Расчет и изготовление логопериодической антенны для DVB-T2
Содержание
- Что значит логопериодическая и в чем ее сила
- Конструкция
- Выбор формы
- Всеволновая логопериодическая
- Как сделать самостоятельно
- Вместо заключения
Для приема цифрового ТВ нужна качественная антенна, одним из самых популярных вариантов является логопериодическая. Рассмотрим ее устройство, расчет и порядок самостоятельного изготовления.
Что значит логопериодическая и в чем ее сила
За годы, прошедшие со времен Герца, Маркони и Попова до наших дней, было разработано множество конструкций антенн. Однако большинство из них страдают общими недостатками:
- принимают со всех направлений, но слабо;
- ловят качественно, но не на всех диапазонах;
- изменение длины принимаемой волны (или частоты сигнала) ведет к тому, что у узкополосных антенн коэффициент усиления резко снижается, а у широкополосных изменяется монотонно;
Главная проблема при конструировании антенн – это правильное построение диаграммы направленности (графика, определяющего степень и вектор принимаемого сигнала). В идеальной ситуации она должна быть либо четким кругом, либо одним длинным лепестком, вытянутым в направлении передатчика. На практике же достичь этого невозможно.
Один из способов борьбы с неравномерной диаграммой и падением коэффициента усиления – использование логопериодической антенны. Это конструкция, состоящая из двух основных стержней, направленных на источник передачи, и расположенных поперек вибраторов разной длины.
Устройство имеет широкий диапазон приема, при этом коэффициент усиления остается равномерным. Антенна отлично согласуется с фидером (кабелем, по которому происходит передача принятого сигнала на приемный тюнер).
Само название происходит от двух основных свойств этой антенны:
- Логарифмической зависимости длины отдельных вибраторов друг от друга.
- Их периодического расположения. Расстояние, на котором находятся проводники на основных стержнях, определяется тем диапазоном, в котором работает устройство. Размеры вибраторов и их удаленность от вершины треугольника подчиняются геометрической прогрессии.
Конструкцию с торчащими стержнями в несколько метров сделать сложно. Из-за этого для МВ обычно используются волновые каналы, рамочные приспособления из проволоки типа «биквадрат» или «триквадрат» и пр.
Конструкция
Логопериодическая антенна состоит из следующих элементов:
- Два стержня, на которых крепятся вибраторы.
Обычно они пустотелые, и в них пропускают антенный кабель-фидер, который в этом случае является дополнительным элементом антенны. Он пропускается через нижний стержень, петлей уходит наверх и заканчивается короткозамкнутой перемычкой. Это обеспечивает согласование и симметрирование, поскольку дополнительные контуры в конструкции не требуются. - Вибраторы – торчащие по бокам проводников переменной длины, подключенных с помощью переполюсовки.
Характерными параметрами для таких антенн являются:
- Знаменатель геометрической прогрессии , показывающий, как быстро убывает длина вибраторов от основания стержня к его концу. Чем меньше этот показатель, тем эффективнее телеантенна, однако при этом одновременно растут размеры и масса устройства.
- Угол при основании треугольника, который в итоге образуют собранные вибраторы. Чем он меньше, тем лучше работа антенны. Однако это тоже увеличивает длину и массу, появляется риск возможной деформации.
Выбор формы
Классическая форма – треугольник, образованный двумя линиями вибраторов постепенно уменьшающейся длины (если считать от основания).Однако это не единственное решение.
Производители выпускают эти конструкции еще как минимум в двух форматах:
- «Дельта».
Производится уже лет тридцать на заводе в Санкт-Петербурге и представляет собой изогнутый единый вибратор треугольной формы из стальной проволоки. Схема дециметровой цифровой антенны подразумевает включение всех проводников-вибраторов в единую цепь. Так что «Дельта» в некоторых отношениях даже эффективнее классического стержня с «рогами»-вибраторами. - Пластина сложной формы (волновой канал).
Применяется для внешних телеантенн дальнего действия, особенно если используется встроенный усилитель. Конструкция незамысловатая, отчасти поэтому ее так облюбовали производители. Подстраивается под длину волны за счет разных расстояний между вибраторами. Хорошо работает только для дальнего приема и в активном варианте (для среднего и ближнего поля важно чередование). - Линейная решетка симметричных вибраторов с монотонно изменяющейся длиной.
Может быть изготовлена как в виде плоской конструкции, так и в форме решетки с двойной линией, образованной скрещенными проводниками. Это самый эффективный, но при этом конструктивно более сложный вариант антенны.
Всеволновая логопериодическая
Помимо работы с короткими волнами дециметрового диапазона, такая антенна может принимать сигналы в широкополосном спектре. Это полезная функция, если планируется принимать «цифру» в формате DVB-T2 и подключать источник аналогового сигнала.
Прием сигналов со всех диапазонов возможен в следующих случаях:
- В конструкции встроены вибраторы длиной не менее метра .
- Устройство имеет не только два штыря с вибраторами для дециметрового диапазона. У него как минимум пара «усов» с телескопическими штырями для приема метрового вещания.
