Антены волновой канал

Антенны "волновой канал"

Снизить влияние отраженного сигнала (и несколько увеличить коэффициент усиления) простейших антенн можно, расположив позади активного элемента (вибратора) рефлектор. Длина рефлектора должна быть больше длины вибратора на 5-15%, а расстояние от вибратора до рефлектора составляет 0,15-0,20 рабочей длины волны.

Рефлектор обычно выполняется либо в виде металлической сетки, либо в виде однолинейной системы проводников, параллельных вектору электрического поля.

Классический пример — антенна типа волновой канал (тип Яги, тип Уда-Яги, директорная антенна). Она состоит из активного полуволнового вибратора (как правило, петлевой вибратор, с которого происходит съем сигнала) и ряда пассивных вибраторов (полуволновые вибраторы длиной несколько короче половины длины волны), закрепленных на общей стреле (рис. 1).

Антенны типа «волновой канал» получили очень широкое распространение как в изначальном виде, так и в виде различных модификаций.

В общем случае длина вибратора определяется соотношением, равным половине длины волны рабочей полосы частот, с учетом коэффициента укорочения, зависящего от отношения этой же средней длины волны к эквивалентному диаметру вибратора.

Следующий элемент антенны (размещен спереди вибратора) - директор - это обычный стержень, имеющий геометрические размеры несколько короче половины длины волны, установленный на одной общей стреле (траверсе). Директоров может быть много, от этого зависит коэффициент усиления антенны. Директоры еще называют пассивными вибраторами.

Элемент, размещенный сзади вибратора - рефлектор; это стержень или конструкция из нескольких стержней, он имеет размеры большие, чем вибратор и директоры.

Рис. 1. Директорная антенна типа «волновой канал»:
а — общая схема; б — наружная двухэлементная антенна:
1 — рефлектор; 2 — стрела; 3 — штанга (мачта);
4 — активный вибратор; 5 — УСС

Антенна работает по принципу «бегущей волны» и является наиболее эффективной узкополосной антенной. Назначение директоров - усилить приходящий с главного направления полезный сигнал; рефлекторов - ослабить отраженный сигнал. Конструктивно элементы антенны располагаются на металлической или диэлектрической траверсе, обладающей достаточной механической прочностью. В случае использования металлической траверсы размер элементов увеличивают на половину поперечного размера траверсы. Для расчета размеров антенны используют сложные формулы либо готовые программы.

При достаточном количестве элементов антенна имеет высокий коэффициент усиления, и хороший коэффициент помехозащищенности из-за наличия рефлектора.

Следует отметить одну неприятность, связанную с использованием многоэлементных антенн типа «волновой канал». При добавлении к петлевому вибратору пассивных элементов входное сопротивление антенны уменьшается. Таким образом, в зависимости от размеров, входное сопротивление 5-элементной антенны может составлять от 40 до 120 Ом. Уменьшенное в 4 раза полуволновой петлей, оно понижается до 10-30 Ом, и это приводит к резкому рассогласованию антенны с фидером, а следовательно, и снижению качества сигнала. Трудно получить равномерную частотную характеристику на широком частотном диапазоне. Кроме этого, антенны, собранные даже по одному чертежу на одной и той же линии, оказываются настроенными по-разному и не допускают дополнительной настройки. В результате реальное усиление антенны с низким качеством изготовления намного меньше того, что написано в документации. Кроме этого, узкая резонансная полоса пропускания ведет к резкому снижению коэффициента усиления на границах.

Используется во всех диапазонах. К недостаткам антенны следует отнести сложность ее настройки при числе директоров более трех. Двухэлементные антенны типа «волновой канал» применяются редко, так как их характеристики не намного лучше характеристик одиночного вибратора.

К достоинствам антенны можно отнести сравнительно высокий коэффициент усиления при простоте конструкции. Антенна обладает четко выраженными резонансными свойствами и отличается по степени защиты от отраженных сигналов в лучшую сторону примерно на 10-15% по сравнению с логопериодическими антеннами.

Коэффициент усиления зависит от числа элементов.
Передний лепесток диаграммы направленности больше заднего.

Кол-во элементов

3

5

7

10

11

16

20

24

30

Коэффициент усиления (Db)

5,1-5,6

8,6-8,9

10

11,5

12

13,5

16,5

17

18,5

Для подключения кабеля снижения используется согласующее устройство U-колено, подключаемое к точкам А и В вибратора Пистолькорса.

