Самодельная антенна из металлопласта для диапазона FM (87,5 – 108 МГц).

 Несмотря на моду на спутниковые тарелки, я приверженец старины и для меня было и остаётся  признаком цивилизации наличие высоких шестов-антенн за линией горизонта, по которым в своих юношеских походах я мог найти посёлок или затерявшуюся на карте деревню. А поэтому ретро тематика продлена и на очереди сборка петлевого шлейфа-вибратора Пистолькорса. Александр Александрович Пистолькорс (1896 – 1996) – русский и советский учёный, профессор, доктор технических наук, изобретатель, внесший неоценимый вклад в теорию антенн.

Фото 2.

 Когда я подсоединил проволочную Т-образную антенну (полуволновой разрезной вибратор) к музыкальному центру, то неожиданно для себя и окружающих оживил его.

На фото 2 - проволочная антенна, которая была подвешена в мансарде в виде буквы Y и всей плоскостью направлена в сторону цивилизации. Приёмник принимал  около 40 музыкальных программ в режиме стерео, в отличном качестве: рок, джаз, классика, новости, поп-музыка, ретро, детское радио….  Такой хороший музыкальный центр должен стоять в студии, - решили хозяева и спустили его из мансарды на первый этаж. Но вместе с центром спустилась антенна, и упал уровень приёма и радиостанции стали приниматься с шумами и с искажениями. Отступать мне было некуда, пришлось сделать новую антенну.

 Наперёд скажу, что я не ошибся, когда из самых простых антенн выбрал именно эту. Прежде всего, она имеет лучшую помехозащищённость и, хотя её усиление равно 0 дБ (эталонное значение усиления этой конструкции, от которой идёт отсчёт коэффициентов усиления всех других типов антенн), с помощью ещё одного элемента, никак с ней не связанного, можно получить усиление 5 дБ. Но громоздить двухэлементную антенну не пришлось, несмотря на кабель длиною в 12 метров и отсутствие антенного усилителя, а также коэффициента усиления антенны. Самоделка отлично себя проявила, спрятавшись,  от скромности или сглазу под крышей из мягкой кровли, которая никак не повлияла на её параметры. Кстати крыша из шифера или ондулина тоже прозрачна для радиоволн, которые хорошо видят через этот материал антенну в этом диапазоне частот. 

Фото 3. На первом плане телевизионная антенна. На дальнем плане антенна для радиоприёма.

Все станции, от самого начала диапазона до конца, стали уверенно приниматься без шумов и искажений, а также исчезло, наверно, заметное только мне потрескивание, которое было слышно вначале с проволочной антенной, когда включалась много рожковая люстра с энергосберегающими лампами, способными излучать помехи.

                         Конструкция антенны.

Исходные данные.

Диапазон частот 87,5 -108 МГц. Среднее значение частоты 97,75 МГц. Длина волны 3 метра. Длина волнового U-колена с учётом коэффициента укорочения 1 метр. Зазор петлевого вибратора 4 см. Реально получившаяся петля имеет габаритные размеры 1350 х 110 мм.

Фото 4.
 Необходимые материалы

Фото 5.
коаксиальный кабель.

Мне потребовался металлопласт (алюминиевая трубка обтянутая пластиком) диаметром 16 мм и длиною 3 метра, продаётся на строительных рынках (45 руб./метр). Коаксиальный кабель РК-75. Его длина выбиралась из расчёта высоты конька дома и первого этажа, плюс запас 3 метра, что и составило 12 метров.  Да, ещё 1 метр кабеля на согласующий элемент в виде буквы U (волновое U-колено). Этот элемент (его ещё называют симметрирующим трансформатором)  обеспечивает симметрию поля в обоих плечах антенны, тем самым формирует диаграмму направленности антенны (это восьмёрка в горизонтальной плоскости), повышая её помехозащищённость.   Подсоединенный к антенне параллельно,  он уменьшает её волновое сопротивление до величины 75 Ом, и тем самым создаёт согласование с достаточно длинным коаксиальным кабелем снижения. Таким образом, коэффициент бегущей волны (КБВ) и коэффициент стоячей волны (КСВ) в этом случае стремится к единице, что является лучшим показателем антенно-фидерного устройства.

