Название «логопериодическая антенна» вызывает уважение и вопросы. Надеюсь, статья обоснует первое и разрешит второе. Для начало отмечу самое главное:
- сборка антенны такого типа своими руками вполне по силам, причем без специальных знаний;
- антенна обеспечивает равномерное усиление во всем диапазоне вещания цифрового телевидения;
- устройство не требует наладки и настройки;
- мы рассмотрим чертежи для комнатной и наружной антенны, а также конструкции для дальнего приема.
Как устроена логопериодическая антенна
Логарифмически-периодическая решетка или логопериодическая антенна (LP) является многоэлементной направленной широкодиапазонной антенной. Элементы такой антенны могут иметь различную форму и размещаться под разным углом. Мы же рассмотрим наиболее популярную конструкцию, которая называется логарифмически-периодической дипольной решеткой (LPDA). Физически она представляет из себя ряд полуволновых диполей, каждый из которых состоит из двух стержней.
Вибраторы размещаются на небольшом расстоянии в одну линию и подключены к двум линиям питания с чередующейся фазой. При этом длина L1 самого большого вибратора соответствует половине наибольшей длины волны диапазона приема, а длина Ln самого короткого вибратора соответствует половине самой короткой длины волны рабочего диапазона. Длины вибраторов и расстояния между ними уменьшаются в геометрической прогрессии, образуя треугольную форму конструкции на виде сверху. (При этом, чем меньше угол альфа, тем эффективнее антенна и больше ее габариты.)
Иными словами, элементы располагаются с интервалами, соответствующими логарифмической функции от частоты. Отсюда становится понятным и название антенны. Позади наибольшего вибратора размещается перемычка между траверсами, которая способствует согласованию антенны с фидером (коаксиальный кабель на 75 Ом).
Фидерная линия проходит внутри одной из траверс и подключается на стороне наиболее короткого вибратора, как на фото. Оплетка кабеля присоединена к той же трубке, в которой проходит фидер, его центральная жила — ко второй трубке.
Антенну для цифрового ТВ часто крепят к мачте в месте установки перемычки. При этом консольная конструкция оказывает значительную нагрузку на узел крепления. Ее можно фиксировать и в центре тяжести, однако в этом случае монтаж следует выполнить через диэлектрический материал.
По внешнему виду описываемая конструкция похожа на антенну Уда-Яги, элементы которой размещаются на одной траверсе. При этом электрически эти устройства различаются принципиально. Последняя имеет только один вибратор в дополнение к рефлектору и ряду директоров. Можно сказать, что логопериодическая антенна служит имитацией ряда последовательно включенных двух- или трехэлементных антенн Уда-Яги, каждая из которых настроена на определенную частоту.
На практике это означает, что более сложная по конструкции антенна LPDA имеет меньшее усиление, чем конструкция Уда-Яги при тех же размерах. При этом логопериодическая антенна обеспечивает необходимую широкую полосу пропускания и постоянство характеристик в рабочем диапазоне. Очень важно, что конструкция, аккуратно сделанная своими руками, с высокой вероятностью будет нормально работать, тогда как антенну Уда-Яги приходится настраивать. Судя по ассортименту антенн в торговле, производители также предпочитают более высокую повторяемость конструкции LPDA.
Чертежи логопериодических антенн для цифрового ТВ
По условиям применения антенны для цифрового ТВ можно разделить на три вида:
- комнатные антенны;
- наружные антенны;
- антенны для дальнего приема.
Перечисленные конструкции имеют нарастающие по списку размеры, а также нарастающие технические характеристики. Приведу чертежи, размеры и параметры соответствующих антенн. Теперь можно изготовить каждую из них, не тратя время на расчеты.
Комнатная антенна LPDA
Комнатная антенна должна иметь небольшие размеры, чтобы не нарушать удобство интерьера жилого помещения. Рассматриваемая комнатная логопериодическая антенна имеет следующие характеристики:
- количество вибраторов — 7;
- габаритные размеры на виде сверху 230х445 мм;
- рабочий диапазон 470-790 МГц;
- коэффициент усиления — 7 дБ;
- входное сопротивление — 75 Ом.
