Все права на текст принадлежат автору: Валентин Александрович Волков, Евгений Александрович Карнаухов, Ольга Германова Летчикова, Наталья Николаевна Логинова.
Это короткий фрагмент для ознакомления с книгой.
Телевизионные антенны. Индивидуальное водяное отопление...("Сделай сам" №3-4∙1993)Валентин Александрович Волков
Евгений Александрович Карнаухов
Ольга Германова Летчикова
Наталья Николаевна Логинова

Карнаухов Евгений Александрович «ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ АНТЕННЫ» Волков Валентин Александрович «ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ВОДЯНОЕ ОТОПЛЕНИЕ» Летчикова Ольга Германовна «ИЗ УВЛЕЧЕННЫХ ВЫРАСТАЮТ ТАЛАНТЛИВЫЕ» Логинова Наталья Николаевна «НАРОДНАЯ КУХНЯ ВРАЧЕВАНИЯ» --- Журнал «СДЕЛАЙ САМ» (03–04)∙1993 Подписная научно-популярная серия

УМЕЛЬЦЫ-УМЕЛЬЦАМ

Телевизионные антенны

Е.А. Карнаухов


Телевизионная антенна — глаза и уши вашего члена семьи по имени Телевизор. Здоровье и самочувствие этих органов восприятия во многом определяют и нормальное состояние работоспособности телевизора, да и ваше личное настроение в целом. Насколько это так, иллюстрирует классический, не вызывающий сомнений пример: пусть у вас будет самая совершенная супермодель телевизора японского-производства, но не лучшая по конструкции или своему состоянию (без профилактических осмотров) антенна — и телевизор никогда не обеспечит такого качества просмотра передач, на которые он способен. И наоборот, работа даже среднего по качеству российского экземпляра телевизора, в том числе и черно-белого, но с правильно подобранной и хорошо выполненной антенной, может стать предметом удовольствия, а значит, хорошего настроения у вас, ваших близких и друзей, включая, не смейтесь, домашних животных. Лично у меня был кот, который очень любил, когда включался телевизор на просмотр хоккейных матчей (и только!). Он тут же укладывался на телевизор с блаженным видом. Его привлекало не только тепло (телевизор при работе нагревается — это естественный сопутствующий процесс), он при этом свешивал морду над экраном и лапой с удовлетворением пытался уцепить быстро мелькающую шайбу.

«Ну и что?» — спросите вы. Однако если и посмотреть на этот эпизод с технической точки зрения, то маленькая по размерам и к тому же быстро перемещающаяся шайба на экране телевизора может быть заметна только при качественном изображении, а это невозможно без хорошей антенны, обеспечивающей нормальный сигнал и как следствие высокую четкость картинки.

Так что надо сделать, чтобы из имеющихся под рукой материалов получить наилучшие результаты работы телевизионной антенны? Об этом мы и расскажем в предлагаемом ниже материале.


Распределение частотного диапазона для телевизионного вещания

Телевизионным передатчикам (вещательным станциям) в соответствии с решениями международного консультативного комитета по радиосвязи (МККР) для работы в эфире выделены определенные участки — диапазоны. Полосы их частот (для стран СНГ) показаны в табл. 1.



Частоты, на которых работают телевизионные передатчики 1—12 каналов, по длине волн электромагнитных колебаний относят к участку метровых волн (MB). Частоты каналов выше 21 — к дециметровым (ДМВ). У нас в стране пока используют каналы не выше 41. Частотное распределение по каналам показано в табл.2.



Fиз — несущая частота изображения;

Fзв — несущая частота звукового сопровождения;

Fcp — средняя частота канала;

λср — средняя длина волны электромагнитных колебаний канала.


Желающие, при необходимости, продолжить приведенную таблицу до 81 канала (полоса 950…958 МГц) могут сделать это самостоятельно и без труда, так как каналы ДМВ имеют регулярную структуру без частотных разрывов.

Необходимость выделения и использования участка ДМВ продиктована развитием сети телевизионного вещания и увеличением числа станций, работающих в одном регионе и соседних регионах. Двум станциям с частотами соседних каналов (например, 4 и 5, 9 и 10) в одном или смежных регионах работать не удается из-за сильных взаимных влияний (помех) друг на друга. Исходя из этого, с большим трудом в пределах метровых участков можно распределить семь станций (каналы 2 и 3, 5 и б по своим частотам не являются смежными), несмотря на то, что число каналов 12.

