О сайте

Всем доброго времени суток! Я, Вячеслав Юрьевич, или просто В.Ю. приглашаю Вас в свой блог. Почему блог так называется? Я дедушка и, как все деды, люблю поговорить о былом и поучить молодёжь. Читайте мои посты с советами обо всём, а особенно о здоровье.
До новых встреч!

понедельник, 14 сентября 2015 г.

Самодельная дециметровая антенна «волновой канал» из металлопласта.

 Известная в СССР антенна «волновой канал» может иметь и другие названия: директорная,  Яги и Уда – Яги.
Последние таинственные сочетания слов - это фамилии двух японских изобретателей, которые в 1926 году создали эту антенну.
 Как правило, это основной тип антенн, которые в настоящее время используются для приёма телевизионных программ на расстоянии до 70 километров от передатчика, как в метровом, так и дециметровом диапазоне волн. Будущее за вещанием именно в дециметровом диапазоне, где помимо основных программ вот уже несколько лет идут передачи в цифровом формате и в этом же режиме уже передаются все программы, которые занимают  пока ещё  метровый диапазон (50 -220 МГц). 

Трёх диапазонная антенна
 "волновой канал".
 Наступило время малогабаритных антенн диапазона 480 – 800 МГц, ибо, чем выше частота, тем меньше длина волны и, следовательно, меньше размеры самой конструкции, и нет никакого смысла держать на шесте громоздкие и дорогие антенны.
 На сегодня не все покупные антенны внешне похожие на «волновой канал» обеспечивают уверенный приём в дециметровом диапазоне. Чтобы разобраться в происходящем я решил сделать самодельную антенну из металлопласта, а для удобства собрать её трансформируемой, чтобы на практике убедиться, как её элементы влияют на параметры приёма.
 Для этого вытаскиваю на белый свет из прошлого века пожелтевший листок из старинного советского справочника радиолюбителя, и начинаю делать самодельную антенну, которую ещё мастерили наши отцы и деды.
Справочник радиолюбителя
 конструктора. 1973 г.
 Как образец я сделал комнатную или чердачную антенну, и, забегая вперёд скажу, что количество элементов с запасом хватило, чтобы без усилителя принять мультиплексные пакеты на уровне мансардного окна деревянного дома, на расстоянии 90 километров от Останкино в низине.
 В качестве элементов антенны я использовал металлопласт с диаметром 16 мм, материал, продающийся на строительных рынках. Это высококачественная алюминиевая трубка со всех сторон обтянутая пластиком.

                                                   Элементы антенны.
а). Антенна "волновой канал".  б). Диаграмма направленности антенны.
1.       Активный петлевой вибратор, его периметр равен длине волны, а входное сопротивление 292 Ом.  Максимальная ширина рабочей полосы частот составляет +/- 20 процентов (для средней частоты 600 МГц рабочая полоса частот будет в пределах 480 – 720 МГц).
2.       Рефлектор. У современных антенн их бывает несколько.
3.       Директоры. Их количество в основном у самых широко распространённых антенн доходит до 12 штук. Считается, что чем их больше, тем выше коэффициент усиления антенны и уже диапазон.  У девятидиректорной дециметровой антенны из справочника, коэффициент усиления составляет от 11,5 до 8,5 дБ, и его величина падает с ростом частоты. А чтобы добиться прироста коэффициента усиления на 2 дБ, стрелу антенны с наращенными директорами придётся увеличить в два раза. Правда, таких длинных антенн я ещё не встречал.

                                      Конструктивные части антенны.
Стрела из деревянной
рейки.
Рефлектор и 2 директора.
4.       Стрела – часть конструкции, которая служит для крепления элементов антенны. Вдоль стрелы находятся точки нулевого потенциала, поэтому используемый материал не влияет на параметры антенны и может быть выполнен из металла или диэлектрика, например, из дерева или пластика. Если антенна будет эксплуатироваться вне помещения на мачте, то стрела обязательно должна быть металлической, и точка крепления середины вибратора к стреле должна иметь отличный электрический контакт для дальнейшего заземления антенны.

Директорная антенна.