Такая конструкция обычно характерна для комнатной антенны. На мачте или выносном настенном кронштейне трудно вручную раздвигать «телескопы» и ориентировать их в сторону передающей станции.
По той же причине почти не используются популярные в 60-х годах сферические телеантенны. У них очень интересные характеристики приема, но они слишком уж нетривиальны при расчетах, в конструировании и обслуживании. Проще рассчитать и изготовить волновой канал, плоский би- или триквадрат Харченко или логопериодическую антенну, чем подгонять сферу под частоты современного цифрового ТВ.
Как сделать самостоятельно
Основное применение этих антенн – прием дециметровых (ДМВ) сигналов. Обычная конструкция – это два параллельных стержня, на которых в противофазе друг к другу крепятся от 5 до 7 проводников-вибраторов равномерно уменьшающейся длины.
При необходимости эту антенну можно изготовить в домашних условиях. Самодельная конструкция требует дополнительных расчетов. Калькулятор можно найти ниже или воспользоваться формулами из любого учебника по радиотехнике. При этом на дату выпуска можно не смотреть: с 60-70-х годов XX века никаких глобальных открытий в этой области сделано не было.
Так что старыми формулами можно пользоваться безбоязненно.
Расчет логопериодической антенны
Вначале надо рассчитать размеры рабочих элементов устройства. Для этого воспользуйтесь онлайн-калькулятором:
Пояснения к расчету:
- минимальная и максимальная рабочая частота — укажите диапазон, исходя из значений транслируемых мультиплексов для вашего региона;
- входное сопротивление — оставьте 75 Ом;
- диаметр элемента — укажите сечение вибраторов, которые планируете применять;
- сторона собирающей линии — калькулятор рассчитывает значения для трубок квадратного сечения, нужно указать размер одной грани.
Вибраторы укорачиваются в геометрической прогрессии со знаменателем, равным τ . Работа антенны зависит от периода структуры τ и угла при вершине треугольника α , связанного с относительным интервалом σ .
Чем меньше угол α (и больше τ ), тем выше коэффициент усиления антенны. При этом увеличивается число вибраторов и общая длина конструкции. Поэтому при выборе периода структуры рекомендуем принимать значение τ 0,9.
Существует оптимальное значение относительного интервала σ для определенного τ — калькулятор посчитает его автоматически.
Полученные значения используйте при изготовлении антенны.
Изготовление проводника
Создание самодельной модели включает в себя:
- Изготовление стержней. Подбираются две проводящие трубки нужного диаметра, поскольку изготовить их сложно.
- Нарезка и попеременное присоединение вибраторов посчитанных размеров. Длина самых больших должна получиться около четверти (а в сумме – правый и левый – равна половине) длины волны нужного диапазона.
- Подвод питания к передней части, если используется усилитель.
- Проводку фидера внутри одного из стержней. В этом случае кабель играет роль четвертьволнового трансформатора.
- Пайка кабелей, подключение и поиск каналов.
Подключение вибраторов производится попеременно, как показано на схеме.
Чтобы не упустить из виду важные мелочи, посмотрите эту видеоинструкцию. Лучше чем на ней объяснить невозможно — все наглядно и понятно.
Настройка
При правильной сборке и использовании фидера волновым сопротивлением 75 Ом антенна не нуждается в дополнительной настройке. Достаточно ее правильно ориентировать.
Если же при сборке были допущены огрехи, то исправить их можно следующим образом:
- Укорочением или наращиванием вибраторов.
Обрезать можно с помощью кусачек, пилки по металлу или болгарки. Удлинить же можно, надставляя на короткие вибраторы трубки из такого же материала до соответствующей расчетам длины. После того как она достигнута, трубки крепятся клеем, запаиваются, заклепываются или же зажимаются плоскогубцами так, чтобы обеспечить надежный контакт. - Изменением расстояния между парами вибраторов .
Подключение усилителя SWA
В зоне, где прием телесигнала неуверенный, можно использовать антенный усилитель. Наиболее популярной маркой является SWA. Платы этой линейки выпускаются с разными коэффициентами усиления и канальными диапазонами.
Подключение выполняться одним из двух способов:
- При питании по антенному кабелю.
Здесь центральная жила кабеля зажимается одним винтом, а экран заворачивается и зачищается с помощью планки. Главное при этом – не допустить короткого замыкания экрана на центральную жилу; - При питании от внешнего адаптера.
Здесь требуется переходник-адаптер («краб») с подходящими параметрами (для их проверки потребуется мультиметр). Он распаивается в соответствии с конструкцией антенны и спецификой ее подключения. Здесь требуются нетривиальные знания электротехники, поскольку единого стандарта устройств производители адаптеров не поддерживают и в разных случаях нужны индивидуальные расчеты.
Вместо заключения
Сборка логопериодической антенны – нетривиальная задача, доступная не всякому телемастеру. Тем не менее сделать эту работу даже с нуля может любой, имеющий минимальные знания в электротехнике.
Источник: