Встроенные и комнатные антенны
Для приема телепередач на садовых участках вблизи городов могут быть использованы три вида ТА: встроенная, комнатная и наружная.
Малогабаритные переносные телевизоры с небольшим экраном, как правило, оборудованы встроенной телескопической антенной и одновременно имеют соответствующие гнезда для подключения наружных антенн. Обычно встроенные антенны работают без перестройки на 6 или 12 каналах. Такие антенны являются составными частями телевизоров, конструкция которых зависит от модели телевизора. Устанавливаются встроенные антенны на боковых стенках или на верхней крышке с внутренней стороны телевизора. Эти антенны позволяют принимать сигнал на расстоянии не более 2—3 км от ТЦ.
Как правило, встроенная антенна подключается к телевизору с помощью симметричного 300-омного кабеля типа КАТВ, если входное сопротивление равно 300 Ом. Можно подключить антенну и к симметричному фидерному устройству, изготовленному из витых монтажных проводов, или с помощью экранированного кабеля типа РК-1 к 75-омному входу телевизора. Наилучшие результаты достигаются при подключении антенны к 300-омному входу, так как частотная характеристика антенны в пределах каждого канала получается более равномерной и усиление на краях рабочей полосы частот будет более высоким.
При использовании встроенной антенны в загородной местности следует иметь в виду, что при подключении антенны к телевизорам, имеющим входное сопротивление 300 Ом, неравномерность частотной характеристики в полосе 1, 2, 4—6-го каналов не превышает 0,85—0,9 дБ, а
в полосе 3-го канала — не более 1 дБ; в полосе частот от 48,5 до 100 МГц коэффициент усиления антенны лежит в пределах 0,1—0,3, а на частотах 174—230 МГц коэффициент усиления повышается до 0,6—0,7.
За последние годы промышленностью освоен выпуск достаточно большого количества типов комнатных антенн, например таких, как: ЛТК — антенна телевизионная комнатная, АТКТ — антенна телевизионная комнатная телескопическая, АТКС — антенна телевизионная комнатная складная, КРТА — комнатная радиотелевизионная антенна и ряд других.
Все эти антенны имеют примерно одинаковые электрические параметры и основные технические характеристики, но отличаются друг от друга количеством принимаемых программ и конструктивно-технологическим оформлением. Все конструкции комнатных антенн обладают практически одинаковыми достоинствами и недостатками, а именно: достаточно просты в изготовлении, имеют небольшую стоимость, могут быть легко развернуты, перенесены к другому телевизору, перестроены на другой канал и т. д., но они в большой степени ограничены в дальности приема, а принимаемые вблизи ТЦ сигналы, отражаясь от стен зданий, создают на экране несколько изображений. Также они практически не защищают телевизор от помех, особенно в городских условиях. Почти все источники электропомех вызывают появление на экране телевизора различных штрихов, полос и линий. Только тщательная настройка и ориентировка антенны внутри помещения позволяет частично избавиться от этих неудобств. Комнатная антенна оправдывает себя только в том случае, если садовый участок находится недалеко от ТЦ: не более чем в 2 км от мощных ТЦ и в 10 км от маломощных. Для самостоятельного изготовления можно рекомендовать следующий простейший вариант комнатной проволочной антенны (рис. 2.1). При этом используется любой
имеющийся в наличии провод с диаметром медной жилы не менее 1 мм (антенный канатик, осветительный шнур, электрический кабель, монтажный провод). Главным элементом данного изделия является антенный канатик 3, длина которого l составляет примерно 1/2lдлср принимаемых сигналов и образует два вибратора, длина которых: l5== (l - l3)/2 Входное сопротивление этой антенны равно 75 Ом. Антенна такой конструкции относится к полуволновым линейным вибраторам и применяется для приема телепрограмм на 1—12-м каналах. В табл. 2.1 даются конструктивные размеры вибраторов комнатной антенны.
В качестве кабеля снижения антенны применяется обычный осветительный шнур, или два сплетенных изолированных монтажных провода, или коаксиальный кабель с металлической оплеткой и т.