Но ведь любая жизнеспособная система всегда подразумевает непременное развитие, а для вещания — это не только повышение качества передач, но и увеличение числа каналов. Вот и возникла необходимость освоения новых каналов, хотя это и сопряжено с дополнительными (и порой немалыми) затратами, усложнением приемной техники. И действительно, сегодня практически во многих городах ДМВ участок уже интенсивно используется. Телезрители г. Москвы и области уже давно привыкли и успели полюбить программы санкт-петербургской телевизионной студии, которые в эфире передаются по 33-му каналу. Примерно год назад 24-й канал был задействован как технический канал для ретрансляции программ всемирных новостей CNN (без перевода). Сейчас уже ведутся пробные передачи передатчиком небольшой мощности на 27-м канале, а в газетах уже появились сообщения о перспективе задействования в ближайшие годы каналов 49 и 51. Так что будущее телевизионного вещания за ДМВ каналами из-за существенно большей емкости этого диапазона.


Разновидности телевизионных антенн и их особенности

Главная цель использования телевизионной антенны — принять сигнал от телевизионного центра и в качественном виде передать на вход телевизионного приемника. Здесь под качеством подразумевают обеспечение достаточной амплитуды (или мощности) сигнала и необходимой полосы частот в выбранных рабочих участках диапазонов приема.

Но ведь условия работы для различных передатчиков, регионов, различной приемной техники отличаются существенно. Поэтому и телевизионные антенны приходится применять разнообразные.

Основной вариант подразделения антенн по принципу их работы и полосе рабочих частот. Поскольку антенны отличаются и по своим электрическим параметрам — величине усиления, направленных свойств, защищенности от побочных излучений, волнового сопротивления и других, — то антенны в отдельных необходимых случаях могут классифицировать по параметрическим критериям.

Но очень часто, особенно в радиолюбительской среде, антенны подразделяют по конструкционным особенностям. Оно не совсем точно с точки зрения принципа работы антенны, но достаточно удобно и характерно в смысле отличительных особенностей конструкции и сопутствующих им свойств. Поскольку наше повествование предназначено для начинающих радиолюбителей и домашних мастеров, многие из которых не владеют знаниями основ теории антенн и распространения радиоволн, поэтому мы позволили себе всю последующую классификацию (подразделение на группы) проводить по конструкционным особенностям телевизионных антенн.

По принципу действия различают следующие виды антенн.

Полуволновой вибратор. Это самая простейшая антенна. Однако она в качестве одного из элементов фигурирует в составе более сложных конструкций, и относительно этой антенны указывают сравнительные электрические параметры всех остальных, более сложных конструкций. Вот почему важно в полной мере знать свойства и параметры антенны данного вида.

Полуволновым вибратором называют по той причине, что линейная его длина равна половине длины волны электромагнитных колебаний на рабочей частоте канала.

По конструкционному признаку этот вид антенн разделяют на линейный вибратор (рис. 1, а), петлевой вибратор (рис. 1, б) и частотно-независимый (рис. 1, г).



Рис. 1. Полуволновой вибратор:

а) линейный вибратор; б) петлевой вибратор; в) крепление петлевого вибратора на основании; г) частотно-независимый вибратор


Линейный вибратор отличается самым простым устройством, имеет волновое сопротивление 75 Ом и узкую полосу пропускания — в пределах одного телевизионного канала.

Петлевой вибратор несколько сложнее по своей конструкции и имеет сопротивление, близкое к 300 Ом. Вроде бы это не очень удобно (входное сопротивление телевизионного приемника и используемого для подключения к нему телевизионного кабеля равно 75 Ом), но, несмотря на это, у него имеется несомненное достоинство — в средней точке верхней половины вибратора электродвижущая сила (ЭДС) сигнала равна нулю — на рис. 1, в эта точка обозначена буквой О, — что позволяет использовать эту точку при монтаже для соединения с другими элементами и заземлением. Кроме того, петлевой вибратор несколько более широкополосен. Оба эти свойства активно и целенаправленно используют в многоэлементных конструкциях антенн.

Частотно-независимый вариант антенны (веерный вибратор) еще сложнее, но возможность работать одновременно во всех 12 каналах метрового диапазона обеспечил этому варианту широкое распространение.

Все варианты полуволнового вибратора обеспечивают прием сигналов в горизонтальной плоскости с двух направлений, перпендикулярных линии расположения вибратора. Только у широкополосного вибратора направленные свойства несколько более выражены в сторону сближения вибраторов.

«Волновой канал». Многоэлементная антенна (рис. 2) может содержать от 2 до 13 и более вибраторов (чаще 3–7). Основной элемент — активный вибратор А (рис. 2, а). В любой конструкции антенн данной группы он всегда один и полностью повторяет устройство петлевого вибратора.



Рис. 2. Антенны типа «волновой канал»:

а) трехэлементная антенна, б) пятиэлементная антенна, в) семиэлементная антенна, г) одиннадцатиэлементиая антенна, д) прием сигналов вертикальной поляризации.


