Схема антенны: Схема антенны для цифрового телевидения своими руками. Дециметровая антенна для Т2 своими руками. Типы телевизионных приёмных антенн

Как сделать ТВ антенну своими руками

Несмотря стремительное развитие интернета, телевидение остаётся главным источником информации для большинства населения. Но для того чтобы в вашем телевизоре была качественная картинка, нужна хорошая антенна. Совсем не обязательно покупать телевизионную антенну в магазине, ведь её можно сделать своими руками и сэкономить при этом приличные деньги.

Как сделать качественные антенны для различных диапазонов вещания и какие материалы при этом использовать, вы сможете узнать прочтя нашу статью.

Типы антенн

Существует множество типов и форм телевизионных антенн, ниже приведены основные из них:

    • Антенны для приёма «волнового канала».

    • Антенны принимающие «бегущую волну».

    • Рамочные антенны.

    • Зигзагообразные антенны.

    • Логопериодические антенны.

Антенны решётки

  • Антенны решётки.

Антенны для приёма цифрового телевидения

Весь мир, в том числе и наша страна, перешли с аналогового вещания на цифровое. Поэтому делая антенну своими руками или покупая её в магазине, необходимо знать какая антенна лучше подойдёт для приёма DVB-T2 формата:

    • Комнатная антенна — подходит для приёма сигнала в формате DVB-T2 только на расстоянии до 10 километров от ретранслятора. В принципе на этом расстоянии, сигнал способна принять даже обычная оголённая проволока вставленная в антенный разъём телевизора и направленная в нужную сторону, но для более стабильного и устойчивого сигнала лучше воспользоваться комнатной антенной.

    • Антенна типа «Ворона» — способна принимать цифровой сигнал на расстоянии до 30 километров. Данный тип антенны устанавливается вне жилища и не требует чёткой направленности на ретранслятор. Но в случаях если расстояние от источника сигнала составляет более 30 километров или рядом имеются генераторы помех, желательно направить антенну на телевышку.

  • Антенна типа DIPOL 19/21-69 — принимает сигнал на расстоянии до 50 километров. Требует установки на возвышенность 8-10 метров и чёткого направления на источник сигнала. В связке с усилителем, способна принимать цифровой сигнал на расстоянии до 80-100 километров. Отличные характеристики данной антенны, делают её одним из лучших вариантов для приёма сигнала в формате DVB-T2 на удалённом расстоянии от ретранслятора.

Если вы живёте не далеко от телевышки, то вполне можете сделать простейшую антенну для приёма сигнала в DVB-T2 формате своими руками:

  1. Отмерьте от коннектора 15 сантиметров антенного кабеля.
  2. Снимите с обрезанного края 13 сантиметров внешней изоляции и оплётки, оставьте только медный стержень.
  3. Сверяясь с картинкой телевизора, выставите стержень в нужном направлении.

Всё антенна готова! Нужно отметить, что такая примитивная антенна не способна обеспечивать качественный и устойчивый сигнал на удалённом от телевышки расстоянии и в местах с источниками помех.

Антенны своими руками

Давайте рассмотрим несколько вариантов телевизионных антенн, которые можно сделать самостоятельно, из подручных материалов:

Антенна из пивных банок

Антенну из пивных банок можно изготовить буквально за полчаса, из имеющихся у вас под рукой средств. Конечно сверх-устойчивого сигнала такая антенна не обеспечит, но для временного пользования на даче или в в съёмной квартире вполне сгодится.

Антенна из пивных банок

Чтобы сделать антенну вам понадобятся:

  • Две алюминиевые банки из под пива или другого напитка.
  • Метров пять телевизионного кабеля.
  • Штекер.
  • Два шурупа.
  • Деревянное или пластиковое основание на которое будут крепится банки (многие используют деревянную вешалку или швабру).
  • Нож, плоскогубцы, отвёртка, изоляционная лента.

Убедившись в том, что все вышеперечисленные предметы у вас имеются в наличии, произведите следующие действия:

  1. Зачистите один конец кабеля и присоедините к нему штекер.
  2. Возьмите второй конец кабеля и снимите с него изоляцию длиной в 10 сантиметров.
  3. Расплетите оплётку и скрутите её в шнур.
  4. Снимите слой пластика изолирующий стержень кабеля на расстояние в один сантиметр.
  5. Возьмите банки и в крутите в них шурупы по центру дна или крышки.
  6. Присоедините к одной банке стержень, а к другой шнур оплётки кабеля, закрутив их на шурупы.
  7. Прикрепите банки на основание с помощью изоленты.
  8. Закрепите на основании кабель.
  9. Вставьте штекер в телевизор.
  10. Перемещаясь по комнате, определите место наилучшего приёма сигнала и закрепите там антенну.

Существуют и другие вариации данной антенны, с четырьмя и даже восемью банками, но явного воздействия количества банок на качество сигнала не выявлено.
Как сделать антенну из пивных банок вы также можете узнать из видеоролика:

Зигзагообразная антенна Харченко

Своё название антенна получила в 1961 году, по фамилии её изобретателя Харченко К. П., который предложил использовать для приёма телепередач антенны зигзагообразной формы. Данная антенна очень хорошо подходит для приёма цифрового сигнала.

Антенна Харченко

Для изготовления зигзагообразной антенны вам понадобится:

  • Медная проволока диаметром 3-5 мм.
  • Телевизионный кабель 3-5 метров.
  • Припой.
  • Паяльник.
  • Штекер.
  • Изоляционная лента.
  • Кусок пластика или фанеры для основания.
  • Болты креплений.

Для начала нужно изготовить рамку антенны. Для этого берём проволоку и и отрезаем кусок 109 сантиметров. Далее сгибаем проволоку таким образом, чтобы у нас получилась рамка из двух параллельных ромбов, каждая сторона ромба должна составлять 13,5 сантиметров, из оставшегося сантиметра сделайте петли для скрепления проволоки. С помощью паяльника и припоя, соедините концы проволоки и замкните рамку.
Возьмите кабель и зачистите его конец таким образом, чтобы у вас с была возможность припаять стержень и экран кабеля к рамке. Далее, припаяйте стержень и экран кабеля в центре рамки. Учтите что экран и стержень не должны соприкасаться.
Установите рамку на основание. Расстояние между углами рамки в месте соединения с кабелем, должно составлять два сантиметра. Размер основания сделайте примерно 10 на 10 сантиметров.
Зачистите второй конец кабеля и установите штекер.
Если необходимо присоедините основание антенны к стойке, для дальнейшей установки на крышу.
Более подробную инструкцию по изготовлению антенны Харченко, вы можете посмотреть в видеоролике:

Антенна из коаксиального кабеля

Для изготовления антенны вам понадобится 75-омный коаксиальный кабель стандартного разъёма. Чтобы рассчитать необходимую для антенны длину кабеля нужно узнать частоту цифрового вещания и разделить её в мегагерцах на 7500, а полученную сумму округлить.

Антенна из кабеля

Получив длину кабеля сделайте следующее:

  1. Зачистите кабель с одной стороны и вставьте в разъём для антенны.
  2. Отступите два сантиметра от края разъёма и сделайте отметку от которой будете отмерять длину антенны.
  3. Отмерив нужную длину, откусите лишнее плоскогубцами.
  4. В районе отметки снимите изоляцию и оплётку кабеля, оставьте только внутреннюю изоляцию.
  5. Загните очищенную часть под углом в 90 градусов.
  6. Произведите настройку телевизора с новой антенной.

Визуально закрепить информацию вы можете посмотрев видеоролик:

Спутниковая антенна

Стоит сразу оговорится, что для приёма спутникового сигнала необходим тюнер и специальная приставка. Поэтому, если у вас нет в наличии этого оборудования, то создание спутниковой антенны своими руками будет не возможно, поскольку сами вы сможете изготовить только параболический отражатель:

 

  • Парабола из оргстекла — изготавливается методом нагрева. Оргстекло помещается на болванку, повторяющую форму параболического отражателя и помещается в камеру с высокой температурой. После размягчения оргстекла, оно принимает форму болванки. После остывания оргстекла, его вытаскивают из формы и обклеивают фольгой. Минус такого производства самодельной параболы в том, что затраты на её изготовление, превосходят рыночную стоимость заводского отражателя.
  • Отражатель из металлического листа — делается из листа оцинкованного железа, размером метр на метр. Листу придаётся круглая форма и от края к центру делаются разрезы по форме лепестков. После этого лист помещается на выгнутый шаблон отражателя и «лепестки» скрепляются точечной сваркой или заклёпками.
  • Сетчатый отражатель — делается из каркаса и сетки. Сначала изготавливают шаблон параметры которого рассчитывают по формуле. По шаблону изготавливают радиальные параболы из медной проволоки. Сечение проволоки выбирается исходя из диаметра антенны. Например, для антенны диаметром 1,5 метра берут проволоку диаметром 4-5 мм. Также необходимо изготовить круговые пояса. Диаметр поясов меняется с шагом 10-30 см. После изготовления каркаса его обтягивают мелкой медной сеткой.

 


Все перечисленные выше способы, могут рассматриваться всерьёз только из спортивного интереса, поскольку изготовление параболического отражателя в ручную, процесс очень трудоёмкий и дорогой. К тому же, произвести точные расчёты параметров спутниковой антенны в домашних условиях, очень сложно. Поэтому советуем вам не оригинальничать и покупать спутниковую антенну в полном комплекте.

Антенный усилитель

Если в месте где вы живете слабый телевизионный сигнал и обычная антенна не может обеспечить качественную картинку в вашем телевизоре, то помочь в этой ситуации может антенный усилитель. Изготовить его своими руками, вы сможете если немного разбираетесь в радиоэлектронике и умеете паять.

Усилители нужно устанавливать как можно ближе к антенне. Питание антенного усилителя лучше осуществлять по коаксиальному кабелю через развязку.

Схема питания развязки

Развязка устанавливается внизу у телевизора и на неё от адаптера подаётся питание в 12 вольт. Двухкаскадные усилители потребляют ток не больше 50 миллиампер, по этой причине мощность блока питания не должна превышать 10 ватт.
Все соединения антенного усилителя на мачте нужно производить при помощи спаивания, поскольку установка механических соединений приведёт к их коррозии и разрыву, при дальнейшей эксплуатации в условиях агрессивной внешней среды.
Бывают случаи, когда приходится принимать и усиливать слабый сигнал при наличии мощных сигналов от других источников. В этом случаи на вход усилителя попадают одновременно слабые и сильные сигналы. Это приводит к блокировке работы усилителя или переводу его в нелинейный режим, смешивающий оба сигнала, что выражается в наложении изображения с одного канала на другой. Исправить ситуацию поможет уменьшение напряжения питания усилителя.
Учтите, что на дециметровые усилители очень сильно влияют сигналы в метровом диапазоне. Для ослабления воздействия метровых сигналов, перед усилителем ДМВ ставят фильтр верхних частот, который блокирует метровые волны и пропускает сигналы только дециметрового диапазона.
Ниже приведена схема антенного усилителя метрового диапазона:

Схема антенного усилителя метрового диапазона

  • Коэффициент усиления составляет 25 дБ. при напряжении 12,6 вольт.
  • Потребляемый ток не более 20 миллиампер.
  • Встречно-параллельное включение диодов Д1 и Д2 предохраняет транзистора от выхода из строя при ударе молнии.
  • Каскады имеют общий эмиттер.
  • Конденсатор С6 обеспечивает коррекцию постоянной характеристики усилителя в области высоких частот.
  • Для стабилизации режима транзисторов, усилитель охвачен отрицательной обратной связью с эмиттера второго транзистора на базу первого.
  • Во избежании самовозбуждения усилителя, используется развязывающий фильтр R4 C1.

Также предлагаем ознакомиться со схемой дециметрового усилителя:

Схема дециметрового усилителя

  • Антенный усилитель дециметрового диапазона 470-790 мегагерц.
  • Коэффициент усиления 30 дБ. при напряжении 12 вольт.
  • Потребляемый ток 12 миллиампер.
  • Каскады имеют общий эмиттер и СВЧ транзисторы с низким уровнем собственных шумов.
  • Резисторы R1 и R3 обеспечивают температурную компенсацию режима транзисторов.
  • Питание усилителя осуществляется по коаксиальному кабелю.

С принципом работы антенного усилителя вы можете ознакомится в видеоролике:

Теперь, ознакомившись со схемами и вооружившись паяльником, вы смело можете начинать изготовление антенного усилителя.

Надеемся что наша статья про телевизионные антенны оказалась для вас полезной!

Антенны для цифрового ТВ DVB T2: 4 схемы с фото

Эра трансляции аналоговых сигналов в телевидении закончилась. Современные научные разработки полностью заменяют старые технологии.

Люди, приобретая новое оборудование, вынуждены мастерить антенны для цифрового телевидения своими руками различными способами или покупать готовые промышленные образцы.

Хочу обратить внимание, что антенны для цифрового ТВ DVB T2 совсем не сложно сделать самостоятельно. Я специально проверил четыре схемы, учитывающие разные условия проживания людей. Предлагаю вам их для ознакомления. Смотрите мои фото и доступные чертежи сборки.

Содержание статьи

Как работает цифровая антенна для телевизора: объясняю просто

Перед тем как заняться сборкой любой из четырех моделей приемных антенн следует хорошо понять те процессы, которые в них должны протекать.

Электромагнитные волны распространяются во все стороны горизонта от генератора передатчика электрических сигналов, установленного на телебашне.

Они обладают достаточной мощностью для своей зоны покрытия, но с увеличением расстояния их сигнал ослабевает. На его величине также сказывается рельеф местности, различные электрические и магнитные препятствия, состояние атмосферы.

В вибраторе, сориентированном перпендикулярно движению электромагнитной волны, по законам индукции наводится напряжение. Положительная и отрицательная полуволна гармоники создают свой знак.

Напряжение достигает свое максимальное значение — амплитуду в точках времени, соответствующей ¼ и ¾ периода или 90 и 270 градусов от синусоиды напряженности электромагнитной волны.

Любую форму и размеры активных вибраторов создают для наиболее эффективного наведения напряжения с минимальными потерями энергии. Учет положения этих точек рассчитывают по длине волны или частоте гармоники.

Напряжение, замкнутое на внутреннее сопротивление телевизионного приемника, вырабатывает в созданном контуре электрический ток. Его форма и направление изменяются и пропорционально повторяют сигналы передатчика на активной нагрузке.

За счет использования различных видов цифровой модуляции на стороне передатчика происходит прием и обработка сигналов информации внутри схемы телевизионного приемника.

Более глубоко рассматривать вопрос, как работает цифровая антенна для телевизора при ее создании, дальше не стану.

Какие технические характеристики антенны определяют качество приема ТВ сигнала

Антенну относят к обратимым устройствам потому, что она одинаково работает на стороне передатчика и приемника. При анализе характеристик используют ее включение в качестве генератора.

Для эффективного приема цифрового сигнала необходимо учесть, что на стороне генератора излучатель электромагнитных волн можно расположить под любым углом к горизонту, но, законодательно принято только два направления: горизонтальное и вертикальное.

Наша задача — повторить эту ориентацию для собственного телевизора.

Направление поляризации и другие данные передачи цифровых сигналов можно узнать на сайте оператора через поисковую систему.

Заходим на сайт, выбираем необходимые сведения.

Нас, в первую очередь, должны интересовать 3 характеристики:

  • номер канала и его частота, для которой будем создавать антенну по строгим размерам;
  • радиус зоны обслуживания передатчика, влияющий на качество сигнала и выбор конструкции вибраторов;
  • направление поляризации.

Дальность расположения телевизора от передающей телебашни сильно влияет на конструкцию антенны.

Чем выше установлена антенна, тем лучше будет качество принимаемого сигнала, но длина кабеля может его значительно ослабить. В этом плане жители верхних этажей многоэтажных зданий имеют значительное преимущество перед соседями снизу.

Для зоны уверенного приема я испытал самые простые модели Харченко и петлевые сборки из коаксиального кабеля и провода, обладающие широким спектром частот приема.

На большие расстояния лучше собирать волновой канал или логопериодическую схему. Из простых конструкций хорошо себя зарекомендовала антенна Туркина, доработанная Поляковым.

Для примера, в моей местности удаление от телебашни составило 25 км, что входит в зону уверенного приема, а частота сигнала — 626 МГц вертикальной поляризации.

Длину электромагнитной волны рассчитываю через скорость света по частоте: λ=300/626=0,48 метра. Полуволна составит 24 см, а четверть — 12.

Под эти характеристики я делал 4 тестовые антенны для цифрового телевидения своими руками, которые описываю ниже.

Антенна Харченко для цифрового ТВ: насколько уверенно работает

Общий вид собранной мной конструкции показываю фотографией. С учетом вертикальной поляризации она расположена в форме восьмерки, а для горизонтальной ориентации ее поворачивают бабочкой.

Для наглядности рассмотрения перевернул ее обратной стороной: экраном к передающему центру, а активным вибратором, выполненным из медной шинки — в комнату.

ТВ кабель просто примотан изолентой по одной стороне квадрата, закреплен на стойке и в моем случае служит еще крепежным элементом: просто перекинут через карниз шторы: на нем висит антенна.

Мою конструкцию уже повторили многие соседи. Наблюдаю это вот таким оформлением окон.

Люди подвешивают восьмерку даже на занавески, стали делать ее без экрана и крепежной рейки: один активный вибратор уверенно обеспечивает прием. Этим упрощают сборку. Однако, в случае появления посторонних помех экран советую все же собирать.

Делаю вывод, что антенна Харченко в зоне уверенного приема работает вполне надежно. Поскольку ее расчет и монтаж простой, не требует дефицитных деталей, то рекомендую к сборке.

Как рассчитать размеры антенны для цифрового телевидения своими руками простыми способами

Для определения габаритов конструкции Харченко я нашел много рекомендаций, которые, мягко говоря, не стыкуются, но работают. На картинке привожу только 3 методики расчета.

А еще есть онлайн калькуляторы, вычисляющие различные размеры. Все это я объясняю тем, что такая конструкция не критична к точности изготовления, что считаю ее преимуществом.

Для проверки выбрал ту методику, где сторона квадрата составляет 0,25 длины волны электромагнитного колебания λ. Здесь надо меньше материала, а условия работы наиболее усложненные.

Умножаю длину волны 48 на 0,25 и получаю сторону квадрата 12 см.

А дальше показываю технологию, которую вам не сложно будет повторить. Но рекомендую все же немного увеличить сторону квадрата.

Тогда она станет захватывать чуть больший диапазон сигналов за счет того, что подобная форма вибратора обрабатывает все амплитуды полуволн напряженности, которые умещаются внутри нее. За счет этого и обеспечивается ее широкополосность.

Как сделать антенну Харченко: личный опыт «сборки на коленке» с фотографиями

Активный вибратор делал из медной шинки прямоугольного сечения 1х4 мм.

Такой профиль сложно выгибать. Приходится работать в тисках. Проще работать с круглым сечением. Среднюю часть зачистил от лака и пропаял паяльником контактные площадки.

По одной стороне квадрата примотал изолентой коаксиальный кабель и припаял его токоведущие жилы к подготовленным площадкам.

За счет созданной полупетли образуется угол согласования волновых сопротивлений кабеля и антенны. Это наиболее простая в исполнении конструкция. Но она играет важную роль.

Показываю это подключение дополнительными фото на готовой антенне.

Дальше мне осталось выполнить экранирующую решетку, которая блокирует посторонние сигналы с противоположной стороны, чтобы они не ухудшали прием информации.

Разметил деревянную рейку, просверлил в ней тонкие отверстия.

Вставил в них отрезки проволоки, длина которых немного перекрывает площадь активного вибратора, заклинил их спичками. Можно еще клея добавить.

Получилась вот такая антенна Харченко для цифрового ТВ с подключенным к ней кабелем.

Здесь показываю ее расположение на окне во время работы прошлым летом.

А этот снимок сделал недавно: показываю еще ее один вид.

В это время я уже отказался от использования антенны для цифрового ТВ DVB T2 после подключения оптоволокна и перехода на пакет услуг Ясна от Белтелеком.

Антенна для цифрового ТВ из кабеля: как быстро сделать

На сборку этой схемы потребуется только отрезок коаксиального ТВ кабеля длиной порядка метра, нож, паяльник, хотя можно обойтись без него.

Петля работает в зоне уверенного приема, обладает хорошими характеристиками даже внутри плотной застройки многоэтажных зданий из железобетонных плит. Поскольку довольно простая сборка у меня заняла порядка 5 минут времени, то ее можно проверить хотя бы ради любопытства.

Объясняю технологию монтажа.

Размер окружности собранной петли соответствует длине волны электромагнитного колебания. У меня, как показано выше, это 48 см.

Разделываю один конец коаксиального кабеля на расстояние порядка 5 сантиметров. Для наглядности рядом положил спичечный коробок со стандартными размерами 3х5.

От начала разделки отмерил расстояние полуволны: 24 сантиметра. Дальше необходимо сделать участок, на котором будет разорвана экранирующая оплетка.

Ее расстояние делаем 2 см. На этом отрезке внимательно проверяйте отсутствие проволочек и электрических связей. Должна быть видна только полиэтиленовая изоляция центральной жилы.

Затем по длине кабеля от созданного разрыва отмеряю еще повторно 24 см и снимаю верхнюю защитную оболочку из полиэтилена по кольцу шириной 1 сантиметр.

Работать надо аккуратно. Экранирующая оплетка и ее электрические связи должна быть сохранена.

Показываю этот участок крупным планом.

Теперь осталась самая малость: проверяю отсутствие коррозии на зачищенных оплетках, плотно скручиваю пальцами между собой токопроводящий экран с центральной жилой. Необходимо замкнуть их накоротко.

Образуется скрученный конец длиной порядка 5 сантиметров. Остается плотно обмотать его вокруг открытого участка изоляции шириной 1 см. Петля готова.

С обратной стороны кабеля припаивается штеккер для подключения в гнездо телевизора. Эту тривиальную операцию опускаю. Сложностей в ней нет.

Антенна для цифрового ТВ из кабеля своей плоскостью петли ориентируется перпендикулярно направлению передающей станции.

Положительный момент: материал петли выполнен из того же материала, что и последующий фидер для подключения к телевизору. У них одинаковое волновое сопротивление. Ничего согласовывать не требуется.

Антенна из провода: самая легкая сборка для телевизора

Принимать цифровой сигнал на телевизор в зоне до 30 км можно на простое проволочное одинарное или двойное кольцо из медной проволоки, взятой отрезком электропроводки 2,5 мм кв.

Показываю технологию его сборки из двух колец. Если вас заинтересует упрощенный вариант, то второй элемент не монтируйте.

Протяженность окружности кольца должна соответствовать длине волны ТВ сигнала передатчика. В моем примере это 48 см. Откусываю два отрезка провода: L1 и L2 с запасом по сантиметру для соединения концов.

Сгибаю будущие вибраторы кольцами, а концы их зачищаю. На коротком отрезке делаю маленькие колечки для подключения второй заготовки.

Вставляю один вибратор в другой, колечки обжимаю пассатижами.

Показываю этот процесс в большем масштабе.

Подготавливаю конец коаксиального кабеля к подключению снятием изоляции.

Скручиваю все концы.

Пропаиваю места соединения паяльником.

Получилась вот такая простая антенна из провода, состоящая из двух колец.

Ориентировать ее надо стороной длинной проволоки к передатчику. Кольца можно выгнуть формой шестиугольника. Тогда они займут более устойчивое положение.

Фотографией ниже просто показываю принцип: придания особой точности размеров геометрической фигуре не занимался. Сделайте лучше для себя.

Антенна из провода собрана. Включаем ее в работу и проверяем качество принимаемого сигнала на телевизоре.

Придать декоративные свойства конструкции поможет любая мягкая игрушка. Располагать эту антенну надо около телевизора или ресивера. Превышать длину коаксиального кабеля более полуметра нежелательно.

На сборку подобной конструкции нужно потратить менее 10 минут, никаких трудностей она не представляет, как и предыдущая схема, а работа ее происходит за счет собранной петли.

Антенна Туркина: простая конструкция дальнего приема для DVB T2 своими руками

Первоначально работа приемника этой электрической схемы была разработана и практически опробована радиолюбителем Туркиным.

Ее описание можно найти в статье журнала Радио №11 за 2000 год.

Затем инженер Поляков посредством компьютерной программы MMANA ее доработал и опубликовал статью в том же Радио. Смотрите выпуск №1 за 2002 г. Схема усовершенствованной конструкции представлена на картинке ниже.

На диэлектрической штанге за счет строго определенных расстояний в пространстве зоны трансляции цифрового ТВ сигнала расположены металлические кольца вибраторов. Их роль:

  • D1-D3 — пассивные элементы;
  • V1, V2 — активная часть, собранная схемой двойного швейцарского квадрата;
  • R — функция экрана от помех.

Все размеры вибраторов и расстояния между ними привязаны к длине принимаемой волны. Можете их считать по показанным на картинке формулам.

Однако предлагаю более легкий способ: онлайн калькулятор расчета антенны Туркина. Вводите в него свое значение частоты канала, выраженное в мегагерцах, и сразу получайте все размеры в миллиметрах.

Номера каналов DVB-T2 (кликните мышкой для справки)

КаналЧастота, МГцКаналЧастота, МГц
2147446674
2248247682
2349048690
2449849698
2550650706
2651451714
2752252722
2853053730
2953854738
3054655746
3155456754
3256257762
3357058770
3457859778
3558660786
3659461794
3760262802
3861063810
3961864818
4062665826
4163466834
4264267842
4365068850
4465869858
45666

Частота канала, МГц: Расчитать

Для частоты 626 МГц я получил такие величины.

По ним и собрана моя антенна Туркина.

Ее сборку начинал с подготовки основания для вибраторов. Взял обычную сосновую рейку, провел на ней линию расположения колец, разметил все основания для центров отверстий.

Высверлил их тонким сверлом ручной дрели, чтобы выдержать достаточную точность расстояний.

Для каждого кольца вибратора откусил необходимую длину проволоки из меди сечением 2,5 квадратных миллиметра.

Согнул их кольцами и залудил концы для обеспечения надежной пайки.

Вставил кольца в отверстия. Спаял заранее залуженные концы, собрал схему крепления вибраторов.

Они, при виде сзади, сразу образовали концентрические окружности с четко выраженной осью, которую необходимо направлять на передатчик.

Мне осталось к активным выводам швейцарского двойного квадрата припаять антенный коаксиальный кабель.

Обращаю внимание на способ монтажа фидера. Выводы колец, образующих швейцарский двойной квадрат, подключаются встречно по диагонали, а не параллельно.

Смотрите на схему расположения вибраторов на первой картинке, где изображена антенна Туркина-Полякова. Между оголенными соединительными проводами должен быть создан воздушный зазор в несколько миллиметров. Он исключит закоротку потенциалов выходного напряжения.

На место подключения кабеля я надел ферритовое кольцо для согласования волновых сопротивлений кабеля и антенны.

Его магнитная проницаемость должна укладываться в пределы 400-600. Я свое не проверял. Оно просто подошло.

Антенна сразу заработала прямо из комнаты. Правда, расстояние до передатчика на даче всего 40 километров. На большем удалении не проверял.

Для горизонтальной поляризации сигнала антенна Туркина разворачивается от указанного на фото положения на 90 градусов. Тогда ее кабель сразу отвесно свешивается вниз от центра кругов, а не сбоку.

Вот такие 4 схемы антенны для цифрового телевидения своими руками можно собрать без излишних затрат материальных средств и времени. Видите сами, что их конструкции довольно просты.

Все четыре протестированные схемы у меня заработали сразу без подключения каких-либо усилителей.

Я считаю, что для жителей сельской местности, проживающих в зоне уверенного приема цифровых сигналов, лучше всего подходит антенна Харченко.

При плотной застройке жилых зданий в городе рекомендую проверить рамочную антенну из кабеля или провода. Она хорошо борется с помехами, которыми насыщен эфир от бытового оборудования.

Тех, кому потребуется ловить сигнал, ослабленный дальним расстоянием, лучше всего сразу собирать антенну Туркина-Полякова. Ее технические характеристики практически ничем не уступают ни волновому каналу, ни логопериодическим изделиям.

Как видите, в статье я постарался обойтись без технических терминов. Коэффициенты усиления и стоячей волны, диаграмму направленности и другие характеристики не приводил. Эти параметры можно обсудить в разделе комментариев.

Есть вопросы? Задавайте, обсудим, выберем наиболее доступный и приемлемый результат для вашего случая.

инструкция по установке и созданию (55 фото)

Самодельная телевизионная антенна настраивается на прием эфирных сигналов не хуже покупных. Однако отличается большим качеством и экономичностью.

Сделать такое устройство из подручных материалов и установить его в подходящем месте сможет каждый умелец.

Содержимое обзора:

Коротко о современных антеннах

Современные приемники действуют в ДМВ-диапазоне и отличаются большим уровнем распространения сигнала и использованием маломощных датчиков.

Однако наиболее популярным становится цифровое телевещание, которое имеет ряд преимуществ:

  • Стойкость к помехам или к прочим кабельным искажениям;
  • Высокая четкость и резкость изображения;
  • Возможность выбора наиболее интересных каналов.
  • Несложность конструкции, позволяющая сделать такое оборудование в домашних условиях и при помощи подручных материалов.

Виды антенн

Существует большое количество вариантов устройств антенны, у каждой из которых есть свои преимущества и недостатки. Перед тем, как приступить к изготовлению приемника, необходимо определиться с видом модели: всеволновая, логопедическая или зигзагаобразная.

Сделать всеволновую антенну можно за час и из дешевых материалов. Она частотонезависимая и отлично принимает сигнал в черте города, а в удаленных от мощных приемников населенных пунктах окажется бесполезной.

Универсальна, но не богата на большое количество принимаемых каналов логопедическая антенна.

Несложная конструкция и средние характеристики обеспечивают стабильный прием.

Антенна в форме буквы «Z» потребует большое количество времени и материалов, что окупается широким приемным диапазоном.

Необходимый уровень подготовки

Несмотря на простоту большинства антенн, всё же требуется достаточный опыт, ориентирование в высшей математики и электродинамике. Данные знания помогут лучше разбираться в схемах и чертежах и понимать все используемые термины.

Однако и у неподготовленных, но целеустремленных рукодельников есть шансы собрать качественную цифровую антенну.

В первую очередь, необходимо ознакомиться с фото устройства антенн и основными терминами, встречающимися в инструкциях:

  • «КУ» – обозначение силы мощности устройства, обозначающая соотношение принятого сигнала к основному ее «лепестку»;
  • «КНД» – коэффициент пропорции площади телесного круга антенны к уровню наклонности угла всех лепестков устройства;
  • «КЗД» – соотнесение принятого на главный листок сигнала и совокупной мощности устройства.

Также следует учитывать следующие моменты:

  • Мощность диапазонной антенны зависит от уровня полезного сигнала.
  • Указанные характеристики не всегда взаимосвязанные, что требует особого внимания при наладке оборудования.
  • Каждый элемент устройства надежно приваривается или спаивается с соседним.
  • Уличные узлы основательно фиксируются всевозможными креплениями.
  • В местах нулевого потенциала обязательно использования цельного гнутого металла.
  • В качестве центрального стержня чаще всего используется медный или другой устойчивый к коррозии коаксиальный кабель.
  • Соединять элементы рекомендуется паяльным аппаратом в 40 В, при одновременном использовании легкоплавных припоев и флюс-пасты.
  • Для наружной антенны обязательна наладка качественной защиты соединений от осадков, температурных перепадов и прочих негативных природных воздействий.

Схема всеволновой антенны

Чтобы сделать всеволную цифровую антенну потребуется 2 треугольные металлические пластины или квадратный стеклотекстолит со светоотражающим покрытием, а также 2 деревянные рейки сечением 2-3 см и проволока.

Далее следует придерживаться следующего алгоритма:

  • Подготовить все необходимые материалы и инструменты, в числе которых паяльный или сварочный аппарат, проволока, линейка, метр, пассатижи, защитные очки, веревка, ножницы.
  • Расположить пластины под углом в 90 градусов так, чтобы ширина устройства равнялась высоте.
  • Зафиксировать при помощи паяльного аппарата.
  • Приложить кабель к точке нулевого потенциала, но не припаивать, а привязать.

Антенна из пивных банок

Хорошим приемом сигнала цифрового телевидения обладают жестяные банки из-под пива или газировки, что делает их отличным материалом для самодельной антенны.

Обратите внимание!

Данный материал используется для увеличения диаметра плеч на линейном вибраторе, что усиливает качество сигнала и дает возможность прямого подключения к кабелю.

Оптимизация старой антенны

Для приема более качественного цифрового сигнала можно модернизировать антенну аналогового телевидения и сделать из нее приемник Т2. Главным требованием будет строгое соблюдение всех размеров оборудования: наружная сторона квадрата – 14 см, внутренняя – 13 см, зазор в 2 см и проволока длиной 115 см. Далее все элементы зачищаются, спаиваются и соединяются с телевизионным кабелем.

Поняв принцип действия антенны, можно экспериментировать с ее конструкцией, настраиваясь на новые каналы и улучшая качество уже принятых.

Задействовать можно любые подручные материалы, например, для изготовления антенны для модема пригодится коробка из-под лазерных дисков.

Фото антенны своими руками

Обратите внимание!

Обратите внимание!



Схема мощной антенны для цифрового тв. Самодельная DVB T2 антенна своими руками

Цифровое телевидение вещается именно в диапазоне дециметровых волн. Поэтому использовать можно практически любую антенну ДМВ. Но мне понадобилась простая , легкоповторяемая и крепкая антенна ДМВ диапазона.
Такая чтобы ее можно было носить с собой, и при случае не жалко было отдать за небольшую сумму людям.

За основу была взята известная «восьмерка «, с той разницей, что я использовал ее без отражателя.
Материал для полотна антенны можно взять любой токопроводящий, подходящего сечения. Это может быть медная или алюминиевая проволока толщиной от 1 до 5 мм, трубка, полоска, шина, уголок, профиль… Я взял медную проволоку диаметром 3 мм. Легко паять, легко гнуть при сборке, легко выровнять если погнулась.
Наружная сторона квадрата 14 см, внутренняя чуть меньше — 13 см за счет того что середина двух квадратов не сходится, около 2 см от угла до угла.

Итак если вы делаете антенну не из проволоки, то так и отмеряете — верхние стороны по 14 см, боковые по 13.

Все размеры примерно. Не бойтесь обсчитаться или ошибиться. В наши планы не входит изготовить антенну соответствующую всем стандартам. Нам нужна простая, но рабочая лошадка. Суррогат, но надежный. Суррогат потому что:
1 . Размеры лично я точно не выдерживал.
2 . Рефлектор отсутствует.
3 . Кабель я брал 50 ом вместо 75 ом, но с густой оплеткой. Такой кабель друзья обычно использовали для автомобильных антенн для радиостанций 27 мгц.
Тем не менее антенна работает и весьма неплохо.

У цифрового сигнала есть особенность, он или есть, или его нет. При приеме аналогового телевидения, разные каналы показывали с разным уровнем помех, и при удалении просто увеличивался уровень снега на экране, до полного пропадания сигнала. В цифре сигнал практически одинаков на всех каналах и если прием есть, то есть все каналы.
Данная антенна проверена мною не на одном десятке телевизоров в нашем регионе.

Итак. Отмеряем кусок общей длиной 112 см

и гнем проволоку. Первый участок 13 см + 1 см для петли (для прочности) . Второй и третий — по 14 см, четвертый и пяты — по 13 см, шестой и седьмой — по 14 см, и последний восьмой — 13 см + 1 см петля жесткости.

На двух концах зачищаем по 1.5 — 2 см, закручиваем две петли друг за друга, а после запаиваем место стыка. Это будет один контакт подключения кабеля. Через 2 см другой. Куда паять центральную жилу, куда оплетку, значения не имеет.

Расстояние между пайкам 2 см

Кабеля я взял около трех метров. В большинстве случаев хватает если делаете не для себя лично. Для себя отмеряете сколько нужно.

Кабель зачистил со стороны антенны на два сантиметра, к штеккеру — 1 см. Если штеккер такой как на фотографии. Можно брать любой, покрепче.

Зачистка кабеля

Штеккер зачистил надфилем и скальпелем.

После запайки оба места пайки заливаются клеем из пистолета. На штеккере, сначала горячий клей заливается на место пайки и в пластмассовый колпачок, с запасом, лишнее после можно убрать. Затем, пока не остыл клей все быстро собирается. Такой стык после зубами не разгрызешь. Надежно, в то же время эластично.

Пайка на самой антенне так же заливается клеем, но для жесткости конструкции берется каркас — любая крышка, коробка,…. Я взял крышку от 20-ти литровой бутыли для воды, коих у меня накопилось достаточное количество. Если делаете антенну как и я для массового производства, то материалы лучше сразу использовать распространенные, буквально валяющиеся под ногами для лучшей повторяемости антенны. Если антенна делается в единичном экземпляре для побыстрому склепать, то можно совсем ничего не заливать.

Получилась такая вот конструкция, которую можно прилепить где угодно — на карниз, на штору, на оконную раму. Для этого можно носить с собой кусок проволоки, пару саморезов, пару булавок…

Антенна в сборе

Если антенна помялась при переносе, она легко и без повреждений выравнивается. Это пожалуй самый главный ее плюс.

Такую конструкция я не всегда таскаю с собой, а только когда получаю конкретный заказ на подключение тюнера цифрового телевидения DVB-T2. Она легко умещается вместе с инструментом в моем рюкзаке.

Удобнее делать сразу несколько антенн одновременно. Занимает меньше времени.

Вот таким образом закрепил антенну мой друг, используя ее в качестве наружной. До вышки порядка 9 км. Прием уверенный несмотря на простоту антенны.

Качественные антенны всегда было сложно достать — советская промышленность их практически не выпускала, поэтому люди сами изготавливали их из подручных средств. Сегодня ситуация практически не изменилась — в магазинах можно найти только легкие алюминиевые китайские поделки, которые не показывают хороших результатов и редко живут больше года. Что делать, если вы любите смотреть телевизор, а качественного приема нет? Ответ прост — При наличии свободного времени и пары умелых рук с этим сможет справиться каждый.

Совсем недавно в России действовало аналоговое телевидение, но теперь практически вся страна перешла на цифровое вещание. Его главное отличие в том, что оно работает в дециметровом диапазоне.

Создать самодельную антенну для цифрового диапазона можно в домашних условиях

Это было сделано из соображений экономии и безопасности — уход за передающими антенно-фидерными станциями фактически не требуется, их обслуживание сведено к минимуму, вред от контакта с мощными передатчиками для мастеров минимальный. Но у подобных станций есть один серьезный недостаток — малая мощность. И если в большом городе сигнал зачастую можно поймать даже на отрезок медной проволоки, то вдали от передатчика прием может быть затруднен. Если вы проживаете за городом, в отдаленных районах или деревнях, то придется собирать собственную антенну и выводить ее на улицу, чтобы поймать нужный сигнал.

Внимание: проблема с сигналом может возникнуть даже в центре города. Дециметровые волны практически не глушатся другими источниками, но отражаются от толстых железобетонных стен. В современных многоэтажках есть много мест, где они полностью затухают, не доходя до приемника телевизора.

Также стоит отметить, что DVB-T2 (новый стандарт телевидения) предлагает довольно постоянный, но слабый сигнал. При уровне шумов на полторы-две единицы выше нормы телевизор достаточно четко воспроизводит эфир, но как только шум превышает 2 дБ сигнал полностью пропадает. Цифровое телевидение не чувствительно к электромагнитным помехам — его не сбивает работающий холодильник или микроволновка. Но если в системе возникает рассогласование в любом месте, то картинка останавливается или рассыпается. Качественная решит эту проблему, но в некоторых случаях ее придется выводить на улицу или на крышу.

Основные требования к антеннам

Действующие в СССР стандарты на телевидение не подходят к современным реалиям — коэффициенты защитного и направленного действия сегодня практически не влияют на сигналы. Эфир в городах забит и содержит много грязи, поэтому на эти коэффициенты не стоит обращать внимание. Вы гарантировано получите помехи на любых антеннах, поэтому не нужно добиваться уменьшения КЗД И КНД. Лучше улучшить коэффициент усиления антенны, чтобы она принимала большой диапазон эфира и выделяла нужный поток, а не фокусировалась на определенном сигнале. Процессор приставки или телевизора сам вычленит необходимые сигналы и создаст нормальную картинку.


Классическая польская антенна с усилителем

Итак, Опытные инженеры рекомендуют строить диапазонные антенны. Они должны быть правильно рассчитаны, принимая сигналы классическим способом, а не за счет инженерных “оптимизаций” и ловушек. Идеальный вариант — устройство полностью отвечает теоретическим расчетам и геометрии. Также построенная антенна должна согласоваться с кабелем на рабочих диапазонах без применения согласовывающих устройств. АЧХ при этом лучше всего создавать гладкой и ровной, поскольку при провале или прыжке амплитудно-частотной характеристики появляются фазовые искажения.

Внимание: аналоговые антенны с ферритовыми УСС, обеспечивающие полноценный прием старого сигнала, практически не работают с DVB. Строить нужно именно “цифровую” антенну.

В статье мы разберем современные типы антенн, работающие с новым цифровым вещанием.

Типы антенн

Какие антенны для цифрового ТВ своими руками можно собрать в домашних условиях? Существует три наиболее распространенных варианта:

  1. Всеволновая, или как ее называют радиолюбители — частотонезависимая. Собирается очень быстро, не требует высоких познаний или специализированных инструментов. Хорошо подходит для частного сектора, поселков, дачных кооперативов — там, где эфир не засорен мусором, но и не в большом удалении от передатчика.
  2. Логопериодическая диапазонная . Имеет несложную конструкцию, хорошо принимает сигнал на близком и среднем удалении от передатчика. Может использоваться в качестве выносной, если передатчик расположен далеко, или как домашняя настенная антенна.
  3. Z-антенна и ее вариации. Многие радиолюбители знакомы с метровыми “зэшками” — они довольно крупные и требуют много усилий для сборки. Но в дециметровом диапазоне они довольно компактны и хорошо справляются со своими обязанностями.

Нюансы постройки

Если вы хотите построить качественную антенну, то должны владеть искусством пайки. Нельзя скручивать контакты и направляющие — в процессе эксплуатации они окисляются, сигнал теряется, качество картинки ухудшается. Поэтому все соединения паяются.


Подобные соединения недопустимы — обязательно пропаивайте их

Также вам нужно разобраться с точками нулевого потенциала, в которых возникают токи даже при отсутствии напряжения. Специалисты рекомендуют делать их из единого куска металла, вообще не применяя сварку. Даже качественно сваренные куски могут шуметь на граничных значениях, тогда как цельная полоска “вытянет” сигнал.

Также при создании самодельной антенны для цифрового ТВ вам нужно разобраться с пайкой кабелей. Сегодня для оплетки практически не применяется медь, поскольку она дорогая и быстро окисляется. Современная оплетка выполнена из стали, которая не боится коррозии, но она очень плохо паяется. Ее нельзя перегревать или пережимать. Для соединения используйте 36-40 ваттные паяльники, флюс и легкие припои. Хорошо обмакивайте обмотку в флюс и наносите припой — он прекрасно берется при таком способе нанесения.

Всеволновая антенна

Всеволновая антенна имеет довольно простую конструкцию. Она состоит из треугольников, медной проволоки и деревянных реек. Детальнее конструкцию вы сможете изучить на картинке — она не представляет собой что-то сверхъестественное.

Толщина проволоки может быть любой, расстояние между соседними проволоками — 25-30 мм, расстояние между пластинами — не более 10 мм. Улучшить конструкцию можно за счет отказа от пластин и использования текстолита. Ему нужно придать соответствующую форму или просто снять медную фольгу в форме треугольника.

Остальные пропорции стандартные — высота устройства должна совпадать с шириной, пластины расходятся под прямым углом. Нулевой потенциал находится на крайней линии домашней антенны для телевизора, как раз на пересечении кабеля с вертикальной направляющей. Чтобы избежать потерь качества, кабель нужно притянуть к ней стяжкой — этого достаточно для согласования. Подобная антенна, вывешенная на улицу или направленная на окно, принимает фактически весь диапазон частот, но имеет небольшой провал, поэтому нужно выставить правильный угол при фиксировании антенны.

Кстати, эту конструкцию можно модернизировать при помощи обычных алюминиевых банок от пива и колы. Принцип ее действия следующий: при увеличении размаха плеч происходит расширение рабочей полосы, хотя остальные показатели остаются в изначальных пределах. На этом же принципе работает диполь Надененко, часто применяемый в военных разработках. Алюминиевые банки идеально подходят по форме и размерам, создавая плечи вибратора в дециметровом диапазоне.


Двухбаночная антенна для телевизора

Создать простую баночную антенну можно просто припаяв две банки к кабелю. Эта комнатная антенна для телевизора своими руками подходит для просмотра каналов на небольшой-средней удаленности от передатчиков. Согласовывать в этой схеме ничего не нужно, особенно если длина кабеля менее 2 метров.

Усложнить конструкцию можно, собрав из восьми банок полноценную решетку и используя усилитель от обычной польской антенны. Такая конструкция отлично подходит для вывешивания на улицу в удаленных от передатчика районах. Для усиления сигнала сзади конструкции можно разместить металлическую сетку.

Z-антенна

Существуют сложные конструкции Z-антенн с несколькими контурами, но в большинстве случаев они не нужны. Можно легко собрать конструкцию из обычной медной проволоки толщиной в 3 мм. Если у вас ее нет, то просто купите одножильный медный провод на 3 мм длиной в 120 мм — вам этого вполне хватит для работы. Эта конструкция состоит из двух сегментов. Проволоку гнем по такой схеме:

  1. Стартовый участок длиной в 14 сантиметров. Его край загибается в петлю для соединения с последним (петля 1 см, общая длина первого куска — 13 см).
  2. Второй кусок загибается под 90 градусов (гнуть лучше плоскогубцами, чтобы соблюдать углы). Его длина 14 см.
  3. Третий кусок сгибается под 90 градусов параллельно первому, длина 14 см.
  4. Четвертый и пятый куски — по 13 см, изгиб не доходит до петли на 2 см.
  5. Шестой и седьмой кусок по 14 см, изгибаются под 90 градусов.
  6. Восьмой — возвращается к петле, длина 14, 1 см уходит на новую петлю.

Далее вам необходимо хорошо зачистить две петли и спаять их. Противоположный угол тоже очищается. К ним припаиваются контакты кабеля — к одному центральный, ко второму — оплетка. Разницы, к какому контакту паять, нет . Желательно спаянные места заизолировать, для этого можно использовать герметики или термоплавкий клей. Концы кабеля припаиваются к штекеру и тоже изолируются кембриком.


Собрать такую антенну можно за полчаса

Чтобы избежать смещение сегментов, края можно укрепить. Для этого возьмите обычную пластиковую крышку с пятилитровой бутылки, вырежьте в ней 4 щели, чтобы проволока утапливалась до основания. Пятое отверстие вырежьте под кабель. Затем уложите антенну в крышку (предварительно проверив качество и надежность пайки), и залейте ее термоклеем. Получившаяся конструкция будет практически вечной — она способна принимать устойчивый сигнал на расстояние до 10 км от источника.

Итак, вы уже знаете, что можно использовать вместо антенны для телевизора. На самом деле конструкций значительно больше тех, что мы описали, но даже этих вам будет вполне достаточно. Если вы живете далеко от источника сигнала, то вам понадобятся усиливающие антенны — можно обойтись классической “полькой” с усилением. Ну а если с эфиром вообще все плохо, то используйте спутники.

Супер простую и супер быструю в изготовлении антенну из коаксиального кабеля для приема каналов цифрового телевидения можно сделать своими руками минут за 5. Для этого вам не потребуется абсолютно ничего, кроме самого кабеля. И это главнейший плюс этой антенны.
Без телевизора сейчас никуда.

Эта конструкция вас обязательно выручит, к примеру, когда вы только-только въехали в жилище и ещё успели ни протянуть кабель, ни поставить стационарную антенну. Конечно это не единственный пример где поможет эта по истине простая петлевая антенна.
Сейчас в комментариях кто-нибудь обязательно напишет, что есть антенны ещё проще, типа штыревой. Для изготовления которой будет достаточно просто снять две изоляции с кабеля и всё будет работать. Я конечно с этим соглашусь, но петлевая антенна, которую сделаю я из коаксиального кабеля будет иметь гораздо большее усиление, ввиду своей направленности и резонансно-замкнутого контура.

Изготовление антенны из коаксиального кабеля

Так выглядит вариант сделанный из черного кабеля.


А теперь изготовление антенны по порядку. Все что нам понадобится это менее полуметра коаксиального кабеля любого цвета. Я взял белый.


От края кабеля отступаем 5 см и снимаем верхнюю изоляцию.


Далее снимаем изоляцию с центральной жилы.


Теперь все вместе аккуратно и плотно скручиваем.


Затем, от края со снятой изоляцией отступаем 22 см и вырезаем кусочек 2 см верхней изоляции и экранированной проволоки с фальной, не трогая при этом изоляцию центральной жилы.


Теперь от конца разреза отмеряем ещё 22 см и делаем прорез шириной 1 см только со снятием верхней изоляции. Экран кабеля не трогаем.


Далее берем конец кабеля, с которого начинали. И очень плотно приматываем его у последнему разрезу, формируя круг антенны.


На этом наша антенна готова к работе. Конечно это не обязательно, но если вешать антенну на улицу, то лучше изолентой заизолировать все оголенные места кабеля. Так же можно добавить жесткий каркас, но это по желанию.

Расположение антенны

Антенну направляем на ретранслятор или телевизионную вышку. Направление можно выбрать и опытным путем, вращая антенну.
Лучшем вариантом будет если разместить ее за окном, так как стены дома очень сильно глушат высокочастотный сигнал.

Проверка показала отличный результат работы

Если вам все же не понятно, как сделать антенну из кабеля, то посмотрите обязательно видео ниже или задайте вопросы в комментариях.

Какую антенну выбрать для цифрового телевидения? Чем отличаются антенны? Как подать питание на активную антенну? Какая антенна лучше? Эти и другие вопросы на сайт

Всем привет! По роду деятельности мне очень плотно приходится сталкиваться с подключением и настройкой антенн для цифрового эфирного телевидения.

Поэтому, опираясь на полученный опыт, имею возможность поделится тем как выбрать антенну для цифрового телевидения и настроить dvb-t2 — бесплатные 20 каналов.

Быстрая навигация по статье

Какая антенна подойдёт для цифрового телевидения DVB-T2

С приходом цифрового эфирного телевидения у многих возникают вопросы связанные с выбором антенны для DVB-T2. Например!

  • Можно ли использовать свою старую антенну, если таковая была?
  • Подойдёт ли для этого антенна типа «Решётка»она же «Польская»
  • Нужна ли мне антенна с усилителем или без него?
  • если стоит вопрос о приобретении новой?
  • Нужна ли разрекламированная антенна «Ключ к бесплатному телевидению»

Давайте для начала разберёмся, какие вообще бывают антенны.

Для приёма телевизионных сигналов используются антенны метрового (МВ) и дециметрового (ДМВ) диапазонов. Бывают антенны широкополосные, это «гибрид» когда в конструкции антенны используются элементы МВ и ДМВ диапазонов.

Эти антенны легко отличить друг от друга по размерам.

У МВ диапазона элементы более длинные. Всё согласно названию.

Так в антеннах МВ элементы приблизительно от полуметра до полутора метров в длину.

А элементы ДМВ антенны, в длину все го лишь примерно от 15 до 40 см.

Именно антенна ДМВ диапазона нужна для цифрового эфирного телевидения.


Антенна метрового диапазона (МВ)
Пример антенны дециметрового диапазона (ДМВ)
Антенна широкополосная, МВ и ДМВ диапазонов.
Антенна типа «решётка»
Широкополосная антенна «Колибри»

Итак — Для приёма цифрового эфирного телевидения нужна антенна дециметрового диапазона, т.е. антенна с короткими элементами. Или широкополосная.

Теперь вы можете оценить, подойдёт ли ваша старая антенна для приёма телевидения в формате DVB -T2 Открытым остаётся только вопрос её исправности и эффективности в вашей местности.

Кроме разделения по принимаемым диапазонам, антенны делятся так же на…

Комнатные и наружные (Внешние) — думаю здесь с применением всё понятно.

А ещё активные и пассивные — об этом чуть позже.

Ну вот, краткий экскурс в непростую тему эфирных антенн проведён. Продолжим…

Особенности распространения телевизионного сигнала

Расстояние на которое передаётся сигнала в ДМВ диапазоне, не отличается большой зоной покрытия. Оно гораздо меньше чем в метровом диапазоне.

Для примера:

Если вы пользовались радиоприёмником, то могли заметить, что вы не сможете поймать дальние зарубежные радиостанции в FM или УКВ диапазонах, а только те что рядом, местные.
Но зато, можно целую кучу зарубежного наловить в СВ или КВ диапазонах.

Всё потому, что средние и короткие волны, как и метровые распространяются на большие расстояния, а ультракороткие, подобно как и ДМВ, на небольшие.

Данный недостаток ДМВ диапазона для цифрового ТВ компенсируется расположением и количеством телевизионных передатчиков — по аналогии вышек сотовой связи, их много.

Так же имейте в виду, телевизионный сигнал прекрасно отражается от встретившихся на пути объектов.

Это позволяет вести приём передач когда нет возможности антенну направить в сторону телевышки. Или же имеются препятствия для прямого прохождения сигнала.

Осмотритесь! Нет ли возможности принимать сигнал отражённый?

Так что при правильном выборе антенны и её правильной установке, вы наверняка добьётесь успеха.


Что ещё нужно учитывать при выборе антенны

Условия приёма телевизионного сигнала очень отличаются в разных местах и эти условия необходимо учитывать при выборе антенны.

Вот некоторые факторы, от которых зависит то какую антенну вам нужно приобретать и как устанавливать.

  1. Мощность телевизионного передатчика и
  2. Рельефа местности — горы, низины, равнины.
  3. Стоящие рядом и загораживающие антенну по направлению на вышку, высокие, густые деревья.
  4. Застроенность высотными зданиями и ваше расположение по отношению к этим зданиям и вышке.
  5. Этаж на котором вы живёте — чем выше, тем проще понадобится антенна.
  6. Возможность или невозможность повернуть антенну в сторону передающей вышки.

Активная и пассивная антенны — в чём отличие?

Антенны любых видов могут быть так же активными или пассивными.

Пассивные антенны — это те которые усиливают сигнал только за счёт своей конструкции, без применения электронных усилителей, такие антенны применяют в зонах уверенного сигнала.

Активная антенна — в своей конструкции имеет усилитель, такая антенна нуждается в подключении к источнику питания.
Усилитель помогает поднять уровень принимаемого сигнала в зонах неуверенного приёма.

Как подключить питание на усилитель активной антенны, несколько способов

Усилители антенн питаются напряжением 12 или 5 вольт. Но в последнее время, всё больше, производители нацелены на производство антенн имеющих пяти вольтовое питание.

И этому есть причина! Такие антенны проще подключить тем, кто пользуется приставкой для DVB-T2.

Три способа подключения

А) Использовать специальный блок питания с сепаратором который выдаёт напряжение соответствующее вашему усилителю.

Цель сепаратора — разделить. Он пропускает напряжение на антенну, но не пропускает его в гнездо телевизора. Однако, при этом не возникает препятствий сигналу от усилителя антенны, поступающему в телевизор.

Б) Если применяется приставка DVB-T2. Напряжение 5 вольт можно подать прямо с приставки. Причём для любых усилителей и на 5 и на 12 вольт.

Для этого не нужен какой либо дополнительный провод, блок питания и прочее. Напряжение 5 вольт, с антенного гнезда приставки, прямо по антенному кабелю, пойдёт к усилителю.

Нужно только включить это питание непосредственно из меню приставки. Зайти в раздел настроек и найти пункт «Питание антенны ВКЛ- ВЫКЛ» выбрать ВКЛ, и выйти из меню (в различных моделях приставок названия этих пунктов могут отличаться)

В) Если у вас ЖК телевизор с уже встроенным тюнером DVB-T2 то кроме способа под литерой А) можно сделать следующее.

Придётся приобрести специальный переходник для питания усилителя от любого USB порта, в первую очередь рассматривается USB порт самого ЖК телевизора. Но можно подключится и к любому зарядному устройству с выходом USB

Какую выбрать антенну — рассмотрим примеры

Как вы поняли из всего сказанного выше, выбирая для себя антенну, нужно оценивать различные факторы.

Несколько примеров:

Расстояние до вышки 5-15 км

Вы живёте в городе где имеется передатчик сигнала DVB-T2. Или в населённом пункте, недалеко в 5-15 км от передатчика.

Скорее всего для вас подойдёт комнатная антенна, даже самая простая. Особенно, если вы живёте выше первого этажа.

А находясь не далеко от вышки, даже простого куска провода вместо антенны, может быт достаточно.

Учитывая распространённость вышек и довольно большое количество мест с уверенным сигналом, этим пользуются мошенники, предлагая различные, по сути

При описанных выше условиях, они будут неплохо работать.

Но учтите, количество каналов будет не более того которое транслирует телевышка в вашей местности! А никак не 100 и не 200 как обещает реклама.
Потому возникает вопрос, а нужно ли отваливать несколько сотен, а то и тысяч, за обычную комнатную антенну из рекламы?!

Вот несколько недорогих, компактных вариантов антенн, для условий где имеется хороший сигнал.


Комнатная антенна для мест с близким расположением к вышке.
Комнатная антенна для мест с близким расположением к вышке. Ещё вариант
Этот вариант, может работать в немного более сложных условиях чем предыдущие два, особенно версия с усилителем.

Комнатная антенна — особенности применения

Правильное место для комнатной антенны, это не то место где она будет хорошо смотреться и удобно стоять, это то место, где она будет хорошо принимать сигнал. И эти два обстоятельства — «смотреться» и «принимать» не всегда совпадают.

Потому как часто лучшим, а порою единственным местом где можно поймать сигнал, это место у окна выходящего в сторону телевышки. Принимайте это во внимание!

Для решения этой проблемы можно добавить кабель нужной длины и у некоторых антенн (например тех что на фото вверху) это не сложно.

Но есть комнатные антенны, которые имеют в своём корпусе встроенный блок питания. Они так же имеют сетевой шнур для подключения к розетке. Ну и конечно кабель для подключения к телевизору.


Это может показаться удобным, но увы это не всегда так.
Часто, место где антенна способна принимать ТВ сигнал, находится совсем не рядом с телевизором и розеткой, а например у окна.

И в таком случае, короткий сетевой шнур станет препятствием к тому что бы расположить антенну в правильном месте. Помимо кабеля придётся ещё и удлинитель тянуть. В общем куча проводов.

Вы живёте на расстоянии от телевышки примерно 25-30 или более км.

Конечно многое зависит от мощности передатчика.

Но в целом на расстоянии в 25 км достаточно небольшой наружной антенны. Как например тех что, изображены в самом начале этого поста, имеется в виду антенна ДМВ или широкополосная «Колибри».

В моей местности с расстояния 25 км по прямой видимости, на пассивную ДМВ антенну с длиной стрелы примерно 80 см идёт уверенный приём без необходимости поднимать антенну выше двух метров от земли.

Можно так же вести приём на хорошую активную, комнатную антенну.

В некоторых домах даже с первого этажа, если имеется окно по направлению к вышке или возможность принимать отражённый сигнал от соседних зданий.
Этаж выше второго значительно повышает вероятность успеха.

Есть простой принцип как определить мощность антенны — чем длиннее стрела антенны, тем больше коэффициент именно её собственного усиления, а не за счёт усилителя.

Антенна для сложных условий приёма сигнала

Например активная антенна фото которой ниже, в нашей местности вытягивает сигнал с расстояния в 60 и более км. Успешно применяется в самых трудных местах, в домах находящихся в сильной низине, её длина примерно 1,7 метра, но есть антенны и под 4 метра длины.

Кроме длинны, в трудных условиях или при сильной удалённости от телевышки играет важную роль наличие усилителя, т.е. антенна должна быть активной.

Есть варианты мощных антенн, где вместо одной стрелы используется сразу три, так способность антенны усиливать сигнал за счёт только конструкции сильно увеличивается.

А в тандеме с усилителем эта антенна становится очень мощной ловушкой для телевизионного сигнала.

Но впечатлившись этой антенкой, не спешите бежать за нею. Она нужна лишь при действительно очень, очень сложных условиях приёма.

В большинстве случаев достаточно других, гораздо более дешёвых вариантов. К тому же если в вашей местности сигнал и так сильный, то усилитель в антенне будет только мешать.

Здесь как раз тот случай когда кашу маслом можно испортить. Пример этому описан ниже.

Польская антенна решётка для цифрового телевидения

В некоторых случаях антенна «Решётка» может вполне успешно работать принимая цифровое телевидение. Особенно, если вы от передающей вышки находитесь не очень близко.

Не раз однако сталкивался с ситуацией, когда используя свою старую антенну — Полячку (Решётку) люди не могли добиться от неё сигнала цифрового вещания.

Либо вообще, либо сигнал периодически «отваливался» картинка сыпалась на кубики, наблюдалось подвисание изображения и звука. Мог пропадать один из пакетов цифрового телевидения, в то время как другой нормально работал.

Проблема этих явлений в переусилении сигнала.

Выход есть, рассмотрим варианты….

1) Иногда просто достаточно отключить блок питания антенны из розетки и всё. Но это помогает не всегда и тогда нужны более серьёзные меры.

2) Снизить напряжение питания усилителя используя регулируемый блок питания. Или подать питание непосредственно с приставки минуя сепаратор штатного блока питания антенны, установив обычный штекер.

3) Добраться до платы усилителя, той платки что стоит на самой антенне, и подключить всё без усилителя.

4) Выбросить эту старую полуразвалившуюся антенну и купить нормальную, ДМВ диапазона.

P.S. Новая, типа решётка.

Надеюсь эта статья будет кому-то полезной, оставляйте свои отзывы, комментарии, делитесь своим опытом.

P.S. Если приобретаете новую антенну, но не уверенны подойдёт ли она вам, спросите у местных продавцов занимающимися антеннами.

Бывает они неплохо осведомлены о том, какую антенну лучше взять ориентируясь именно по вашему месту проживания.

И договаривайтесь о возможности, если вдруг не подойдёт, поменять на антенну другого типа. По крайней мере в моём магазине это возможно.

Главный показатель качества каждой антенны — ее взаимодействие с эфирным сигналом. Данный принцип работы лежит в основе как покупных, так и самодельных антенн. Предлагаем ознакомиться с рекомендациями о том, как сделать антенну для цифрового тв своими руками.

Особенности современного телеэфира

Если сравнивать современный телевизионный эфир с тем эфиром, который был несколько лет назад, то можно найти определенные различия. Прежде всего, для передачи телевещания используется диапазон ДМВ. Таким образом, удается значительно сэкономить средства и прием сигнала антенной. Кроме того, в таком случае, необходимость в периодическом обслуживании антенн также отпадает.

Также, телевизионных датчиков стало намного больше, нежели раньше, поэтому большинство телеканалов доступны практически во вех местах страны. Для обеспечения телевещания в обитаемых зонах используются датчики маломощного типа.

В больших же городах радиоволны распространяются по другому. Из-за большого количества многоэтажных домов сигнал через них подается слабо. Кроме того, существует огромное количество телевизионных каналов, для приема которых не достаточно одной стандартной телевизионной антенны.

С развитием цифрового вещания прием каналов стал еще проще. Данные виды антенн отличаются стойкостью к помехам, фазовым или кабельным искажениям, четкость изображения.

Простая цифровая антенна своими руками: требования к устройству

Так как условия телевещания изменились, то и правила эксплуатации современных антенн изменились:

1. Один из главных параметров телевизионной антенны, в виде коэффициента направленного действия и коэффициента защиты особо не важны. Для борьбы с разного рода помехами используются различные электронные средства.

2. Коэффициент, отвечающий за усиление антенн улучшает сигнал, очищает его от посторонних звуков и разного рода помех.

3. Еще одно важное качество современной телевизионной антенны — диапазонность. Сохранение электрических параметров осуществляется автоматически, без дополнительного вмешательства человека.

4. Рабочее значение диапазона телевизионной антенны должно хорошо взаимодействовать с кабелем, который подключается к антенне.

5. Во избежание появления фазовых искажений необходимо обеспечить достойные характеристики антенны в амплитудно-частотном соотношении.

Характеристика последних трех пунктов обуславливается свойствами к приему телевизионного сигнала с помощью антенны. Функционирующая, на одной частоте антенна, способна принять несколько волновых каналов. Однако, для того, чтобы они были согласованы с фидером, необходимо наличие УСС, сильно поглощающих сигналы.

Поэтому, существуют определенные варианты цифровых антенн, доступных для изготовления в домашних условиях. С ними предлагаем ознакомиться:

1. Всеволновой вариант антенны, такие устройства отличаются частотонезависимостью, они стоят дешево, очень популярны среди потребителей. Для изготовления такой антенны достаточно одного часа. Такая антенна отлично подойдет для городских квартир, а вот в населенном пункте, который несколько отдален от телевизионных центров, такая антенна будет работать хуже.

2. Логопедический диапазонный вариант антенны — такая антенна улавливает определенные сигналы. Она отличается простой конструкцией, хорошо подходит для различных диапазонов работы, не изменяет параметров фидера. Отличается средними техническими параметрами, отлично подходит для загородных домов, дач, квартир.

3. Z-образная антенна, которую еще называют зигзагообразной. Для изготовления такой конструкции потребуется немало времени и физических усилий. Отличается широкими приемными характеристиками. С помощью такой антенны удается расширить диапазон приема телевизионных каналов.

Для достижения точного согласования между антеннами необходимо прокладывать кабель через значение нулевого потенциала.

Антенна для цифрового тв своими руками: характеристика приема

Вибратонные антенны способны на одном аналоговом кантале найти еще несколько цифровых. Такие устройства принимают волновые каналы. Они используются редко и актуальны для удаленных от телевизионных вышек мест.

Самостоятельное изготовление спутниковой антенны — бессмысленный процесс. Так как в данном процессе потребуется приобретать покупной тюнер и головку, а выставление зеркал должно быть очень точных, добиться его во домашних условиях практически нереально. Самостоятельно можно только выполнить настройку такой антенны, но никак не ее изготовление.

Для того, чтобы изготовить вышеприведенные варианты антенны, необходимо очень хорошо разбираться в высшей математике и электродинамических процессах. Среди основных характеристик терминов, используемых в процессе изготовления телевизионных антенн, отметим:

1. КУ — мощность антенны, которая определяется в соотношении принятого антенного сигнала к главном ее лепестку.

2. КНД — отношения между телесным кругом и телесным углом лепестков антенны При наличии разных по размерам лепестков, они изменяются по площади.

3. КЗД — отношение между принятым на главным лепесток сигналом и общей сумме мощности антенны.

Учтите, что если антенна является диапазонной, то мощность учитывается в соотношении с полезным сигналом.

Учтите, что первые два термина не обязательно взаимозависимые. Существуют определенные варианты антенн, имеющих высокую направленность, однако единичное или меньшее усиление. Однако, у зигзагообразной антенны значительное усиление компонуется с невысоким уровнем направленности.

Антенна для цифрового тв своими руками: технология изготовления

Каждый из элементов антенны, по которому движется ток, подающий полезный сигнал, должен быть соединен с другим с помощью пайки или сваривания. Любой узел сборного назначения, расположенный на улице, должен быть хорошо зафиксирован, так как разрушение электронного контакта на улице, происходит быстрее, чем внутри помещения.

Особое внимание следует уделить нулевому потенциалу. Именно в этих местах находятся узлы напряжения, электрический ток, при его наивысшей мощности. Для изготовления мест с нулевым потенциалом используется цельный гнутый металл.

Для изготовления оплетки или центральной жилы используется коаксиальный кабель, изготовленный из меди или недорогого сплава с антикоррозийными свойствами. Для пайки кабеля используется сорока вольтовый паяльный аппарат, с легкоплавными припоями и флюс-пастой.

Наружная цифровая антенна своими руками изготавливается таким образом, чтобы все соединения были устойчивы перед влагой, перепадами температуры и другими воздействиями внешней среды.

Для изготовления всеволновой антенны потребуется две пластины треугольной формы, две рейки, выполнены из дерева и эмалированная проволока. При этом, размер проволоки в диаметре практически не важен, а интервал между их концами составляет около 2-3 см. Интервал между пластинами на которых имеются концы проволоки, составляет 1 см. Заменить две металлические пластины может односторонний стеклотекстолит квадратной формы с покрытием из фольги. При этом, на нем должны быть вырезаны медные треугольники.

Антенна по ширине должна быть такой же как и по высоте. Полотна раскрываются под прямым углом. Для того, чтобы проложить кабель к данной антенне, необходимо следовать определенной схеме. К точке, обозначающей нулевой потенциал не припаивается кабельная оплетка. Она всего лишь к ней привязывается.

ЧНА, которая растягивается внутри окна на 150 см, способна принять большинство метровых и ДЦМ каналов любого направления. Преимущество данной антенны в том, что она отличается широким интервалом приема каналов. Поэтому, такие антенны популярны в больших городах, где присутствуют различные телецентры. Однако, у такой антенны имеются определенные недостатки — КУ антенны является единичным, а КЗД — нулевым. Поэтому, при наличии больших помех, антенна будет неактуальной.

Возможен вариант изготовления других типов цифровых антенн своими руками с ЧНА, например, логарифмическая спираль из двух витков. Данный вариант антенны отличается компактностью и он более легкий для изготовления.

Эфирные цифровые антенны руками из пивных банок

Для изготовления цифровой антенны своими руками из кабеля потребуются пивные банки. Данный вариант антенны, при правильном подходе к его изготовлению, отличается хорошими эксплуатационными характеристиками. Кроме того, такая антенна довольно простая в изготовлении.

Принцип работы такой антенны основывается на увеличении диаметра плеч на обычном линейном вибраторе. В таком случае, происходит расширение рабочей полосы, при этом, другие свойства не изменяются.

Пивные банки в соотношении с их размерами используются в качестве плеч на вибраторе. При этом, расширение плеч неограниченно. Данный вариант простого вибратора используется в качестве комнатной цифровой антенны своими руками для приема телевизионного вещания соединяясь напрямую с помощью кабеля.

Если остановиться на вариант сборки из пивного диополя синфазной решетки, расположенной вертикально, при этом шаг будет составлять половин волны, то удастся улучшить значение КУ антенны. Также на данном устройстве должен быть установлен усилитель от антенны, с помощью которого производится согласование и настройка прибора.

Для усиления такой антенны к ней добавляются КЗД, установленные сзади на ней экран и сетка, с интервалом в половину решетки. Для монтажа пивной антенны потребуется наличие диэлектрической мачты, при этом экран и мачта соединены механической связью.

При этом, на решетке обустраиваются около трех, четырех рядов. Две решетки не способны достичь большого усиления.

ДМВ антенна для цифрового телевидения своими руками

Логопериодическим вариантом антенны называют антенну сборного типа, которая подключается к половинам на линейном диополе, интервал между ними изменяется, в соотношении с геометрическими параметрами прогрессии. Существуют настроенные и свободные линии. Предлагаем остановиться на более длинном и гладком варианте антенне.

Для изготовления ЛПА необходимо наличие любого заранее заданного диапазона. Чем выше показатели прогрессии, тем большим усилением отличается антенна. Данный вариант антенны по эксплуатационным и техническим характеристикам является идеальным для изготовления в домашних условиях.

Главный принцип ее нормального функционирования — проведение правильных рассчетов. С увеличением прогрессионных показателей увеличивается усиление и уменьшается угол раскрыва направленности. Данная антена не нуждается в наличии дополнительного экрана. Так как он него не зависят ее общие характеристики.

В процессе расчета цифровой ЛП антенны используйте такие рекомендации:

  • второй по длине вибратор должен иметь запас частотной мощности;
  • далее производится расчет самого длинного диополя;
  • после этого добавляется еще один заданный частотный диапазон.

Если самое короткое диополе оставляет линии, то он обрезается, так как он необходим на антенне, только для проведения расчетов. Общая длина антенны составит около 40-ка см.

Диаметр линий на антенне составляет около 7-16 мм. При этом интервал между расположением осей составляет 40 мм. Кабель к линии не привязывается наружным методом, так как это отрицательно скажется на технических свойствах антенны.

Наружная антенна фиксируется на мачте с помощью центра тяжести. В противном случае, антенна будет постоянно трястись под воздействием ветра. Однако, металлическая мачта соединяется с линией не прямолинейно, так как в этом месте должна быть предусмотрена диэлектрическая мачта, длина которой составляет около 150 см. В качестве диэлектрического материала можно использовать деревянный брус, ранее окрашенный или покрытый лаком.

Цифровая антенна своими руками видео:

Телевизионная антенна для дачи своими руками: как сделать

Обустраивая дачный участок, мы стараемся сделать его максимально комфортным для отдыха. А это значит, что со временем он обрастает удобствами, к которым мы так привыкли в повседневной жизни – водоснабжением, отоплением и, конечно же, электричеством. А уж там, где есть последнее, рано или поздно обязательно появится телевидение. Но как, спросите вы, провести его на даче, если покупка антенны, которая, к слову, стоит совсем недёшево, не предусмотрена в личном бюджете? Да очень просто! Немного основ радиоэлектроники, пара-тройка железяк и минимальный паяльный набор и вот, хорошенько устав на огороде, вы располагаетесь на дачной террасе для просмотра блока вечерних новостей.

Радиоэлектроника и телеэфир: просто о сложном

Самодельная антенна из пивных банок с флюгером

Самое главное для любой антенны — её способность взаимодействовать с сигналом, распространяемым в эфире.

В настоящее время ТВ-вещание осуществляется в одном единственном диапазоне – дециметровом, а телевизионные передатчики покрывают практически всю более-менее населённую территорию. Это даёт возможность «ловить» телесигнал где угодно.

Заводская дециметровая антенна

Но для этого придётся учесть несколько несложных нюансов:

  1. Коэффициенты направленного и защитного действия антенны не имеют определяющего значения, в отличие от её собственного коэффициента усиления. Это значит, что антенна, которая хорошо просматривает эфир, а не принимает лишь небольшую часть диапазона, даст некоторый запас мощности сигнала.

    КНД телевизионной антенны

  2. Электрические параметры антенны должны сохранятся в естественном виде, а не приводиться к приемлемому путём инженерных ухищрений.

    Простая телеантенна с вибратором, фидером и подставкой

  3. Чем более гладкой будет амлитудно-частотная характеристика антенны, тем чётче и сильнее будет сигнал.

    АЧХ телевизионной антенны

 

Исходя из этого, среди всего многообразия телевизионных антенн наиболее доступными для самостоятельного изготовления будут такие их виды, как:

  1. Всеволновая (частотнонезависимая)

Высокими параметрами не обладает, зато является наиболее простой и дешёвой в изготовлении – её основу составляет металлическая рамка, а в роли приёмников выступают обычные пивные банки или другие жестяные ёмкости.

Схема универсальной всеволновой телеантенны

  1. Логопериодическая диапазонная

Такую антенну можно сравнить с рыболовецкой сетью, которая при отлове сортирует добычу. Данный тип антенных систем также имеет простую конструкцию, однако обеспечивает более высокие, чем всеволновка, параметры.

Направленная логопериодическая антенна

  1. Дециметровая зигзагообразная

Для дециметрового диапазона габариты и сложность конструкции такой антенны существенно упрощаются, причём работать она сможет практически в любых условиях приёма.

ДМВ зигзагообразная антенна для дачи

Тонкости изготовления телевизионных антенн

Самодельная спиральная антенна»

Элементы антенны, по которой проходят токи полезного сигнала, всегда соединяются пайкой или сваркой. Но если устройство будет размещено на открытом воздухе, например, на крыше дачного домика, такие контакты в самом скором времени разъест коррозия.

Если речь идёт о самодельной антенне для дачи, стремиться к идеальному качеству контактов не стоит – если они и заржавеют или лопнут, то во всяком случае не скоро. Но желательно, чтобы соединений в конструкции антенны было как можно меньше, что обеспечит стойкий и достаточно чистый приём.

Оплетка и центральная жила коаксиального кабеля в настоящее время выполняются из недорогих сплавов, устойчивых к воздействию коррозии. В отличии от классической меди, пайке они поддаются плохо. Поэтому нужно следить за тем, чтобы не пережечь кабель.

Коаксиальный (антенный) кабель

Для изготовления антенны и её кабельного подключения желательно использовать:

  • паяльник мощностью не более 40 Вт;

    Паяльник 25 Вт

  • легкоплавкий припой;

    Легкоплавкий припой d0,8

  • флюс-пасту вместо канифоли.

    Флюс-паста для пайки меди

 

Алюминиевую проволоку для изготовления элементов антенны использовать не стоит – она очень быстро окислится и потеряет способность проводить электрический сигнал. Наилучшим образом для этого подходит медь или более дешёвая латунь.

Площадь приёма антенны должна быть максимально возможной. Для этого к экрану – рамке, которая отсеивает эфирный и электрические шум — следует симметрично присоединить несколько металлических прутьев из того же металла.

Покупка простейшего усилителя сигнала, подключаемого непосредственно к антенне, решит проблему со слабым и грязным сигналом.

Заводской антенный усилитель

В результате система обеспечит нормальную мощность приёма. Всё, что нужно для этого, – вынести антенну на крышу дачного домика и направить в сторону ближайшей телевизионной вышки.

Частотнонезависимая антенна своими руками

Всеволновая антенна из пивных банок

Простейшая всеволновка представляет собой пару металлических пластин, установленных на деревянной рейке и соединённых несколькими витками медной проволоки любого диаметра. Ширина такой антенны должна быть равна ей высоте, а угол раскрывания полотен – 90о. Припаивать проволоку к точке нулевого потенциала всеволновки необязательно – достаточно обеспечить надёжное её закрепление.

Частотнонезависимая антенна способна принимать и метровые, и дециметровые сигналы практически с любого направления. Недостатком этого варианта является единичный коэффициент усиления и нулевой КЗД – показатель отношения принятой на главный лепесток антенны мощности сигнала к сумме мощности помех на частоте, принятой остальными элементами. Именно поэтому всеволновка не подходит для приёма телесигнала в зоне с сильными помехами или там, где эфирный сигнал слишком слаб.

Для самостоятельного изготовления частотнонезависимой антенны вам понадобятся:

  • антенный кабель;
  • несколько жестяных банок;
  • саморезы;
  • штекер;
  • изолента;
  • отвёртка;
  • деревянная рейка;
  • медная проволока.

Банки закрепляются на рейке (мачте) с помощью изоленты на расстоянии около 7 см друг от друга.

Оптимальное расположение элементов ЧНЗ-антенны

В них вкручиваются саморезы, к торчащим концам которых прикручивается зачищенные концы антенного кабеля. Последний закрепляется на рейке и прокладывается по внешним строительным конструкциям дачного домика к месту, где вы планируете поставить телевизор.

Схема простейшей всеволновой антенны

Усовершенствовать конструкцию всеволновки можно, добавив ещё несколько секций из жестяной тары. После остаётся надёжно закрепить её мачту в вертикальном положении, подключить к телевизору и настроить тюнер.

Другим вариантом всеволновой антенны, предназначенной для приёма метрового сигнала, является веерный вибратор, который в народе именуют антенной-рогаткой.

Схема веерной антенны

Изготовление логопериодической телеантенны

Логопериодиечская телеантенна

Антенна «логопедка» являет собой принимающую линию (пару металлических трубок) с перпендикулярно подключёнными к ней половинками линейных диполей – кусков проводника диаметром в четверть волны рабочего сигнала. Длина и расстояние между последними изменяется в геометрической прогрессии.

Для изготовления логопериодической антенны необходимо выполнить ряд вычислений:

  1. Начало расчёта длины диполей выполняется со второго по длине.
  2. Взяв обратную величину показателя прогрессии, рассчитывается длина самого длинного диполя.
  3. Далее остаётся рассчитать самый короткий – первый – диполь, а после, опираясь на выбранный диапазон частот, принимается длина «нулевого» диполя.

Параметры ЛП-антенны

Для достижения максимальной мощности приёма между диполями должно быть расстояние в 0,03-0,05 длины волны, но не меньше двойного диаметра любого из них.

Длина готовой ЛП-антенны составляет около 400 мм. Диаметр основы ЛП-антенны должен составлять 8-15 мм, а промежуток между их осями принимающей линии берётся не более 3-4 диаметров диполя.

Самодельная ЛП-антенна

Для нормальной работы ЛП-антенны нужно подобрать качественный и достаточно толстый (около 6-8 мм по оболочке) коаксиальный кабель. В противном случае вам не удастся компенсировать затухание дециметровых волн, вследствие чего телевизионный тюнер будет неспособен почувствовать сигнал.

Кабель к принимающей линии нельзя закреплять снаружи, так как от этого резко падает качество приёма сигнала.

При монтаже такой антенны нужно обеспечить её ветроустойчивость, а если в качестве мачты вы используете металлическую трубу, между ней и принимающей линией требуется установить диэлектрическую вставку – деревянный брусок – длиной не менее 1,5 см.

Усовершенствовать конструкцию ЛП-антенны можно, установив на неё линейные или веерные плечики метрового поля. Такая система получила название «дельта».

Схема антенны «Дельта»

Зигзагообразная антенна для дачи

Зигзагообразная антенна с рефлектором

Z-антенная система с рефлектором обеспечивает практически такие же параметры приёма телесигнала, что и ЛП-антенна. Однако главный её лепесток по горизонтали в два раза длиннее. Это даёт возможность ловить сигнал с различных направлений, что в особенности актуально для сельской местности.

Дециметровая зигзагообразная антенна имеет небольшие габариты, однако её рабочий диапазон практически ничем не ограничивается. Материалом для изготовления такой системы служит медная трубка или лист алюминия толщиной около 6 мм. Если вы выбрали последний, припаять его обычным припоем или флюсом не получится – в этом случае крепления выполняются болтами. Для наружной установки такая антенна будет готова только после герметизации точек соединения силиконом.

Конструкция зигзагообразной антенны состоит из следующих элементов:

  • штанга;
  • полотно проволочное;
  • металлические пластины для крепления полотна;
  • поперечные рейки;
  • диэлектрические пластины и прокладки;
  • крепёжная плата;
  • фидерная линия;
  • пластина питания.

Любой из них можно изготовить своими руками из подручных материалов либо приобрести в ближайшем магазине радиоэлектроники.

Боковины Z-антенны выполняются цельнометаллическими или в виде сетки, закрытой листом жести. При прокладке по телу антенны коаксиального кабеля следует избегать его резких изгибов. Для этого его достаточно дотянуть до боковой ёмкостной вставки и не выпускать за её пределы. В точке нулевого потенциала оплётка кабеля аккуратно припаивается к полотну.

Конструктивная схема сборки z-антенны

К данному классу можно отнести и такие виды антенн, как кольцевая и рефлекторная, которые также не представляют особой сложности в изготовлении.

Варианты самостоятельного изготовления телевизионных антенн на фото

[wonderplugin_gridgallery id=»16″]

Существуют и другие типы антенн, подходящих для самостоятельного изготовления — волновые, «польские», простые рамочные и даже примитивные спутниковые. Но какой бы вариант вы не выбрали, требуется грамотный расчёт параметров. Методику можно найти в технической литературе по радиоэлектронике. Однако куда легче и проще спросить совета у тех, кто уже имеет опыт в изготовлении подобного рода антенн.

Самостоятельное изготовление антенны для дачи на видео

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Справочник по антеннам для радаров / Хабр

Статья на перевод предложена alessandro893. Материал взят с обширного справочного сайта, описывающего, в частности, принципы работы и устройство радаров.

Антенна – это электрическое устройство, преобразующее электроэнергию в радиоволны и наоборот. Антенна используется не только в радарах, но и в глушилках, системах предупреждения об облучении и в системах коммуникаций. При передаче антенна концентрирует энергию передатчика радара и формирует луч, направляемый в нужную сторону. При приёме антенна собирает возвращающуюся энергию радара, содержащуюся в отражённых сигналах, и передаёт их на приёмник. Антенны часто различаются по форме луча и эффективности.


Слева – изотропная антенна, справа – направленная




Дипольная антенна, или диполь – самый простой и популярный класс антенн. Состоит из двух одинаковых проводников, проводов или стержней, обычно с двусторонней симметрией. У передающих устройств к ней подаётся ток, а у принимающих – принимается сигнал между двумя половинами антенны. Обе стороны фидера у передатчика или приёмника соединены с одним из проводников. Диполи – резонирующие антенны, то есть их элементы служат резонаторами, в которых стоячие волны переходят от одного конца к другому. Так что длина элементов диполя определяется длиной радиоволны.

Диаграмма направленности

Диполи – это ненаправленные антенны. В связи с этим их часто используют в системах связи.


Несимметричная антенна представляет собой половину дипольной, и монтируется перпендикулярно проводящей поверхности, горизонтальному отражающему элементу. Коэффициент направленного действия монопольной антенны вдвое больше, чем у дипольной антенны удвоенной длины, поскольку под горизонтальным отражающим элементом нет никакого излучения. В связи с этим КНД такой антенны в два раза выше, и она способна передавать волны дальше, используя ту же самую мощность передачи.

Диаграмма направленности



Антенна Яги – направленная антенна, состоящая из нескольких параллельных элементов, расположенных на одной линии. Часто состоят из одного элемента-облучателя, обычно диполя или петлевого вибратора. Только этот элемент испытывает возбуждение. Остальные элементы паразитные – они отражают или помогают передавать энергию в нужном направлении. Облучатель (активный вибратор) обычно находится вторым с конца, как на картинке ниже. Её размер подбирается с целью достижения резонанса при наличии паразитных элементов (для диполя это обычно 0,45 – 0,48 от длины волны). Элемент слева от облучателя – отражатель (рефлектор). Он обычно длиннее облучателя. Отражатель обычно один, поскольку добавление дополнительных отражателей мало влияет на эффективность. Он влияет на отношение мощностей сигналов антенны, излучаемых в направлениях назад/вперед (усиление в максимальном направлении по отношению к противоположному). Справа от облучателя находятся элементы-директоры, которые обычно короче облучателя. У антенны Яги очень узкий диапазон рабочих частот, а максимальное усиление составляет примерно 17 дБ.

Диаграмма направленности



Тип антенны, часто используемой на УКВ и УВЧ-передатчиках. Состоит из облучателя (это может быть диполь или массив Яги), укреплённого перед двумя плоскими прямоугольными отражающими экранами, соединёнными под углом, обычно в 90°. В качестве отражателя может выступать лист металла или решётка (для низкочастотных радаров), уменьшающая вес и уменьшающая сопротивление ветру. У уголковых антенн широкий диапазон, а усиление составляет порядка 10-15 дБ.

Диаграмма направленности


Вибраторная логопериодическая (логарифмическая периодическая) антенна, или логопериодическая решетка из симметричных вибраторов


Логопериодическая антенна (ЛПА) состоит из нескольких полуволновых дипольных излучателей постепенно увеличивающейся длины. Каждый состоит из пары металлических стержней. Диполи крепятся близко, один за другим, и подключаются к фидеру параллельно, с противоположными фазами. По виду такая антенна похожа на антенну Яги, но работает она по-другому. Добавление элементов к антенне Яги увеличивает её направленность (усиление), а добавление элементов к ЛПА увеличивает её полосу частот. Её главное преимущество перед другими антеннами – чрезвычайно широкий диапазон рабочих частот. Длины элементов антенны относятся друг к другу по логарифмическому закону. Длина самого длинного из элементов составляет 1/2 от длины волны самой низкой из частот, а самого короткого – 1/2 от длины волны самой высокой частоты.

Диаграмма направленности



Спиральная антенна состоит из проводника, закрученного в виде спирали. Обычно они монтируются над горизонтальным отражающим элементом. Фидер соединяется с нижней частью спирали и горизонтальной плоскостью. Они могут работать в двух режимах – нормальном и осевом.

Нормальный (поперечный) режим: размеры спирали (диаметр и наклон) малы по сравнению с длиной волны передаваемой частоты. Антенна работает так же, как закороченный диполь или монополь, с такой же схемой излучения. Излучение линейно поляризуется параллельно оси спирали. Такой режим используется в компактных антеннах у портативных и мобильных раций.

Осевой режим: размеры спирали сравнимы с длиной волны. Антенна работает как направленная, передавая луч с конца спирали вдоль её оси. Излучает радиоволны круговой поляризации. Часто используется для спутниковой связи.

Диаграмма направленности



Ромбическая антенна – широкополосная направленная антенна, состоящего из одного-трёх параллельных проводов, закреплённых над землёй в виде ромба, поддерживаемого в каждой вершине вышками или столбами, к которым провода крепятся при помощи изоляторов. Все четыре стороны антенны одинаковой длины, обычно не менее одной длины волны, или длиннее. Часто используются для связи и работы в диапазоне декаметровых волн.

Диаграмма направленности


Двумерная антенная решётка


Многоэлементный массив диполей, используемых в КВ диапазонах (1,6 – 30 МГц), состоящий из рядов и столбцов диполей. Количество рядов может быть 1, 2, 3, 4 или 6. Количество столбцов – 2 или 4. Диполи горизонтально поляризованы, а отражающий экран располагается за массивом диполей для обеспечения усиленного луча. Количество столбцов диполей определяет ширину азимутального луча. Для 2 столбцов ширина диаграммы направленности составляет около 50°, для 4 столбцов — 30°. Главный луч можно отклонять на 15° или 30° для получения максимального охвата в 90°.

Количество рядов и высота самого нижнего элемента над землёй определяет угол возвышения и размер обслуживаемой территории. Массив из двух рядов обладает углом в 20°, а из четырёх – в 10°. Излучение двумерной решётки обычно подходит к ионосфере под небольшим углом, и из-за низкой частоты часто отражается обратно к поверхности земли. Поскольку излучение может многократно отражаться между ионосферой и землёй, действие антенны не ограничено горизонтом. В результате такая антенна часто используется для связи на дальние расстояния.

Диаграмма направленности



Рупорная антенна состоит из расширяющегося металлического волновода в форме рупора, собирающего радиоволны в луч. У рупорных антенн очень широкий диапазон рабочих частот, они могут работать с 20-кратным разрывом его границ – к примеру, от 1 до 20 ГГц. Усиление варьируется от 10 до 25 дБ, и часто они используются в качестве облучателей более крупных антенн.

Диаграмма направленности



Одна из самых популярных антенн для радаров – параболический отражатель. Облучатель располагается в фокусе параболы, и энергия радара направляется на поверхность отражателя. Чаще всего в качестве облучателя используется рупорная антенна, но можно использовать и дипольную, и спиральную.

Поскольку точечный источник энергии находится в фокусе, он преобразуется в волновой фронт постоянной фазы, что делает параболу хорошо приспособленной для использования в радарах. Изменяя размер и форму отражающей поверхности, можно создавать лучи и схемы излучения различной формы. Направленность параболических антенн гораздо лучше, чем у Яги или дипольной, усиление может достигать 30-35 дБ. Главный их недостаток – неприспособленность к низким частотам из-за размера. Ещё один – облучатель может блокировать часть сигнала.

Диаграмма направленности



Антенна Кассегрена очень похожа на обычную параболическую, но использует систему из двух отражателей для создания и фокусировки луча радара. Основной отражатель параболический, а вспомогательный – гиперболический. Облучатель находится в одном из двух фокусов гиперболы. Энергия радара из передатчика отражается от вспомогательного отражателя на основной и фокусируется. Возвращающаяся от цели энергия собирается основным отражателем и отражается в виде сходящегося в одной точке луча на вспомогательный. Затем она отражается вспомогательным отражателем и собирается в точке, где расположен облучатель. Чем больше вспомогательный отражатель, тем ближе он может быть к основному. Такая конструкция уменьшает осевые размеры радара, но увеличивает затенение раскрыва. Небольшой вспомогательный отражатель, наоборот, уменьшает затенение раскрыва, но его нужно располагать подальше от основного. Преимущества по сравнению с параболической антенной: компактность (несмотря на наличие второго отражателя, общее расстояние между двумя отражателями меньше, чем расстояние от облучателя до рефлектора параболической антенны), уменьшение потерь (приёмник можно разместить близко от рупорного излучателя), уменьшение интерференции по боковому лепестку для наземных радаров. Основные недостатки: сильнее блокируется луч (размер вспомогательного отражателя и облучателя больше, чем размер облучателя обычной параболической антенны), плохо работает с широким диапазоном волн.

Диаграмма направленности




Слева – антенна Грегори, справа — Кассегрена

Параболическая антенна Грегори очень похожа по структуре на антенну Кассегрена. Отличие в том, что вспомогательный отражатель искривлён в противоположную сторону. Конструкция Грегори может использовать меньший по размерам вспомогательный отражатель по сравнению с антенной Кассегрена, в результате чего перекрывается меньшая часть луча.


Как следует из названия, излучатель и вспомогательный отражатель (если это антенна Грегори) у офсетной антенны смещены от центра основного отражателя, чтобы не блокировать луч. Такая схема часто используется на параболических антеннах и антеннах Грегори для увеличения эффективности.

Антенна Кассегрена с плоской фазовой пластиной


Ещё одна схема, предназначенная для борьбы с блокированием луча вспомогательным отражателем,- это антенна Кассегрена с плоской пластиной. Она работает с учётом поляризации волн. У электромагнитной волны есть 2 компоненты, магнитная и электрическая, всегда находящиеся перпендикулярно друг другу и направлению движения. Поляризация волны определяется ориентацией электрического поля, она бывает линейной (вертикальной/горизонтальной) или круговой (круговой или эллиптической, закрученной по или против часовой стрелки). Самое интересное в поляризации – это поляризатор, или процесс фильтрации волн, оставляющий только волны, поляризованные в одном направлении или в одной плоскости. Обычно поляризатор изготавливают из материала с параллельным расположением атомов, или это может быть решётка из параллельных проводов, расстояние между которыми меньше, чем длина волны. Часто принимается, что расстояние должно быть примерно в половину длины волны.

Распространённое заблуждение состоит в том, что электромагнитная волна и поляризатор работают схожим образом с колеблющимся тросом и дощатым забором – то есть, к примеру, горизонтально поляризованная волна должна блокироваться экраном с вертикальными щелями.

На самом деле, электромагнитные волны ведут себя не так, как механические. Решётка из параллельных горизонтальных проводов полностью блокирует и отражает горизонтально поляризованную радиоволну и пропускает вертикально поляризованную – и на оборот. Причина следующая: когда электрическое поле, или волна, параллельны проводу, они возбуждают электроны по длина провода, и поскольку длина провода многократно превышает его толщину, электроны могут легко двигаться и поглощают большую часть энергии волны. Движение электронов приведёт к появлению тока, а ток создаст свои волны. Эти волны погасят волны передачи и будут вести себя как отражённые. С другой стороны, когда электрическое поле волны перпендикулярно проводам, оно будет возбуждать электроны по ширине провода. Поскольку электроны не смогут активно двигаться таким образом, отражаться будет очень малая часть энергии.

Важно отметить, что, хотя на большинстве иллюстраций у радиоволн всего 1 магнитное и 1 электрическое поле, это не значит, что они осциллируют строго в одной плоскости. На самом деле можно представлять, что электрические и магнитные поля состоят из нескольких подполей, складывающихся векторно. К примеру, у вертикально поляризованной волны из двух подполей результат сложения их векторов вертикальный. Когда два подполя совпадают по фазе, результирующее электрическое поле всегда будет стационарным в одной плоскости. Но если одно из подполей медленнее другого, тогда результирующее поле начнёт вращаться вокруг направления движения волны (это часто называют эллиптической поляризацией). Если одно подполе медленнее других ровно на четверть длины волны (фаза отличается на 90 градусов), то мы получим круговую поляризацию:

Для преобразования линейной поляризации волны в круговую поляризацию и обратно необходимо замедлить одно из подполей относительно других ровно на четверть длины волны. Для этого чаще всего используется решётка (четвертьволновая фазовая пластина) из параллельных проводов с расстоянием между ними в 1/4 длины волны, расположенных под углом в 45 градусов к горизонтали.
У проходящей через устройство волны линейная поляризация превращается в круговую, а круговая – в линейную.

Работающая по этому принципу антенна Кассегрена с плоской фазовой пластиной состоит из двух отражателей равного размера. Вспомогательный отражает только волны с горизонтальной поляризацией и пропускает волны с вертикальной поляризацией. Основной отражает все волны. Пластина вспомогательного отражателя располагается перед основным. Он состоит из двух частей – это пластина со щелями, идущими под углом в 45°, и пластина с горизонтальными щелями шириной менее 1/4 длины волны.

Допустим, облучатель передаёт волну с круговой поляризацией против часовой стрелки. Волна проходит через четвертьволновую пластину и превращается в волну с горизонтальной поляризацией. Она отражается от горизонтальных проводов. Она опять проходит через четвертьволновую пластину, уже с другой стороны, и для неё провода пластины ориентированы уже зеркально, то есть, будто бы повёрнуты на 90°. Предыдущее изменение поляризации отменяется, так что волна снова приобретает круговую поляризацию против часовой стрелки и идёт обратно к основному отражателю. Отражатель меняет поляризацию с идущей против часовой стрелки на идущую по часовой. Она проходит через горизонтальные щели вспомогательного отражателя без сопротивления и уходит в направлении целей вертикально поляризованной. В режиме приёма всё происходит наоборот.


Хотя у описанных антенн довольно большое усиление по отношению к размеру апертуры, у всех них есть общие недостатки: большая восприимчивость по боковым лепесткам (подверженность мешающим отражениям от земной поверхности и чувствительность к целям с низкой эффективной площадью рассеяния), уменьшение эффективности из-за блокирования луча (проблема с блокированием есть у малых радаров, которые можно использовать на летающих аппаратах; большие радары, где проблема с блокированием меньше, нельзя использовать в воздухе). В результате была придумана новая схема антенны – щелевая. Она выполнена в виде металлической поверхности, обычно плоской, в котором прорезаны отверстия или щели. Когда её облучают на нужной частоте, электромагнитные волны испускаются из каждого слота – то есть, слоты выступают в роли отдельных антенн и формируют массив. Поскольку луч, идущий из каждого слота, слабый, их боковые лепестки также очень малы. Щелевые антенны характеризуются высоким усилением, малыми боковыми лепестками и малым весом. В них могут отсутствовать выступающие части, что в ряде случаев является их важным преимуществом (например, при установке на летательных аппаратах).

Диаграмма направленности


Пассивная фазированная антенная решётка (ПФАР) [passive electronically scanned array, PESA]



Радар с МИГ-31

С ранних времён создания радаров разработчиков преследовала одна проблема: баланс между точностью, дальностью и временем сканирования радара. Она возникает оттого, что у радаров с более узкой шириной пучка повышается точность (увеличивается разрешение) и дальность при той же мощности (концентрация мощности). Но чем меньше ширина пучка, тем дольше радар сканирует всё поле зрения. Более того, радару с большим усилением потребуются антенны большего размера, что неудобно для быстрого сканирования. Для достижения практичной точности на низких частотах радару потребовались бы настолько громадные антенны, что их было бы затруднительно поворачивать с механической точки зрения. Для решения этой проблемы была создана пассивная фазированная антенная решётка. Она полагается не на механику, а на интерференцию волн для управления лучом. Если две или более волн одного типа осциллируют и встречаются в одной точке пространства, суммарная амплитуда волн складывается примерно так же, как складываются волны на воде. В зависимости от фаз этих волн интерференция может усиливать или ослаблять их.