п. Изоляторы 2 и 4, расположенные на концах антенны, делаются из второпласта (гетинакса, текстолита, оргстекла) или других изоляционных материалов толщиной не менее 5 мм. Растяжки 1 и 5 антенны изготавливаются из изоляционного материала, их длина устанавливается по месту. Длина кабеля снижения определяется расположением телевизора в комнате, но не должна превышать 3 м, так как чрезмерно длинное снижение приводит к тому, что фидерное устройство начинает работать как дополнительная антенна. В результате резко увеличивается воздействие помех на телевизор, уменьшается четкость изображения и возникают искажения, характер которых зависит от положения проводов снижения. Концы проводов снижения припаивают к телевизионному штеккеру, имеющемуся в комплекте: один конец — к центральному штырьку, а другой — к цилиндрическому основанию штеккера. Для приема телепередач в диапазоне метровых волн на первых 12 каналах в зоне прямой видимости — до 25 км от передающей станции — промышленностью изготавливаются комнатные ТА в основном телескопической конструкции или укороченные петлевые вибраторы нескольких типоразмеров. При использовании этих антенн приводится каждый раз изменять длину их усов, настраиваясь на выбранный канал, и, надо сказать, не всегда это получается удачно. Изменяя длину вибраторов и положение антенны, приходится терять много времени на перестройку и подстройку программ. В .целях устранения этого недостатка разработана новая комнатная антенна, рассчитанная на прием любой из 12 программ и не требующая никакой настройки во время эксплуатации при переключении каналов, за исключением первоначальной установки и ориентирования на ТЦ. На рис. 2.2, а, б, приведена конструкция комнатной антенны автора В. Гургаля с некоторыми конструктивно-технологическими изменениями. Вибраторы этой антенны изготавливаются в виде вытянутых спиралей из латунной полосы толщиной 2—2,5 мм и шириной 20—25 мм. Спирали имеют три полных витка и шаг по горизонтали, равный 5 мм, а по вертикали — 10 мм.
Длина заготовки развернутой спирали — 900 мм. Наиболее сложной частью антенны является узел крепления, ввода и подсоединения фидерного устройства,конструкция которого приведена на рис. 2.2, б. Антенна подключается к телевизору с помощью коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом. Длина кабеля не должна превышать 2 м. Коаксиальный кабель 1 припаивается к контактным лепесткам 6, изготовленным из латуни припоем марки ПОС-60. Кабель проходит через внутреннее отверстие резьбовой втулки 9. Конструкция узла крепления может быть изменена, но необходимо выполнить условие полной электрической изоляции присоединительных лепестков 6, левого и правого вибраторов между собой и корпусом. Сопротивление этой изоляции должно быть не менее 20 МОм. Для улучшения электрических параметров и характеристик антенны и согласования разных входных сопротивлений антенны и фидерного устройства можно применить УСС, которое подключается с одной стороны к антенне, а с другой — к кабелю снижения. На рис. 2.3 приведена принципиальная электрическая схема воздушного симметрирующе-согласующего трансформатора (ВССТ). Способ соединения трансформатора виден на рисунке. К выводам 1 подключаются трубки
Рис. 2.2. Комнатная антенна для приема программ на 1—12-м каналах: а — общий вид, б — yзел крепления. вибраторов, а заземление осуществляется припайкой выводов к оплетке кабеля.Более качественный прием телепрограмм можно получить, если использовать в качестве УСС симметрирующе-согласующий трансформатор на ферритах (ССТФ), принципиальная электрическая схема которого дана на рис. 2.4. Если расстояние до ТЦ не более 20 км, то рассматриваемая антенна с согласующим трансформатором обеспечит хороший прием телепрограмм, но ее надо точно сориентировать на ТЦ.
Представляет определенный интерес гибридный трансформатор сопротивлений, который имеет следующую конструкцию. Внутри замкнутого тороидального витка установлены две индуктивности, выполненные проводом марки литцендрат на двух тороидальных сердечниках, которые разделены между собой электростатическим экраном для уменьшения емкости этого трансформатора.
Принципиальная электрическая схема трансформатора и подключение его к антенне и телевизионному приемнику показаны на рис. 2.5. Как следует из схемы, связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора осуществляется объемным замкнутым витком, который разделен электростатической перегородкой. Число витков первичной и вторичной обмоток равно 8,0 провода марки ЛЭШО 0,12 х 0,07. В качестве сердечников трансформатора выбраны ферритовые кольца типа К1610 х 4,5 марки М1000НМ=3.
Особенностью конструкции трансформатора является его симметричность как со стороны входа, так и со стороны выхода. Однако работа данного трансформатора обеспечивается и при несимметричном включении. Для этого достаточно один из проводников любой из обмоток соединить с внешним экраном трансформатора, а к другому концу присоединить внутренний проводник коаксиального кабеля, предварительно закрепленного оплеткой к объемному витку. Рассматриваемый трансформатор обеспечивает устойчивую работу в диапазоне частот от 50 до 170 МГц. Весьма перспективно использование данного трансформатора в сочетании с конструкциями зигзагообразных антенн из тонких проводников при питании их коротко-замкнутым витком связи. В этом случае конструкция антенны получается компактной и нет необходимости в прокладке коаксиального кабеля вдоль тонкого проводника антенны. На рис. 2.6, а, б, приведены конструкции двух вариантов исполнения комнатной антенны для приема передач, входящие в унифицированный ряд антенн автора В. Гургаля и обеспечивающие прием первых 12 каналов на небольшом расстоянии от ТЦ. Обе антенны имеют свернутые в спираль полуволновые вибраторы, которые изготавливаются из латунной полосы толщиной 1,5 — 2,5 мм. Антенна (рис. 2.6, а) может быть сделана в виде печатной платы, состоящей из четырех одинаковых плат, соединенных между собой скобами из диэлектрика в верхней своей части. При изготовлении печатных плат из фольгированного стеклотекстолита рисунок спирали получают обычным способом — травлением. Лучшие резуль-
таты дают антенны с наклеенными спиралями из более толстого материала: дюралюминия, меди, бронзы. На рис. 2.6, б, приведена конструкция комнатной антенны с двумя спиральными вибраторами, которые свиты с шагом, равным 5 мм, и имеют по семь витков. Длина развертки каждой спирали рассчитывается по средней длине волны 6-го канала с учетом возможного укорочения длины полуволнового вибратора и равна 840 мм. Шаг спирали в процессе изготовления может быть изменен. Крепление печатных плат к основанию показано на рис. 2.7, а, при этом само основание должно быть изготовлено из диэлектрика. Если в качестве фидера используется коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, то необходимо
между антенной и входом телевизора установить УСС типа ССТФ с распайкой выводов антенны, кабеля и трансформатора так, как показано на рис. 2.7, б. После изготовления деталей антенны и ее сборки рекомендуется закрыть печатные платы декоративным кожухом-абажуром. Узел крепления волноводов и схема соединений спиралей между собой показаны на рис. 2.8, а. Детали 4, 6, 8 изготавливаются из диэлектриков, например из оргстекла, пластмассы, эбонита. Основным связующим элементом конструкции является стальной палец 2 диаметром 10 мм и с резьбой 8 мм. Вибраторы 1 и 9 изолированы друг от друга и иных металлических деталей конструкции
втулками и шайбами. Втулка опорная 6 изготавливается из ударопрочной пластмассы или эбонита. К ней крепится скоба 10, соединяющая вибраторы антенны с корпусом и элементами внешнего оформления. Подключение антенны к телеприемнику показано на рис. 2.8, б, где в качестве согласующего элемента применено УСС типа ССТФ. За предыдущие годы промышленностью было выпущено не менее десяти типоразмеров и конструктивных исполнений комнатных антенн, которые с успехом могут быть применены на садово-огородных участках. Это в первую очередь телескопические антенны типа КТТА. В качестве телескопического элемента применяются специальные конструкции, изготавливаемые из тонкостенных трубок, пружинных лент и полос, которые обеспечивают удобство для подбора положения антенны в комнате, изменения соотношения ЭДС, наведенных в антенне горизонтальной и вертикальной составляющими электромагнитного поля и т.
д. На рис. 2. 9 приведен один из конструктивных вариантов КТТА, изготавливаемой из трубок и предназначенной для приема первых 5 телеканалов в диапазоне частот 48,5-100МГц. КТТА относится к антеннам типа «полуволновой линейный вибратор» с длиной половины вибратора от 700 до 1450 мм. Настройка антенны с канала на канал осуществляется путем изменения длины вибратора, состоящего каждый из четырех трубок. Полная длина вибратора для 1-го канала должна быть в пределах 2700—2900 мм, для 2-го — 2300—2500 мм, для 3-го — 1700—1900 мм, для 4-го — 1500—1700 мм, для 5-го — 1400—1600 мм. На приусадебных участках при небольшом расстоянии от ТЦ или ретранслятора достаточная контрастность изображения на экране телевизора может быть получена в некоторых случаях и при длине вибратора меньше, чем указано выше. КТТА может работать с коаксиальным кабелем марки РК-75 или с симметричным двухпроводным кабелем без УСС. Но применение УСС в комнатной антенне делает ее менее чувствительной к влиянию окружающих предметов, расположению кабеля и усов антенны, облегчается установка антенны в комнате, при которой получается наилучшее изображение.