Перед активным вибратором (со стороны расположения принимаемого телецентра) и за ним располагаются дополнительные элементы. Элементы перед активным вибратором называются, не удивляйтесь, директорами (рис. 2, б). Их может быть несколько. Основное назначение этих вибраторов — уловить сигналы телецентра и переизлучить в сторону вибратора. Чем больше директоров, тем большая мощность сигнала переизлучается в сторону активного вибратора и тем большим коэффициентом усиления обладает антенна, казалось бы, давайте сделаем бесчисленное множество этих директоров, и по своим направленным свойствам никаких других антенн больше не потребуется! К сожалению, увеличение числа директоров увеличивает не только направленные свойства антенны, но и ее длину и массу. И при конструировании антенны «волновой канал» наступает такой момент, когда добавление следующего директора длину и массу увеличивает сравнительно сильнее, чем направленные свойства антенны.

Существует некоторая целесообразность наращивания числа директоров — в I диапазоне их ограничивают 2–3 (Рис. 2, а и 2, б), во II — 3–5 (рис. 2, в), в — 5—11 (рис. 2, г), в IV — как правило, не более 24.

Элемент, расположенный за активным вибратором, называют рефлектором — Р.

Это слово и термин, по всей вероятности, знакомо всем. Да, это отражатель. Отражатель сигнала в сторону активного вибратора и, значит, тоже способствующего улучшению направленных свойств конструкции антенны.

Рефлектор в конструкции антенны тоже один. Но зато он может быть в виде одного вибратора (рис. 2, а) или нескольких (рис. 2, в). Если вибраторы расположены относительно друг друга на расстоянии не более 0,1λ, то такую систему рефлекторов называют рефлекторной решеткой. Элементы антенной решетки часто располагают в одной плоскости — такой вариант размещения более прост в конструкционном плане. Но лучший вариант размещения элементов рефлекторной решетки с точки зрения улучшения приемных свойств антенн — параболическая образующая. В этом случае активный вибратор находится в фазовом центре отраженной от рефлектора волны — создается эффект фокусирования, знакомый многим по фокусированию оптических лучей выпуклыми линзами, что в еще большей степени повышает уровень принятого сигнала. Однако конструкционное исполнение такого варианта рефлектора сложнее, поэтому применяется в основном только для работы в высокочастотных каналах дециметрового диапазона, где геометрические размеры конструкций антенн много меньше.

Поскольку от рефлектора и директоров телевизионный сигнал непосредственно к телевизору не снимают, то эти вибраторы в конструкциях антенн называют пассивными.

У рефлектора есть еще одно назначение — защитить активный вибратор от сигнала, приходящего сзади (такое возможно при наличии телецентра, ретранслятора с противоположной стороны или при отражении сигналов от каких-либо объектов, расположенных сзади антенны). Таким образом, рефлектор представляет собой пространственный экран (особенно выраженный у рефлекторной решетки) и тем самым повышает помехозащищенность для нежелательных воздействий.

Помехозащищенность от сигналов, источник которых находится под некоторым углом со стороны телецентра, можно обеспечить увеличением числа директоров до разумных пределов. В этом случае угол раскрыва направления наилучшего приема уменьшается, что позволяет оставить за пределами данного угла источники мешающих сигналов.

Данный вид антенн можно применять и для приема телевизионных станций с вертикальной поляризацией волн. Для этого достаточно повернуть стрелу антенны с расположенными на ней активными и пассивными элементами на 90°, как показано на рис. 2, д.

Рамочная антенна. Появление телецентров с вертикальной поляризацией излучения сигнала (вертикальное направление вектора электрической составляющей электромагнитных колебаний), как было сказано выше, требует изменения ориентировки типа волновой канал в пространстве. Это нетрудно сделать (при определенных условиях), когда антенну только устанавливают на мачту. Но если в регионе работают несколько передатчиков (возможно, одного и того телецентра) с различной поляризацией, то изменять положение антенны на высоте 5…10 м, а то и выше, каждый раз при переходе приема с одной программы на другую, согласитесь, мало кому доставит удовольствие. Придется иметь несколько антенн со всеми вытекающими отсюда проблемами по усложнению конструкции согласования и коммутации.

В этой ситуации вам на помощь придет рамочная антенна, показанная на рис. 3. Некоторые радиолюбители называют ее еще «квадрат», но это уже дело вкуса.



Рис. 3. Рамочные антенны:

а) двухэлементная антенна, б) симметрирующее устройство рамочной антенны, в) рамочная антенна диапазона ДМВ


Если к активному вибратору рамочной антенны внимательно присмотреться, то нетрудно увидеть, что это тот же самый петлевой вибратор, но с раздвинутыми горизонтальными элементами. Благодаря этому вибратор снова стал иметь сопротивление 75 Ом. Но при этом рабочий диапазон оказался несколько более расширенным и с более равномерной отдачей на всех частотах в пределах рабочего канала.

