Типы телевизионных приёмных антенн

Содержание статьи

Разрезной вибратор (диполь).
Петлевой вибратор - одноканальная антенна.
Антенны типа "волновой канал".
Логопериодические антенны.
Рамочные антенны.
Синфазные антенные решётки.
"Польские" антенны.
"Антенны бегущей волны.

Разрезной вибратор- диполь

Диполи бывают: волновые, полуволновые, четвертьволновые.
Волновые имеют длину вибраторов, равную длине волны принимаемого сигнала, полуволновые - половине, четвертьволновые - четверти. Волновое сопротивление диполя составляет 300 Ом, поэтому для согласования с телевизионным кабелем и телевизором в любительских условиях используется согласующая полуволновая петля, изготовленная из отрезка телевизионного кабеля. Кабель снижения (для всех телеантенн) должен иметь волновое сопротивление 75 Ом. Диполь является аналогом комнатной антенны, прилагающейся к телевизорам.
Общеизвестные антенны: Локус, Дельта и им подобные, в метровом диапазоне являются разрезным диполем, который согласуется с кабелем с помощью специального трансформатора.
Свойства антенны - широкополосная. Коэффициент усиления - 1 дБ. Диаграмма направленности имеет одинаковые по размерам передние и задние лепестки, поэтому она с равным успехом "ловит" радиоволны в рабочей полосе со всех направлений, полезный сигнал и помехи. Наклон вибраторов незначительно сказывается на коэффициенте усиления и диаграмме направленности антенны.

Комбинированная антенна: метровая - разрезной диполь, дециметровая - логопериодическая

Петлевой вибратор - одноканальная антенна

Коэффициент усиления - 1 дБ. Диаграмма направленности с одинаковыми передним и задним лепестками. Используется в качестве эталонной антенны.

Антенны типа "волновой канал"

Петлевой вибратор индивидуально не используется и является активной частью для антенн типа "волновой канал". Антенна "волновой канал" представляет собой набор из активного элемента - вибратора (как правило, петлевой вибратор) и пассивных - рефлектора и нескольких директоров, установленных на одной общей стреле. Пассивные вибраторы, расположенные перед активным вибратором (по направлению на телецентр), называют директорами. Вибраторы, расположенные за активным вибратором, называют рефлекторами. Рефлектор служит для ослабления приема сигналов с тыла антенны, что улучшают помехозащищенность эфирной антенны. При увеличении числа директоров сужается ширина диаграммы антенны и увеличивается её коэффициент усиления. Для длинных (более 15 элементов) антенн можно считать, что усиление увеличивается примерно на 2.2 dB на каждое удвоение длины антенны. Следует отметить одну неприятность, связанную с использованием многоэлементных антенн типа "волновой канал": при добавлении к петлевому вибратору пассивных элементов входное сопротивление антенны уменьшается. Для потребителей это не имеет никакого значения, так как все антенны снабжены согласующим трансформатором. Равномерность частотной характеристики антенны сильно зависит от качества её согласования с кабелем и телевизором, при незначительном рассогласовании неравномерность увеличивается и отдельные телевизионные каналы будут "ловиться" с ослаблением. В некоторых случаях лучший результат даёт логопериодическая антенна, которая обладает меньшим коэффициентом усиления (при равном числе элементов), но более равномерной АЧХ.

Антенны типа "волновой канал"
Двухэлементные антенны	Трёхэлементные антенны	Пятиэлементные антенны
применяются редко, так как их характеристики не намного лучше характеристик одиночного вибратора.	Коэффициент усиления - 5,1-5,6 дБ. Передний лепесток диаграммы направленности больше заднего, угол раствора - 70 градусов.	Коэффициент усиления - 8,6-8,9 дБ. Передний лепесток диаграммы направленности больше заднего, угол раствора - 50 градусов.
Семиэлементные антенны типа	Одиннадцатиэлементные антенны	Шестнадцатиэлементные антенны
Коэффициент усиления - приблизительно 10 дБ. Передний лепесток диаграммы направленности больше заднего.	Коэффициент усиления - приблизительно 12 дБ. Передний лепесток диаграммы направленности больше заднего.	Коэффициент усиления - приблизительно 13,5 дБ. Передний лепесток диаграммы направленности больше заднего

Антенна Lumax "Волновой канал", 6-12 телеканал

Антенны типа "Волновой канал" получили широкое распространение в различных профессиональных устройствах радиосвязи и радиолокации. Большинство телевизионных коллективных и индивидуальных антенн промышленного изготовления также являются антеннами типа "Волновой канал". Это связано с тем, что такие антенны достаточно компактны и обеспечивают получение большого коэффициента усиления при сравнительно небольших габаритах.

