viene scelta nell'intervallo 50...80 per MV e 20...30 mm per UHF. Per ottenere il massimo livello di segnale, il vibratore viene posizionato orizzontalmente su un piano perpendicolare alla direzione di ricezione (con polarizzazione orizzontale delle onde trasmittenti).
Quando si collega l'antenna all'alimentatore, utilizzare un dispositivo di adattamento del loop a quarto d'onda secondo il circuito mostrato in Fig. 2, che è costituito da un tratto di cavo cortocircuitato di lunghezza lsh pari ad un quarto della lunghezza d'onda su cui è sintonizzata l'antenna (tenendo conto del fattore di accorciamento). La distanza D per la gamma MV viene scelta 50...80, e per la gamma UHF - 20...30 mm.
Un’altra semplice antenna è il “vibratore a semionda Pistolors” [1, 2], mostrato in Fig. 3, ha un'impedenza di ingresso alla frequenza di risonanza di 295 Ohm. Proprio come un vibratore diviso, l'antenna è costituita da tubi, aste o strisce. Il raggio di curvatura non ha importanza; le pieghe possono essere eseguite ad angolo retto. Il vantaggio principale del vibratore Pistolkors rispetto a quello split è che nel punto di simmetria ha potenziale zero, e a questo punto può essere fissato all'albero senza isolatori. Anche il vibratore è posto orizzontalmente su un piano perpendicolare alla direzione di ricezione.
L'antenna ha una larghezza di banda più ampia rispetto a un vibratore diviso e ha una migliore immunità al rumore. Le dimensioni l, L, d si scelgono come per un vibratore sdoppiato. Tuttavia, quando si calcola il coefficiente di accorciamento del vibratore Pistolkors, invece del diametro dei tubi, si assume un valore pari alla doppia radice quadrata del prodotto del diametro del tubo de la dimensione S del vibratore. Quest'ultima è pari a 80...100 per MV e 40...50 mm per UHF. Per collegare l'antenna all'alimentatore utilizzare quella mostrata in Fig. 4 Dispositivo di adattamento “U-gomito”, costituito da uno spezzone di cavo coassiale con impedenza caratteristica di 75 Ohm. La lunghezza lш è pari alla metà della lunghezza d'onda alla quale opera l'antenna, divisa per il fattore di accorciamento di un cavo in polietilene (1,52). Il dispositivo è collegato al vibratore nei punti A e B.
È possibile ridurre l'influenza del segnale riflesso e aumentare leggermente il guadagno delle antenne più semplici rendendole più complesse, ad esempio posizionando un riflettore dietro il vibratore attivo (in direzione del centro televisivo) come mostrato in Fig. 5 per l'antenna “canale d'onda”, di cui si parlerà di seguito. La lunghezza degli elementi riflettenti deve essere maggiore della lunghezza del vibratore l del 5...15% e la distanza dal vibratore al riflettore deve essere scelta entro 0,15...0,2 della lunghezza d'onda operativa.
Antenne ad anello [1], mostrate in Fig. 6 e 7, hanno buoni parametri con una relativa semplicità del dispositivo. La loro impedenza di ingresso alla frequenza di risonanza è di 73 Ohm, il guadagno è di 3,5 dB. Sono posizionati allo stesso modo del vibratore Pistolkors per ottenere il massimo livello di segnale.
Per un'antenna a zigzag incompleta (Fig. 6), la distanza a viene scelta pari a un quarto della lunghezza d'onda operativa. In un'antenna ad anello (Fig. 7), la circonferenza l è uguale alla lunghezza d'onda alla quale opera. Per entrambe le antenne la distanza L è 10...15 per HF e 7 mm per UHF. Le antenne a loop sono collegate all'alimentatore tramite un "loop cortocircuitato a quarto d'onda" (vedere Fig. 2). Se un forte segnale riflesso interferisce con la ricezione sul lato opposto alla direzione del centro televisivo, la sua influenza può essere notevolmente ridotta posizionando uno schermo riflettente dietro l'antenna come mostrato in Fig. 8. Allo stesso tempo anche il guadagno dell'antenna aumenta di circa 3 dB.