Но появилось и новое достоинство конструкции антенны — вертикальные соединительные линии (вертикальные части рамки) работают как активный элемент при вертикальной поляризации излучения сигнала. Таким образом, такую антенну очень удобно использовать при работе с сигналами телецентра, имеющими различную поляризацию, — и при этом не требуется пространственного перемещения антенны. Тот, кто уже воспользовался этим свойством антенны, подтвердит, как удобно иметь такую конструкцию.

Рамочная антенна по конструкционному исполнению может быть выполнена в виде одного активного вибратора, двухэлементной (рис. 3, а) — активный вибратор с рефлектором, трехэлементной — активный вибратор с директором и рефлектором. Антенны с большим количеством элементов, как правило, не конструируют.

На рис. 3, в показана двухэлементная широкополосная рамочная антенна для диапазона ДМВ. Эта конструкция имеет очень малые размеры, поэтому ее очень удобно выполнять в виде настольной конструкции. Но это не значит, что невозможен вариант ее расположения вне помещения.

Зигзагообразная антенна. Этот вид антенны назван по своему внешнему виду и способу изготовления многоэлементного вибратора (антенного полотна). Впервые антенна была предложена К.Харченко и изготовлялась из длинного (безразрывного) проводника, укладываемого зигзагом по опорам крестообразной мачты (рис. 4, в). Впоследствии, по мере накопления опыта, совершенствования и модернизации конструкции, антенну стали изготовлять и из других материалов и даже видоизмененной по форме — треугольные и кругообразные вибраторы.

Как видно из схемы (рис. 4, а), антенны, проводники контуров антенного полотна находятся как бы один в другом, а значит, имеют различную длину. Отсюда одна из характерных особенностей данного вида антенны — при достаточно высоком коэффициенте усиления существенно большая полоса пропускания. Даже в метровом диапазоне возможно построение конструкции для работы в 1—5-м и 6—12-м каналах.

И еще одно достоинство конструкции. Она обладает сопротивлением в точке питания 75 Ом, что позволяет без каких-либо дополнительных приспособлений подключать в точках питания 75-омный радиочастотный кабель Фидера (снижение к телевизору).

Конструкцию зигзагообразной антенны можно выполнить и из трубок или пластин металла (рис. 4, б), а для повышения направленных свойств применить рефлектор в виде рефлекторной решетки.



Рис. 4. Зигзагообразные антенны:

а) зигзагообразная антенна из гибких проводников; б) зигзагообразная антенна из трубок с рефлектором; в) антенна типа «паутинка»; г) двойная треугольная антенна


Оба представленных варианта антенны в самой верхней и самой нижней точках имеют нулевой потенциал, что может оказаться удобным для введения каких-либо дополнительных элементов, например элементов крепежа, громозащиты.

Отметим существующие в настоящее время модификации антенн. Стремление к компактности и снижению расхода материала отразилось на том, что некоторые радиолюбители стали использовать неполную зигзагообразную антенну, а только нижнюю ее половину (на рисунках этот вид антенн не показан, так как он имеет точно такую же структуру). Это не отразилось на широкополосности и способе согласования. Правда, несколько снизило коэффициент усиления, но использование такой разновидности конструкции не на пределе зоны уверенного приема вполне оправданно.

Другая разновидность модификации, по образному выражению некоторых радиолюбителей «паутинка», показана на рис. 4, в. Особенность этой конструкции — большая полоса пропускания. Поэтому она может быть использована для приема сигналов во всех двенадцати каналах метрового диапазона. Но конструкция обладает несколько меньшим коэффициентом усиления на низкочастотных каналах 1,1…1,3, на высокочастотных — 2…2,2.

Вариант неполной зигзагообразной антенны, показанной на рис. 4, г, называется двойной треугольной антенной (тоже по внешнему виду). Она состоит из двух треугольных рамок, соединенных между собой. Способ изготовления этого варианта может быть таким же, как у полных зигзагообразных антенн, — из проводников или из трубок и пластин. Для улучшения направленных свойств и помехозащищенности возможно применение рефлекторной решетки.

Логопериодическая антенна. Еще одним видом широкополосной антенны с высоким коэффициентом усиления является антенна с логарифмической периодичностью параметров (ЛПА). Такие конструкции радиолюбители используют уже не одно десятилетие, поэтому существует несколько их разновидностей, хотя принцип работы у всех один и тот же.

Антенны ЛПА просты в изготовлении, хорошо согласуются с 75-омным кабелем. Каждая из антенн ЛПА состоит из систем вибраторов различной длины. Как правило, таких структур две, объединенных собирательной линией.

