Antenne UHF attive a zigzag. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Per ricevere i segnali televisivi nella gamma UHF, soprattutto in condizioni sfavorevoli, è necessario utilizzare buone antenne con amplificatori d'antenna, cioè antenne attive. L'autore dell'articolo pubblicato parla dell'esperienza di costruzione di tali antenne.

Nella gamma UHF, l'uso di efficienti sistemi di alimentazione d'antenna (AFS) per ricevere segnali in condizioni difficili non ha perso la sua rilevanza. La lunghezza λ relativamente breve di queste onde consente di creare antenne altamente efficienti con dimensioni relativamente piccole.

Dopo lunghi esperimenti con diverse antenne, è stata presa come base la nota antenna a zigzag [1], mostrata nella figura 1. 180. Strutturalmente, nella sua forma classica, il foglio dell'antenna è costituito da due parti identiche a forma di diamante, ruotate di 2° l'una rispetto all'altra. Pertanto, tale antenna è simmetrica. Questa caratteristica consente l'uso di amplificatori d'antenna (AU) con ingresso simmetrico e guadagno elevato, ad esempio amplificatori a piastre (PAA) SWA, ecc. [3, XNUMX].

Il guadagno di un'antenna a zigzag dipende dal rapporto l/λ e la sua impedenza di ingresso dipende dai rapporti l/d e l/λ. Il guadagno massimo si ottiene ad una lunghezza l = 0,375λ, ma dipende fortemente dal diametro del filo.

Con l = 0,25λ il guadagno è ovviamente inferiore, ma diminuisce anche la dipendenza dal diametro del filo.

Quando l'angolo α cambia, le dimensioni del nastro cambiano. Quindi, se α = 90°, allora SH = 2√2l = 2,83 l; SE = l√2= 1,41l, e se α = 120°, allora SH = 2l; SE = 1,73 l. Questo deve essere preso in considerazione quando si creano API complesse (ne parleremo più avanti). Le dimensioni principali del tessuto dell'antenna, ad esempio, per il canale 29, sono riassunte nella tabella. 1. Occorre inoltre tenere presente che al diminuire del diametro del filo e all'aumentare del perimetro del tessuto, il guadagno aumenta. Inoltre, quando si sceglie un filo più sottile, la deriva dell'antenna si riduce.

Diversi modelli di antenne hanno impedenze di ingresso diverse (Tabella 1). Di conseguenza, sono necessari metodi diversi per abbinare l'ingresso simmetrico della tela con l'ingresso simmetrico dell'AU, che ha un'impedenza di ingresso di 300 Ohm. Sono mostrati in Fig. 2 [4].

Con un'impedenza di ingresso della rete di 300 Ohm l'AU può ovviamente essere collegata direttamente ai punti a - a. Tuttavia, per aumentare il guadagno e l'azione direzionale dell'antenna, la tela viene solitamente utilizzata insieme ad un riflettore (di cui parleremo più avanti). Pertanto è meglio installare l'AC dietro il riflettore, collegandolo al telo con una linea simmetrica con impedenza caratteristica di 300 Ohm, come mostrato in Fig. 2,a - per una linea aerea, in Fig. 2,6 - per cavo CATV o in Fig. 2,v - per cavo RK-150. In quest'ultimo caso le trecce di due tratti di cavo vengono saldate tra loro alle estremità.

In tutti i casi, è necessario tenere conto del coefficiente di accorciamento della linea K. Per una linea aerea composta da fili (Fig. 2, a) - K = 0,975, per CATV (Fig. 2,6) - K = 0,8, per cavo RK-150 (Fig. 2,c) - K = 0,75...0,86 a seconda del tipo di cavo.