Strutturalmente, lo schermo è costituito dagli stessi elementi del tessuto dell'antenna stessa, ma è consentito anche l'uso di conduttori più sottili. La larghezza ae l'altezza b dello schermo sono maggiori del 5...10% rispetto alle corrispondenti dimensioni complessive dell'antenna. La distanza D tra gli elementi dello schermo non è superiore a 0,1 lunghezza d'onda operativa e C tra il foglio dell'antenna e lo schermo è compresa tra 0,21 e 0,27 lunghezze d'onda. Gli elementi dello schermo sono fissati all'albero solo al centro. L'antenna a zigzag completa mostrata in Fig. 9 non è difficile da produrre [1]. È composto da due incompleti (vedi Fig. 6). È costituito da tubi, bacchette, piattine o due o tre fili di rame di spessore 2...3 mm, disponendoli paralleli ad una distanza di 5...10 per UHF e 20...50 mm per MT. L'impedenza di ingresso dell'antenna alla frequenza di risonanza è 73 Ohm. Guadagno - 6 dB.
L'antenna viene collegata al cavo di discesa senza dispositivi di adattamento direttamente nei punti A e B. L'alimentatore viene posato lungo un lato dell'antenna. Se è necessario aumentare il guadagno e ridurre l'influenza dei segnali riflessi, installare uno schermo riflettente come per le antenne a telaio. L'aumento del guadagno di un'antenna a zigzag si ottiene utilizzando sistemi multielemento, antenne con elementi a bordo aperto e angolo maggiore di 90° [3]. L'antenna “tripla quadrata” [4] ha un design sofisticato ed è un ibrido tra un'antenna a telaio e un “canale d'onda”. È mostrato in Fig. 10. L'impedenza di ingresso è di 70 Ohm, il guadagno è di 8 dB. L'antenna è composta da tre elementi quadrati: un riflettore (P), un vibratore attivo (B) e un direttore (D). Gli elementi sono costituiti da aste, fili, tubi o strisce con una dimensione trasversale di almeno 3 mm per UHF e 10 mm per MV. I lati dei quadrati P, B e D sono pari rispettivamente a 0,32, 0,25, 0,22 lunghezze d'onda operative. La distanza a tra il riflettore e il vibratore è 0,16, e tra il vibratore e il direttore b è 0,11 lunghezza d'onda operativa.
Quando si realizza un'antenna, i piani dei quadrati devono essere paralleli e i loro centri devono trovarsi sullo stesso asse. È possibile aumentare la rigidità dell'antenna installando, oltre alla traversa metallica superiore, dei distanziatori dielettrici tra i quadrati. La distanza L per MV è 40 e per UHF - 15 mm. L'antenna è collegata all'alimentatore tramite un dispositivo di adattamento “loop cortocircuitato a quarto d'onda” (vedi Fig. 2). Risultati peggiori quando si semplifica l'antenna possono essere ottenuti abbandonando il direttore (doppia antenna quadrata), ma allo stesso tempo cambiando il lato del riflettore P e la distanza a rispettivamente a 0,31 e 0,18 lunghezze d'onda. L'impedenza di ingresso di un'antenna di questo tipo è di circa 100 Ohm e il guadagno è 3...4 dB peggiore di quello di un “triplo quadrato”. Disegni a banda stretta ancora più complessi includono l'antenna "canale d'onda Spindler" [5], mostrata in Fig. 5. La sua impedenza di ingresso alla frequenza di risonanza è 280 Ohm. Il guadagno dipende dal numero di elementi (vedi tabella).