Один из вариантов антенны показан на рис. 5, а. Она рассчитана на работу в диапазонах метровых волн на 1—12 каналах. Структуры совершенно одинаковые, ее элементы крепят на несущей стреле, и соседние вибраторы для получения необходимой жесткости соединены между собой концами труб. Таким образом сформирована структура, по внешнему виду напоминающая «змейку». Две стрелы с вибраторами под углом 60° закреплены на деревянной мачте — в данном случае сами стрелы выполняют и роль собирательной линии. Элементы собирательной линии не должны иметь электрического контакта между собой. Вдоль одной из линий (конструкционно это удобно вдоль нижней линии) проложен кабель Фидера до точки питания, а он находится со стороны направления на телецентр.

При использовании для изготовления ЛПА труб большого диаметра создание концов вибраторов между собой становится не очень удобным, да и большое число вибраторов серьезно утяжеляет конструкцию. В этом случае вариант, показанный на рис. 5, б, позволяет уменьшить число вибраторов и несколько иначе расположить их, а концы вибраторов соединить антенным канатиком.

На рис. 5,в показана модификация антенны ЛПА, у которой элементы собирательной линии параллельны друг другу, поэтому антенна приобретает компактный вид. Вместе с уменьшением числа вибраторов, а для диапазона ДМВ и размеров вибраторов удается сделать очень легкую и компактную конструкцию.



Рис. 5. Логопериодические антенны:

а) с треугольным расположением элементов; б) с трапецеидальным расположением вибраторов; в) антенна для диапазона ДМВ


Мы с вами рассмотрели пять наиболее распространенных групп телевизионных антенн, которые в работе радиолюбителей получили широкое признание и практически в зоне уверенного приема обеспечивают получение качественного приема. Основные параметры рассматриваемых антенн сведены в табл. 3.



Пользуясь этой таблицей, можно оценить приемные свойства одной конструкции относительно другой, что, в свою очередь, облегчает решение вопроса, на какой из них остановить свой выбор, исходя из конкретных имеющихся условий. Одна из граф таблицы указывает ориентировочное рекомендуемое расстояние, на котором данный вид антенны целесообразно использовать. Расстояния указаны относительно границы зоны уверенного приема (об этом вы узнаете в следующей главе) вашего телецентра или ретранслятора.

Обращаем ваше внимание, что к данной таблице не надо относиться как к догме. Эти данные носят чисто рекомендательный характер, а конкретную ситуацию приема можно определить на месте, проведя ряд экспериментальных наблюдений, если есть возможность и желание выполнить несколько конструкций антенн.


Выбор антенны

Как видно из предыдущих разделов, антенны бывают различными — попроще, посложнее, узкополосные, широкополосные, обладающие различными направленными свойствами, допускающие применение различного материала для изготовления. Даже в пределах одной группы — «волновой канал», зигзагообразные, логопериодические — имеется определенный выбор вариантов исполнения, применения материалов. Так какую же из предложенных конструкций выбрать? Чтобы отдать предпочтение той или иной конструкции, необходимо учесть требования ряда условий.

Одно из самых жестких требований накладывает удаленность точки приема от передающего телецентра. Это такой фактор, на который конструктор антенны повлиять никак не может, а значит, его следует принять как исходный факт. Влияние этого фактора радиолюбитель должен учитывать не по абсолютному значению погонных километров от города, в котором расположен телецентр или ретранслятор, а по отношению к реально существующей так называемой зоне уверенного приема данного телецентра в районе проживания.

Зона уверенного приема (радиус R этой зоны в километрах) зависит от мощности телецентра, высоты расположения передающей телевизионной антенны (hтц) и приемной антенны (hп).

Особенность радиоволн метрового и дециметрового диапазонов состоит в том, что они распространяются в пределах прямой (оптической) видимости. Существует небольшой уровень рефракции (огибание) земной поверхности, поэтому возможен прием и в некоторой близлежащей части пространства к зоне уверенного приема. Эту зону при выборе и конструировании антенны ориентировочно можно оценить по эмпирической (выведенной опытным путем) формуле:

R = 3,75…4,12 (hтц+ hп).

В расчетной формуле коэффициент пропорциональности указан с некоторым разбросом, учитывающим условия распространения радиоволн. Если на пути распространения волн имеются рассеивающие или поглощающие массивы — холмы, горы, большие массивы лесов, города с крупными промышленными и жилыми строениями, высоковольтные линии электропередач, — то в этом случае в формуле следует задействовать минимальный коэффициент. И наоборот, если условия распространения довольно хорошие — ровная степная поверхность, большие массивы водных поверхностей, — то в формуле можно взять и максимальное значение коэффициента.

Приведенную формулу следует применить при мощности передатчика 50 кВт (киловатт). При отличающейся мощности передатчика телецентра или ретранслятора (Р, кВт) потребуется ввести поправочный коэффициент — √(P/50). Тогда найденное по формуле расстояние нужно будет умножить на коэффициент — это и будет значение расстояния зоны уверенного приема для ваших условий приема.