В настоящее время разработано большое количество вариантов таких антенн, имеющих различное количество директоров, различные их размеры и расстояния между ними. Этим можно объяснить то, что в разных источниках литературы приводятся различные размеры элементов таких антенн. Процесс проектирования многоэлементной антенны типа «Волновой канал» вообще не является однозначным. Перед проектировщиком могут быть поставлены различные задачи: либо максимальный коэффициент усиления антенны, либо максимальный коэффициент защитного действия, либо наименьшая неравномерность коэффициента усиления в полосе принимаемых частот, либо минимальный уровень боковых лепестков диаграммы направленности или другие факторы. Кроме того, в процессе проектирования некоторыми размерами приходится задаваться. К сожалению, в описаниях таких антенн, приводящихся в литературе, часто отсутствуют сведения о том, какие исходные данные были положены в основу проектирования данной конкретной антенны. Следует также учесть, что большинство вариантов многоэлементных антенн типа «волновой канал» подобрано экспериментальным путем, что сильно осложняет возможности повторяемости таких конструкций.

Аналитическое выражение коэффициента усиления директорной антенны в зависимости от ее длины имеет следующий вид:

G = 10 lg [7 + 4L/?] - 2,14,

где L — длина антенны, м; ? — длина волны, м; G —коэффициент усиления, дБд.

Это выражение позволяет в первом приближении оценить коэффициент усиления директорией антенны, но не отражает влияния на его величину числа директоров и рабочей полосы частот. Ответы на эти вопросы представлены на рис. 2 и 3, где КУ — коэффициент усиления.

Кривая 1 относится к одноканальным директорным антеннам с коэффициентом перекрытия менее 1,16, а кривая 2 - к широкополосным антеннам с коэффициентом перекрытия 1,3. Отсюда можно сделать следующие выводы:

• для увеличения коэффициента усиления директорной антенны необходимо увеличивать ее длину и число директоров;
• по сравнению с одноканальной антенной расширение рабочей полосы частот директорной антенны при сохранении ее длины приводит к увеличению на два или три числа ее директоров и к снижению коэффициента усиления в нижней части рабочей полосы частот примерно на 2 дБ.

При известной частотной ситуации в месте установки антенны можно определить требуемую длину и число элементов директорной антенны и выбрать тип приемной антенны.

В качестве примера использования зависимостей, приведенных на рис. 2 и 3, рассмотрим следующие случаи.

Пример. Предположим, что частотная ситуация в месте размещения антенн требует для приема сигнала шестого телевизионного канала применения одноканальной антенны с коэффициентом усиления не хуже 6 дБд. Обращаясь к рис. 2, определяем, что необходима директорная антенна длиной L ? 0,8? , т. е. не менее 1,4 м.

Число директоров антенны на основании рис. 3 должно быть не менее трех.

Пример. Для приема сигналов 1-3 телевизионных каналов необходимо использовать широкополосную директорную антенну с коэффициентом усиления не хуже 4 дБд. Из рис. 2 следует, что длина антенны должна быть не менее О,З?, или не менее 1,8 м, а из рис. 3 — что она должна иметь два директора.

Рис. 2. Зависимость коэффициента усиления антенны
«Волновой канал» от ее длины:
1 - одноканальные антенны;
2 - широкополосные антенны.

Рис. 3. Число директоров (N) антенны «волновой канал»
в зависимости от ее длины:
1 - одноканальные антенны;
2 - широкополосные антенны.

Пример. Для приема сигналов 6-12 телевизионных каналов требуется применение широкополосной директорной антенны с коэффициентом усиления не хуже 6 дБд. Из рис. 2 следует, что длина антенны должна быть не менее 0,5?, или не менее 1,2 м, а из рис. 3 — что она должна иметь три директора.

Пример. Для приема сигналов 21-41 телевизионных каналов необходима широкополосная директорная антенна с коэффициентом усиления не хуже 9 дБд. Из рис. 2 следует, что длина антенны должна быть не менее 2,1? или не менее 1,33 м, а из рис. 3 — что в ней необходимо применить одиннадцать директоров.

Пример. Для приема сигналов 42-60 телевизионных каналов требуется широкополосная директорная антенна с коэффициентом усиления не менее 10 дБд. Из рис. 2 следует, что длина антенны должна быть не менее З?. или не менее 1,4 м, а из рис. 3 — что в ней необходимо применить тринадцать директоров.

В публикации использованы материалы из книги Ю. Н. Носова, А. А. Кукаева, Г. К. Никанорова "Мини-система кабельного телевидения для дома, коттеджа и дачи".
Сделать заказ вы можете по тел. (861)2431050

 


Эфирное телевидение

Коллективные системы приёма
эфирного телевидения

Коллективные системы приёма спутникового телевидения