Самодельная антенна для приёма эфирного цифрового телевидения.

 Задание на каникулы. 12+. Без пивных банок.

 Это продолжение статьи, где простая антенна была сделана в виде кольца, из всего, что было под рукой, той самой статьи, где больше всего посетителей - 50 тысяч просмотров за 1,5 года, более 60 комментариев. Да это и понятно, поскольку цифровое телевидение шагает по стране, охватывая всё новые и новые области, увеличивая количество цифровых мультиплексных пакетов. Будущее за малогабаритными антеннами, комнатными и выносными в зависимости от расстояния. Как сделать кольцо более волшебным, обеспечив его работу с длинным кабелем, увеличить уровень сигнала на входе приёмника, расширить диапазон частот, чтобы вместить все мультиплексные пакеты –  об этом и пойдёт речь.

 Когда количество комментариев перевалило за 60, я, учитывая все пожелания, модернизировал антенну и  решил проверить, на каком же предельном расстоянии от города она  будет принимать телевизионный сигнал без усилителя. Результат превзошёл все ожидания - побит рекорд антенны из пивных баночек. В 90 километрах от Останкино, в низине, со второго этажа деревянного дома, внутри самого помещения, с кабелем 5,5 метров антенна  без усилителя принимала все мультиплексные пакеты. Поэтому, пожалуй, на сегодня это самая  простая двухэлементная антенна, доступная для самостоятельного изготовления.

Фото 1.

Фото 2.

                                                           

                                                                      Конструкция антенны.

                       Самодельная антенна имеет своё название в классификации антенн.

                         Это петлевая рамочная фазированная антенна. В литературе можно встретить  другие названия. Волновые рамочные антенны с активным рефлектором. Волновые направленные антенны «сплошного» питания.  Справочное пособие «Антенны. Том 1». Издание 11, переработанное.  Антенны КВ диапазона. Глава 15.4. Волновые рамки с рефлектором. Автор Карл Ротхаммель.

 Рамочные антенны называются петлевыми, если длина рамки превышает четвёртую часть длины волны. На практике в петлевых вибраторах используют рамки с периметром или длиной окружности равным длине волны. Я сделал аналогичным образом, приняв длину кольца равной длине волны, так как всегда считал, что чем больше размеры антенны, тем более она эффективна. Волшебство кольца заключалось в его длине, которая была в 4 раза больше четвертьволновой штыревой антенны и в 2 раза больше симметричного разрезного вибратора. Опыты с пивными банками подсказали, что чем шире излучатель, тем более широким диапазоном согласования он обладает. Вместо проволоки и оплётки коаксиального кабеля я использовал металлопластиковую трубку с диаметром 16 мм. Уже 10 лет эта трубка заменяет всю водяную проводку в моей квартире, и я уже стал забывать, какие бывают ржавые трубы с каплями конденсата на их поверхности. 

Фото 3.

 Металлопласт - оптимальный материал для изготовления самодельных антенн. Высокого качества алюминий, обтянутый со всех сторон пластиком не поддаётся коррозии и легко гнётся. Антенна, выполненная из этого материала, становится вечной (50 лет гарантии), и может работать как внешняя, не разлагаясь под воздействием внешней среды. Единственно о чём надо позаботиться, так это о надёжном контакте алюминия с коаксиальным кабелем. «Медь не дружит с алюминием», при таком соединении образуется термопара с отложением солей, нарушающих контакт. Поэтому, присоединяя коаксиальный кабель к трубке, я использовал шайбы, винты, гайки, хомуты. При эксплуатации на улице, все соединения, включая хомуты желательно защитить автомобильным герметиком.

Рис 1. Эскиз соединений коаксиальных кабелей.

Фото 4. Необходимые детали для сборки антенны.

 При изготовлении антенны необходимо знать две величины – это длина кольца, равная длине волны и расстояние между кольцами, равное 4-й части длины волны, этот же размер имеет короткая трубка, препятствующая прохождению высокочастотных токов по оплётке кабеля, улучшающая согласование с кабелем длиною 5,5 метров. Такое же расстояние между центрами отверстий в фиксирующих планках.