Tale antenna multielemento, oltre al vibratore attivo, che di solito è realizzato sotto forma di vibratore Pistolkors, è costituita da diversi vibratori-direttori passivi, di lunghezza decrescente, posizionati davanti al vibratore attivo (nella direzione di il centro televisivo) e uno schermo riflettente posto dietro, nella direzione opposta al centro televisivo Funziona secondo il principio dell'onda viaggiante ed è considerata l'antenna a banda stretta più efficiente. Tuttavia, è difficile da calcolare e richiede precisione nella produzione. Lo scopo dei direttori è quello di rafforzare il segnale utile proveniente dalla direzione principale, mentre il riflettore è quello di indebolire i segnali riflessi e altri segnali interferenti. Strutturalmente gli elementi dell'antenna sono montati su una traversa metallica o dielettrica dotata della necessaria resistenza meccanica. Quando si utilizza una traversa metallica, la lunghezza degli elementi viene aumentata della metà della dimensione trasversale della traversa. Per calcolare le dimensioni dell'antenna vengono utilizzate formule complesse o programmi per computer già pronti. Uno di questi programmi è stato sviluppato dall'autore e si trova sul sito web della rivista Radio. Quando si costruisce un'antenna, è necessario prestare particolare attenzione al mantenimento delle dimensioni esatte degli elementi, delle distanze tra loro e della simmetria dell'antenna. Il cavo di riduzione è collegato tramite un dispositivo di adattamento a “gomito a U” (vedi Fig. 4) ai punti A e B del vibratore Pistolkors. Le antenne a banda larga sono progettate per ricevere segnali televisivi che differiscono in modo significativo in frequenza. Funzionano bene senza risintonizzazione, a volte coprendo completamente le gamme MV o UHF e anche tutti i canali televisivi MV e UHF. Le più semplici di queste antenne a banda larga includono antenne a ragno e antenne a zigzag. Il design dell'antenna sottilissima è mostrato in Fig. 11. Un'antenna simile è descritta in [2]. Il suo guadagno è di 1,5 dB, l'impedenza di ingresso è di 73 Ohm. Questa antenna ha un'ampia gamma di frequenze operative. Tuttavia, a causa del suo basso guadagno, il suo utilizzo è limitato alla gamma MV. L'antenna è orientata come qualsiasi antenna semplice.
Gli elementi dell'antenna sono realizzati in filo di rame o barra di ottone con uno spessore di almeno 3 mm. Alle giunzioni dei fili è garantito un contatto elettrico affidabile. Le dimensioni dell'antenna sono scelte per la gamma di frequenza più bassa, come per un vibratore diviso a semionda. L'angolo di apertura a può essere scelto tra 90 e 120°. L'antenna non richiede l'uso di dispositivi di adattamento: l'alimentatore è collegato direttamente ai punti A e B. Un'antenna a zigzag risulta essere di piccole dimensioni se utilizzata in UHF. Tuttavia, come hanno dimostrato gli studi descritti in [6], è possibile espandere la sua banda di frequenza operativa a una regione di frequenza inferiore se nella progettazione vengono utilizzati elementi aggiuntivi mostrati in Fig. 9. XNUMX con linea tratteggiata. In questo caso, l'antenna a zigzag a banda larga è progettata per la frequenza più alta del segnale ricevuto. Molto spesso (specialmente nelle aree lontane dalle stazioni trasmittenti), il guadagno di un'antenna non è sufficiente per una ricezione affidabile. In questo caso vengono utilizzati amplificatori di antenna o schiere di antenne [4]. Inoltre, l'uso di quest'ultimo è preferibile, poiché qualsiasi amplificatore introduce ulteriore rumore e distorsione nel segnale utile e richiede un'attenta messa a punto con apparecchiature di misurazione piuttosto complesse. L'array a due piani più semplice è costituito da due antenne dello stesso tipo, i cui elementi attivi si trovano sullo stesso piano verticale. Le antenne devono essere distanziate tra loro (solitamente verticalmente) ad una distanza H pari alla lunghezza d'onda operativa. Il guadagno di un tale array è di circa 3 dB superiore a quello di una singola antenna. Risultati migliori possono essere ottenuti utilizzando un array di quattro antenne, chiamato doppia fila a due piani, come mostrato in Fig. 12. In questo caso il guadagno aumenta a 6 dB rispetto ad una singola antenna. Anche la distanza H viene scelta uguale alla lunghezza d'onda operativa. Spesso un array è costituito da antenne “a canale d'onda”, meno spesso vengono utilizzate antenne a telaio.
Per sommare i segnali delle singole antenne a schiera, i cavi da esse vengono collegati tramite sistemi di adattamento costituiti da tratti di cavo coassiale con diverse impedenze caratteristiche con una lunghezza T pari alla metà della lunghezza d'onda operativa (tenendo conto del fattore di accorciamento). Una schiera di due antenne è collegata al cavo di discesa tramite un tratto di cavo con impedenza caratteristica di 50 Ohm, come mostrato in Fig. 13.
Se si utilizza un cavo con impedenza caratteristica di 75 Ohm, collegare le due antenne secondo la Fig. 14.
Nel caso di un array di quattro antenne il collegamento avviene tramite il cavo RK-75 secondo la Fig. 15.
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Autore: V.Portunov, Bryansk
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Commenti sull'articolo: giuria Ottimo articolo per principianti. Viktor Ottimo articolo breve e chiaro tecnicamente competente.
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