5.       Скобы крепления элементов антенны.
6.       Коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 75 Ом, например RG-59 или РК 75 - 3,7 – 35 М. На частотах дециметрового диапазона важно качество кабеля снижения, так как чем длиннее кабель, тем сильнее потери в нём.
7.       Симметрирующе-согласующее устройство, выполненное в виде U – колена из того же коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.  Длина этого кабеля в виде буквы U равна от 0,33 до 0,5 длины волны. Согласно старым справочным данным данное согласующее устройство обеспечивает согласование не более +/- 20 процентов от центральной частоты, что составит диапазон 480 - 720 МГц, а учитывая и диапазон согласования петли, общая максимальная полоса рабочих частот антенны составит 480 – 650 МГц.
U-колено, симметрирующе-согласующее устройство, длина которого теоретически равно половине длины волны. 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). Поэтому реальная длина U-колена  будет меньше в 1.51 раз, что составит 0,33 длины волны. В процессе регулировки, уменьшая длину кабеля, добиваются оптимального согласования по минимальному КСВ в полосе частот. Первоначальная длина согласующего устройства 250 мм.
8.     Изолирующая коробка.
9.       Мачта.
                                                 Изготовление антенны.
 Исходные размеры даны на рисунке. Как видно они не сильно критичны.  Выбирая частоту, я учёл из практического опыта изготовления простых антенн из металлопласта его характеристики, способные уводить настройку частоты вниз примерно на 50 МГц и выбрал для удобства округлённую расчётную частоту 600 МГц, чтобы настроить антенну на диапазон московских мультиплексных пакетов 498 – 578 МГц.

Конструкция антенны. Длина рамки 55 см.  Первоначально легче сделать окружность, затем согнуть её в петлю. Получился эллипс, нечто среднее между петлёй и окружностью, что говорит о неизвестном волновом сопротивлении, которое в пределах 75 – 292 Ом.
                                                           Испытание антенны.
  Осенняя изморось и туман – вот то радостное настроение, самое подходящее время для испытания самодельных антенн. Дополняют тяжёлые условия испытаний  – мокрая крыша из мягкой кровли, не сброшенная холодами листва деревьев и низкая болотистая местность, окружённая лесами Владимирской области в 90 километров от Останкино. В полдничное время, под звук дождя, удобно устроившись в мансарде, я словно мальчишка, устанавливающий корабельные мачты на каравеллу собирал антенну. Вот уже перещелкиваю аналоговые телевизионные каналы дециметрового диапазона, неплохо для самоделки (от «Перца», 487 МГц до «Пятницы», 607 МГц просто отлично). Именно на эти частоты я планировал сделать антенну.
 Настраиваясь на один из каналов, трансформирую антенну, оставляя её без крайнего элемента-директора. Качество изображения не меняется.
 Вытаскиваю второй элемент-директор, и замечаю появления зашумлённости, что указывает на уменьшение усиления антенны.
 Удаляю рефлектор, оставляя одну петлю – совсем плохо.
 Возвращаю элемент-директор на место. Такая же картина качества изображения, что и с рефлектором.
                                                                 Выводы.
 Антенна имеет ограниченный диапазон усиления. Трехэлементная антенна вполне достаточна для моих условий приёма.
 Теперь подключаю цифровую приставку к вновь восстановленной антенне. Как и ожидал, с запасом по усилению, проходят 3-и мультиплексных пакета. Опять вытаскиваю по очереди элементы директоры и слежу за уровнем сигнала в процентах.
 Крайний ни на что не влияет.
                   Вытаскиваю второй элемент, и уровень сигнала возрос на процент!?....
 А в это время «директорная» покупная антенна «Локус - Про», что в гостевом домике брала только один из трёх мультиплексных пакета. Звоню соседу, который в 2-х километрах от меня, у него крутая покупная антенна с тремя директориями, а он говорит, что сейчас цифровое вещание не работает….
                                                                    Выводы.
 Для приёма эфирного цифрового телевидения нет необходимости использовать сложные громоздкие антенны. Сама антенна не требует слишком большой высоты установки. Не редко сбои при приёме эфирного цифрового телевидения бывают из-за некачественного антенного усилителя. Надежнее будет использовать несколько малогабаритных антенн без усилителя для каждого телевизора, если таковые имеются.
  Если сравнивать мои самодельные антенны «волновой канал» с 4-х петлевой антенной «Олимп 2014», то кольца пока в лидерах, так как перекрывают весь дециметровый диапазон и неплохо зарекомендовали себя при работе в плохих погодных условиях на предельных расстояниях приёма.

 Так почему же в плохую, дождливую погоду остронаправленные антенны, с большим коэффициентом усиления, с отличной помехозащищённостью повели себя неадекватно?
 Понять это явление можно, если представить приёмную антенну как передающую. Тогда антенна - это фонарь с узким сфокусированным лучом, а чем больше директоров в антенне, тем более острая её диаграмма и лучше фокусировка луча, а этот сфокусированный  луч  просто упёрся в мокрые верхушки деревьев или в дождевую тучу и растворился там. При более широкой диаграммы направленности, то есть при меньшем усилении антенны, когда элементы–директора отсутствуют, фокус луча более расплывчатый, зато охватывает большую зону приёма, и широкий луч просто обходит тучу по кругу, или проходит между мокрыми верхушками деревьев и тучей.
 - Москвичам всегда везёт, у них все цифровые каналы рядом! Им антенна «волновой канал» подойдёт и в упрощённом виде. Да им любая антенна подойдёт! А как быть нам? У нас разнос между мультиплексными пакетами более 200 МГц! Складывать антенны этажерками, где каждый этаж работает на свой диапазон! Именно эти комментарии я уже предвидел и даже начал складывать антенны этажеркой. Но что из этого получилось, вы узнаете позже. Впрочем, уже неплохо получается.