Техническая характеристика: коэффициент усиления ....... .... 1 входное сопротивление ............. 73 Ом полоса пропускания ............... 10 МГц , неравномерность частотной характеристики ................. ± 0,5 дБ диаграмма направленности в горизонтальной плоскости ...... восьмерка ширина главного лепестка диаграммы направленности ....... 75—83 Радиолюбителям при изготовлении и применении КТТА необходимо иметь в виду следующее: ее электрические параметры, как правило, позволяют получить хорошие результаты при удачном выборе места установки антенны, однако в некоторых случаях не всегда удается полностью реализовать достоинства антенны из-за специфики приема телесигналов внутри помещений. На качество изображения влияет также длина коаксиального кабеля, соединяющего антенну с телевизором (оптимальная длина — 2 м). На близком расстоянии от ТЦ длину половин вибратора можно сократить на 10—25 см.
Подключается коаксиальный кабель к антенне припайкой средней жилы к левой половине вибратора, а оплетки — к правой половине вибратора антенны. В ряде случаев находящиеся в эксплуатации различные типы телескопических антенн самодельной конструкции не могут обеспечить хорошее качество приема телепередач во всем диапазоне частот первых 12 каналов из-за неточного исполнения соединений и разностенности применяемых трубок. Необходимо отметить, что ширина полностью раздвинутой антенны типа КТТА настолько велика, что создает определенные неудобства при применении ее в малогабаритном помещении. Чтобы устранить этот недостаток, разработана антенна типа КТТА-1-12, у которой длина каждой половины телескопического вибратора составляет не более 770 мм. Если в антенне телескопическое колено составлено из четырех трубок, то минимальная его длина не превысит 200 мм. На рис. 2.10 показана схема подключения 12-канальной комнатной антенны типа КТТА-1-12, конструкция которой может быть такой же, как и КТТА. Количество телескопических элементов антенны определяется размерами сложенного и развернутого положений антенны. Длина полностью выдвинутых трубок должна быть не
менее 2900 мм, длина каждого плеча антенны — 1450 мм, длина телескопических трубок — не более 370 мм. Промежуточные значения длины вибраторов в указанных пределах позволяют настраивать ее на любой из 12 каналов. Конструкция 12-канальной комнатной антенны отличается не только размерами примененных телескопических трубок, но и включенными в ее схему катушками индуктивности трех типов LI, L2, L3. При изготовлении антенны необходимо учитывать, что в конструкции телескопических вибраторов могут быть использованы трубки с минимальным диаметром 8 мм, а это значит, что все трубки должны иметь минимальную толщину стенок. Материал для трубок — латунь, бронза, медь, дюралюминий, сталь углеродистая. Размер всех выдвинутых трубок — не менее 770 мм, так как дальнейшее уменьшение приведет к значительному сужению полосы пропускания на 1-м канале. Антенна типа КТТА-1-12 дает хорошие результаты при эксплуатации на расстоянии 16 км от ТЦ за счет укороченных длин каждой половины вибратора и компенсационных катушек индуктивности, выравнивающих емкостную составляющую входного сопротивления антенны, настраивая тем самым ее в резонанс. Техническая характеристика: коэффициент усиления ............. 0,95 дБ входное сопротивление ............. 73 Ом полоса пропускания ............... 8 МГц неравномерность частотной характеристики ................. ± 0,5дБ радиус уверенного приема телепрограмм ..................