Если расчетную величину зоны уверенного приема R принять за единицу, то зону с нормированной величиной до 0,1R принято называть ближней зоной приема. В этой зоне тип примененной антенны решающего значения не имеет, но, правда, могут возникнуть определенные проблемы в ориентировании антенны для получения лучших условий приема.

За пределами ближней зоны по мере увеличения расстояния от телецентра (ретранслятора) до точки приема необходимо применять антенны с большей величиной коэффициента усиления или коэффициента направленного действия. В справочной таблице характеристик конструкций антенн (смотри предыдущий раздел) приведены рекомендации по преимущественному их использованию из числа представленных видов.

Второе не менее важное условие — предполагаемая высота установки антенны и влияние окружающей обстановки. Чем выше поставить или подвесить антенну над уровнем земной поверхности и над крышей здания (или относительно крыш близстоящих строений), тем большая величина электродвижущей силы (ЭДС) сигнала наводится в антенне и тем выше ее эффективность. Поскольку параметр высоты приемной антенны нами может выбираться из реальных условий и этим параметром мы можем целенаправленно управлять, то тем самым можем в какой-то мере отодвигать границы зоны уверенного приема. Так что предыдущее утверждение, что радиолюбитель не может повлиять на дальность зоны уверенного приема, строго говоря, не совсем точно. Правда, особенно не обольщайтесь. Если вы самостоятельно проведете несложные расчеты зоны уверенного приема с учетом реально достижимой максимальной высоты установки антенны, то увидите, что ваше рукотворное влияние на увеличение дальности приема не превысит 5, в лучшем случае 10 процентов. Это совсем немного. Но в некоторых случаях, особенно для тех, кто живет на границе зоны уверенного приема, и эти небольшие проценты могут доставить небольшую крупицу радости и позволят «въехать» в столь желанную и, казалось бы, недостижимую зону.

Фактор возможности установки антенны в том или ином месте, несомненно, может внести непредвиденные (а иногда и нежелательные) осложнения. Ими могут стать невозможность применения мачты необходимой высоты, сложные ветровые условия, не позволяющие применить антенны с большой парусностью, близкое расположение железобетонных конструкций или строений — опоры высоковольтных линий, электрифицированных железных дорог, металлические ангары, здания, крыши строений с металлическими покрытиями и др. Чтобы устранить или хотя бы ослабить влияние таких факторов, приходится увеличивать высоту мачты, переносить антенну в другое, иногда более удаленное от телевизора, место, применять антенны с повышенной помехозащищенностью. Все это тоже сказывается на необходимости постановки дополнительных требований к выбору антенны.

Третий фактор, который в той или иной мере влияет на выбор будущей конструкции антенны, — это материальные и физические возможности самого исполнителя. Этот фактор не влияет на величину зоны уверенного приема, но неизбежно в наше трудное для мастеровых людей время наложит свой отпечаток на выбор конструкции антенны.

С учетом первого и второго факторов реальные границы выбора будут ограничены двумя-тремя конструкциями. Вот здесь вам и предстоит самостоятельно решить — делать антенну попроще или наличие материалов и собственный опыт позволят изготовить и более сложную конструкцию. Выбор, конечно, за вами. Но советуем — не скупитесь. Если опыт и мастерство позволят вам сделать более сложную из представленных антенн, реализуйте такую возможность. Затраченные усилия не раз возвратятся к вам в виде дополнительных преимуществ. Другое дело — если опыта конструирования еще недостаточно. В этом случае не надо стремиться к усложнениям. Простая конструкция — меньше неясных вопросов, да и возможность сделать непроизвольную ошибку тоже значительно меньше.

Выбор антенны можно осуществить не только умозрительно, обложившись массой справочников, руководств. Этот вопрос можно решить чисто практическим способом, взяв в помощь уже накопленный до вас опыт радиолюбителей в вашей местности. Походите по округе, приглядываясь к крышам зданий, обратите внимание на уже установленные антенны, отметьте, каких из них больше. Было бы очень хорошо, если вам удастся поговорить с кем-то из радиолюбителей или знакомых о качестве приема на используемые антенны. Для вас это будут бесценные сведения, которые сэкономят время, усилия и помогут достичь именно ожидаемых результате».


Материалы для изготовления

Одно из условий выбора конструируемой антенны предполагает и наличие имеющихся у радиолюбителя или мастера тех или иных материалов, без которых изготовление становится проблемой. Так что же нужно, чтобы выполнить полноценную телевизионную антенну?

Электрическая часть конструкции антенны (антенное полотно) — это система токопроводящих линий, работающих на высоких частотах. Токи высокой частоты в отличие от постоянного тока и токов колебаний звуковых частот протекают не по всему объему проводника, а только в его поверхностных слоях. Это накладывает особые условия на качество и состояние токопроводящего материала.