È più conveniente (secondo l'autore) utilizzare un blade con un'impedenza di ingresso di 75 Ohm. In questo caso, per l'adattamento, è possibile utilizzare un trasformatore di adattamento a quarto d'onda da una linea con un'impedenza caratteristica di 150 Ohm, come mostrato in Fig. 2, G. È formato da due tratti di cavo RK-75 con una lunghezza di 0,25λKn, dove n è un numero dispari. Il coefficiente K è 0,65789 per un cavo con isolamento in polietilene. Le dimensioni del trasformatore sono date in base alle trecce saldate alle estremità.

La formula per il calcolo del trasformatore è nota:

Ztr = √Zin Zout,

così si scopre

Ztr = √75 · 300 = 150 Ohm.

Il ciclo di abbinamento aperto mostrato in Fig. 2, d e un trasformatore a quarto d'onda (Fig. 2, f) consentono di abbinare l'amplificatore e l'antenna con un'impedenza di ingresso inferiore a 300 Ohm. Per realizzare un cavo, utilizzare i grafici in [4]. I coefficienti approssimativi per il calcolo del circuito e i parametri del trasformatore a quarto d'onda sono indicati nella tabella. 2. Il requisito principale per il circuito è Zl = Zsh = 300 Ohm. Le dimensioni del cavo e della linea di collegamento dipendono dal rapporto A = B + C.

Nella fig. La Figura 2d mostra un metodo per collegare una lama con Rin = 100 Ohm a una CA con Rin = 300 Ohm, con B = 0,13λK e C = 0,09λK. Per il collegamento utilizzare un cavo CATV simmetrico (SLX-300) o una linea aerea con un'impedenza caratteristica di 300 Ohm. Per il secondo caso il rapporto (D/d) = 6,11. Utilizzando un filo di diametro 3,569 mm la distanza tra gli assi dei fili è D = 21,8 mm. Per mantenere una distanza fissa tra i fili, lungo la linea vengono posizionati diversi distanziatori trasversali realizzati con materiali isolanti di alta qualità che non si deteriorano se esposti all'ambiente (fluoroplastica, polietilene, vetro organico). Va tenuto presente che spostando il cavo nei punti b - c e quindi modificando la dimensione C, è possibile ottenere un'immagine più chiara sullo schermo televisivo.

Un trasformatore a quarto d'onda può essere realizzato con tubi di diametro superiore a 10 mm, come in Fig. 2, e. Con un diametro inferiore, lo spazio tra i tubi sarà molto piccolo, il che complicherà la produzione del trasformatore.

Diamo un esempio di calcolo del canvas per il canale 29. Con Fiz = 535,25 MHz troviamo λiz = 300/Fiz = 000 mm. Se Rin = 560,48 Ohm e α = 75°, la dimensione laterale della parte romboidale (vedi Tabella 90) è pari a l = 1λ = 0,29 mm, α (l/d) = 162,5...32. Pertanto, il diametro del filo del nastro è 75...2,1 mm. È possibile utilizzare strisce di larghezza 5,1d, ovvero 2...4,2 mm, in rame o duralluminio.

Si noti che in tutte le figure successive le dimensioni sono fornite per il 29° canale. La conversione ad altri canali non è difficile: conoscendo il rapporto tra la frequenza del 29° canale e la frequenza del canale da determinare, le dimensioni conosciute vengono moltiplicate per questo rapporto.

Naturalmente il tessuto dell'antenna, oltre alle parti a forma di diamante, può avere altre forme, ad esempio un anello a zigzag con settori metallici pieni, come mostrato in Fig. 3.

A seconda dell'angolo β, la lama ha una resistenza di ingresso diversa. Ad esempio, a β = 90° equivale a Rin = 100 Ohm, e a β = 140° - Rin = 75 Ohm. Ciò determina anche diversi modi di abbinare la tela con l'AU. Pertanto, la pala a β = 90° è a banda più larga ed è coerente con il treno secondo la Fig. 2, d. A β = 140°, l'antenna sarà a banda più stretta a causa della necessità di utilizzare un trasformatore di adattamento a quarto d'onda secondo la Fig. 2, g.

