Самодельные конструкции антенн для приёмников с УКВ (FM) диапазоном. Часть первая.

    - Сегодня не идём на лекцию по «Антенным устройствам» - на Солдатской улице новый пивной бар открыли.

Я слабо пытался возразить, но два студента-вечерника, любителей пива, посещающие в свободное время ещё и спортзал, подхватив меня под локти, стали оттаскивать от дверей института. Сопротивляться было бесполезно, да и не очень то хотелось. 

 Виртуальные теоретические выкладки, описывающие радиоволны, всякие там коэффициенты, типа бегущих и стоячих волн сразу стали преобразовываться в реальные кружки с янтарным пенистым напитком, запах которого смешивался с запахом креветок.

Я вспомнил об этом эпизоде спустя 30 лет, когда увидел самодельные антенны, изготовленные из пивных баночек. Конечно, они были далеки от совершенства, сделанные, скорее всего, чисто по памяти, или понаслышке но, тем не менее, заслуживали внимания. Лёгкая конструкция вибратора вполне подходит для приёма телевидения в дециметровом диапазоне частот.

 Как всё просто, попить пивка и сделать антенну. Эх, если бы аналогичный подход был в институте, то получать высшее образование было бы намного интереснее.

 Антенна  из сломанной снегоуборочной лопаты для меня намного сложнее и не поддаётся расчёту, хотя на практике, скорее всего, вполне работоспособна. И всё же предпочтение я бы отдал пивным баночкам, они мне ближе, да и по конструкции парусность таких антенн меньше. Конечно я не специалист в области антенн, это уже видно по вступлению, а поэтому могу ошибаться в своих высказываниях.

 А вот самому сделать антенну для уверенного радиоприёма в диапазоне УКВ,  из старой раскладушки или дюралюминиевых трубок от старого парника «Урожай» вполне реально. Впервые я столкнулся с этой проблемой, когда в одном и том же диапазоне частот стал принимать две радиостанции: основную, вещавшую из Москвы, и через несколько мегагерц туже радиостанцию, с более уверенным приёмом, с нового ближайшего ретранслятора. Если ваш приёмник принимает оригинал и копию, то конечно, как и я, предпочтение вы бы отдадите оригиналу, поскольку у копии я заметил меньшую девиацию частоты (звучание было тише), а это значит, что динамический диапазон хуже, да репертуар дополнительной местной рекламы не всех устроит. Кроме того сбои во время грозового фронта меня не устраивали.  

                       

     Конструкция простой антенны для радиоприёмника с УКВ (FM) диапазоном.

Фото1. Необходимые детали.

Фото 2. Длина трубок 81 см, 
зазор 4 см.

Фото 3. Размер фиксирую изолентой.

Фото 4. Крепёж коаксиального кабеля.

Фото 5

 Так родилась самая простая антенна из двух дюралюминиевых трубочек, представляющих собой разрезной вибратор, не требующий никакого согласования с кабелем, поскольку входное сопротивление его, имеющего диаграмму направленности в виде восьмёрки в горизонтальной плоскости,  составляет 73 Ом, что почти совпадает  с волновым сопротивлением 75 Ом телевизионного кабеля. Сами же трубочки вставлены в пластмассовый круглый канал, в котором прокладывают провода. Чисто случайно получилось, что подошли они друг другу, как родные, обеспечивая жёсткость  конструкции, которая, несмотря на свою громоздкость, получилась очень элегантной, лёгкой, совершенно не требующей длинного шеста, поскольку расположена она, может быть, под прозрачной для радиоволн крышей загородного дома, беседки, или на деревянной стене дома. Мягкая кровля или кровля из ондулина или пластика, а также стены и перегородки деревянного дома, если используется утеплитель без фольги, не являются преградой для радиоволн, и такой вибратор, расположенный под крышей, совершенно не портит архитектуру дачного или деревенского пейзажа.

Эти антенны в настоящее время используются редко, так как требуют изоляции по центру крепления на мачте, но вполне пригодны для моей конструкции их установки, учитывая тот факт, что приёмники в настоящее время намного чувствительнее, чем раньше и сильно высоко поднимать антенну на шесте нет смысла.  

 Таким образом, мне удалось избавиться от назойливого ретранслятора, который подмешивал совсем другие станции на участки диапазона, где приём уже терялся, но только не у моего приёмника, так как он обладал хорошей чувствительностью. То есть мне удалось  избавиться от помех, которые создавал ретранслятор, пытаясь подсунуть мне копии, так как вибратор, который я стал использовать для  УКВ (FM) – радиоприёмника, обеспечивает приём только в двух направлениях, подавляя всё по торцам своим, а для получения уверенного приёма необходимо поднять антенну повыше от земли, используя телевизионный кабель.

  В любом случае, если в вашей местности нет ещё ретранслятора, то используя  простую направленную антенну можно заметно оживить УКВ диапазон, несмотря на то, что коэффициент усиления такой антенны равен 1 или  0 дБ. Я сравнил её с многоэлементными всеканальными телевизионными антеннами и пришел к выводу, что самодельная антенна работает лучше, видимо,  потому что рассчитана  только на тот небольшой участок диапазона УКВ. Практически считается, что она имеет полосу, где не теряет усиление, равную +/-15% от средней частоты, что на 100 МГц составит 30 МГц, а это вполне приемлемо для диапазона УКВ – 2 (88 – 108 МГц).

 Эту антенну я закрепил на внутренней стороне ската крыши веранды, где радиоприёмник озвучивает шашлычную площадку.

Фото 6. Антенна под крышей веранды.
Несмотря на смещение от горизонтали она не потеряла направленных свойств.

                                     Комнатная антенна для диапазона УКВ (FM) из

                        пищевой фольги и прямоугольного канала для сетевых проводов.

   Антенна спасла от помойки старенький музыкальный центр.  Эти центры обладают, как правило, низкой чувствительностью и за городом от них толку мало.  Вот и этот трудился на втором этаже садового домика, в мансарде, а сама антенна находилось под самым коньком дома. Ещё раз напомню, чем выше расположена антенна, тем увереннее приём, однако с каждым годом качество приёма становилось всё хуже и хуже. На антенны промышленного производства приёмник реагировал плохо, автопоиск не останавливался на радиостанциях, а индикатор стереосигнала не всегда информировал свечением при ручной настройке.
   

Фото 7.

Фото 8. Раздвижной полуволновый вибратор промышленного производства. В нём я заменил кабель, почистил вибраторы. Это он был установлен под самым коньком дома и работал крайне плохо, ему даже не помогал знак качества.

Решил попробовать сделать самодельную антенну в виде того же разрезного вибратора, но чуть изменить конструкцию, ведь не у всех найдутся алюминиевые трубочки от парника или раскладушки, или металлопластиковые водопроводные трубки или карнизы для штор из этого же материала. Такую антенну удобно использовать в деревянном дачном домике. Как правило, в таких домах делают открытую электропроводку и остаются неиспользованные пластмассовые каналы для проводов, которые и пошли у меня в дело. Эту антенну удобно расположить под потолочным плинтусом, сориентировав на радиовещательный передатчик.

 

                                                         Конструкция антенны.

 

Фото 8. Комнатная антенна из фольги под потолочным плинтусом.

  Пустотелый (подразумевается, что внутри нет электропроводки) пластмассовый канал длиною в 1,66 метра я обернул с краёв  несколькими слоями пищевой фольги  длиной 81см, оставив, таким образом, диэлектрический зазор 4 см в середине. Припаивать телевизионный кабель к трубочкам и к фольге не надо. Использовал винты, гайки, шайбы с блестящим покрытием, главное не медным. Несмотря на то, что антенна стала ниже, приёмник заметно оживился: автопоиск стал останавливаться, заработал индикатор стерео приёма, заметно улучшился динамический диапазон (упал уровень шумов), пропали искажения, присущие паразитной амплитудной модуляции, что говорит о нормальной работе ограничителя сигнала (каскада перед детектором, который вошёл в свой режим).

                Рассчитаю для примера линейный разрезной вибратор для частоты 90 МГц. 

 Переведу частоту в длину волны.

 Длина волны (м) = 300/частоту (МГц) = 300/90 = 3,33 (м)

Величина 300 связана со скоростью света.

Полная длина разрезного вибратора = длина волны (м)/2 = 3,33/2 = 1,66 (м)
С учётом коэффициента укорочения V = 0,92 (график 3.7) конечная длина вибратора 1,53 м

Это величина (1,53 м), соответствует длине двух трубочек с диаметром от 8 до 22 мм, разложенных по одной оси, с разрезом посередине 40 – 60  мм.

 Все перечисленные выше антенны сделаны без симметрирующих и согласующих устройств, использование которых не помешало бы при конструировании телевизионных антенн, хотя бы из тех же пивных баночек. Симметрирующее устройство устраняет токи высокой частоты  на наружной поверхности кабеля, улучшают диаграмму направленности, обеспечивая помехозащищенность приёма.

  Полная схема линейного разрезного вибратора с симметрирующим устройством изображена на Рис. 1. Но скорее всего при приёме радио программ вы не заметите существенной разницы от изменённой конструкции, а вот с пивными баночками при приёме телевидения в дециметровом диапазоне попробовать можно. Но не обольщайтесь, так как оптимальное согласование   гарантировано в полосе равной 16% от центральной частоты, что составит около 4-х телевизионных каналов.

Рис. 1.