 На фото 5 коаксиальный кабель RG-6 или РК-75-4,9-322А по техническим характеристикам на частоте 200 МГц имеет затухание 9,3 дБ на 100 метров, то есть потери кабеля снижения в моём случае составляют всего 1 дБ, что вполне допустимо. Благодаря кабелю антенна расположена как можно выше от земли (под самым коньком крыши), где напряженность поля больше и обеспечивается наиболее эффективный приём. Отсутствие в этом месте электропроводки не наводит на антенну помехи.

Фото 6. Выставляю габаритные размеры 1350 х110 мм и сгибаю металлопласт.

Фото 7. Зазор 4 см.

Фото 8. Зачищаю металлопласт для соединения с коаксиальным кабелем.

Фото 9. Соединяю кабель снижения и U-колено в волновым вибратором. Оплётки коаксиального кабеля и U-колена соединяю вместе.

Фото 10. Для надёжного соединения применяю металлическую стяжку.

Рис.1.  Эскиз соединения U-колена (его длина 1 метр) с кабелем снижения и с петлевым вибратором.
1, 2 - соединение с петлевым вибратором, 3 - оплётки коаксиальных кабелей,соединённые вместе, 4 - U-колено, 5 - кабель снижения.

                                                                       Регулировка.

 Никакой регулировки не было. Некогда было. Собирался померить КСВ в диапазоне частот, но успел проверить только работоспособность антенны, подсоединив её к телевизору в том месте, где на покупные антенные усики с усилителем первый аналоговый телевизионный канал не принимался. Каково же было моё удивление, когда антенна на той же высоте, что и покупная с усилителем, чётко и без помех приняла первую программу телевидения (49,75 МГц) и ещё пару телевизионных программ выше по частоте (77,25 и 175,25 МГц), но только без наклонной сетки на изображении. Сетка на изображении – это признак либо внешних помех, либо самовозбуждения     антенного усилителя. После такой проверки работоспособности - регулировка антенны просто  бессмысленна.

         Второй элемент петлевого вибратора.

 Это рефлектор в виде трубки из того же металлопласта длиной 150 см, который необходимо установить параллельно за петлевым вибратором на расстоянии 54 см в целях увеличения  коэффициента усиления антенны. Благодаря этому элементу диаграмма конструкции становится однонаправленной (второй лепесток восьмерки, отражаясь от рефлектора и сливаясь с другим лепестком, образует вытянутый эллипс), за счёт этого  происходит прирост усиления и улучшается помехозащищённость антенны. Это особенно важно на границах районов, где приёмник благодаря высокой чувствительности одновременно принимает передачи от основного передатчика и от ретранслятора. Таким образом, благодаря направленным свойствам антенны можно исключить дублирование радиопередач по диапазону. Мне этот элемент не понадобился. Как показала практика, самодельные антенны работают лучше и усложнение их конструкции, вплоть до пятого элемента, нецелесообразно.

          Как расположить петлевой шлейф-вибратор? Горизонтально или вертикально?

 Если спросили меня об этом лет 30 назад – ответил бы, не задумываясь. Раньше всё было просто и понятно. Передающие антенны телевизионных и радиовещательных передатчиков имели горизонтальную поляризацию, и поэтому вибраторы приёмных антенн располагались в горизонтальной плоскости. Далее от центра вещания передатчики ретрансляторов меняли поляризацию и в прилегающих областях приёмные антенны ставились вертикально и  далее в аналогичном порядке с чередованием, чтобы не было взаимных помех, как между ретрансляторами, так и между центральным вещанием и ретрансляторами.

 Сейчас в Москве и в ближайшем Подмосковье более половины радиостанций в диапазоне FM (87.5 – 108 МГц) имеют вертикальную поляризацию.  Кроме горизонтальной поляризации, несколько передатчиков передают сигнал с круговой поляризацией. Если расположение антенны приёмника не будет совпадать с поляризацией антенны передатчика, то в общем тракте усиления потеряется от 6 до 16 дБ, а это значит, что часть станций опять начнёт шуметь и выдавать нелинейные искажения. Часть потому, что мощности радиовещательных передатчиков лежат в интервале от 0,1 до 7 кВт, их антенны расположены на разных высотах, да и расстояние до самих передатчиков различно.

 Свою антенну я закрепил горизонтально потому, что это положение совпало с горизонтальной поляризацией моих любимых радиостанций (их всего несколько) и рейтинг их достаточно высок, так как по моим (и не только по моим) практическим наблюдениям при горизонтальной поляризации дальность радиосвязи больше. Но самодельная антенна хорошо принимала радиостанции и с другим видом поляризации, может потому, что расстояние было не слишком большое, около 80 километров, возможно потому, что антенна находилась достаточно высоко, под самым коньком крыши.

 Поэтому каждый сам вправе решать, в какой плоскости расположить антенну и нередко располагают под углом 45 градусов к вертикали. Так сказать ни тем и ни этим.

              Но есть ещё один вариант - это использование двух вибраторов.

 Воплощение этого варианта придётся осуществить самостоятельно, так как он для тех, кто находится в 100-километровой зоне неуверенного приёма и испытывает необходимость принимать радиостанции с разной поляризацией, где положение вибратора заметно влияет на работу приёмного устройства. Целесообразность радиоприёма в хорошем качестве связана с определёнными затратами, поэтому  разделит вариант на отдельные варианты.

1.1.  Антенны можно расположить в одной плоскости, на некотором расстоянии, перпендикулярно друг другу. Такое удобно сделать под коньком крыши с мягкой кровлей, как в моём случае. Каждый вибратор имеет свой кабель, который протянут к музыкальному центру, и коммутируется с антенным входом центра обычным переключателем (сделать такое на этих частотах реально).

Рис. 2. Переключение антенн с разной поляризацией.

  В случае выносной антенны, которая крепится на шесте, вибраторы целесообразно совместить. Получается крест, поднятый над домом.  Я уверен, что такая конструкция вряд ли кого-то заинтересует, хотя находит практическое применение.

1.2.   Используется один коаксиальный кабель снижения, а коммутация антенн происходит через электрическое реле, установленное  рядом с вибраторами.  Управление антеннами (подача питания на реле), которое устанавливается рядом с музыкальным центром  можно сделать по коаксиальному кабелю.

1.3.   Соединить антенны параллельно с использованием четвертьволновых трансформаторов, сделанных их отрезков коаксиальных кабелей.

Рис.3. Антенны соединены параллельно.

Рис. 3. - 1 и 2 петлевые вибраторы одинакового размера. 3 и 4 волновые U- образные симметрирующие трансформаторы одинаковой длины 1 м. 5 и 6  коаксиальные кабели РК 75 Ом. Кабель 5 имеет длину на 508 мм больше кабеля 6.  Коаксиальный кабель снижения -7.  8 - согласующий кабель РК 50 Ом длиной 508 мм. 9 и 10 монтажные платы из фольгированного стеклотекстолита для распайки коаксиальных кабелей. 

Конечно будут потери при согласовании, но их можно восполнить рефлекторами, трубками из того же металлопласта длиною в 150 см, расположенных параллельно, каждая за своей петлёй на расстоянии  54 см.

                                                 Дополнение к комментариям.

Направленная  шестиэлементная антенна УКВ ЧМ вещания для диапазона 87,5 – 108 МГц.

 Данные взяты из справочника «Антенны, том 2», издание 11, автор Карл Ротхаммель,  глава 29.4, приёмные антенны УКВ ЧМ диапазона.

Таблица 1.

Рис.3.

Рис. 4.  Эталонная антенна.