Луч можно формировать и управлять им электронным способом, контролируя разность фаз группы передающих элементов – таким образом можно контролировать, в каких местах происходит усиливающая или ослабляющая интерференция. Из этого следует, что в радаре самолёта для управления лучом из стороны в сторону должно быть не менее двух передающих элементов.

Обычно радар с ПФАР состоит из 1 облучателя, одного МШУ (малошумящего усилителя), одного распределителя мощности, 1000-2000 передающих элементов и равного количества фазовращателей.

Передающими элементами могут быть изотропные или направленные антенны. Некоторые типичные виды передающих элементов:

На первых поколениях истребителей чаще всего использовались патч-антенны (полосковые антенны), поскольку их проще всего разрабатывать.

Современные массивы с активной фазой используют желобковые излучатели из-за их широкополосных возможностей и улучшенного усиления:

Вне зависимости от типа используемой антенны увеличение количества излучающих элементов улучшает характеристики направленности радара.

Как мы знаем, при одинаковой частоте радара увеличение апертуры приводит к уменьшению ширины пучка, что увеличивает дальность и точность. Но у фазированных решёток не стоит увеличивать расстояние между излучающими элементами в попытке увеличения апертуры и уменьшения стоимости радара. Поскольку если расстояние между элементами больше, чем рабочая частота, могут появляться побочные лепестки, заметно ухудшающие эффективность радара.

Самая важная и дорогая часть ПФАР – фазовращатели. Без них невозможно управлять фазой сигнала и направлением луча.

Они бывают разных видов, но в целом их можно разделить на четыре типа.

Фазовращатели с временной задержкой


Простейший тип фазовращателей. Сигналу на прохождение линии передачи нужно время. Эта задержка, равная фазовому сдвигу сигнала, зависит от длины линии передачи, частоты сигнала и фазовой скорости сигнала в передающем материале. Переключая сигнал между двумя или более линиями передач заданной длины, можно управлять фазовым сдвигом. Переключающие элементы – это механические реле, pin-диоды, полевые транзисторы или микроэлектромеханические системы. pin-диоды часто используются из-за высокой скорости, низких потерь и простых цепей смещения, обеспечивающих изменение сопротивления от 10 кОм до 1 Ом.

Задержка, сек = фазовый сдвиг ° / (360 * частота, Гц)

Их недостаток в увеличении фазовой ошибки с увеличением частоты и увеличении размера с уменьшением частоты. Также изменение фазы изменяется в зависимости от частоты, поэтому для слишком малых и больших частот они неприменимы.

Отражательный/квадратурный фазовращатель


Обычно это квадратурное устройство связи, разделяющее входной сигнал на два сигнала, различающихся по фазе на 90°, которые затем отражаются. Затем они комбинируются по фазе на выходе. Эта схема работает благодаря тому, что отражение сигнала от проводящих линий могут быть смещены по фазе по отношению к падавшему сигналу. Сдвиг по фазе изменяется от 0° (открытая цепь, нулевая ёмкость варактора) до -180° (цепь закорочена, ёмкость варактора бесконечна). Такие фазовращателя обладают широким диапазоном работы. Однако физические ограничения варакторов приводят к тому, что на практике сдвиг по фазе может достигать только 160°. Но для большего сдвига возможно комбинировать несколько таких цепей.

Векторный IQ-модулятор


Так же, как и у отражательного фазовращателя, здесь сигнал разделяется на два выхода с 90-градусным смещением фазы. Входящая фаза без смещения называется I-каналом, а квадратура с 90-градусным смещением называется Q-каналом. Затем каждый сигнал проходит через двухфазный модулятор, способный сдвигать фазу сигнала. Каждый сигнал подвергается сдвигу фазы на 0° или 180°, что позволяет выбрать любую пару квадратурных векторов. Затем два сигнала рекомбинируются. Поскольку затухание обоих сигналов можно контролировать, у выходящего сигнала контролируется не только фаза, но и амплитуда.

Фазовращатель на фильтрах верхних/нижних частот


Был изготовлен для решения проблемы фазовращателей с временной задержкой, не способных работать на большом диапазоне частот. Работает путём переключения пути сигнала между фильтрами верхних и нижних частот. Похож на фазовращатель с временной задержкой, только вместо линий передачи используются фильтры. Фильтр верхних частот состоит из последовательности индукторов и конденсаторов, обеспечивающих опережение по фазе. Такой фазовращатель обеспечивает постоянный сдвиг фазы в диапазоне рабочих частот. Также его размер гораздо меньше, чем у предыдущих перечисленных фазовращателей, поэтому он чаще всего используется в радарах.

Если подытожить, то по сравнению с обычной отражающей антенной, основными преимуществами ПФАР будут: высокая скорость сканирования (увеличение количества отслеживаемых целей, уменьшение вероятности обнаружения станцией предупреждения об облучении), оптимизация времени нахождения на цели, высокое усиление и малые боковые лепестки (тяжелее заглушить и обнаружить), случайная последовательность сканирования (сложнее заглушить), возможность использовать особые техники модуляции и обнаружения для извлечения сигнала из шума. Основные недостатки – высокая стоимость, невозможность сканирования шире 60 градусов в ширину (поле зрения стационарного фазового массива – 120 градусов, механический радар может расширить его до 360).

Активная фазированная антенная решётка [Active Electronically Scanned Array, AESA]


Снаружи АФАР (AESA) и ПФАР (PESA) отличить сложно, но внутри они кардинально различаются. ПФАР использует один или два высокомощных усилителя, передающего один сигнал, который затем делится на тысячи путей для тысяч фазовращателей и элементов. Радар с АФАР состоит из тысячи модулей приёма/передачи. Поскольку передатчики находятся непосредственно в самих элементах, у него нет отдельных приёмника и передатчика. Различия в архитектуре представлены на картинке.

У АФАР большинство компонентов, таких, как усилитель слабых сигналов, усилитель большой мощности, дуплексор, фазовращатель уменьшены и собраны в одном корпусе под названием модуля приёма/передачи. Каждый из модулей представляет собой небольшой радар. Архитектура их следующая:

Хотя АФАР (AESA) и ПФАР (PESA) используют интерференцию волн для формирования и отклонения луча, уникальный дизайн АФАР даёт много преимуществ по сравнению с ПФАР. К примеру, усилитель слабого сигнала находится рядом с приёмником, до компонентов, где теряется часть сигнала, поэтому у него отношение сигнал/шум лучше, чем у ПФАР.

Во-вторых, у обычного радара возможность уменьшения паразитной интерференции ограничена ошибками нестабильности аппаратуры. Больше всего в эти ошибки вносят вклад аналого-цифровой преобразователь, преобразователь с понижением частоты, усилителей высокой мощности, усилители слабых сигналов и генератор волн. У АФАР с распределённой группой усилителей высокой мощности и усилителей слабых сигналов такие ошибки можно уменьшать. В результате у АФАР повышается чувствительность в шумных условиях.

Более того, при равных возможностях обнаружения у АФАР меньше рабочий цикл и пиковая мощность. Также, поскольку отдельные модули АФАР не полагаются на один усилитель, они могут одновременно передавать сигналы с разными частотами. В результате АФАР может создавать несколько отдельных лучей, разделяя массив на подмассивы. Возможность работать на нескольких частотах приносит многозадачность и способность развёртывать системы радиоэлектронного подавления в любом месте по отношению к радару. Но формирование слишком большого количества одновременных лучей уменьшает дальность действия радара.

Два главных недостатка АФАР – высокая стоимость и ограниченность поля зрения 60 градусами.

Гибридные электронно-механические фазированная антенные решётки

Очень высокая скорость сканирования ФАР сочетается с ограничением поля зрения. Для решения этой проблемы на современных радарах ФАР располагаются на подвижном диске, что увеличивает поле зрения. Не стоит путать поле зрения с шириной пучка. Ширина пучка относится к лучу радара, а поле зрения – общий размер сканируемого пространства. Узкие пучки часто нужны для улучшения точности и дальности действия, а узкое поле зрения обычно не нужно.

Схема городской СВ-антенны » Вот схема!


В городских условиях не всегда возможно установить хорошую наружную антенну для СВ-радиостанции. Но вполне возможно успешно работать, используя суррогатную дипольную антенну, установленную на окне. Стандартное окно имеет размеры 140×150 или 140×210 см, что позволяет установить на нем согнутый диполь. Антенна была выполнена из медного гибкого многожильного провода в белой пластиковой изоляции.

Первоначальная длина каждого плеча антенны была равна 2,70 см, в процессе настройки длина плеч антенны была немного уменьшена из-за влияния емкости металлического подоконника и батарей отопления на работу антенны. Антенна имела сопротивление, измеренное с помощью высокочастотного моста, 55 Ом, ширина резонансного участка составляла 600 кГц, что позволяло использовать ее во всем СВ-диапазоне, разрешенном в России.

Антенна была установлена с внутренней стороны комнаты, провод полотна располагался на деревянной раме. После покраски рамы антенна стала практически невидима в комнате, что позволяет отнести эту СВ-антенну к разряду невидимых, позволяющих избежать лишних трений между владельцами СВ-радиостанций и остальными гражданами.

Коаксиальный кабель, питающий антенну должен быть сопротивлением 50 Ом, это хорошо согласуется с выходным каскадом усилителя. Несколько повысить КПД антенны можно, разместив ее полотно не на раме, а отступив от нее на 15-30 сантиметров. В этом случае дестабилизирующее влияние батарей и арматуры здания будет меньше, но антенна станет видимой. Возрастет и ее сопротивление примерно до 60 Ом.

При сравнительном испытании этой антенны совместно с антеннами из Л1 и Л2 было замечено явное преимущество свернутого диполя над этими антеннами, к тому же он значительно проще и более легок в наладке. Испытания антенн, описанных в Л1 и Л2 были проведены на месте установки свернутого диполя.

В результате того, что антенна содержит вертикальную и горизонтальную части, она излучает электромагнитную волну, содержащую вертикальную и горизонтальную составляющие. Это позволяет одинаково хорошо работать со станциями, использующими антенны с любым типом поляризации — вертикальной или горизонтальной.

Данное обстоятельство, особенно важно при расположении антенны на верхних этажах многоэтажного дома, при проведении DX-связей. Недостатком этой антенны является то, что она не излучает в направлении закрытом комнатой. Кроме того возможны сильные наводки на бытовую радиоэлектронную аппаратуру, особенно при работе с самодельными не отлаженными усилителями мощности. Таким же образом можно сделать невидимую оконную антенну и на любительские диапазоны 10 и 12 метров.

Введение в основы антенн

Антенны

используются для передачи и приема информации посредством изменений окружающих их электромагнитных полей. Эта статья представляет собой учебник по теории антенн.

Краткая история электромагнетизма

Более 2600 лет назад (и, вероятно, задолго до этого) древние греки открыли, что кусочек янтаря, натертый на кусок меха, притягивает легкие предметы, такие как перья. Примерно в то же время древние обнаружили магнитный камень, представляющий собой куски намагниченной породы.

Потребовалось еще несколько сотен лет, чтобы определить, что существуют два разных свойства притяжения и отталкивания (магнитного и электрического): подобное отталкивается, а противоположное притягивается. Прошло еще 2000 лет, прежде чем ученые впервые обнаружили, что эти два совершенно разных новшества природы неразрывно связаны между собой.

В начале девятнадцатого века Ганс Кристен Эрстед поместил провод перпендикулярно стрелке компаса и ничего не увидел. Но когда он повернул проволоку параллельно стрелке компаса и пропустил через проволоку ток, она отклонилась в одном направлении.Когда он пропускал ток по проводу в обратном направлении, стрелка компаса отклонялась в противоположную сторону.

 

Провод с током перпендикулярно стрелке компаса не вызывает движения.

 

 

Стрелка компаса, расположенная параллельно проводу с током, будет вращаться. Когда направление тока меняется на противоположное, направление вращения меняется на противоположное.

 

Этот провод был первым антенным передатчиком, а стрелка компаса — первым приемником.В то время ученые просто не знали об этом.

Хотя это и не было слишком изящно, оно давало ключ к пониманию того, как устроена Вселенная — что заряды, движущиеся по проводу, создают магнитное поле, перпендикулярное проводу. (Вскоре ученые узнали, что поле, окружающее провод, круглое, а не перпендикулярное.)

С помощью этой информации ученые смогли описать способы взаимодействия электрических и магнитных полей с электрическими зарядами и легли в основу понимания электромагнетизма.

На видео выше показано изгибание нити накала лампы переменного тока между точками опоры в присутствии сильного магнитного поля.

 

Вскоре после этого Никола Тесла зажег лампы по беспроводной связи в своей мастерской, продемонстрировал первую игрушечную лодку с дистанционным управлением и создал систему переменного тока, которую мы используем сегодня для передачи электроэнергии по всему миру.

Менее чем через столетие после эксперимента Орстеда Гульельмо Маркони изобрел способ отправки первых беспроводных телеграфных сигналов через Атлантику.

И вот мы стоим, целых два века после того первого эксперимента с компасом, способные захватывать изображения с далеких планет и отправлять их через бескрайнее пространство на устройство, которое можно держать на ладони, — все с антеннами.

 

Изображение Плутона, предоставлено НАСА.

Строительные блоки

Наша Вселенная пришла к нам по определенным правилам. Мы открыли это тысячи лет назад, когда перестали замечать просто силу притяжения гравитации и впервые разделили объекты на основе их способности притягивать или отталкивать другие объекты.Затем мы открыли еще один набор правил притяжения и отталкивания, совершенно отличный от первого.

Люди классифицировали объекты и путем интенсивных экспериментов определили, что положительное и отрицательное являются противоположными проявлениями свойства, называемого «заряд», точно так же, как северный полюс и южный полюс являются противоположными проявлениями того, что называется магнетизмом, точно так же, как левая и правая — это два типа рук.

 

Изображение, демонстрирующее зеркальную симметрию между электрическими зарядами, магнитными полюсами и руками.

 

Что-то происходило с проволокой Орстеда независимо от того, ориентировала ли он под ней стрелку компаса или нет. Это приводит к идее о невидимых электромагнитных полях, которые пронизывают Вселенную — через самую плотную материю и лучшие вакуумы природы. Каждый из наших категоризированных объектов (+/-/N/S) влияет на пространство вокруг него и на него влияет изменение поля.

 

Магнитное поле вокруг соленоида с током.Изображение, созданное системой Mathematica на основе кода Пола Ниландера.

 

Перемещая заряды предсказуемым образом, мы можем изменять электромагнитные поля предсказуемым образом и использовать эти изменения для передачи информации с помощью электромагнитных волн — регулярных колебаний электромагнитного поля.

Суперпозиция волн

Волны переносят энергию из одного места в другое.

Оставленный в покое на долгое время, бассейн с водой будет казаться плоским и неподвижным.Возмущайте воду в одном месте, и молекулы воды будут возмущать соседние молекулы воды, которые будут возмущать соседние молекулы воды и так далее, пока возмущение не доберется до края бассейна.

Молекулы, запустившие цепочку событий, остаются близко к своим первоначальным местоположениям, но возмущение достигнет края бассейна за считанные секунды. Волны переносят энергию без переноса вещества.

 

Одиночное нарушение  в бассейне

 

Волны — это то, как мы описываем движение возмущения в среде.Будь то одно первоначальное возмущение или один миллион, цепная реакция молекулярных столкновений в пуле — это то, что заставляет возмущение распространяться наружу.

 

Изображение двух волн в бассейне

 

Когда две волны возмущают одну и ту же область пространства, их амплитуды складываются или вычитаются, создавая конструктивную или деструктивную интерференцию. Эта временная аддитивная или субтрактивная практика называется суперпозицией.

График конструктивной интерференции волновых импульсов, любезно предоставлен Инженерным колледжем штата Пенсильвания.

 

После того, как волны интерферируют в определенном месте, они продолжают двигаться в том же направлении и с той же скоростью, что и в начале, пока остаются в той же среде. Скорость и направление могут измениться, когда волна входит в новую среду. Звуковые волны распространяются по воздуху, водяные волны распространяются по воде — вещество, через которое проходят волны, называется «средой».

Электромагнитные волны могут распространяться через такие среды, как воздух и вода, или через пустоту космоса — им не требуется среда для распространения энергии из одного места в другое.

Отражение волн

При переходе волн из одной среды в другую часть их энергии передается, часть их энергии отражается, а часть их энергии рассеивается в окружающую среду.

Свойства материала двух сред определяют коэффициенты пропускания, отражения и рассеяния.Свойства материала также определяют, будет ли волна инвертироваться при отражении или оставаться вертикальной.

 

Одиночная волна-импульс передающая и отражающая энергию. Графика предоставлена ​​Викимедиа.

 

 

 Непрерывная падающая волна (оранжевый цвет) достигает границы раздела, где часть энергии отражается (светло-оранжевый) и передается часть энергии (темно-оранжевый)

Отражение и инверсия

Когда волны распространяются из одной среды в другую, некоторые из падающая энергия отражается.В зависимости от свойств материала сред волны могут инвертироваться при отражении.

Представьте себе длинную пружину, привязанную к столбу. Если бы вы переместили пружину влево от центра, возмущение распространилось бы по всей длине пружины, пока не коснется полюса, после чего оно изменило бы направление и начало двигаться обратно к вам с противоположной стороны, вправо- из центра. Это инверсия.

 

.Gif предоставлен Инженерным колледжем штата Пенсильвания.

 

Возьмите ту самую пружину и привяжите ее к веревке. Если бы вы щелкнули пружину влево от центра, возмущение распространилось бы по всей длине пружины, пока не коснется веревки, после чего оно изменит направление и начнет двигаться назад к вам с той же стороны, слева- из центра.

 

.Gif предоставлен Инженерным колледжем штата Пенсильвания.

 

Понимание отражения от веревки помогает нам понять, что происходит внутри антенны.

Вот четыре ситуации, которые помогают проиллюстрировать концепции отражения и инверсии:

 

 

 

 

 

Инвертируется ли волна при отражении или нет, определяется свойствами сред по обе стороны от границы раздела.

Если волна инвертируется при отражении, а мы хотим, чтобы верёвка конструктивно интерферировала, мы должны иметь длину верёвки, равную половине длины волны, полной длине волны, полутора длинам волны и так далее: $ $L=n\times \frac{\lambda}{2}$$, где n — целое положительное число.

Антенный резонанс основан на тех же основных принципах отражения и интерференции:  

Выберите длину провода, которая позволяет отраженной энергии конструктивно интерферировать для создания большего сигнала, а не меньшего.

Стоячие волны

Когда две волны с одинаковой длиной волны распространяются в противоположных направлениях в одной и той же среде (обозначены синим и оранжевым цветом в приведенных ниже примерах), они могут взаимодействовать, образуя стоячую волну (обозначенную зеленым цветом в приведенных ниже примерах). .Стоячие волны названы так потому, что, хотя синие волны движутся влево, а оранжевые волны движутся вправо, зеленые стоячие волны не имеют видимого движения из стороны в сторону.

 

 

 

 

Падающая волна (оранжевый) и отраженная волна (синий) объединяются, образуя стоячую волну (зеленый)
 

Стоячие волны возникают в среде только на определенной длине, которая определяется характеристикой отражения и длиной волны падающей волны.

Коэффициент стоячей волны (КСВ)

Стоячие волны максимальной амплитуды возникают при очень точном сочетании частоты (или длины волны) и длины антенны.

К сожалению, нецелесообразно и практически невозможно иметь антенны такой длины, чтобы формировать идеальную стоячую волну для желаемого диапазона рабочих частот. К счастью, в этом нет необходимости. Антенна одинарной длины может работать в небольшом диапазоне частот с небольшим, допустимым уровнем дисбаланса.

 

Стоячие волны с чистым напряжением, показанным за период колебаний. Изображение Interferometrist (Собственная работа) [CC BY-SA 4.0], через Wikimedia Commons
 

Длина антенны должна быть отрегулирована таким образом, чтобы создать как можно более близкую к идеальной стоячую волну в центре рабочего диапазона частот.

Измерители КСВ (коэффициент стоячей волны)

 измеряют отношение прошедшей и отраженной энергии с идеей, чтобы отношение было как можно ближе к 1:1.

Небольшие корректировки могут быть сделаны путем введения пассивных компонентов схемы между последним каскадом усиления схемы и антенной. Небольшие несовершенства настройки антенны приведут к возникновению разности потенциалов в конечной схеме усиления, что приведет к нагреву конечной части цепи передачи. Большие дисбалансы могут возвращать большие разности потенциалов обратно в схему передатчика, вызывая пробой диэлектрика и искрение.

Передача информации

Два типа передачи информации, с которыми вы, вероятно, наиболее знакомы, это ЧМ (частотная модуляция) и АМ (амплитудная модуляция).

 

Частотная модуляция

При частотной модуляции информация передается путем изменения частоты несущей волны.

 

 

Амплитудная модуляция

При амплитудной модуляции частота несущей остается постоянной. Информация передается путем изменения амплитуды несущей.

 

Дипольная антенна

Простая антенна, в которой используются два одинаковых элемента, называется диполем.Самые короткие дипольные антенны работают на половине длины волны и создают стоячие волны по всей своей длине.

 

Стоячие волны в дипольной антенне, любезно предоставлено wikimedia.org
 

Изменяющиеся электрические поля по длине антенны создают радиоволны, распространяющиеся наружу.

 

Антенна, излучающая энергию, любезно предоставлено wikimedia.org

Антенны позволяют нам передавать и получать информацию, воздействуя и подвергаясь влиянию электромагнитных полей, пронизывающих вселенную.В следующей статье расскажут о различных типах антенн и о том, как они позволяют информации передаваться на большие расстояния.

 

Дополнительное чтение

Основные сведения об антеннах: диаграммы направленности, диэлектрическая проницаемость, направленность и коэффициент усиления

Добро пожаловать в Антенны 101 | Electronic Design

Эта статья является частью TechXchange: Antenna Design 101

Скачать эту статью в формате .PDF

Антенны — это гораздо больше, чем просто устройства, подключенные к каждому радио.Это преобразователи, которые преобразуют напряжение от передатчика в радиосигнал. И они улавливают радиосигналы из эфира и преобразуют их в напряжение для восстановления в приемнике.

Антенны, которые обычно считаются само собой разумеющимися и оставляются на последнюю минуту, тем не менее имеют решающее значение для установления и поддержания надежного радиосоединения. Большинству инженеров они могут показаться сложными и загадочными, особенно тем, кто впервые работает с беспроводными приложениями, не говоря уже о том, что они бывают, казалось бы, бесконечного разнообразия размеров и форм.Тем не менее, краткий обзор основных моментов может помочь развеять любые опасения по поводу дизайна.

Что такое радиоволна?
Радиоволна представляет собой комбинацию магнитного поля под прямым углом к ​​электрическому полю. Оба колеблются с определенной частотой и движутся вместе в направлении, перпендикулярном обоим полям (рис. 1) . Эти электромагнитные поля движутся со скоростью света (около 300 миллионов метров в секунду или около 186 400 миль в секунду) в свободном пространстве.Согласно известным уравнениям Максвелла, они поддерживают и регенерируют друг друга по пути, но ослабевают с расстоянием.

Каковы некоторые характеристики радиоволн?
Одной из ключевых особенностей является ориентация полей с землей. Это называется поляризацией. Антенна имеет вертикальную поляризацию, если электрическое поле направлено вертикально к поверхности земли. Антенна имеет горизонтальную поляризацию, если она расположена горизонтально по отношению к поверхности земли.

Есть ли другие важные особенности радиоволн?
Как правило, радиоволны имеют ближнее и дальнее поле.Ближнее поле близко к антенне, обычно в пределах нескольких длин волн (λ). Дальнее поле находится примерно в 10 или более длинах волн от антенны. Дальнее поле отрывается от антенны и становится радиосигналом.

Такие приложения, как радиочастотная связь (RFID) и связь ближнего поля (NFC), используют ближнее поле, которое больше похоже на магнитное поле вокруг первичной обмотки трансформатора. Но в целом дальнее поле — самая полезная радиоволна.

Как работает антенна?
Антенна передатчика генерирует радиоволны.На антенну подается напряжение нужной частоты. Напряжение на элементах антенны и ток через них создают соответственно электрические и магнитные волны. В приемнике электромагнитная волна, проходящая через антенну, индуцирует небольшое напряжение. Таким образом, антенна становится источником сигнала для входа приемника.

Будет ли одна и та же антенна работать как для передачи, так и для приема?
Да. Мы называем это взаимностью антенн. Любая антенна будет работать как на передачу, так и на прием.Во многих беспроводных приложениях антенна переключается между передатчиком и приемником.

Будет ли вертикальная антенна принимать горизонтально поляризованный сигнал или наоборот?
В большинстве случаев да. Антенны в реальном мире редко бывают идеально горизонтальными или вертикальными, поэтому некоторый сигнал принимается. Кроме того, большинство сигналов претерпевают сдвиги поляризации на пути передачи из-за отражений и других многолучевых условий. Тем не менее, это несоответствие ориентации антенны вносит некоторое затухание.

При более точном контроле поляризацию можно использовать для мультиплексирования двух сигналов на одной частоте. В некоторых спутниках антенна с вертикальной поляризацией может передавать один сигнал, одновременно передавая или принимая на отдельной антенне с горизонтальной поляризацией на той же частоте. Если поляризация является проблемой в приложении, круговая поляризация может предложить решение.