Per realizzare un foglio del genere vengono utilizzate piastre di ottone di 0,3 mm di spessore. Per ridurre lo spostamento d'aria della tela, in ciascun settore vengono praticati 15-20 fori del diametro di 5 mm con una distribuzione uniforme sull'area.

Dimensioni del cavo per il coordinamento secondo Fig. 2, d sono i seguenti: B = 60 mm, C = 40 mm, le sezioni in - c del cavo CATV possono essere lunghe 224n mm, dove n = 1,2,3.... Trasformatore a quarto d'onda della RK- 75 quando coordinato secondo la Fig. . 2, g può avere una lunghezza di 92,18 n mm, dove n = 1,3,5,7....

Secondo la tabella 1, puoi scegliere qualsiasi tela tra le 25 offerte in base alla disponibilità dei materiali o ad altre caratteristiche.

Lo schema direzionale del foglio dell'antenna (senza riflettore) è una figura di otto a due lobi, quindi l'uso di un riflettore in tutti i casi è consigliabile ed efficace, poiché migliora le proprietà direzionali e aumenta il guadagno dell'antenna di circa 3 dB con un design del riflettore simile al foglio. Tuttavia, un modo più efficace per aumentare il guadagno dell'antenna di circa 7 dB è installare un sistema di riflettori o una griglia a maglia fine. La griglia/rete deve essere saldata e avere un rivestimento anticorrosione. Le dimensioni della griglia/maglia devono essere maggiori del 5...10% rispetto alle dimensioni verticale (Sн) e orizzontale (SE) della rete.

La griglia/rete è posta ad una distanza h=100...50 mm dietro il nastro, a seconda del canale ricevuto (21-69). Il valore di h influenza l'impedenza di ingresso del web e può servire come ulteriore modo per migliorare l'adattamento dell'intero APS. Modificando h quando si posiziona la griglia sulle aste filettate, otteniamo un'immagine più chiara con la minima quantità di rumore ("neve") sullo schermo televisivo.

L'uso di una serie/rete di riflettori modifica il diagramma di radiazione dell'antenna, trasformandola in uno stretto lobo singolo. Di conseguenza, la ricezione dal riflettore viene notevolmente indebolita, il che aumenta l'immunità ai disturbi dell'APS.

Un aumento ancora maggiore dell'azione direzionale e del guadagno dell'antenna può essere ottenuto utilizzando la connessione in fase di due o più lame - array in fase. Ciò consente di ricevere trasmissioni su lunghe distanze e in condizioni difficili. Tali antenne sono diverse tele collegate in parallelo, distanziate orizzontalmente e/o verticalmente sullo stesso piano.

Ad esempio nella Fig. La Figura 4 mostra il collegamento in fase di due pannelli con impedenza di ingresso di 150 Ohm, distanziati verticalmente. La tela mostrata in figura può essere considerata una modifica di un'antenna ad anello a zigzag con un angolo β = 0 o un tipo di antenna ad anello. L'antenna funziona bene nella gamma UHF con un diametro del filo di soli 1,5 mm.

I metodi per abbinare tale antenna all'AU possono essere diversi. Quindi, nella Fig. La Figura 4 mostra un'opzione per collegare due pannelli posti ad una distanza ottimale di 0,7λ verticalmente, con una linea elettrica collegata al pannello inferiore (pavimento). Per la comunicazione tra i piani viene utilizzata una linea bifilare di lunghezza λK. La linea è formata da due tratti di cavo RK-75 (K=0,65789). È simmetrico e ha un'impedenza caratteristica di 150 Ohm, che garantisce un buon abbinamento con la tela.

Come risultato di una tale connessione parallela di due tele identiche, la resistenza di ingresso dell'intero APS nei punti a - a1 è pari a 75 Ohm. Il coordinamento con l'AU viene effettuato utilizzando un trasformatore di adattamento a quarto d'onda secondo la Fig. 2, g. formato da due tratti di cavo RK-75.