Рис. 1 Линейный разрезной вибратор с симметрирующим устройством
под названием  "U - колено".
 Учитывая материал изоляции  кабеля, используют коэффициент  укорочения, который для коаксиального кабеля из вспененного полиэтилена составляет около Ку = 1.51 (указывается в характеристиках на данный кабель).  Реальная длина всех соединений из коаксиального кабеля будет меньше в 1.51 раз.

Теперь можно делать любой разрезной вибратор на любую частоту. В расчётах длины вибратора использована половина длины волны – трезвый расчёт, оттого и антенна громоздкая. В случае использования толстых трубок, рабочий диапазон антенны сместится вниз, поэтому необходимо учесть коэффициент укорочения V. Чем толще трубки, тем короче длина вибраторов, тем шире диапазон антенны.

Рис 2. Коэффициент укорочения.

Концевой эффект - зависит от входной ёмкости антенны, ёмкости изоляторов, опоры крепления и растяжек антенны. Результирующую длину вибратора L необходимо умножить на коэффициент укорочения V согласно графика рис. 3. 7.

                                   Листая старые журналы,
можно собрать всю историю разрезного вибратора.

Радиофронт 1939 г. 23 -24.

                                             

Радиофронт 1941 г. 02.

                                     Антенна  в виде неразрезного вибратора.

 Получилась как бы сама собой.  В городской квартире я смастерил простой детекторный приёмник на УКВ диапазон. Такой приёмник из-за низкой чувствительности требовал хорошей антенны. См. «Самодельный радио конструктор, Часть 6».  Чего только не подсоединял, но лучшей антенной оказалось алюминиевое строительное правило (планка для выравнивания стен), но неразрезной вибратор  требовал  механического вмешательства для установки согласующего устройства. Чтобы не портить инструмент, решил использовать старые алюминиевые карнизы для штор. Одного 2-х метрового карниза вполне достаточно для изготовления неразрезного вибратора и согласующего устройства. Совместно с детекторным приёмником воочию можно убедиться, что антенна работает, что она живая и дышит, есть такие термины у настройщиков антенн. Например, подносишь к ней руку, и уровень громкости падает, так как происходит рассогласование.  Подносишь к ней параллельно на расстояние
(0,15 - 0,2) длины волны строительное правило, которое в данный момент играет роль отражателя (рефлектора), и уровень громкости растёт.

Фото 9. Неразрезной вибратор с отражателем - строительным правилом.

Длина вибратора работающего на средней частоте 100 МГц составляет 1,5 метра. К середине вибратора прикручивается земляная оплётка 75-омного телевизионного кабеля. Длина согласующего устройства составляет 10-ю часть длины волны (3 м / 10  = 30 см). К согласующему устройству крепится центральная жила

Фото 10. Устройство согласующее.

 В этом году (2016), когда гостил у сына, сделал для его музыкального центра антенну в виде шлейфа-вибратора Пистолькорса, а в качестве материала использовал металлопласт - алюминиевую трубку, со всех сторон обтянутую пластиком.

 В этой статье «Самодельная антенна FM диапазона (87,5 – 108 МГц) из металлопласта» всё об этом рассказано.

Фото 11. Шлейф-вибратор Пистолькорса из металлапласта. Габаритные размеры 1350 х 110 мм.

 P. S.
 Впервые антенной темы я коснулся в своих мемуарах в статье «О преимуществе мягкой кровли» ещё на сайте «Дом Белка». Эта статья совершенно не просматривается, как и антенны на моём садовом участке. Суть статьи – четыре телевизора работают на одну антенну, а сама антенна спрятана под прозрачной для радиоволн крышей. Как выяснилось впоследствии, я избавил себя от всякого рода хлопот, с какими столкнулся мой сосед по участку.  Его антенна загадочно развернулась на 180 градусов. Определил он это сразу по плохому качеству приёма. Но кто бы это мог сделать, некоторое время оставалось тайной. Крыша очень крутая, без навыков и специальной подготовки сделать человеку такое просто невозможно, а ветер способен развернуть такое устройство только на 90 градусов.  Это потом я увидел его антенну всю облепленную птицами, пока бегал за фотоаппаратом, то компания разлетелась. Интересными повадками обладают вороны, они просто любят раскачиваться на антеннах, как на качелях, а при большем скоплении способны превратить антенну в карусель.

Фото 12. Эта самая антенна была повёрнута на 180 градусов.
Крепление антенны выдерживает до 4-х птиц.

Справочные данные.

Самодельная штыревая всенаправленная антенна.

.  1 - пищевая алюминиевая фольга, клеится поверх пластиковой трубки; 2 - диэлектрические вкладыши, шайбы для установки коаксиального кабеля по центру трубы; 3 - коаксиальный кабель; 4 - контактное соединение; 5 - оплётка коаксиального кабеля; 6 - пластиковая трубка.