Что такое круговая поляризация?
Как видно из названия, во время передачи поляризация постоянно меняется, что позволяет использовать для приема как горизонтальные, так и вертикальные антенны.Для максимального приема необходима приемная антенна с круговой поляризацией.

Вы также можете приобрести антенну с правой или левой круговой поляризацией (RHCP или LHCP). Это снова позволяет повторно использовать частоты, используя разные поляризации для двух разных сигналов. Часто применяют спиральную антенну из спирального проводника и рефлектора. Круговая поляризация чаще всего встречается у спутников.

Как радиосигнал распространяется от передатчика к приемнику?
Сигналы передаются от одной антенны к другой несколькими способами в зависимости от частоты радиоволн.На низких частотах (менее 3 МГц) распространение осуществляется земной волной, когда сигнал касается земной поверхности. Расстояние ограничено сотней миль или около того. AM-радиоволны являются хорошим примером низкочастотного распространения.

На частотах в диапазоне от 3 до 30 МГц (короткие волны) сигналы распространяются на расстояние от 30 до 250 миль в ионосферу, где преломляются обратно на землю. Это почти как излучать сигнал так, что он кажется отраженным от проводящей поверхности. Могут быть достигнуты очень большие расстояния, поскольку сигналы могут совершать несколько переходов от земли к ионосфере и обратно несколько раз.

Однако сегодня для большинства беспроводных коммуникаций диапазон сигналов составляет от 100 МГц до 10 ГГц. Эти сигналы, называемые небесными волнами, распространяются прямолинейно, как световые волны. Вам нужен путь прямой видимости (LOS) от одной антенны к другой, чтобы установить связь. Очевидно, что дальность сигнала во многом зависит от высоты антенны.

Какая форма антенны наиболее распространена?
Диполь состоит из двух линейных проводников встык длиной в половину длины волны (λ/2) (рис.2а) . Здесь одна длина волны (λ) равна 300/f МГц в метрах. Половина длины волны в футах равна 468/f МГц или 5616/f МГц в дюймах. Термин f представляет собой рабочую частоту в мегагерцах.

Передатчик или приемник подключается к центру антенны, как правило, линией передачи, например, коаксиальным кабелем. В этой точке антенна имеет эквивалентное активное сопротивление 73 Ом. Однако это будет зависеть от высоты антенны и станет комплексным импедансом выше или ниже рабочей частоты.Таким образом, антенна действует как резонансный контур.

Каковы некоторые другие характеристики диполя?
Обычно диполь ориентирован горизонтально к земле, что дает горизонтально поляризованную волну. Кроме того, излучение антенны неравномерно во всех направлениях. Идеальная антенна, называемая изотропным источником, излучает сферически или одинаково хорошо во всех направлениях.

В диполе диаграмма направленности имеет форму бублика. Посмотрев вниз на антенну, вы увидите диаграмму направленности в виде цифры 8 (рис.2б) . Наибольшее излучение или лучший прием происходит под прямым углом к ​​антенне. На эту диаграмму направленности сильно влияют близлежащие проводящие и непроводящие объекты.

Какие еще существуют физические формы антенн?
Популярным вариантом диполя является плоскость заземления или антенна Маркони. Он состоит из одного элемента λ/4, установленного вертикально, и работает с землей или металлическим основанием, называемым плоскостью заземления (рис. 3) . Антенна заземления представляет собой половину диполя, а другой элемент диполя представляет собой заземление.Поляризация вертикальная, а диаграмма направленности круговая или всенаправленная.

Существуют ли другие распространенные формы?
Да. Патч- или микрополосковая антенна широко распространена на микроволновых частотах (более 1 ГГц). Это квадратный или круглый участок проводящего материала шириной около половины длины волны. Создать его несложно, поскольку обычно он реализуется на печатной плате (PCB) (рис. 4) . Рамочная антенна также популярна в некоторых некритических приложениях.Это просто непрерывная петля проводника, провода или печатной платы с окружностью от 0,1 до 1,0 λ.

Могут ли антенны показывать усиление?
Обязательно. Антенна может повысить уровень сигнала так же эффективно, как если бы сигнал был усилен электронным усилителем. Он не усиливается как таковой, но усиление формируется в результате концентрации сигнала в более узком луче. Антенна становится более направленной.

Например, диполь концентрирует сигнал в два лепестка.Следовательно, диполь имеет усиление по мощности на 1,64 дБ по сравнению с изотропной антенной. Это называется усилением в дБи по отношению к изотропному источнику. Но поскольку в реальной жизни не существует такого понятия, как изотропный источник, мы обычно относим любое усиление антенны к коэффициенту усиления диполя (дБд). Например, 0 дБд = 2,15 дБи.

Как выражается усиление антенны?
Обычно выражается в дБ мощности над диполем. Другим выражением является эффективная излучаемая мощность (ERP) — фактическая мощность, которую диполь должен излучать, чтобы произвести тот же эффект, что и антенна с усилением.Вы вычисляете ERP, умножая выходную мощность передатчика на усиление антенны, где усиление представляет собой отношение мощностей, эквивалентное цифре усиления в дБ. Иногда усиление относится к изотропному излучателю, а не к диполю. В этом случае подходящим термином является эффективная изотропная излучаемая мощность (ЭИИМ).

Какую антенну вы используете для усиления?
Существует множество различных способов получения усиления. Большинство конфигураций основано на использовании нескольких антенных элементов, таких как несколько диполей или диполь плюс один или несколько паразитных элементов, на которые сигнал не подается напрямую.Знакомый пример — популярная Yagi (рис. 5) .

Ведомый элемент — диполь. Он используется с чуть более длинным элементом, называемым отражателем, и тремя более короткими элементами, называемыми директорами. Паразитные элементы фокусируют луч вперед с направлением излучения от директора. Такая антенна может обеспечить эффективное усиление мощности около 10 дБ.

Добавив больше директоров, можно добиться еще большего усиления. При наличии семи и более директоров возможно усиление до 20 дБ.Ширина луча излучения очень мала, что может помочь свести к минимуму помехи от других станций поблизости.

Как работает параболическая или параболическая антенна?
Антенна с максимальным направленным усилением, тарелка, использует дипольную или подобную антенну, но добавляет параболическую тарелку в качестве отражателя. Размещение антенны в фокусе параболы приводит к тому, что тарелка фокусирует входящий сигнал на антенне или сигнал, излучаемый диполем, фокусируется тарелкой в ​​очень узкий луч (рис.6) .

Обычно ширина луча менее 1°. Усиление может быть более 50 дБ, в зависимости от диаметра тарелки. Этот тип антенны отлично подходит для очень слабых сигналов, например, от спутников.

Существуют ли другие распространенные направленные антенны?
Еще одна превосходная антенна с направленным усилением — это фазированная решетка, которая представляет собой группу диполей или эквивалентных антенн (патч, щелевая и т. д.), установленных в виде прямоугольной решетки. Типичные массивы могут быть четыре на четыре или 16 на 16.Антенны питаются линиями передачи определенной длины для создания синфазных сигналов на антенных элементах. Добавление задержек или фазовых сдвигов создает сигналы на каждой антенне, которые могут усиливать или компенсировать друг друга. Это позволяет формировать, перемещать или иным образом управлять общей диаграммой направленности антенны.

Управляя фазами антенн, диаграммой направленности можно управлять в широком диапазоне ширины луча. С помощью специальных регулируемых фазовращателей луч антенны можно расширить, сузить или направить в определенном направлении.Это называется формированием луча. Фазированные решетки широко используются в военных радарах, но эти методы также применяются для сотовой радиосвязи для управления направленностью антенн сотовой связи с целью улучшения качества сигнала.

Если антенна действует как настроенная цепь, как я могу быть уверен, что она имеет необходимую полосу пропускания?
Антенны резонансные, поэтому у них есть Q и соответствующая полоса пропускания (BW). Для большинства антенн эта полоса пропускания составляет примерно от 10% до 15% резонансной частоты.Важно, чтобы антенна имела достаточно широкий отклик, чтобы пропустить все необходимые боковые полосы, чтобы избежать искажений. Большинство антенн являются избирательными, поэтому они могут избавиться от шума и некоторых гармоник, но вам не нужна обрезка боковой полосы. Если вы используете коммерческую антенну, посмотрите характеристики селективности или полосы пропускания, чтобы убедиться, что она подходит. В конструкции антенн физические размеры влияют на BW.

Если сделать элементы дипольной антенны очень тонкими с помощью проволоки, получится очень узкая полоса пропускания. Но если сделать их широкими с помощью трубок или развести веером, скажем, в конфигурации «бабочка», это значительно увеличит пропускную способность.

Как антенна подключена к передатчику или приемнику?
Линия передачи соединяет антенну с передатчиком или приемником. Для коротких расстояний это, вероятно, будет короткая микрополосковая или полосковая линия на печатной плате. Коаксиальный кабель чаще всего используется для больших расстояний в несколько футов и более. Полное сопротивление линии передачи должно соответствовать полному сопротивлению антенны и передатчика/приемника, чтобы обеспечить передачу максимальной мощности.

Большинство схем рассчитаны на импеданс 50 Ом, что хорошо подходит для коаксиального кабеля 50 Ом.С помощью микрополосковой линии вы можете придать линии любое желаемое характеристическое сопротивление. Сложность заключается в согласовании линии с антенной, импеданс которой может составлять от нескольких Ом до нескольких тысяч Ом, в зависимости от типа и других условий. В большинстве приложений для согласования антенны с линией или линии с цепью используется некоторая форма сети согласования импеданса LC.

Если импедансы не согласованы, будут отражения и высокий коэффициент стоячей волны (КСВ), что приведет к значительным потерям.Кроме того, старайтесь избегать коаксиального кабеля, потому что его затухание очень велико на микроволновых частотах. Доступен кабель с низкими потерями, но он все равно сильно ослабляет сигнал. Старайтесь, чтобы длина была как можно короче, и компенсируйте в передатчике или приемнике потери в кабеле за счет большего усиления.

Что такое эффективность антенны?
Эффективность антенны похожа на эффективность в целом — отношение выходной мощности к входной. Однако она обозначается несколькими разными способами. В большинстве случаев эффективность учитывает потери I2R, потери в любом диэлектрике и потери, связанные с подключением к другим устройствам.Что может быть не включено, так это любые потери, связанные с потерями, связанными с рассогласованием антенны и линии передачи, что приводит к отраженной мощности и более высокому КСВ.

Однако некоторые меры эффективности учитывают любое изменение сопротивления излучения антенны. Большинство маленьких антенн не так эффективны. Все, что выше от 50% до 60%, обычно хорошо, но всегда стремитесь улучшить его, если можете.

Должен ли я попытаться разработать свои собственные антенны?
Если вы не радиоинженер, возможно, нет.Конструкция антенны очень специфична и более чем сложна. Это также одна из тех ниш, где работает черная магия. Конструкция антенны очень теоретическая, но в значительной степени она основана на эмпирической работе и большом количестве экспериментов.

Если антенна простая, например дипольная, заземляющая или рамочная, она может вам подойти. Кроме того, на рынке существует множество коммерческих антенн, способных удовлетворить практически любые потребности. В приложениях с большим объемом можно даже разработать специальную антенну.Для достижения наилучших результатов лучше покупать, а не строить.

Прочтите подобные статьи на TechXchange: Дизайн антенны 101

Ссылки
Американская радиорелейная лига, Книга антенн ARRL , .

Френзель, Луи, Э., Принципы систем электронной связи , 3-е издание, McGraw Hill, 2008.

Волакис, Джон Л., Справочник по проектированию антенн , 4-е издание, McGraw Hill, 2007.

Основы антенн

Правильное понимание антенн требует знакомства с электромагнетизмом, теорией цепей, электроникой и обработкой сигналов.

Кэндис Суриано, доктор философии, Suriano Solutions
Джон Суриано, доктор философии, Nidec Motors, Оберн-Хиллз, Мичиган, США
Том Холмс, Agilent Technologies, Типп-Сити, Огайо, США
Цинь Ю, Alcatel — Lucent, Колумбус, Огайо, США

Как антенна улавливает сигнал и преобразует его во что-то полезное для приемной схемы? Каков текущий путь для сигналов, полученных или переданных от антенны? Почему существуют разные типы антенн и почему они имеют разную форму? Какие стандартные инженерные термины связаны с антенной техникой? Как усиливаются сигналы от антенн?

Это отправная точка для понимания многих требований по электромагнитной совместимости и процедур испытаний, а также для решения проблем соответствия.Основы антенн можно вывести из фундаментальных принципов электромагнетизма и электрических цепей. Даже элементарное понимание может оказаться бесценным при решении проблем ЭМС.

Как антенны обнаруживают сигналы?

Рис. 1. Антенна электрического поля (а) и антенна магнитного поля (б).

Антенны выполняют две взаимодополняющие функции: преобразование электромагнитных волн в напряжение и ток, используемые в цепи, и преобразование напряжения и тока в электромагнитные волны, которые передаются в космос.Сигналы передаются через пространство электромагнитными волнами, состоящими из электрических полей, измеряемых в вольтах на метр, и магнитных полей, измеряемых в амперах на метр. В зависимости от типа обнаруживаемого поля антенна принимает ту или иную конструкцию. Антенны, предназначенные для улавливания электрических полей, такие как антенна на рис. 1(а), сделаны из стержней и пластин, а антенны, предназначенные для улавливания магнитных полей, как на рис. 1(б), сделаны из проволочных петель. Иногда части электрических цепей могут иметь характеристики, которые непреднамеренно делают их антеннами.EMC заботится о снижении вероятности того, что эти непреднамеренные антенны будут подавать сигналы в свои цепи или влиять на другие цепи.

Рассмотрим антенну автомобильного радиоприемника. Когда электрическое поле (В/м) попадает на антенну, оно создает напряжение по ее длине (м*В/м = В) относительно земли. Приемник определяет напряжение между антенной и землей. Другой способ представить этот тип антенны — это один вывод вольтметра, измеряющий потенциал в космосе. Другой провод вольтметра является землей цепи.

Какое значение имеет форма антенны?

Некоторые антенны сделаны из проволочных петель. Эти антенны обнаруживают магнитное поле, а не электрическое поле. Точно так же, как магнитное поле в катушке с проводом создается током в этой катушке, точно так же ток индуцируется в катушке с проводом, когда магнитное поле проходит через эту катушку. Концы рамочной антенны присоединены к приемной цепи, через которую протекает этот индуцированный ток, когда рамочная антенна обнаруживает магнитное поле.Магнитные поля обычно направлены перпендикулярно направлению их распространения, поэтому плоскость контура должна быть выровнена параллельно направлению распространения волны для обнаружения поля.

Некоторые типы антенн электрического поля: биконические , рупорные и микрополосковые . Как правило, антенны, излучающие электрические поля, состоят из двух компонентов, изолированных друг от друга. Простейшей антенной электрического поля является дипольная антенна , само название которой подразумевает ее двухкомпонентную природу.Два проводящих элемента действуют как пластины конденсатора, при этом поле между ними направлено в пространство, а не заключено между пластинами. С другой стороны, антенны магнитного поля состоят из катушек, которые действуют как катушки индуктивности. Поля индуктора проецируются в космос, а не ограничиваются замкнутой магнитной цепью. Однако категоризация антенн таким образом несколько искусственна, поскольку фактический механизм излучения включает в себя как электрические, так и магнитные поля, независимо от конструкции.

Как антенны формируют и излучают электромагнитные поля?

Как упоминалось ранее, антенны электрического поля могут быть связаны с конденсаторами. Рассмотрим простой конденсатор с плоскими пластинами, показанный на рис. 2(а). Электрическое поле, которое возникает, когда заряд помещается на каждую из пластин, находится между пластинами. Если пластины раздвинуты так, что они лежат в одной плоскости, электрическое поле между пластинами распространяется в космос. Тот же процесс происходит с дипольной антенной электрического поля, как показано на рисунке 2(b).Заряды на каждой части антенны создают поле в пространстве между двумя половинами антенны. Между двумя стержнями дипольной антенны имеется собственная емкость, как показано на рисунке 2(c). Ток необходим для зарядки дипольных стержней. Ток в каждой части антенны течет в одном направлении. Такой ток называется антенным режимом тока. Это состояние особенное, потому что оно приводит к радиации. Поскольку сигнал, подаваемый на две половины антенны, колеблется, поле продолжает меняться и посылает волны в космос.

Рис. 2. (а) Цепь конденсатора, (б) диполь, (в) диполь, показывающий собственную емкость и зарядный ток

Заряд и ток на диполе создают поля, перпендикулярные друг другу. Электрическое поле Е течет от положительного заряда к отрицательному заряду, расположенному на элементах, под действием напряжения, приложенного к антенне, как показано на рисунке 3(а). Зарядный ток, подаваемый на антенну, создает магнитное поле H, которое циркулирует вокруг провода в соответствии с правилом правой руки , как показано на рисунке 3(b).Бог сделал так, что когда электроны движутся по проводу, возникает магнитный «ветер», который циркулирует по проводу. Направляя большой палец правой руки по ходу тока, пальцы обхватывают провод по направлению магнитного поля. Циркуляция этого магнитного поля приводит к индуктивности антенны. Таким образом, антенна представляет собой реактивное устройство, имеющее как емкость от распределения заряда, так и индуктивность от распределения тока.

Рисунок 3. (a) Электрическое поле E и (b) магнитное поле H и поле TEM от дипольного заряда и тока

Как показано на рисунке 3(c), поля E и H перпендикулярны друг другу.Они расходятся в космос от антенны по кругу. Когда сигнал на антенне колеблется, образуются волны. Поперечные электромагнитные (ТЕМ) волны создаются, в которых E и H перпендикулярны друг другу. Антенна также может преобразовывать TEM-волну обратно в ток и напряжение с помощью чего-то, что называется взаимностью . Антенна дополняет друг друга при отправке и приеме.

Рисунок 4. Поток мощности, приводящий к излучению.

Состояние излучения антенны показано на рисунке 4.Реактивные компоненты антенны накапливают энергию в электрических и магнитных полях, окружающих антенну. Реактивная мощность обменивается туда и обратно между источником питания и реактивными компонентами антенны. Как и в любой LC-цепи, где напряжение и ток всегда сдвинуты по фазе на 90°, так и в антенне поле Е (созданное напряжением) и поле Н (созданное током) сдвинуты по фазе на 90°, если сопротивление антенны пренебрегают. В электрической цепи реальная мощность подается только тогда, когда нагрузка имеет реальную составляющую своего импеданса, которая приводит к тому, что составляющая тока и напряжения находятся в фазе.Это обстоятельство справедливо и для антенн. Антенна имеет небольшое сопротивление, поэтому часть реальной мощности рассеивается в антенне. Для возникновения излучения поля E и H должны совпадать по фазе друг с другом, как показано на рисунке 3(c). Как может иметь место это излучение, если антенна действует как емкость и как индуктивность? Синфазные компоненты являются результатом задержки распространения . Волны от антенны не формируются мгновенно во всех точках пространства одновременно, а распространяются со скоростью света.На больших расстояниях от антенны эта задержка приводит к тому, что компоненты полей E и H находятся в фазе.

Таким образом, существуют разные компоненты полей E и H, которые составляют запасающую энергию (реактивную) часть поля или излучаемую (реальную) часть. Реактивная часть определяется емкостью и индуктивностью антенны и существует преимущественно в ближнем поле . Реальная часть определяется так называемым сопротивлением излучения , вызванным задержкой распространения, и существует на большом расстоянии от антенны в дальнем поле .Иногда приемные антенны, например те, которые используются при испытаниях на электромагнитную совместимость, могут располагаться так близко к источнику, что на них больше влияют эффекты ближнего поля, чем излучение дальнего поля. При этом приемная и передающая антенны связаны емкостью и взаимной индуктивностью. Таким образом, приемная антенна действует как нагрузка на передатчик.

Как сопротивление антенны зависит от частоты?

Импеданс антенны зависит от частоты. Распределение тока и заряда на антенне изменяется с частотой.Ток на диполе обычно имеет форму синусоидальной зависимости от положения на антенне в зависимости от частоты. Поскольку длина волны сигнала зависит от частоты, на определенных частотах длина антенны равна ключевым долям длины волны. Ток на диполе для частот, соответствующих ½ и 1 длине волны, показан на рис. 5(a) и 5(b) соответственно. При ½ длины волны ток от источника максимален. Таким образом, входное сопротивление антенны на этой частоте минимально и эквивалентно сопротивлению антенны (фактическое + сопротивление излучения).На частоте с длиной волны, равной длине антенны, ток от источника равен нулю; и, следовательно, входное сопротивление бесконечно. График зависимости импеданса от частоты показан на рисунке 5(c).

Рис. 5. (a) Дипольный ток с полуволновым возбуждением, (b) полноволновое возбуждение, (c) импеданс диполя

Излучают ли антенны во всех направлениях?

Мощность антенны излучается по схеме, которая может быть неравномерной во всех направлениях. Для характеристики усиления антенны используется отношение мощности, излучаемой в заданном направлении, к плотности мощности, если излучение происходит равномерно во всех направлениях (распределено по поверхности сферы).Для дипольной антенны большая часть мощности излучается в направлении, перпендикулярном оси антенны, как показано на рисунке 3. Направленность антенны представляет собой усиление в направлении максимальной мощности, то есть в направлении, перпендикулярном оси антенны. ось диполя. Усиление измеряется в дБи=10*log(усиление).

Трехмерная или двумерная диаграмма направленности антенны также называется диаграммой мощности , диаграммой мощности или распределением мощности .Он наглядно иллюстрирует, как антенна принимает или передает в определенном диапазоне частот. Обычно он строится для дальнего поля. На диаграмму направленности антенны в первую очередь влияет геометрия антенны. На него также влияет окружающий ландшафт или другие антенны. Иногда в антенной решетке используется несколько антенн для воздействия на направленность. Как показано на рисунке 6(a), две антенны, питаемые от одного и того же источника, могут использоваться для подавления полей в плоскости антенн, если они разнесены на ½ длины волны.Вид сверху на это устройство показан на рисунке 6(b) с эскизом диаграммы направленности.

Рис. 6. (а) Вид сбоку на полуволновую дипольную решетку и (б) вид сверху с распределением мощности.

Зеркало, Зеркало на стене: чем важны отражения?

Когда мы смотрим в зеркало, мы видим эффект отражения электромагнитного излучения. Почему волны отражаются от проводящих поверхностей? Каков результат этих отражений излучения? В основе отражений лежит граничное условие полей на поверхности проводника.Граничные условия для полей E и H показаны на рисунке 7. Внутри проводника заряды могут свободно перемещаться под воздействием электрических полей, а ток индуцируется изменяющимися во времени магнитными полями. Заряд вблизи проводника заставляет заряды мигрировать по поверхности проводника. Любая тангенциальная составляющая поля E заставит заряды двигаться до тех пор, пока тангенциальная составляющая E не станет равной нулю. Результирующий эффект эквивалентен изображению или виртуальному заряду, расположенному под поверхностью проводника, показанной на рисунке 7(c).Изображение не является реальным, но представляет собой заряд, который вызовет эффект, эквивалентный реальному результату.

Рис. 7. (a) поля E и H нарушаются идеальным проводником, (b) тангенциальное E и нормальное H должны быть равны нулю на границе, (c) изображение, заряд или ток в проводнике удовлетворяют граничным условиям

Магнитное поле, которое индуцирует ток в идеальном проводнике. Ток противодействует магнитному полю, так что никакая нормальная составляющая не может проникнуть через поверхность проводника.Таким образом, текущее изображение, показанное на рисунке 7(c), вызывает исчезновение результирующей нормальной компоненты H на поверхности.

Эффект изображения очень важен, потому что антенны часто находятся рядом с проводящими поверхностями, такими как Земля, листовой металл автомобиля или самолета, или плоскость заземления печатной платы. Поля, излучаемые в космос, представляют собой сумму полей от антенны и от изображения. Если мы рассмотрим E-поле от диполя, то легко увидеть эффект. На рис. 8(а) диполь, параллельный проводнику, показан своим изображением.Когда диполь перпендикулярен плоскости земли, под ним существует изображение диполя с инвертированным зарядом, как показано на рисунке 8(b). В этих двух примерах поле в некоторой точке пространства представляет собой сумму полей от диполя и его изображения. Когда поле, излучаемое диполем, попадает на проводник, как показано на рисунке 8(c), отражение можно интерпретировать как волну от изображения.

Рис. 8. (a) Диполь параллельно и (b) перпендикулярно проводнику и изображению и (c) отражение волны от диполя, объясненное с учетом эффекта изображения

Как формируются и усиливаются сигналы от антенн?