Из электротехники многим, наверное, известно, что количество передаваемой энергии от генератора тока к потребителю зависит от сопротивления проводящей линии. Чем больше ее сопротивление, тем больше потерь в передаточном звене. Но сам параметр сопротивления линии не может быть критерием выбора, так как он в сильной степени зависит от длины и поперечного сечения проводников. Для оценки возможностей проводников, а следовательно, и для их выбора существует весьма универсальная характеристика материала по качеству проводимости электрического тока — удельное сопротивление. Она определяет величину сопротивления образца материала с поперечным сечением 1 мм и длиной 1 м. Такой способ сравнения свойств различных материалов ставит их все в одинаковые условия, и теперь конкретное сопротивление каждого определяет только физико-химическое состояние в условиях измерения.

Не пугайтесь, вам не придется проводить подобных измерений. Они давно уже проведены, и результаты записаны в таблицы справочников по физике для повседневного использования. Вам остается только воспользоваться справочными сведениями и уже самостоятельно сделать выбор подходящего материала. Чтобы немного сэкономить вам время, значения удельных сопротивлений наиболее употребительных металлов приведены в табл.4 (материалы в таблице приведены в порядке абсолютного возрастания параметра).

Таблица 4

Материал ∙ Удельное сопротивление, Ом мм2(при температуре 2 °C)

Серебро ∙ 0,016

Медь электротехническая ∙ 0,0175

Золото ∙ 0.024

Хром ∙ 0,027

Алюминий ∙ 0,028

Латунь ∙ 0,03… 0,06

Цинк ∙ 0,059

Никель ∙ 0,07

Сталь ∙ 0.098

Платина ∙ 0,1

Олово ∙ 0,115

Бронза ∙ 0,115

Свинец ∙ 0.21

Уголь ∙ 0,33…1,85

Изготовленная вами конструкция, хотите вы этого или нет, будет находиться в агрессивной по отношению к материалу антенны среде. Здесь было бы полезно вспомнить из школьной программы химии процессы окисления и отношения металлов к кислотным и щелочным средам. Если вам это удалось, то вы вспомните, что не все металлы равностойки к агрессивным воздействиям, а они всегда присутствуют в воздушной среде. В условиях комнаты — в меньшей степени, за окном — в более сильной и с очень большими перепадами. Так, например, золото имеет очень высокую степень стойкости к внешним воздействиям, а медь, и особенно серебро, — слабую.

Но выбор металлов для проводников определяется не только двумя названными условиями. Он зависит и от температуры окружающей среды, механических нагрузок, в ряде случаев проявляются влияния прямого солнечного излучения, естественного и добавленного фона жестких излучений, иногда даже следует учитывать токсичность самого материала и его естественных природных соединений, не последнее место занимает и стоимость материала.

Принимая во внимание большое число критериев, можно сказать, что идеальных материалов для изготовления просто нет. Каждый из них для какого-то определенного условия достаточно хороший, но для ряда других оставляет желать лучшего. Компромиссное решение при конструировании антенны выбирается исходя из электропроводности, стоимости и стойкости к внешним воздействиям.

В соответствии с приводимой таблицей удельных сопротивлений для постройки антенны следует выбирать (в последовательности предпочтительности) медь, алюминий, латунь, цинк. Правда, медь и медносодержащие сплавы, в том числе и латунь, очень нестойки к коррозийному разрушению. В противоположность им алюминий хоть и легко окисляется, но окись алюминия достаточно стойка и хорошо защищает металл от разрушения. Следует учитывать, что существуют и специальные способы защиты металла от разрушения в виде тонкоплёночных покрытий лаками, красками и другими материалами.

В качестве материала для полотна антенны можно выбрать металлические прутки диаметром от 3 до 10 мм, трубки с внешним диаметром 8…20 мм. Внутренний диаметр труб не столь важен с электрической точки зрения, но имейте в виду, что тонкостенные трубки обладают и меньшей массой, а для многоэлементных конструкций антенн да еще с рефлекторной решеткой это порой даже решающий фактор. В отличие от внутреннего внешний диаметр оказывает влияние на свойства антенны. И это влияние отражается на полосе пропускания одноканальной антенны. При уменьшении отношения диаметра трубки активного вибратора к его длине полоса пропускания уменьшается. И поскольку самые длинные вибраторы бывают при конструировании антенн 1—5-го каналов, то об этом соотношении не следует забывать при выполнении одноканального варианта антенны.

При отсутствии трубок и прутков можно использовать плоские или профилированные пластины — уголки гнутые и прокат, швеллеры, тавр и др. По своим электрическим свойствам они полностью равнозначны трубкам и пруткам (стержням), но только обладают меньшей жесткостью и более высокой парусностью (влиянием на них ветровых нагрузок). С другой стороны, обработка и крепление таких материалов несколько проще и удобнее.