Tuttavia, un'altra opzione è più preferibile (secondo l'autore): l'alimentazione centrale. Ha una larghezza di banda più ampia. Inoltre, le tele possono essere distanziate sia verticalmente che orizzontalmente di (0,7...0,75)X tra i loro centri.

Per combinare le tele con l'alimentazione centrale, due linee simmetriche collegate in serie sono collegate tra loro secondo la Fig. 2, 0.5ХК di lunghezza (184,4 mm lungo le trecce saldate alle estremità), ma formato da sezioni di cavo RK-75. In questo caso, nei punti centrali in-in, l'impedenza di ingresso dell'antenna è di 75 Ohm. Ad essi è collegato lo stesso trasformatore di adattamento a quarto d'onda come in Fig. 4.

Le tele mostrate in Fig. vengono utilizzate allo stesso modo. 1 con angolo α = 120°. Se tali tele vengono utilizzate con un angolo α = 90° allora è meglio distanziarle orizzontalmente.

Collegamento in fase di tre pannelli identici secondo la Fig. 1 con alimentazione centrale è mostrato in Fig. 5. La griglia è dotata di una griglia riflettente. La resistenza di ingresso di ciascuna lama è di circa 100 Ohm e dipende leggermente dal diametro del filo. Per il test sono stati utilizzati fili con un diametro di 1,2 [(l/d) = 117] e 2,76 [(l/d) = 51] mm. Le dimensioni delle linee di collegamento λK rimarranno le stesse se si utilizzano altri tessuti con Rin = 100 Ohm (secondo Fig. 1 a α = 120° oppure secondo Fig. 3 a β = 90°).

(clicca per ingrandire)

Le tele sono collegate tra loro in parallelo da linee simmetriche con impedenza caratteristica di 100 Ohm, formate da tratti di cavo RK-50 di lunghezza (lungo le trecce saldate) pari a λK (questa condizione è obbligatoria!). Nei punti c - c, l'impedenza di ingresso totale dell'antenna è 33,3 Ohm. Il coordinamento con la corrente alternata è assicurato da un trasformatore a quarto d'onda costituito da tratti di cavo RK-50 (secondo Fig. 2d) con una lunghezza di 277 mm.

Tutte le tele sono fissate su una striscia di vetro organico spessa 5 mm. La striscia è fissata al riflettore e al palo con quattro aste filettate nei punti 0. La griglia del riflettore (celle con dimensioni 18x18 mm) viene rimossa dal foglio dell'antenna ad una distanza h = 105 mm, variabile di ±15 mm.

Come accennato in precedenza, l'AU è installata dietro il riflettore sull'albero e collegata al telo nei punti c - c. L'alimentatore (PSU) dell'AC è posizionato accanto al televisore o sulla sua parete posteriore come mostrato in Fig. 6.

Una tensione costante di 12 V dall'alimentatore viene fornita tramite il cavo di riduzione RK-75 attraverso un dispositivo di isolamento (RU), collegato secondo la Fig. 7. Il quadro è costituito dall'induttore L1 e dal condensatore C2.

In genere, gli IPA di tipo SWA, GPS, ecc. sono alimentati da alimentatori a bassa potenza, che hanno progetti di circuiti diversi, ma molto spesso non sono protetti dai cortocircuiti nel carico. E tale protezione è necessaria. Inoltre, se i segnali televisivi vengono ricevuti da direzioni diverse, ad esempio su due antenne, il passaggio dei cavi dalle antenne all'ingresso TV introduce una serie di inconvenienti e i connettori si consumano rapidamente. Pertanto è opportuno prevedere la loro commutazione automatica.