  

Фото 5. В трубке проделываю отверстие, и через него пропускается коаксиальный кабель (75 Ом). Оплётки кабелей креплю к зачищенной поверхности трубки с помощью хомута. Медные оплётки коаксиальных кабелей, которые непосредственно прижимаются к поверхности трубки, пропаиваю

Фото 6. Крепление коаксиального кабеля к второму кольцу.

Фото 7. В качестве оправки я использовал 3-х литровую банку. Оптимально подошла для частоты 546 МГц.

  Длина кольца равна;

L (метрах) = 300 / F (мегагерцах), где F – средняя частота вешания нескольких телевизионных мультиплексных пакетов или частота центрального мультиплексного пакета.

 Например, F = 546 МГц, тогда L = 300 / 546 = 0,55 (м) = 55 (см). Величину этой длины надо уменьшить на 1,5 см, тогда результирующая длина L* составит 53,5 см.

 Величина в 1,5 см найдена экспериментально в процессе регулировки антенны из металлопласта. Она учитывает не только толщину трубки, но и влияние материала, который её обтягивает, а также влияние второго кольца. Сам материал и второе кольцо смещают резонанс антенны вниз, поэтому кольца делаю на 1,5 см короче, чтобы точнее настроиться на центральную частоту.

 Диаметр окружности D = L*/ 3,14 = 53,5 / 3,14 = 17 (см).

Диаметр оправки для изготовления кольца  D* = D – 0,8 = 17 - 0,8 = 16,2 (см), где 0,8 – радиус металлопластиковой трубки.

Зазор в кольцах 1 см.

Расстояние между кольцами Lк = L / 4 = 55 / 4 = 13,7 (см).

Рис. 2.  Зелёный сектор - оптимальное согласование. Чем ближе КСВ стремиться к единице, тем лучше антенна. Я рассчитывал её для частоты 546 МГц, это средняя частота 3-х московских мультиплексных пакетов. Благодаря большому диаметру трубки диапазон антенны получился шире.

                                                      Два кольца или одно?

Фото 8. В городе хватает одного кольца.

 Как показала практика, работа антенны зависит от условий эксплуатации. Кольцо обладает двухсторонней направленностью (восьмёрка в горизонтальной плоскости), поэтому способно принимать как прямой сигнал из окна, правда огибающий  соседний дом, так и отражённый от противоположной стены комнаты. Два сигнала, всё лучше, чем один, и складываясь вместе, они повысят уровень на входе приёмника. Это плохо для аналогового приёма, так как приведёт к много контурному изображению, но при цифровой обработке сигнала вполне допустимо и даже учтено и ноль в единицу или единица в ноль уже никак не превратится. Поэтому в городе, в квартирах из железобетонных блоков, плохо пропускающих радиоволны, но способные их отражать, хватало и одного кольца. Пристройка второго кольца в городской застройке могла привести к замешательству, поскольку диаграмма направленности становилась узкой и антенна вместо того, чтобы брать сигнал от окна поворачивалась к стене, потому, что отражённый сигнал был сильнее, так как отражался от большей площади, которая работала как рефлектор.

 Большинство посетителей блога, как я понял из комментариев, воспользовались одним кольцом.

Фото 9. Одно кольцо. Уровень сигнала 33%, качество сигнала 100%.

 Но как  быть, если уровень сигнала передатчика стал слабее или качество приёма ухудшилось в результате изменения погодных условий? Самое простое решение временно воспользоваться тазиком для варенья, металлической крышкой от кастрюли, решёткой от барбекю.

Фото 10. Кольцо с отражателем. Уровень сигнала 40%, качество 100%.