Особое и непременное требование ко всем перечисленным материалам — их поверхность должна быть ровной, гладкой, без выбоин, щербин, раковин. Если в этом плане вам не очень повезло с имеющимся материалом, не поленитесь крупнозернистую поверхность металла обработать шлифовальной бумагой (наждачной) с обязательным последующим удалением абразива и металлических опилок. Лучший вид обработки поверхности — шлифовка или покрытие материала тонким слоем высокопроводящего металла (серебрение, меднение, хромирование).

При конструировании некоторых видов антенн с успехом используют гибкие проводники — специальный антенный канатик и даже обычные монтажные провода.

Антенный канатик — это свитые по всей длине отдельные проводники. Он обладает высокой устойчивостью на разрыв, более легок по сравнению с прутком такого же внешнего диаметра. Каждый проводник канатика своей поверхностью отдельно участвует в проводимости тока, но при параллельном включении нескольких проводников суммарная проводимость канатика увеличивается. В практике конструирования антенн применяются канатики с внешним диаметром 2…5 мм.

Аналогичным свойством обладают и монтажные провода, но плюс ко всему они заключены в изоляционные трубки, что повышает устойчивость проводников к неблагоприятным климатическим воздействиям. Единственный недостаток монтажных проводников в том, что их не выпускают большого диаметра. Из наиболее распространенных типов монтажных проводников можно использовать МГВ (многопроволочный, гибкий, в виниловой изоляции), МГШВ (плюс еще шелковая изоляция), ПМП (однопроволочный, изолированный полиэтиленом) и др.

Элементы всех названных антенн, кроме зигзагообразных, размещают на несущей стреле. Для стрелы следует выбрать материал с высокой устойчивостью к механическим нагрузкам. Электропроводность материала в данном случае не играет никакой роли, за исключением тех случаев, когда несущая выполняет роль собирательной линии (ЛПА). Поэтому для изготовления стрелы можно применить и железные (стальные) трубы и профили. Можно применить и токонепроводящие материалы — чаще всего из них применяют деревянные брусья.

Поскольку для стрелы основное требование жесткость, то трубчатые материалы следует выбирать диаметром в 1,5…2 раза толще, чем элементы вибраторов антенного полотна. Механическая жесткость деревянного бруса может быть увеличена путем металлических накладок по сторонам, использованием стягивающих хомутов.

Для мачты, на которой будет установлена антенна, следует выбирать материал с очень высокой жесткостью и прочностью. В данном случае железные и стальные трубы будут просто незаменимы. Если условия работы антенны требуют обязательного применения неметаллических мачт (зигзагообразные антенны, ЛПА, антенны вертикальной поляризации), то на необходимой длине верхней части мачты металлическую трубу можно надстроить отрезком деревянной мачты.

В том случае когда нет толстой жесткой трубы для мачты, радиолюбители применяют и деревянные мачты круглого или прямоугольного сечения. К недостаткам таких мачт следует отнести их продольный прогиб при механических, в том числе и ветровых, нагрузках, неудобств установки, применения устройств грозозащиты.

Для повышения жесткости деревянной мачты применяют растяжки. Растяжки как способ повышения устойчивости конструкции в рабочем положении и противостояния порывам ветра требуются и для металлических мачт. Но если для металлических последующий ярус растяжек можно ставить через каждые 10 м, то для деревянных мачт требуется установка растяжек через каждые 5 м высоты, а в некоторых случаях и чаще, если жесткость мачты недостаточная.

В ряде случаев из-за неимения мачты или трудностей в ее установке радиолюбители используют естественные возвышения близлежащих объектов. Ну что же, способ не самый лучший, но, когда нет другого выхода, приходится воспользоваться и этим. В качестве таких суррогатных мачт используют отдельно стоящие деревья, конек крыш индивидуального строения, в городах иногда даже балкон (если окна квартиры выходят в сторону телецентра).

Напоминаем — использовать крышу коммунального дома для установки антенны даже на короткой мачте (2…3 м) можно только с разрешения жилищно-эксплуатационной конторы или выполняющей ее функции организации.

И еще одно предостережение. Ни в коем случае нельзя использовать для установки антенн мачты линий электроосвещения, высоковольтных линий, газопровода, радиотрансляционных линий и других коммунальных служб. Даже при установке своей собственной мачты следует держаться от устройств всех названных служб как можно подальше. ...



Все права на текст принадлежат автору: Валентин Александрович Волков, Евгений Александрович Карнаухов, Ольга Германова Летчикова, Наталья Николаевна Логинова.
Это короткий фрагмент для ознакомления с книгой.
Телевизионные антенны. Индивидуальное водяное отопление...("Сделай сам" №3-4∙1993)Валентин Александрович Волков
Евгений Александрович Карнаухов
Ольга Германова Летчикова
Наталья Николаевна Логинова