Per eliminare queste carenze sono stati sviluppati vari alimentatori. Uno schema schematico di una delle opzioni di alimentazione che utilizza un relè per la commutazione automatica delle antenne è mostrato in Fig. 8. La ricezione di forti segnali UHF è assicurata dall'antenna A1 senza CA, collegata alla presa XW2, e l'alimentazione in questo caso è disattivata. Per ricevere segnali deboli, l'antenna A2 (XW3) è collegata alla rete CA, cosa che avviene quando l'alimentazione è accesa.

(clicca per ingrandire)

L'alimentatore si accende quando si preme il pulsante SB1. In questo caso il relè K1 viene attivato ed i suoi contatti K1.1 bloccano il pulsante SB1 mantenendo inserita l'alimentazione. I contatti K1.2 scollegano l'antenna A1 e collegano l'antenna A2 al televisore. La tensione raddrizzata, indicata dal LED HL2, passa dall'uscita dell'alimentatore all'AC.

In caso di cortocircuito nella CA o nell'alimentatore, la tensione all'uscita dell'alimentatore e la corrente attraverso l'avvolgimento del relè K1 diminuiranno. Il relè rilascerà i contatti K1.1, che spegneranno l'alimentazione. Il LED HL2 e la lampada HL1 si spegneranno.

Il resistore R1 è selezionato in modo tale che, con una tensione stabilizzata di 12 V, garantisca il chiaro funzionamento del relè con una corrente minima attraverso il suo avvolgimento. Il relè può essere qualsiasi, ad esempio RES47 (passaporto RF 4.500.409). La lampada HL1 (6,3 V x 0,28 A) indica che l'alimentazione è accesa tramite la rete e allo stesso tempo funge da fusibile nel circuito primario del trasformatore T1. Trasformatore - qualsiasi con tensione sull'avvolgimento II - 9...11 V. Induttanza L1 - anche qualsiasi, ad esempio DM-0,6. Il microcircuito KR142EN8B fornisce una corrente massima di 1,5 A e dispone di protezione da sovracorrente. Tuttavia, l'alimentatore non consuma più di 0,1 A, quindi è possibile utilizzare un microcircuito meno potente, ad esempio 78L12.

Per ricevere segnali nella gamma UHF, nel giornale vengono prese in considerazione diverse AU, ad esempio [5]. Tutti hanno un'impedenza di ingresso di 75 ohm. Possono essere utilizzati anche con le antenne descritte con ingresso bilanciato. Per fare ciò, è necessario utilizzare un noto balun di adattamento (BDU) su un anello di ferrite, collegato secondo lo schema di Fig. 9a. Ma è possibile installare la SSU sotto forma di U-loop secondo la Fig. 9, b. Il cavo che va all'AC dovrebbe essere corto e preferibilmente lungo 0.5λK.

Quando si sceglie un luogo per l'installazione dell'antenna, è necessario ricordare che ogni metro in più di cavo di riduzione indebolirà il segnale nella gamma UHF di 0,16...0,4 dB. Più sottile è il cavo, maggiore è la perdita. Durante l'installazione finale dell'AFS, è consigliabile installare un nuovo cavo, poiché alla fine della sua durata (definita in 12 anni), il coefficiente di attenuazione aumenta del 30...60%. È preferibile scegliere un cavo con una frequenza più elevata, con un diametro maggiore del conduttore centrale. È inoltre necessario garantire un'impermeabilizzazione affidabile nelle aree di saldatura.

Letteratura

1. Antenna Kharchenko K. Zigzag. - Radio, 1961, n. 3; 1999, n.8.
2. Pakhomov A. Amplificatori d'antenna SWA. - Radio, 1999, n. 1, pag. 10-12.
3. Pakhomov A. Nuovi amplificatori per antenne. - Radio, 2000, n. 7.
4. Rothammvl K. Antenne. - M.: Energia, 1969.
5. Nechaev I. Amplificatore di antenna UHF su un microcircuito. - Radio, 1999, n. 4, pag. otto.

Autore: Yu.Filichev, Vilnius, Lituania

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