до 10 км от ТЦ диаграмма направленности в горизонтальной плоскости ....... восьмерка ширина главного лепестка диаграммы направленности ....... 60 Как следует из схемы, компенсационные катушки индуктивности L1 и L2 включены последовательно с вибраторами, настроенными на определенный канал. Катушки индуктивности включены в работу с помощью галетного переключателя, имеющего четыре положения, три направления и одну плату. В положении переключателя, показанном на рисунке, при полностью выдвинутых трубках вибратора антенна работает на 3-м канале. Для того чтобы она принимала 4-й канал, необходимо оставить переключатель в этом же положении, а длину вибраторов установить равной 600—650 мм. При работе на 5-м канале трубки вибраторов выдвигаются на длину 550—600 мм, а переключатель ПГ2-13-4ПЗНТ остается в том же положении. Для работы на 6—12-м каналах вибраторы антенны должны быть выдвинуты на длину по 350 мм, а переключатель — в положение, указанное на схеме, когда обе компенсационные катушки индуктивности L1 и L2 зашунтированы контактами переключателя. Установленные на верхней крышке два переключателя типа ПГ2 расширяют возможность регулирования антенны и нахождения наилучшего расположения ее в комнате. Катушки индуктивности L1 и L2 изготавливаются на диэлектрическом каркасе диаметром 13 мм, поверх которого наматывается обмотка из провода марки ПЭВ-2 диаметром 0,8 мм с шагом намотки 2 мм. Каждая обмотка содержит восемь витков и имеет отвод от третьего витка от начала этих обмоток, обозначенных буквами а и б. Распайка концов катушек к переключателям В1 и В2, а также к пространственной катушке L3 осуществляется припоем марки ПОС-60. После изготовления катушек L1 и L2 они покрываются изоляционным лаком, а концы зачищаются и облуживаются. Катушка индуктивности L3 делается на деревянном или металлическом стержне диаметром 25 мм, который после намотки удаляется. В качестве провода для намотки используется коаксиальный кабель, из которого изготовлен кабель снижения, соединяющий антенну с телевизором.
Намотку этой катушки можно выполнить на пустотелом каркасе из прессшпана или картона диаметром 25 мм и длиной 60 мм. Нитки этой катушки укладываются друг к другу вплотную и обвязываются прочными нитками. Катушка индуктивности L3 имеет оригинальную конструкцию: она состоит из двух абсолютно симметричных половин, содержащих по четыре полных витка в каждой половине и намотанных в одну и ту же сторону, как показано на рисунке (слева). Левую часть катушки наматывают из кабеля снижения, не обрезая его, при этом необходимо только снять верхнюю изоляцию, оголив оплетку, для припайки к ней правой половины катушки индуктивности, которая изготавливается из куска коаксиального кабеля с обрезанными заподлицо концами внутренней жилы. Этот кусок кабеля припаивается оплеткой как к катушке индуктивности L1 в точке а, так и к оплетке второй половины в середине, где ранее была снята верхняя изоляционная оболочка. В промышленном варианте антенна имеет шарнирное крепление телескопических вибраторов, которое позволяет улучшить монтаж и наилучшим образом ориентировать антенну в комнате.
Для приема телепередач на 6—12-м каналах можно использовать антенну, называемую укороченным шлейф-вибратором (рис. 2.11). Она обеспечивает устойчивую работу в диапазоне частот 174—230 МГц. Основное достоинство этой антенны состоит в том, что она работает на всех каналах без перестройки при переключении программ. Как ранее отмечалось, длина обычною вибратора равна примерно 1/2lдл что при использовании такой антенны в комнате создает определенные неудобства. Если обычный петлевой вибратор разрезать в середине, как показано на рисунке, то его резонансная длина уменьшается в два раза и антенна становится компактной. Электрические параметры укороченного шлейф-вибратора несколько уступают параметрам 12-канальной комнатной антенны. Диаграмма направленности антенны в горизонтальной плоскости имеет форму восьмерки. Достаточную контрастность изображения можно получить при приеме сигналов мощных ТЦ в радиусе 5—6 км. Изготавливается антенна из двух трубок диаметром 8—15 мм длиной l1= 195 мм, которые образуют укороченный шлейф-вибратор.
При малых расстояниях от ТЦ и длине коаксиального кабеля снижения не более 2 м согласование и симметрирование антенны данного типа не производятся. Две половины укороченного вибратора устанавливаются на диэлектрической пластине, крепятся с помощью двух скоб, которые позволяют поворачивать шлейф-вибраторы вокруг оси. Расстояние между трубками — l2=25—30 мм, а между торцом колена вибратора и отогнутым концом трубки — l3 = 30—35 мм. Антенна «укороченный шлейф-вибратор» может быть использована для приема всех первых 12 каналов, если оба колена вибратора изготовить телескопической конструкции в виде тромбона. Один из вариантов конструкции такой антенны показан на рис. 2.12.
Конструктивные размеры телескопической антенны приведены в табл. 2.2.
При изготовлении антенны используются тонкостенные трубки из латуни (дюралюминия, стали), которые шарнирно закрепляются на пластмассовом основании. УСС не применяется. К телевизору антенна подключается любым двухпроводным фидером. При использовании комнатных антенн в загородной местности, расположенной вдали от ТЦ или активных ретрансляторов, необходимо применять усилители телевизионных сигналов покупной или самодельной конструкции. Различные типы усилителей рассмотрены в гл. 6 справочника.