Геометрия антенн Яги-Уда ("Волновой канал")

Базовая геометрия антенны Yagi-Uda показана на схеме ниже. Антенна имеет только один активный (управляемый) элемент, обычно полуволновой диполь или свернутый диполь. Это означает, что только этот элемент (W) конструкции возбуждается (подается / приводится в действие по питающей линии от генератора). Остальные компоненты являются вспомогательными элементами (пассивными излучателями) и помогают передавать энергию в определенном направлении. Диполь почти всегда является вторым элементом с конца (левая сторона на диаграмме), длина которого позволяет сделать его резонансным на центральной частоте (при наличии пассивных элементов оптимальная длина диполя составляет где-то между 0,45-0,48 длины волны).

Геометрия антенн Яги-Уда

Элементом за диполем является отражатель (R). Этот элемент немного длиннее активного элемента. Как правило, нет необходимости добавлять дополнительные отражатели, поскольку они лишь незначительно улучшат характеристики. Отражатель играет важную роль в определении соотношения передней и задней частей антенны. Таким образом, его наличие снижает относительный уровень излучения заднего лепестка диаграммы направленности антенны и, следовательно, уменьшает количество мощности, излучаемой в направлении, противоположном рабочему, увеличивая коэффициент усиления антенны. Увеличенная длина отражателя по отношению к активному элементу обеспечивает два преимущества. Во-первых, более длинный элемент более эффективно отражает волну, что увеличивает коэффициент усиления антенны. Во-вторых, если отражатель длиннее резонирующего диполя, его полное сопротивление имеет индуктивный характер (фаза напряжения вдоль отражателя опережает ток). В случае директоров (D1, D2, ... - дополнительные компоненты, расположенные справа от диполя W), которые короче диполя, полное сопротивление является емкостным (ток превышает напряжение). Такое распределение импеданса элементов приводит к сдвигу фазы вдоль оси антенны, что приводит к тому, что антенна излучает в осевом направлении.
Как правило, количество директоров колеблется от 1 до 20, в зависимости от требуемого усиления и допустимого размера антенны. Расстояния между регуляторами обычно постоянны, а длины регуляторов уменьшаются с увеличением расстояния от диполя для требуемого распределения импеданса, описанного выше.
Наиболее популярным активным элементом антенн Yagi-Uda является сложенный диполь. Контур сложенного диполя (внизу) представляет собой прямоугольник, у которого одна из сторон намного короче другой (d << L).

Эскиз свернутого диполя

Свернутый диполь можно представить как две параллельные короткозамкнутые линии передачи длиной L / 2 (разделенные в средней точке линией питания). Таким образом, импеданс свернутого диполя зависит от импеданса линий передачи. Кроме того, поскольку токи усиливают друг друга, а не гасят (как в полуволновом диполе), входное сопротивление также зависит от полного сопротивления линии передачи длиной L.

Логопериодические антенны

Логопериодические антенны - широкополосные антенны, обеспечивающие приём телеканалов в широком диапазоне частот: метровых и дециметровых волн. Рабочая полоса частот логопериодической антенны на низких частотах ограничена размерами наибольшего и наименьшего вибраторов антенны. В рабочем диапазоне обеспечивается хорошее согласование антенны с фидером, а коэффициент усиления практически остается постоянным. Логопериодическая антенна с числом вибраторов, равным 10-11, эквивалентна по коэффициенту усиления трёх - четырёхэлементной антенне типа "Волновой канал". В то же время логопериодическая антенна работает в значительно более широкой полосе частот, чем антенна типа "Волновой канал", что позволяет на одну антенну принимать телеканалы метровых и дециметровых волн.
Подключение фидера к ЛПА производится без специального симметрирующего и согласующего устройства. Кабель с волновым сопротивлением 75 Ом вводится внутрь нижней трубы с конца и выходит у конца, который направлен на телецентр, здесь оплетка кабеля соединяется с концом нижней трубы, а центральная жила - с концом верхней трубы.
Принцип работы: в зависимости от длины волны принимаемого сигнала в структуре антенны возбуждаются несколько вибраторов, размеры которых наиболее близки к половине длины волны сигнала, что по принципу действия напоминает несколько антенн "Волновой канал", соединенных вместе, каждая из которых содержит вибратор, рефлектор и директор. На данной длине волны сигнала возбуждается только одна тройка вибраторов, а остальные настолько расстроены, что не оказывают влияния на работу антенны. Это приводит к тому, что коэффициент усиления ЛПА оказывается меньше, чем коэффициент усиления антенны "Волновой канал" с таким же числом элементов, но зато полоса пропускания получается значительно шире. По аналогии с усилителями, "площадь усиления антенны": произведение (КУ) на ширину (ПП) величина постоянная, поэтому, чем шире полоса пропускания, тем меньше коэффициент усиления при данных габаритах антенны.

Логопериодическая антенна РЭМО, 6-69 телеканал

Логопериодическую антенну используют в зоне уверенного приёма телеканалов, для приёма большого числа телеканалов в благоприятных условиях приёма (отсутствия помех и отражённых телесигналов).