12 комментариев:

  1. Расскажите подробнее про симметрирующе-согласующее устройство, зачем оно нужно?

    ОтветитьУдалить
  2. В антенне типа «волновой канал» симметрирующе-согласующее устройство в виде U-колена выполняет одновременно несколько функций.
    Симметрирование или трансформирование необходимо при подключении несимметричного коаксиального кабеля к симметричному волновому вибратору для обеспечения одинаковых пучностей токов в каждом плече вибратора, для выравнивания диаграммы направленности по обе стороны плеч антенны, от которой напрямую зависит её усиление. Колено, равное половине длины волны, сдвигает фазу тока по отношению к петлевому вибратору равному длине волны, что обеспечивает совпадение фаз токов в точках питания вибратора.
    Согласующее устройство в виде U-колена подсоединено параллельно петлевому вибратору, имеющему волновое сопротивление равное примерно 300 Ом, эквивалентно уменьшит комплексное сопротивление антенны до 75 Ом, что необходимо для согласования с коаксиальным телевизионным кабелем 75 Ом. Если вырисовывать эквивалентную схему антенны с симметрирующим устройством, то получится последовательно параллельное соединение волновых сопротивлений, которые в сумме дают 75 Ом.
    Симметрия плеч антенны и согласование рамки с кабелем обеспечивает отсутствие высокочастотных токов по внешней оплётке коаксиального кабеля, уменьшая, таким образом, потери в нём.

    ОтветитьУдалить
  3. В.Ю., нет желания опробовать металлопластовый гибрид «Олимп 2014» и Харченко?

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Антенна «Харченко» или «Двухэтажный двойной круг» из металлопласта в настоящее время проходит испытание. Я пока не вижу надобности всё усложнять, потому что всё и так получается с запасом. Компактней получилась бы антенна из нескольких двухэтажных двойных кругов.

      Удалить
  4. Извините а какова длина рефлектора и двух директоров. А также На каком расстоянии просверлены дырки на стреле

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. От петли до рефлектора 8 см. От петли до директора и между директорами – 6 см. Рефлектор имеет длину 28 см, директора - 21 см.

      Удалить
  5. И еще вопрос вот согласующее устройство в виде U и кабель припаиваются на стеклотекстолит центральными жилами кабеля на контактные площадки слева и справа? А экран кабеля и согласующего устройства припаивается между собой не касаясь контактных площадок? Я не спец в радиоэлектронике-я простой человек поэтому и прошу вас более детально разъяснить. Так как на фотографии плохо видно не разобрать.

    ОтветитьУдалить
    Ответы

    1. Оплётка подводящего кабеля и два конца оплётки U-колена соединяются вместе и контактных площадок не касаются. Центральная жила кабеля соединяется с центральной жилой U-колена и с одной из контактных площадок петли антенны. Другой центральный конец колена соединяется с другой контактной площадкой петли антенны.
      На всякий случай напомню, что антенна имеет узкий диапазон согласования и усиления и больше подходит для регионов, где мультиплексные пакеты расположены рядом по частоте. Чтобы охватить весь дециметровый диапазон вещания, используют несколько антенн «волновой канал», включая их этажами с использованием плат согласования.

      Удалить
    2. Благодарю вас за разъяснение все понятно Огромное спасибо

      Удалить
  6. Анонимный25 июля 2016 г., 1:33

    Здравствуйте Вячеслав Юрьевич. Спасибо за интересный блог. Нет ли желания переделать или модифицировать покупную антенну "Локус" (например, уменьшить широкополосность, отказавшись от МВ вибраторов или переставить директоры; убрать или изменить усилитель, добавив фильтр от сотовой связи) именно под цифровое ТВ? Просто у многих такие антенны и как мне кажется далеко не все довольны их работой.

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Здравствуйте. В некоторых регионах России цифровые пакеты разбросаны по частоте, поэтому без широкополосной антенны не обойтись. Да не спорю, громоздкая антенна, правда мне пока не мешает, так как размещена под прозрачной для радиоволн крышей. Полностью от аналогового вешания пока не отказался, даже на космических кораблях аналоговый канал существует как резервный на случай аварии. В целом же над предложенной темой можно подумать.

      Удалить