  Эти элементы, электрическим соединением, несвязанные с петлёй, будут служить отражателем, который из восьмёрки, диаграммы направленности антенны, отражая второй лепесток, превратит  её в вытянутый эллипс, тем самым поднимет в ней усиление, а сама антенна теперь будет обладать односторонней направленностью, и её надо точнее ориентировать на телевизионный передатчик. Сами же элементы, пристроенные к кругу, дают ей новое название, теперь это антенна для ленивых или двухэлементная антенна «волновой канал» с рефлектором без директоров. Для убедительности достаточно сплющить петлю по горизонтали, и заменить тазик трубкой равной 0,6 длины волны, а можно оставить петлю в  виде окружности, а рефлектор сделать в виде замкнутого круга, и тогда сама антенна будет иметь уже другое название. 

Фото 11. Уровень сигнала 38%, качество сигнала 100%.

Такие опыты, проводимые в загородном доме, заметно на глаз улучшали телевизионную картинку на экране телевизора, уменьшая «снег» на изображении при просмотре аналогового сигнала, однако, в городской застройке при наличии отражённых сигналов, улучшить, таким образом, радиоприём не удастся.

 Вдали от городской суеты второе кольцо просто необходимо, так как за счёт суженной диаграммы направленности обеспечивается прирост усиления, и надобность в усилителе отпадает.

 В этом году (2015) для меня это стало особенно актуально, поскольку усилителю в антенне «Локус» стало нездоровиться, ибо временами стало прыгать качество сигнала, заявляющее о себе икающим звуком и превращая изображение в застывшую мозаику. Я пока не стал разбираться с этим явлением.  

 Воспользовавшись советом посетителей блога, оставивших комментарии, я водрузил самодельную антенну над крышей летней кухни, в месте, где телевизор работает круглосуточно. Держатели кольца пришлось сделать из пластика. Их желательно доработать, просверлив дополнительные отверстия, для уменьшения веса и парусности. 

Фото 12.  Уличный вариант антенны без усилителя. Длина коаксиального кабеля 5,5 метров. Уровень сигнала 40%

 Тем не менее, данный образец уже прошёл испытания, выдержав сильный дождь и ветер, достаточно лёгкая получилась конструкция.

 До этого данная антенна без усилителя работала как комнатная, расположенная на уровне окна мансарды деревянного дома в 90 км от Останкино.

                                                          Какие ещё будут варианты?

 Такой вопрос задают, когда нет сигнала. Обычно без вариантов не бывает. Мне же пришлось отойти от каминной трубы в сторону на 0,5 метра, и табличка - «нет сигнала» сменилась на 40-а процентный уровень.

 Но варианты порой находят и сами радиолюбители, и если кому тяжело было сконструировать два кольца, то нашлись такие, которые соединили вместе четыре.

Фото 14. "Яновая" антенна. 
Сначала я собрал такую антенну из двух разных заготовок.

 Такую антенну я назвал «Яновая», но не за сочетания слов (типа я новая), а за фамилию её владельца. Сам я долго не верил, что такое соединение колец способно работать, но практика - основа познания, и именно она показала возросший уровень сигнала. Умелец утверждал ещё зимой, что такая конструкция антенны существенно уменьшает помехи от снегоуборочной техники. Но почему бы и нет, ведь, чем больше колец, тем уже полоса, что обеспечивает дополнительную селективность по входу, отсюда и высокая помехоустойчивость. Правда, когда заработал третий мультиплексный пакет, изобретатель потерял к антенне интерес, скорее всего из-за её узкой полосы, которая не вмещала все каналы, и остановился на четырёх вибраторных польских решетках без усилителя.

  Убедиться, что такая антенна «Олимп 2014»(не раскрылось пятое кольцо на играх в Сочи)  действительно работает, мне удалось на предельном расстоянии от города. Сначала я собрал такую антенну из двух разных заготовок. Стыкуя вместе две поделки с помощью изолированных скрепок, действительно убедился в реальном уменьшении заснеженности при приёме аналогового сигнала. Расширить полосу приёма удалось, используя металлопластиковую трубку диаметром 16 мм.

Фото 15. Я назвал её "Олимп 2014".

 Пока я сделал макет из металлопласта. Вместо коаксиальных отрезков кабелей, равных 4-й части длины волны, соединил кольца алюминиевой лентой, вырезанных из старых металлических карнизов. Отрезки ленты с профилем и это обеспечивает дополнительную жёсткость конструкции. Важно расстояние между алюминиевыми полосками равное 5 мм, оно влияет на значение КСВ. Сами же полоски имеют ширину 5 -7 мм и толщину около 1 мм. В качестве фиксирующей  вставки колец использована пластмассовая трубка, которая применяется, как правило, для прокладки слаботочных проводов. В ней просверлены отверстия с диаметром 16 мм, а расстояниями между центрами 13.7 см.

Фото 16. Конструкция антенны.

Фото 17. Подсоединение кабеля.

Фото 18. Крепление трубки.

  Применение в конструкции антенны металлопластиковой трубки, расширило полосу, и она без усилителя лучше ловит все дециметровые каналы, если сравнивать её с антенной типа «волновой канал», включающий в себя 12 директоров и  усилитель с заявленным усилением не менее 26 дБ. Несмотря на то, что антенна установлена под крышей (наихудшие условия прохождения радиоволн), уровень усиления у неё на 7 процентов больше, если сравнивать её с двух кольцевой конструкцией, размещенной в свободном пространстве на том же уровне.

 Эта антенна оказалась лучше по конструкции по сравнению со спиральной самодельной антенной. У неё отсутствует громоздкий рефлектор (отражатель), и она получилась на целых два витка короче самодельной спиральной конструкции при почти тех же параметрах сигнала.

 По сравнению с двух кольцевой конструкцией, у «олимпийской» существенно сужена диаграмма направленности, а, следовательно, можно ожидать повышенную помехоустойчивость.

 Отсутствие усилителя в антенне в ряде случаев является преимуществом. Самодельная антенна всегда показывает 100 процентное качество, а уровень, в зависимости от типов используемых цифровых приставок, составляет от 40 до 98 процентов (90 км от Останкино). При использовании штатных антенн с усилителями, величина качества ведёт себя неадекватно и временами колеблется (дёргается) от 10 до 60 процентов, что нередко приводит к зависанию изображения, а то и полному отсутствию сигнала. Скорее всего, широкая полоса покупных антенн с усилителями открыта для помех, которые усиливаясь в тракте ресивера, мешают нормальному приёму.

P. S.

 В этом году (2016) антенна «Олимп 2014» оправдала своё название, взяв на себя трансляцию чемпионата Европы по футболу, провалявшись до этого момента целый год в чулане. Соседи по дачным участкам сетовали, что в выходные, особенно по вечерам пропадает приём цифровых мультиплексных пакетов. Я думал, что давно решил для себя эту проблему, но оказалось, что ошибся. В субботу вечером, за час до матча, расстроенный гость в своей комнате, той, что над летней кухней,  внезапно остался без хорошего качества телевизионных программ. «В пятницу вечером всё же работало нормально», - удивлённо повторял он. Его ресивер был подключен к покупной антенне с усилителем и к вечеру сигнал на приёмнике дошёл до уровня 0 – 10%.

Фото 19. Наскоро закрепили под крышей балкончика.

   На скорую руку закрепили «Олимп» под козырьком балкона, добившись уровня до 50% при 100% качестве. В мансарде гостевого домика утеплитель с фольгой не пропускает радиоволны, поэтому антенну пришлось выставить наружу и нарастить кабель.

Фото 20. Спрятали сглазу, под мягкой кровлей  балкончика летней кухни,
 чтобы вопросов лишних не задавали, а то придут ко мне в непогоду футбол досматривать, где я всех рассажу?

На фото 21 под цифрой 1 двух кольцевая антенна. Под цифрой 2  антенна «Олимп 2014».Несмотря на то, что вторая антенна находится ниже уровня первой  и крыша, под которой она спрятана, вносит потери – уверенный приём обеспечен.  

В общем, удачно пристроили. Да, кстати счёт 1:1 Англия – Россия. Хороший результат!