Антенны подключаются к передатчикам или приемникам через линии передачи.Поскольку импеданс антенны не является постоянной функцией частоты, его нельзя согласовать с линией передачи на всех частотах. Когда полное сопротивление антенны не соответствует полному сопротивлению линии передачи (обычно 50 Вт или 75 Вт), в месте соединения с антенной образуются отражения. Волны, исходящие от источника, отражаются обратно по линии передачи, снижая возможность передачи мощности. VSWR , коэффициент стоячей волны по напряжению, является мерой несоответствия.КСВ представляет собой отношение максимального напряжения к минимальному напряжению на линии передачи. При несоответствии импеданса КСВ больше единицы, что указывает на наличие отражений. По мере того, как импеданс на конце линии передачи становится выше — приближаясь к разомкнутой цепи, КСВ приближается к бесконечности, указывая на то, что отражается вся мощность. Эта ситуация аналогична падению светового луча на границу раздела двух сред, таких как воздух и вода, при котором часть света отражается, а часть уходит в воду.КСВ снижает мощность, передаваемую на антенну, или уменьшает сигнал от антенны, когда она используется для приема сигналов. Изменение КСВ и отраженная пропорция показаны на рис. 9(а) и 9(б) соответственно для системы мощностью 50 Вт, в которой сопротивление нагрузки варьируется.

Рис. 9. (а) КСВН и (б) отношение отраженной мощности к прямой при изменении сопротивления нагрузки в 50 Ом, система

. Еще одна проблема с подключением к антеннам — дисбаланс сигнала, вызванный заземлением. На рис. 10(а) показана дипольная антенна, подключенная к источнику через экранированный кабель.Экран соединен с заземляющей пластиной. Паразитная емкость между антенной и заземляющей пластиной заставляет некоторый ток течь через заземляющую пластину, а не через экран. Когда это происходит, ток на антенне становится несбалансированным, и антенна теряет эффективность. Чтобы исправить этот дисбаланс, используется устройство, называемое балуном (сбалансированное на несбалансированное). Балун простого типа показан на рис. 10(b). Здесь балун состоит из ферритового цилиндра (шарика), размещенного над коаксиальным кабелем.Феррит увеличивает импеданс только для синфазного тока и не влияет на нормальный дифференциальный ток в кабеле. Следовательно, ток, вызывающий дисбаланс, уменьшается, что улучшает работу антенны. Для приемных антенн входящий сигнал может индуцировать ток на экране, что вызывает дисбаланс. Ферритовая шайба уменьшает ток на экране.

Рис. 10. (а) синфазный ток из-за соединения с заземлением и (б) использование простого симметрирующего устройства

Антенны используются для приема очень слабых сигналов.Поэтому часто необходимо использовать усилитель для увеличения отношения сигнал-шум . Минимальный тепловой шум окружающей среды, обнаруженный в полосе пропускания 9 кГц, составляет примерно –27 дБмкВ (–134 дБм). Однако когда сигналы обрабатываются и усиливаются до пригодных для использования уровней, появляется шум. Коэффициент шума усилителя определяется как разница между его минимальным уровнем шума и фоновым шумом окружающей среды. Рассмотрим антенну, улавливающую сигнал мощностью всего 0 dBuV, как показано на рисунке 11(a).Сигнал может быть на 27 дБ выше окружающего; но для приемника с коэффициентом шума 24 дБ сигнал всего на 3 дБ выше уровня шума. Таким образом, отношение сигнал/шум составляет всего 3 дБ. Для увеличения этого запаса можно использовать хороший усилитель, как показано на рис. 11(b). Здесь усилитель на 20 дБ повышает уровень сигнала с 0 dBuV до 20 dBuV. Усилитель также повышает окружающий звук на 20 дБ до –7 дБмкВ. Поскольку коэффициент шума усилителя составляет 8 дБ, он добавляет еще 8 дБ к фоновому шуму, что составляет +1 дБмкВ.Уровень собственных шумов приемника (-3 dBuV) ниже этого значения и поэтому не влияет на результат. Новое отношение сигнал/шум составляет 19 dBuV.

Рис. 11. Отношение сигнал/шум (а) без усиления и (б) с усилением

РЕЗЮМЕ

Правильное понимание антенн требует знакомства с электромагнетизмом, теорией цепей, электроникой и обработкой сигналов. Такие знания незаменимы для инженера по электромагнитной совместимости, который должен интерпретировать результаты испытаний, повышать точность и чувствительность испытаний и предлагать способы устранения непреднамеренных антенн в конструкции изделий.

ССЫЛКИ

[1] WL Weeks, Antenna Engineering , McGraw-Hill Book Co., New York, 1968
[2] William H. Hayt, Jr., Engineering Electro Magnetics , McGraw-Hill Book Co., 1981
[2] William H. Hayt, Jr. 3] Уоррен Л. Штуцман и Гэри А. Тиле, Теория и конструкция антенны , второе издание, John Wiley & Sons, Inc., Нью-Йорк, 1998.
[4] Клейтон Р. Пол и Сайед А. Насар, Введение в электромагнитные поля , McGraw-Hill Book Co., New York, 1982.
[5] «Основы измерения коэффициента шума в радиочастотном и микроволновом диапазоне», Agilent Application Note 57-1, Agilent Technologies
[6] Clayton R. Paul, Introduction to Electro Magnetic Compatibility , John Wiley & Sons , Inc., Нью-Йорк, 1992.

Введение в антенные решетки

Элементы, помехи и многое другое

Будучи экспертом в области радиочастотных технологий, Роберт обладает глубокими знаниями об антеннах. И в эту эпоху Интернета вещей его опыт актуален как никогда.Это потому, что у каждого беспроводного устройства есть какая-то антенна, и эти антенны часто могут быть причиной инженерных проблем. Имея это в виду, в этой статье Роберт обсуждает математические, технологические и конструктивные вопросы, которые являются основными для антенных решеток.

Добро пожаловать на «Темную сторону». Двадцать лет назад я называл свою область знаний «радиочастотами» (сокращенно RF). Затем этот термин немного устарел, и я обнаружил, что какое-то время работал в «беспроводной» индустрии. Пару лет спустя моя жена убедила меня, что мы могли бы привлечь больше клиентов, если бы представляли себя «экспертами по подключенным объектам», и она была права.А совсем недавно мы снова изменились, и теперь мы занимаемся бизнесом Интернета вещей (IoT). Конечно, за все эти годы ничего не изменилось — мы по-прежнему занимаемся радиочастотой, но модные словечки дня нельзя игнорировать. Еще одна вещь, которая не изменилась, это то, что у каждого беспроводного устройства есть несколько антенн, и эти антенны являются основной причиной многих головных болей. Почему? Просто потому, что многие электронщики плохо разбираются в антеннах.

Поскольку основное внимание в Circuit Cellar уделяется встроенной электронике, антенны как компоненты не являются основным предметом внимания этого журнала.Но я просто не могу оставить эту тему в неведении. Кроме того, конструкция встроенных систем с антеннами во многом соответствует рулевой рубке Circuit Cellar.

Если вы постоянный читатель, то знаете, что я уже посвятил несколько статей антеннам. К ним относятся «Темная сторона — основы антенны» ( Circuit Cellar  211, февраль 2008 г.) [1] и «Темная сторона — упрощение измерений антенны» ( Circuit Cellar  327, октябрь 2017 г.) [2]. В этом месяце моя цель — познакомить вас с интересным классом антенн: антенными решетками.Вы увидите, что эти антенны основаны на очень простых принципах и могут найти более чем интересное применение даже в относительно простых проектах. Даже если вам такая антенна не нужна, надеюсь, вам понравится изучение этой темы. И, как обычно, обещаю, что не буду использовать сложную математику — только слова и иллюстрации.

МЕШАЮЩИЕ ВОЛНЫ
Сначала немного основ: Радиочастотный (РЧ) сигнал представляет собой электромагнитную волну заданной частоты (F). Эта частота может варьироваться от килогерц до сотен гигагерц.Например, F означает 2,4 ГГц для Bluetooth. Я уверен, вы знаете, что такая волна распространяется со скоростью света. Таким образом, передатчик Bluetooth генерирует сигнал, колеблющийся 2 400 000 000 раз в секунду, и этот сигнал распространяется по воздуху со скоростью c = 300 000 000 м/с. Это означает, что длина волны в воздухе — расстояние между двумя максимумами или минимумами электрического поля — в данном случае равна λ = c/F = 0,125 м. Очень простая математика, как я и обещал. (Не бойтесь греческой буквы лямбда, «λ». Это обычный способ назвать длину волны.)

Теперь пришло время представить очень простую, но фундаментальную концепцию: интерференция ( рис. 1 ). Представьте, что у вас есть две антенны, излучающие РЧ-сигнал на одной частоте и с одинаковой мощностью (P). Если они находятся на одинаковом расстоянии от приемника, то волны будут в фазе и будут складываться. В результате получится электромагнитная волна вдвое мощнее (2 × P). Однако, если два источника сигнала находятся на разном расстоянии, волны не будут совпадать по фазе, и результирующий сигнал может быть не таким сильным.В худшем случае сигналы точно не совпадают по фазе (фазовый сдвиг на 180 градусов). Они сойдутся, и результат будет нулевым. Если вы снова посмотрите на рисунок 1, то увидите, что такая ситуация возникает, когда расстояние между двумя источниками составляет половину длины волны, или 12,5 см/2 = 6,25 см для системы 2,4 ГГц, затем 3λ/2 и так далее.

РИСУНОК 1. Две волны компенсируются, если они имеют одинаковую мощность, но находятся на расстоянии половины длины волны друг от друга.

АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ
Я представил достаточно теоретических основ, чтобы теперь объяснить, что такое антенная решетка.Это просто набор простых антенн, называемых «элементами», которые работают вместе как единая антенна и используют помехи для улучшения характеристик. Все элементы связаны между собой через так называемую «фидерную сеть», которая устанавливает точные фазы и амплитуды между элементами антенны. Это означает, что разработчик настраивает эти параметры, чтобы увеличить излучаемую мощность в некоторых направлениях — благодаря конструктивным помехам — или свести на нет ее в других направлениях. Эти параметры усиления и фазы могут быть фиксированными или динамически изменяться.Подробнее об этом позже.

Итак, антенная решетка – это разновидность направленной антенны, в которой диаграмма направленности антенн строится объединением нескольких небольших антенн, соединенных между собой правильно спроектированной фидерной сетью. Также имейте в виду, что направленная антенна фокусирует энергию в каком-то направлении, что означает, что она обеспечивает более высокий коэффициент усиления в этом направлении и, следовательно, большую дальность действия. Я говорю о передатчиках, но имейте в виду, что почти все антенны работают одинаково при передаче и приеме.Это означает, что такая антенная решетка будет иметь одинаковую форму луча в обоих направлениях.

Пример приветствуется, не так ли? Посмотрите на Рисунок 2 , где два идентичных антенных элемента соединены через питающую сеть, которая представляет собой не что иное, как делитель мощности — 50% входной мощности отправляется на каждую антенну с одинаковой фазой. Как ведет себя получившаяся антенна? В плоскости, перпендикулярной линии, соединяющей две антенны, волны будут совпадать по фазе, а мощность будет вдвое больше мощности одиночной антенны.Это направление называется «главным лепестком». Однако в других направлениях помехи будут не такими сильными и со временем полностью нейтрализуются.

РИСУНОК 2. Если один и тот же сигнал посылается двумя антеннами, излучаемая мощность не будет одинаковой во всех направлениях из-за помех.

В некоторых других направлениях могут быть локальные максимумы (боковые лепестки). Если вы не против тригонометрии, взгляните на Рисунок 3  , где более подробно показано, что происходит в случае двух антенн.Как показано на рисунке 3, фазовый сдвиг в заданном направлении пропорционален расстоянию между двумя элементами, обратно пропорционален длине волны сигнала и пропорционален синусу угла.

РИСУНОК 3. Немного тригонометрии, если хотите…

ПАРАМЕТРЫ КОНСТРУКЦИИ
Хорошо, теперь вы знаете основы. Но как можно спроектировать антенную решетку? Такие массивы существуют в миллионах вариантов, но в этой статье я ограничусь обсуждением самого основного вида. Предположим, что все элементы антенны идентичны.Давайте также предположим, что эти элементы выровнены и расположены через равные промежутки. Каковы остальные параметры конструкции?

Во-первых, можно настроить расстояние между каждой парой элементов и, конечно же, можно свободно установить количество элементов. Антенная решетка может состоять из 2, 3, 4… или тысяч элементов. Сеть подачи также может распределять входную мощность поровну между всеми элементами или может реализовывать более сложные методы разделения. Фаза сигнала между элементами также может быть отрегулирована. И, наконец, каждый элемент может быть любой антенной, не обязательно самой простой — это так называемый «диполь».

Вместо теоретического изложения я предлагаю в этой статье проиллюстрировать влияние каждого из этих параметров один за другим. Для этого я написал небольшое программное обеспечение для моделирования антенных решеток, используя Scilab — язык числового программирования с открытым исходным кодом. Я не буду вдаваться в детали кода здесь, но не стесняйтесь скачать его. Код доступен для загрузки на странице кода статьи и загрузки файлов Circuit Cellar. Код простой — не более 200 строк с аннотациями — и должен легко читаться.

По сути, каждый элемент антенны может быть диполем или «патчем» (излучающим только в одной половине пространства), а все остальные параметры могут быть установлены произвольно — количество элементов, расстояние между элементами, входная мощность и фаза для каждого элемента. и так далее. Затем программа просто вычисляет коэффициент массива, который представляет собой эффект интерференции, умножает его на теоретическую структуру одного элемента и создает несколько хороших графиков (, рис. 4, ). Электромагнитное моделирование не используется, а моделируется только эффект массива.Вы можете свободно пользоваться этим программным обеспечением — и Scilab тоже бесплатен, — но никаких гарантий не предоставляется, потому что моя единственная цель в этой статье — иллюстрация.

НАЖМИТЕ, ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ
РИСУНОК 4. Эти двенадцать графиков были созданы с помощью моей программы моделирования антенных решеток Scilab. По столбцам слева направо: расчетные параметры, усиление в дБ, усиление в вольтах на полярной диаграмме и усиление в дБ на полярной диаграмме. По строкам сверху вниз: один элемент, коэффициент решетки и результирующая антенная решетка.

РАСПОЛОЖЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ
С помощью этого программного обеспечения мы теперь можем играть и видеть влияние каждого параметра конструкции антенной решетки.Вы, наверное, уже поняли, что расстояние между элементами напрямую связано с длиной волны. Это означает, что данная антенная решетка, используемая на частоте, скажем, 1 ГГц, будет иметь точно такие же характеристики, как антенная решетка, используемая на частоте 100 МГц (в 10 раз меньше), если все длины умножить на 10. Это означает, что каждый элемент должно быть в 10 раз больше, и что расстояние между элементами также должно быть умножено на 10.

Лучше две фотографии, чем долгое объяснение, какая антенная решетка использует самую высокую частоту. Рисунок 5.  – изображение антенны SCR-270, установленной на Гавайях во время Второй мировой войны для обнаружения японских атак. Он работал на частоте 110 МГц, поэтому элементы были большими и далеко друг от друга. Теперь взгляните на Рисунок 6 , который представляет собой эталонный проект, предложенный Texas Instruments (TI) для антенной решетки 77 ГГц для автомобильных радаров. Видите ли вы, что более высокие частоты означают меньшие элементы и более короткие расстояния между элементами?

РИСУНОК 5 – Антенная решетка SCR270 времен Второй мировой войны (фото Р.Haupt в Национальном музее электроники [3]). РИСУНОК 6 – Антенная решетка 77 ГГц на печатной плате (Источник: Texas Instruments)

Теперь, как точнее зафиксировать расстояние между элементами? Его можно установить свободно, но некоторые расстояния обычно лучше, чем другие. Как объяснялось выше, волны компенсируются, если одна волна отстает от другой на половину длины волны. Это означает, что если расстояние между двумя антенными элементами равно λ/2 и если на них подается один и тот же сигнал, то в боковом направлении мощность излучаться не будет.Луч будет сильно сфокусирован только в одном направлении. Если расстояние между элементами меньше λ/2, то основной лепесток будет шире. И, наконец, если расстояние между элементами больше, например λ и более, то появится несколько основных лепестков.

Моделирование поможет объяснить это явление. Посмотрите на Рисунок 7 . Здесь решетка представляет собой только двухдипольную антенную решетку, разделенную соответственно на λ/2,5, λ/2 и λ. Основываясь на этом моделировании, вы поймете, что λ/2 обычно является хорошим выбором.

НАЖМИТЕ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ
РИСУНОК 7 – Влияние расстояния между элементами (сверху вниз, соответственно, λ/2,5, λ/2, λ)

Итак, сколько элементов нужно? Простой — большее количество элементов дает более узкий главный лепесток и более высокий коэффициент усиления. По порядку величины антенна, построенная из 10 элементов, может обеспечить усиление около 20 дБ, тогда как решетка из 1000 элементов может обеспечить 30 дБ, что означает, что главный лепесток в 10 раз уже по поверхности.

Другой пример приветствуется, не так ли? Посмотрите на Рисунок 8 .Здесь элементами антенны по-прежнему являются диполи, разнесенные на λ/2, но число элементов равно соответственно 2, 6 и 20. Если вы внимательно посмотрите на смоделированную диаграмму направленности антенны, то увидите, что главный луч уже, а коэффициент усиления тем выше, чем больше число элементов. Амплитуда боковых лепестков также уменьшается. Недостатком является то, что размер антенны больше. К сожалению, это правило применимо ко всем антеннам — обычно большая антенна лучше, чем миниатюрная.

НАЖМИТЕ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ
РИСУНОК 8 – Влияние количества элементов (сверху вниз соответственно 2, 6, 20)

ВЗГЛЯД НА МОЩНОСТЬ
До сих пор во всех моих симуляциях использовалось так называемое «взвешивание равной мощности».Это означает, что на каждый элемент антенны подавалась одинаковая мощность. Входная мощность P делится на N, и каждый из N элементов получает входную мощность P/N. Этот подход прост и обеспечивает очень узкий главный луч, но за счет довольно сильных боковых лепестков. Другие методы разделения мощности позволяют уменьшить боковые лепестки, но за счет немного более широкого основного лепестка.

Я проиллюстрировал два простейших метода в . Рисунок 9: разделение мощности по треугольнику и по косинусу.Принцип очень прост. Для совместного использования треугольников мощность линейно уменьшается от центра к краевым элементам, тогда как в последнем примере она следует косинусоидальной форме. Разница очевидна на рисунках, потому что боковые лепестки значительно уменьшаются, в частности, при треугольном утяжелении.

РИСУНОК 9 – Влияние метода взвешивания по мощности
(a) изомощность РИСУНОК 9 – Влияние метода взвешивания мощности
(b) треугольник РИСУНОК 9 – Влияние метода взвешивания мощности
(c) косинус

Диполи — самый простой вид антенн — излучают одинаковую мощность в любом направлении в горизонтальной плоскости.Но как изменится форма луча антенной решетки, если элемент антенны изменить на другой тип? Фактически, результирующая диаграмма направленности антенны представляет собой просто диаграмму направленности одного элемента, умноженную на диаграмму направленности решетки диполей (которая называется «коэффициентом решетки антенны»).

Еще раз рассмотрим пример, показанный на Рисунок 10 . Первая представляет собой диаграмму направленности антенны из 20-дипольной решетки, тогда как вторая представляет собой диаграмму направленности из 20-заплат. Вы можете видеть, что главный лепесток и боковой лепесток идентичны, но общая огибающая различается, и они точно соответствуют диаграмме направленности антенны одного патча.

РИСУНОК 10 – Влияние конструкции элемента антенны (соответственно диполя (вверху) и патча)

ФАЗОВЫЙ СДВИГ И ФАЗОВЫЕ МАССИВЫ
И последнее, но не менее важное: давайте поговорим о фазе питающей сети. До сих пор все элементы антенны принимали сигнал с одинаковой фазой. Что произойдет, если это не так? Помехи не будут одинаковыми, и диаграмма направленности антенны будет искажена. Может ли это быть полезным? Еще бы! Первый практический пример достигается, когда между антеннами применяется одинаковый фазовый сдвиг — например, фазовый сдвиг на 10 градусов между элементами 1 и 2, фазовый сдвиг на 10 градусов больше между элементами 2 и 3 и так далее.В этом случае фазовый сдвиг просто поворачивает главный луч. Если вы мне не доверяете, посмотрите на Рисунок 11 . Это показывает моделирование массива патчей из 20 элементов с взвешиванием мощности треугольника и фазовым сдвигом между элементами 0, 40 и 140 градусов соответственно. Впечатляет не правда ли?

РИСУНОК 11 – Влияние фазового сдвига между элементами (соответственно сверху вниз 0, 40, 140 градусов)

Теперь последний и самый интересный аспект заключается в том, что все эти параметры, и в частности фазы, могут быть либо фиксированными, либо динамически измененными, если сеть питания включает в себя электронно управляемую регулировку усиления и фазы.Такая антенная решетка с управляемыми компьютером фазами и амплитудами называется «фазированной решеткой» и позволяет вам электронным способом управлять направлением основного луча в любом месте — просто изменяя амплитуды и фазы сигналов, подаваемых на каждый элемент.

В результате получается ориентируемая антенна без какого-либо движения самой конструкции антенны, и это позволяет управлять основным лучом за десятки наносекунд. Более того, одновременное обеспечение нескольких лепестков так же просто, как и одного лепестка. Подумай об этом.Такая антенна представляет собой линейную систему, поэтому вам просто нужно добавить введенные сигналы для каждого из нужных вам лепестков.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Фазированные решетки были изобретены для военных радарных систем, потому что их можно быстро нацелить в любом месте. Согласно Википедии, самый большой радар с фазированной решеткой на Земле — это так называемый «SBX-1», радар обороны США массой 1800 метрических тонн, построенный на подвижной платформе морского базирования и включающий не менее 45 000 элементов.

Антенные решетки

и фазированные решетки также имеют множество применений, не связанных с обороной.Примером может служить радиоастрономия. Посмотрите, например, на Очень длинную базовую решетку (VLBA) на Гавайях, набор из 10 антенн, построенных на базе длиной 8000 км. Радиолюбители также являются поклонниками коротковолновых антенных решеток для увеличения общей направленности и усиления своих приемопередатчиков. И последнее, но не менее важное: посмотрите на свой маршрутизатор Wi-Fi. Вы видите, что у него как минимум две одинаковые антенны? Это не совсем антенная решетка, а скорее система с несколькими входами и несколькими выходами (MIMO), и на самом деле они тесно связаны между собой.Однако, боюсь, это должно стать предметом другой статьи.

Итак, что вы можете сделать со всей этой информацией? Во-первых, я рекомендую вам загрузить и поиграть с моим программным обеспечением для моделирования малых массивов. Настраивайте параметры, запускайте симуляции, которые выполняются очень быстро, и узнавайте все детали сами. Тогда почему бы не попробовать использовать антенную решетку в своем следующем проекте? Например, если вы работаете над роботом, почему бы не попробовать найти его базу с помощью фазированной решетки? Просто закрепите передатчик на базе и «сканируйте» фазированную решетку, чтобы определить направление.Или попробуйте использовать ту же технику с более низкими частотами, например, со звуком. Возьмите десять динамиков, управляйте ими с компьютерным управлением фазой и амплитудой, и вы сможете сфокусировать звук в любом направлении. Пусть это будет не самый простой проект, но вы точно многому научитесь! И вам будет весело!