Рамочные антенны

Рамочные антенны предназначены для условий приёма телеканалов, когда простейшие антенны или антенны типа "волновой канал" не могут обеспечить получение на экране телевизора удовлетворительного качества изображения. Применяются двух- или трёх элементные рамочные антенну, которые иначе именуется как "двойной квадрат" или "тройной квадрат" соответственно. Рамочные антенны сочетают повышенный коэффициент усиления с простотой конструкции при сравнительно узкой полосе пропускания и не требуют настройки. Практическое применение в качестве телевизионных приёмных антенн находят редко. Широко были распространены (самодельные варианты) в "советское время", когда в продаже наблюдался дефицит телевизионных антенн.
"Двойной квадрат" Одноканальная. Коэффициент усиления - 9-11 дБ. Волновое сопротивление около 70 Ом. Передний лепесток диаграммы направленности значительно больше заднего.
"Тройной квадрат" Одноканальная. Коэффициент усиления - 14-15 дБ. Волновое сопротивление около 70 Ом. Передний лепесток диаграммы направленности значительно больше заднего.

Синфазные антенные решётки

Синфазная антенная решётка представляет собой сложную направленную антенную систему, состоящую из отдельных слабонаправленных антенн, разнесённых в пространстве и расположенных таким образом, что фазы наведенных в них сигналов оказываются одинаковыми. Как правило, синфазная решётка собирается из одинаковых антенн, расположенных в несколько рядов и несколько этажей. Использование вместо одной антенны нескольких антенн, соединённых в синфазную решётку приводит к сужению диаграммы направленности и увеличению коэффициента усиления по сравнению с коэффициентом усиления одиночной антенны, входящей в состав решётки.
Одноканальная. Коэффициент усиления - увеличивается в пределах от 4 до 5 дБ при увеличении количества антенн в решётке в два раза. Волновое сопротивление примерно 70 Ом. Передний лепесток диаграммы направленности в несколько раз больше заднего.

Синфазная решётка фирмы Channel Master, USA

"Польские" антенны

Представляют собой четырёхэтажную синфазную решётку, снабжённую встроенным усилителем. Имеют рефлектор в виде решётки, расположенный сзади антенны. Польские антенны получили широкое распространение в начале 90-х годов, когда рынок антенн большим разнообразием не отличался. Собственно это была не польская идея, разработки были у Philips и других известных фирм, поляки сделали дешёвый, доступный вариант. Решетка комплектуется встроенным антенным усилителем и показывает неплохие результаты приёма удалённых телесигналов с 6 по 69 телеканал. В силу своей дешевизны, конструкция антенны очень хрупкая и недолговечная, а длинные усы метрового диапазона моментально загибаются под весом птичек или воздействием ветра и теряют свои приёмные свойства. Усилители не защищены от электростатического электричества и часто "вылетают" во время грозы. Антенна плохо защищена от помех, а часто "возбуждающийся" усилитель сам является источником помех. Антенна не пригодна к использованию в городских условиях.
Всеволновая. Коэффициент усиления - собственный на ДМВ 13-14 дБ, с усилителем до 40 дБ. Волновое сопротивление - 75 Ом с согласующим трансформатором.

Антенны бегущей волны

Антеннами бегущей волны принято называть направленные антенны, вдоль геометрической оси которых распространяется бегущая волна принимаемого сигнала, это апериодические антенны. Обычно антенна бегущей волны состоит из собирательной линии, к которой подключено несколько вибраторов, расположенных на одинаковом расстоянии один от другого. Наведенные электромагнитным полем ЭДС в вибраторах складываются в собирательной линии в фазе и поступают в фидер. Коэффициент усиления антенны бегущей волны определяется длиной собирательной линии и пропорционален отношению этой длины к длине волны принимаемого сигнала. Кроме того, коэффициент усиления антенны зависит от направленных свойств вибраторов, подключенных к собирательной линии. У антенны бегущей волны все вибраторы активные, принятая ими энергия сигнала передается в собирательную линию. Если антенны "Волновой канал" являются узкополосными и способны эффективно принимать сигнал только по одному определенному частотному каналу, которому соответствуют их размеры, то антенны бегущей волны широкополосные и совершенно не нуждаются в настройке.

Комбинированная антенна: метровая, бегущей волны, дециметровая, "волновой" канал фирмы Channel Master, USA. Радиус приёма до 60 миль

Комбинированная антенна: метровая, бегущей волны, дециметровая, "волновой" канал фирмы Channel Master, USA. Радиус приёма до 100 миль

Как видно на картинках: в первом случае рабочая полоса антенны формируется наклонными вибраторами различной длины, во втором случае рабочая полоса формируется с помощью вибраторов двух видов и разных размеров. Данные антенны не получили широкого распространения на территории России, однако эти антенны, без преувеличения - мечта монтажника. Условия работы монтажников на крыше - не подарок: снег и ветер, мороз и гололёд, дождь и палящее солнце. Собирать антенны в таких условиях не просто, а Channel Master достаёшь из коробки, расправляешь вибраторы до фиксации их в специальных зажимах и антенна готова к установке. По цене эти антенны соизмеримы с трёхдиапазонными антеннами, механически прочны и обладают неплохими приёмными характеристиками. Выпускается два вида антенн с разным количеством вибраторов.