РЕСУРСЫ:

Ссылки:
[1] «Темная сторона — основы антенны» ( Circuit Cellar 211, февраль 2008 г.)
[2]. «Темная сторона — измерение антенны» ( Circuit Cellar 327, октябрь 2017 г. бесплатно) образец выпуска)
[3] (фото Р.Haupt в Национальном музее электроники), источник: http://inside.mines.edu/~rhaupt/journals/APS%20MAG%20Feb%202015.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Антенный_массив

Разработка антенных решеток: взгляд на прошлое, настоящее и будущее
Рэнди Л. Хаупт и Яхья Рахмат-Самии
Факультет электротехники и информатики, Колорадская горная школа
http://inside.mines.edu/~rhaupt /journals/APS%20MAG%20Feb%202015.pdf

Разработки TI: TIDA-01570
Эталонный проект автомобильного радиолокационного модуля 77 ГГц
Texas Instruments
http://www.ti.com/tool/TIDA-01570

Антенные решетки
http://www.waves.utoronto.ca/prof/svhum/ece422/notes/15-arrays2.pdf
Проф. Шон Виктор Хам, Университет Торонто

Антенна с фазированной решеткой, диаграмма направленности и конфигурация решетки
Вардан Семерджян
https://smallsats.org/2013/05/13/phased-array-antenna-radiation-pattern-and-array-configuration/

https://en.wikipedia.org/wiki/Phased_array

Электромагнитные волны и антенны, Глава 22 (Антенные решетки)
Софоклис Дж.Orfanidis
ECE Department, Rutgers University
http://eceweb1.rutgers.edu/~orfanidi/ewa/

Scilab Manual for Antenna
Prof Rajiv Tawde
Pratishthan’s Engineering College, Mumbai

https://en.wikipedia.org/wiki/Sea-based_X-band_Radar

Скилаб | www.scilab.org
Texas Instruments | www.ti.com

ОПУБЛИКОВАН В ЖУРНАЛЕ CIRCUIT CELLAR • ОКТЯБРЬ 2019 №351 – Получить PDF-файл номера

Спонсор этой статьи

Робер Лакост живет во Франции, между Парижем и Версалем.Он имеет более чем 30-летний опыт работы с радиочастотными системами, аналоговыми конструкциями и высокоскоростной электроникой. Роберт выиграл призы в более чем 15 международных конкурсах дизайна. В 2003 году он основал консалтинговую компанию ALCIOM, чтобы поделиться своей страстью к инновационным проектам смешанного сигнала. Сейчас Роберт является консультантом по исследованиям и разработкам, наставником и тренером. Колонка Роберта «Темная сторона», выходящая два раза в месяц, публикуется в Circuit Cellar с 2007 года. Вы можете связаться с ним по адресу [email protected]

%PDF-1.3 % 2170 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 2170 194 0000000016 00000 н 0000004255 00000 н 0000004476 00000 н 0000004617 00000 н 0000004650 00000 н 0000004709 00000 н 0000009013 00000 н 0000009307 00000 н 0000009377 00000 н 0000009479 00000 н 0000009577 00000 н 0000009686 00000 н 0000009755 00000 н 0000009870 00000 н 0000009939 00000 н 0000010093 00000 н 0000010274 00000 н 0000010449 00000 н 0000010611 00000 н 0000010770 00000 н 0000010934 00000 н 0000011100 00000 н 0000011243 00000 н 0000011384 00000 н 0000011599 00000 н 0000011714 00000 н 0000011838 00000 н 0000011968 00000 н 0000012109 00000 н 0000012291 00000 н 0000012431 00000 н 0000012577 00000 н 0000012763 00000 н 0000012876 00000 н 0000012986 00000 н 0000013133 00000 н 0000013309 00000 н 0000013423 00000 н 0000013582 00000 н 0000013710 00000 н 0000013850 00000 н 0000014020 00000 н 0000014166 00000 н 0000014321 00000 н 0000014478 00000 н 0000014607 00000 н 0000014756 00000 н 0000014903 00000 н 0000015053 00000 н 0000015236 00000 н 0000015367 00000 н 0000015479 00000 н 0000015642 00000 н 0000015773 00000 н 0000015972 00000 н 0000016143 00000 н 0000016283 00000 н 0000016400 00000 н 0000016547 00000 н 0000016739 00000 н 0000016949 00000 н 0000017070 00000 н 0000017191 00000 н 0000017291 00000 н 0000017392 00000 н 0000017489 00000 н 0000017586 00000 н 0000017684 00000 н 0000017782 00000 н 0000017880 00000 н 0000017978 00000 н 0000018076 00000 н 0000018174 00000 н 0000018272 00000 н 0000018370 00000 н 0000018468 00000 н 0000018566 00000 н 0000018664 00000 н 0000018762 00000 н 0000018860 00000 н 0000018958 00000 н 0000019056 00000 н 0000019154 00000 н 0000019252 00000 н 0000019350 00000 н 0000019448 00000 н 0000019546 00000 н 0000019645 00000 н 0000019744 00000 н 0000019843 00000 н 0000019942 00000 н 0000020041 00000 н 0000020140 00000 н 0000020239 00000 н 0000020338 00000 н 0000020437 00000 н 0000020536 00000 н 0000020635 00000 н 0000020734 00000 н 0000020833 00000 н 0000020932 00000 н 0000021031 00000 н 0000021130 00000 н 0000021229 00000 н 0000021328 00000 н 0000021427 00000 н 0000021526 00000 н 0000021625 00000 н 0000021724 00000 н 0000021823 00000 н 0000021922 00000 н 0000022021 00000 н 0000022121 00000 н 0000022465 00000 н 0000022756 00000 н 0000023204 00000 н 0000023835 00000 н 0000024375 00000 н 0000027272 00000 н 0000027610 00000 н 0000028086 00000 н 0000028110 00000 н 0000029919 00000 н 0000029943 00000 н 0000030524 00000 н 0000038642 00000 н 0000039374 00000 н 0000039836 00000 н 0000040474 00000 н 0000040732 00000 н 0000040969 00000 н 0000041313 00000 н 0000041582 00000 н 0000043136 00000 н 0000043160 00000 н 0000043688 00000 н 0000044250 00000 н 0000044885 00000 н 0000045321 00000 н 0000045790 00000 н 0000050096 00000 н 0000051716 00000 н 0000051970 00000 н 0000052356 00000 н 0000052600 00000 н 0000052990 00000 н 0000053391 00000 н 0000053837 00000 н 0000054157 00000 н 0000054485 00000 н 0000054743 00000 н 0000055185 00000 н 0000055644 00000 н 0000055830 00000 н 0000056045 00000 н 0000056435 00000 н 0000056702 00000 н 0000058315 00000 н 0000058339 00000 н 0000058829 00000 н 0000059452 00000 н 0000059809 00000 н 0000060110 00000 н 0000062107 00000 н 0000062131 00000 н 0000062350 00000 н 0000062622 00000 н 0000062909 00000 н 0000063305 00000 н 0000065049 00000 н 0000065073 00000 н 0000065481 00000 н 0000065756 00000 н 0000067184 00000 н 0000067208 00000 н 0000068802 00000 н 0000068826 00000 н 0000075712 00000 н 0000079595 00000 н 0000079888 00000 н 0000084940 00000 н 0000086764 00000 н 0000093844 00000 н 0000095777 00000 н 0000096365 00000 н 0000098792 00000 н 0000105729 00000 н 0000106169 00000 н 0000106310 00000 н 0000109993 00000 н 0000111162 00000 н 0000116861 00000 н 0000004752 00000 н 0000008989 00000 н трейлер ] >> startxref 0 %%EOF 2171 0 объект > эндообъект 2172 0 объект a_

Как спроектировать антенну на печатной плате для 2.4 ГГц

В наши дни антенны повсюду, большинство основных технологий, таких как смартфоны, системы безопасности и устройства IoT, используют антенны для связи между собой, и поэтому радиочастоты становятся одним из самых увлекательных и надежных направлений проектирования и дизайна. Итак, моя цель сегодня — дать читателям некоторые основные идеи о том, что такое антенна , как она работает и как собрать антенну для диапазона 2,4 ГГц.

Прежде чем мы начнем, позвольте мне сказать вам, что я не эксперт по радиочастотам, но у меня есть некоторый многолетний опыт, чтобы рассказать вам об основах запуска и запуска вашего проекта.

Антенны в целом

Хотя в теме этой статьи говорится о антенне на печатной плате для 2,4 ГГц, но некоторая базовая справочная информация об антеннах будет очень полезна для начинающих, если вы профессионал и если вы хотите просто узнать об антенне на печатной плате, вы можете пропустить это часть.

Чтобы лучше понять антенны, необходимо сделать краткий обзор цепей согласования импеданса и резонанса. Доказано, что для передачи максимальной мощности импеданс источника должен быть точно равен импедансу нагрузки.

Антенна представляет собой конструкцию, состоящую из металлических предметов, часто из проволоки или группы проводов, используемых для преобразования высокочастотного тока в электромагнитные волны и наоборот. В целом можно сказать, что это особый тип преобразователя, который преобразует высокочастотные токи в электромагнитные волны.

Антенна должна иметь возможность согласования линии передачи и нагрузки , в зависимости от частоты, длины провода и диэлектрического материала провод действует как линия передачи, согласующая импеданс, мы обсудим это подробнее позже в статье. .

Антенна должна действовать как резонансный контур, т.е. она должна иметь возможность передавать энергию от электростатической к электромагнитной, если соответствие импеданса правильное, энергия начнет передачу и будет излучаться в атмосферу таким же образом, как и трансформатор преобразует энергию из первичной обмотки во вторичную.

Вышеупомянутое обсуждение является чрезмерным упрощением процесса, который встречается при радиочастотной передаче, но вы можете рассматривать его как основу для дальнейшего обсуждения

Длина волны, частота и длина антенны

В антенне длина волны, частота и длина антенны зависят друг от друга, я объясню эти три параметра на простом примере.6 = 6м Где С — скорость света. Для четвертьволновой антенны становится фиксированной λ/4.

Приведенный выше базовый пример должен был показать вам, как можно рассчитать длину волны для определенной частоты

Итак, если сделать такой же расчет для 2,45 ГГц, мы получим длину антенны 23 мм.

Теперь самое основное из них, мы можем сосредоточить наше внимание на главной достопримечательности блога, которая представляет собой конструкцию антенны на печатной плате.

Прежде чем продолжить, позвольте мне сказать вам, что я не собираюсь по крупицам и объяснять все детали каждого аспекта антенны на печатной плате, потому что у меня нет уровня знаний, инструментов и измерений, необходимых для такого рода измерений. детальное объяснение.

Вместо этого я собираюсь обсудить некоторые основные концепции, лучшие практики и вещи, о которых следует помнить. С учетом сказанного давайте спроектируем его!

Выбор подходящего типа антенны

Ранее мы решили, что будем использовать четвертьволновую антенну для этого проекта, поэтому в зависимости от требований есть только два основных типа антенн, которые доминируют над всеми остальными:

  1. Перевернутая F-антенна
  2. Перевернутая F-антенна «Меандр»

И мы собираемся использовать перевернутую F-антенну меандровой линии.На данный момент этот проект становится очень длинным, поэтому, чтобы немного сократить его, я не собираюсь объяснять, почему я собираюсь использовать меандровую перевернутую F-антенну, если вы хотите узнать больше об этих двух типах антенн, Вы можете ознакомиться с этой статьей о конструкции печатной платы с извилистой линией и короткозамыкающей полосой .  

Расчет антенны

Перед тем, как мы начнем расчет, нам нужно уточнить некоторые параметры.

Во-первых, мы должны выбрать подложку и рабочую частоту, затем мы должны рассчитать соответствующую длину и ширину подложки, и, наконец, мы рассчитаем длину и ширину дорожки.

Чтобы объяснить конструкцию антенны, мы предполагаем, что печатная плата изготовлена ​​из материала FR4, который имеет относительную проницаемость 4,4, этот параметр очень важен, как мы увидим позже в расчетах.

Высота подложки может быть рассчитана с помощью,

где,

hs = высота подложки,

F= Частота в ГГц,

C = скорость света в м/с,

Σr= диэлектрическая проницаемость подложки.

Ширину трассы можно определить с помощью

Длину трассы можно определить с помощью

Где,

Σff = эффективная диэлектрическая проницаемость

                        Σff=(Σr+1/2) + (Σr-1/2) (1/(√1+12hs/(wₚ)))(4) 

ΔL = физическая длина

Длина Подложки дается К,

Ls = Lp + 6hs​ 

Ширина подложки находится по формуле,

 ws = wp+ 6 hs(7) 

Отношение ширины микрополоски к глубине определяется по формуле

Где,

d = ширина трассы,                  

w = ширина подложки                    

A = Эффективная площадь.

Хватит! С помощью расчетов давайте спроектируем ВЧ-плату 2,45 ГГц на базе ESP8285 , чтобы показать, насколько легко и насколько сложно спроектировать плату и ВЧ-модуль на плате.

Разработка схемы

Здесь мы разрабатываем антенну 2,4 ГГц для мини-платы ESP8255, поэтому ниже приведена принципиальная схема для нее. Мы также соберем полную печатную плату из этой принципиальной схемы в следующей статье.

Чтобы спроектировать надлежащую схему, подобную этой, мы будем использовать руководство по проектированию ESP8285, предоставленное espressif , но когда я погуглил руководство по проектированию оборудования для ESP8285, я обнаружил следующее сообщение:

Итак, я сразу же скачал руководство по проектированию оборудования для ESP8266, и в этой документации я смог найти полное руководство по проектированию оборудования.

В Руководстве по проектированию оборудования есть некоторые ключевые требования к конструкции, на которые я хочу указать: аналоговый источник питания и цифровой источник питания для ESP. Оба компонента будут подробно объяснены позже, когда мы разработаем полную печатную плату для платы ESP8285, здесь мы сосредоточимся только на разработке антенны

.

Конструкция антенны на печатной плате 2,4 ГГц

Секция антенны выполнена таким образом, что ее можно переключать между антенной на печатной плате и штыревой антенной.

Катушки индуктивности L3 и L4 здесь как план на случай непредвиденных обстоятельств.

Макет платы

На изображении выше показана полностью уложенная доска.

Есть две основные секции печатной платы, которые нам необходимо рассмотреть: первая — это секция антенны , вторая — секция кварцевого генератора . Опять же, мы сосредоточимся только на разделе «Антенна».

Секция антенны

Разметка секции антенны — самая сложная часть этого проекта,

Для начала нам нужно разместить все необходимые разъемы и коннекторы,

Далее нам нужно разместить антенну, U.Разъем FL, разъем для программирования, переключатель для GPIO0 и микроконтроллер, я только что сделал это, как вы можете видеть на изображении выше.

Затем проведите трассировку антенны, для этого я буду использовать инструмент Polygon в Eagle PCB .

Перед прокладкой дорожки следует помнить одно ключевое замечание: импеданс трассы должен составлять 50 Ом, поскольку она действует как высокочастотная линия передачи, а эти 50 Ом сильно зависят от диэлектрического материала и толщины платы.Итак, нам нужно сначала вычислить это, чтобы построить соответствующую трассировку.

Для этого мы будем использовать веб-инструмент под названием Mantaro .

Для расчета ширины трассы укажите все необходимые параметры, все эти параметры вы можете найти на сайте производителя

Первое — это ширина трассы, которую я ввел вручную, и она составляет 70 мил.

Секунда — это толщина трассы, ее 1 унция или 1.4 мил.

Третий — это толщина диэлектрика, то есть толщина платы, которая составляет 39,3701 или 1,6 мм.

и , четвертый — это относительная диэлектрическая проницаемость, которую можно найти на сайте производителя и она варьируется от производителя к производителю.

Теперь, если я нажму кнопку расчета, я получу импеданс ровно 50 Ом.

Внимание! Импеданс в основном зависит от ширины дорожки (w) и толщины диэлектрика (h).

Итак, окончательная разводка выглядит как на картинке выше, теперь осталось только изготовить, запрограммировать и протестировать плату.

Надеюсь, вам понравилась эта статья и вы узнали из нее что-то новое. Если у вас есть какие-либо сомнения, вы можете задать их в комментариях ниже или использовать наши форумы для подробного обсуждения.

Антенная нагрузка – обзор

9.3.2.3 Проектирование и оптимизация выходной сети Догерти на основе параллельного комбинированного трансформатора

Систематическая методология проектирования и оптимизации выходной сети Догерти на основе РСТ представлена ​​ниже [39]. Предполагается, что основной и вспомогательный УМ идентичны.При заданной выходной мощности и напряжении питания сердечник УМ и оптимальное сопротивление нагрузки Z opt могут быть определены в первом порядке с помощью моделирования нагрузки-тяги с большим сигналом. Таким образом, можно оценить выходную емкость устройства C Dev , которая обычно имеет меньшее значение в более сложном процессе. Оптимальный PA нагрузка R 7 Opt может быть рассчитан на Z Opt (Ω) = R 7 R Opt || (J / Ω / C Дев ) .

На рис. 9.7 показаны детали количественного проектирования выходной сети Доэрти на основе РСТ. N 1 ( N 2 ), K K K ( K 2 ), L1 L1
( л L2 L2 ), и L 7 M1 ( л M2 ) являются соотношением поворота, коэффициент муфты, индуктивность утечки и намагниченность индуктивности трансформатора TM 7 1
( ТМ 2 ).

Рисунок 9.7. Методология проектирования предлагаемой выходной сети Доэрти на основе РСТ.

Сначала рассмотрим конструкцию и оптимизацию трансформатора TM 2 на рис. 9.7, который выполняет уменьшение импеданса. Для достижения желаемого эффекта Догерти антенная нагрузка R L должна быть преобразована в R opt /2. На рисунке 9.7, это реализуется 1: N 2 Transformer TM 7 2 8 с коэффициентом муфты K 2 20017 2 8 вместе с тюнинговым конденсатором C T2 .

Предположим, что индуктивность намагнитных и утечек TM 7 2 K 2 2 8 2 L P2 и (1-K 2 2 ) L ) L P2 P2 8 и импеданс, глядя в эту коэффициент масштабирования импеданса с первичной стороны TM 2 Z 4 4 . C 7 T2 T2 T2 предназначен для нуля мнимой части Z 4 8 на Ω и его емкость можно рассчитать как

(9.2) CT2 = RL2 + ω2n24 (1-к22) LP22ω2LP2(RL2+ω2n24(1−k22)2LP22).

Тогда Z 4 на рис. 9.7 будет чисто реальным импедансом и

(9.3)Z4=ω2n22(1−k22)2LP22+RL2/n22k22RL.

приравнивающим Z 7 4 R R R , первичная индуктивность ТМ 2
9 2
08 может быть решена как

(9.4)LP2=k22RLRopt/2−RL2/n22ωn2(1−k22).

Примечание C T2 T2 > 1 / ( Ω 2 L P2 ) и Z 4 > R L / ( N 2 K K 2 8) R > R L / ( N 2 / K 2 ) 2 всегда верны для k2∈(0,1) в уравнениях (9.2) и (9.3). Последний результат можно также легко наблюдать в интерпретации диаграммы Смита, показанной на рис. 9.8. Следовательно, неидеальная связь между двумя катушками в понижающем трансформаторе импеданса не только ухудшает эффективность и полосу пропускания [50], но также ограничивает наименьшее реальное сопротивление, которое может быть представлено УМ. Это соответствует общей интуиции дизайнеров.

Рисунок 9.8. Объяснение на диаграмме Смита эффектов неидеальной магнитной связи в понижающем трансформаторе импеданса.

Кроме того, трансформатор с уменьшением импеданса более чувствителен к потерям в катушке, в которой представлен уменьшенный импеданс. КПД трансформатора η получен в Ref. [54] как:

(9.5)η=RTF_L/n2(ωLP/QS+RTF_L/n2ωkLP)ωLPQP+ωLPQS+RTF_Ln2,

, где R TF_L – импеданс нагрузки, который для трансформатора сопротивление антенны R L для TM 2 ; k – коэффициент связи; Q P и Q S — коэффициенты качества для первичной и вторичной катушек с 1:n в качестве отношения витков первичной/вторичной обмотки.Если проверить множители перед 1 / Q P и 1 / Q S в знаменателе уравнения. (9.5) можно показать, что в трансформаторе с умеренными или малыми потерями и коэффициентом добротности нагрузки >1 преобладают потери на первичной обмотке с меньшим числом витков. Это согласуется с общепринятой практикой проектирования.

Таким образом, топология и геометрия понижающего трансформатора импеданса на выходе усилителя мощности должны быть правильно спроектированы с учетом компромисса между коэффициентом связи, добротностью и паразитной емкостью.В этой цифровой конструкции усилителя мощности Доэрти понижающий трансформатор импеданса реализован в виде трансформатора 1:2 с двумя параллельными первичными обмотками, зажатыми между двумя витками вторичной обмотки (рис. 9.9) [20, 55]. Эта топология повышает как добротность первичной катушки, так и коэффициент связи между катушками.

Рисунок 9.9. Реализация предложенной Догерти выходной пассивной сети.

Приведенные выше рассуждения о конструкции сети преобразования импеданса могут служить общим руководством для эффективного масштабирования между двумя реальными нагрузками с помощью неидеального трансформатора.

Далее рассмотрим конструкцию и оптимизацию трансформатора TM 1 на рис. 9.7, реализующего инверсию импеданса. TM TM 1 1 8 ‘S Утечка индуктор L1 L1 и два C I2 I2
Форма C-L-C λ /4 инвертор импеданса. Его намагничивающий индуктор L M1 отстроен шунтирующим конденсатором C T0 на рабочей частоте ω .Затем следует идеальный 1: ( n 1 / k 1 ) трансформатор, основанный на моделировании трансформатора [50]. Предположим, что Z 1 — полное сопротивление основного УМ; Z 2 — импеданс, если смотреть на преобразователь импеданса справа; Z 3 — импеданс, видимый инвертором импеданса слева (Рисунок 9.7). Это CLC λ /4 инвертор импеданса вместе с 1: ( N 1 / K 1 ) Трансформатор должен преобразовать Z 3 8 = R Opt к Z 7 1 = R = R 7 Opt 8 на 0 дБ PBO и Z 3 = R Opt /2 до Z 1 = 2 R opt при −6 дБ PBO для требуемой операции Догерти.Следовательно, волновое сопротивление этого инвертора импеданса Z 0_Inv должно удовлетворять

(9.6)Z0_Inv=LL1/CI2=(1−k12)LP1/CI2=k1Ropt/n1.

В то же время для преобразователя импеданса λ /4 необходимо, чтобы

(9.7)ω2LL1CI2=ω2(1−k12)LP1CI2=1.

C 9002 C I2 и L и P1 P1 могут быть решены как:

(9.8) CI2 = N1 / (ωk1ropt),

и

(9.9)LP1=Roptωn1(1/k1−k1).

C T0 C T0 На рисунке 9,7 используется для резоминирования намагничивающего индуктора ТМ 1 1 , поэтому Ω , следовательно,

(9.10) CT0 = 1 / (ω2k12LP1).

Обратите внимание, что C 7 I2 на правой стороне L1 L1 и C и C T0
T0
08 преобразованы на вторичную сторону TM 1 Поглощать вторичный паразитический конденсатор TM 7 1 8, C TM1_S TM1_S и основной выходной паразитар PA PA 7 DEV , который становятся C I1 и C T1 (рис. 9.7) со значениями:

(9.11)CI1=k12CI2/n12=k1/(ωn1Ropt),

и

(9.12)CT1=k12CT0/n12=(1−k12)/(ωn1k1Ropt).

На основной выход PA можно добавить дополнительный C E1 для полного поглощения емкости, как

(9.13)CDev+CTM1_S+CE1=CI1+CT1.

Подставляя уравнения (9.11) и (9.12) в уравнение (9.13) можно получить

(9.14)CDev+CTM1_S+CE1=1/(ωn1k1Ropt).

Это называется уравнением баланса емкости на основном выходе УМ.Аналогично, для вспомогательного выхода усилителя мощности мы можем получить другое уравнение баланса емкости: TM2_P — это паразитные конденсаторы TM 1 и TM 2 на их первичных сторонах соответственно. C E2 — дополнительный подстроечный конденсатор на выходе вспомогательного усилителя мощности, если он необходим.

Ссылаясь на уравнение КПД трансформатора (9.5), больший коэффициент связи k повышает КПД трансформатора. Более крупный k также желателен для работы в широкой полосе пропускания [50]. Для данного R OPT C и C 7 C 7 C , более крупный K (0 < K <1) приводит к увеличению л P1 на основе уравнения. (9.5). Между тем, правая часть уравнения.(9.14) уменьшается при увеличении k . Это проявляется в нескольких дизайнерских идеях. Во-первых, для обеспечения достаточного запаса емкости на выходе основного УМ коэффициент поворота ТМ 1 должен быть небольшим. Следовательно, TM 1 разработан как трансформатор 2:2 ( n 1 =1). Во-вторых, для поглощения большей паразитной емкости устройством и трансформатором TM 1 разработчику не следует использовать дополнительный подстроечный конденсатор C E1 .В-третьих, уравнение (9.14) предполагает, что лучшая пассивная эффективность может быть достигнута в более продвинутом процессе. Это связано с тем, что меньший C Dev ослабляет требуемый запас емкости и допускает более высокий коэффициент связи k , что улучшает пассивную эффективность трансформатора.

Кроме того, уравнение. (9.5) раскрывает еще один важный конструктивный аспект, заключающийся в том, что пассивный КПД трансформатора зависит от импеданса нагрузки. В требуемом режиме Догерти из-за активной модуляции нагрузки импеданс нагрузки трансформатора может варьироваться от I2 ) до (2 R opt )||( 1/j/ω/C I2 ), в зависимости от уровня мощности.2). Это означает пассивную эффективность TM 1 , и, таким образом, общая пассивная эффективность изменяется в зависимости от выходной мощности. Сеть SCT также имеет аналогичную характеристику [56,57]. Обратите внимание, что это отличается от усилителей мощности на основе трансформатора с одной ветвью, где пассивный КПД остается одинаковым при различных уровнях выходной мощности из-за постоянного импеданса нагрузки.

Смоделированное эффективное сопротивление нагрузки для основного и вспомогательного УМ показано на рисунке 9.10. Обе нагрузки PA представляют уменьшающиеся действительные части в области высоких мощностей, показывая истинное поведение активной нагрузки Доэрти (рис. 9.2). Более того, мнимые части в сети РСТ отключаются во всем диапазоне мощностей без использования какого-либо переключателя. Эффективность этой сети в зависимости от выходной мощности представлена ​​на рис. 9.11. Пассивная эффективность, зависящая от мощности, обусловлена ​​двумя причинами. Во-первых, на основном выходе УМ потери больше, чем на вспомогательном выходе УМ; поэтому общий пассивный КПД увеличивается при более высокой выходной мощности, когда вспомогательный УМ передает большую мощность по пути с более высоким КПД.

0 comments on “Схема антенны: Схема антенны для цифрового телевидения своими руками. Дециметровая антенна для Т2 своими руками. Типы телевизионных приёмных антенн

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.