Расчеты выполнены для диаметра траверсы 10 мм и диаметра вибраторов 3 мм. При этом параметры устройства не изменятся, если указанные размеры будут увеличены, например, в два раза. Расстояние от перемычки между линиями до самого длинного вибратора — 80 мм. Зазор между собирающими линиями — 4,5 мм.
Наружная логарифмически-периодическая решетка
Наружная антенна может иметь заметно большие размеры, чем комнатная, так как за окном пространства достаточно. Рассматриваемая наружная логопериодическая антенна имеет следующие характеристики:
- количество вибраторов — 11;
- габаритные размеры на виде сверху 320х778 мм;
- рабочий диапазон 470-790 МГц;
- коэффициент усиления — 8,1 дБ;
- входное сопротивление — 75 Ом.
При сборке следует использовать размеры размещения диполей, указанные от первого диполя с нарастанием. Расстояния между диполями указаны для справки. При разметке ими пользоваться не следует, так как при этом возможна увеличивающаяся ошибка. Расчеты выполнены для диаметра траверсы 10 мм и диаметра вибраторов 3 мм. При этом параметры устройства не изменятся, если указанные размеры будут увеличены или изготовлены из профиля другого сечения. Расстояние от перемычки между линиями до самого длинного вибратора — 80 мм. Зазор между траверсами — 4 мм.
Антенна для дальнего приема
Антенна для дальнего приема должна обеспечить сигнал максимального уровня, при этом ее размеры могут быть достаточно большими. Рассматриваемая логопериодическая антенна для дальнего приема имеет следующие характеристики:
- количество вибраторов — 15;
- габаритные размеры на виде сверху 1208х319 мм;
- рабочий диапазон 470-860 МГц;
- коэффициент усиления — 11 дБ;
- коэффициент стоячей волны не более — 1,25;
- подавление заднего лепестка не менее — 14 дБ;
- входное сопротивление — 75 Ом.
При сборке следует использовать размеры размещения диполей, указанных от базовой точки с нарастающим итогом. Расстояния между диполями указаны для справки. При разметке их использовать нельзя, так как при этом возникает нарастающая погрешность.
Расчеты выполнены для траверсы сечением 15х15 мм из алюминиевого профиля. Вибраторы изготовлены из полосы алюминия сечением 15х2 мм. При этом параметры устройства не изменятся, если траверса изготовлена из трубы сечением 10-20 мм, а вибраторы — из проволоки или трубки сечением 3-8 мм.
Расстояние от перемычки между линиями до самого длинного вибратора — 144 мм. Зазор между собирающими линиями — 9 мм. Необходимое расстояние между траверсами обеспечивается с помощью пластиковых вкладышей.
Сборка антенны своими руками
Логопериодическую антенну в домашних условиях можно изготовить практически из любого металлического профиля. При этом технология сборки возможна самая разная, исходя из имеющегося инструмента, наличия опыта и материалов. При этом нужно обеспечить геометрические и электрические требования, которые мы рассмотрели выше.
Та, при наличии сварочного аппарата антенну можно сварить, как это обычно делают в промышленном производстве. Изделие из черного металла необходимо зачистить от ржавчины и окрасить.
Есть возможность варить нержавеющую сталь или алюминий? Прекрасно! Тогда представленный на фото пример послужит примером.
Для многих проще собрать антенну своими руками из алюминиевого профиля. В следующем видео пример конструкции с траверсами из трубы сечением 15х15 мм и вибраторами из прута диаметром 6 мм.
Еще проще сделать траверсы из алюминиевого уголка 15х15 мм, а вибраторы — из шпилек диаметром 4-6 мм. При этом расстояние между питающими линиями нужно обеспечить согласно вышеприведенных данных, а не из наличия подходящего лишь по внешнему виду материала.
Быстро и просто закрепить вибраторы из тонких трубок с помощью саморезов. При этом нужно обеспечить механическую и электрическую надежность сборки конструкции.
Мы уже рассматривали в чертежах применение полосы сечением 15х2 мм в качестве вибраторов. Очень просто, быстро и надежно прикрутить парой саморезов полосы из алюминия к траверсам из алюминия сечением 15х15 мм.
Для многих будет удобно собрать антенну методом пайки. При этом надо правильно подобрать материалы конструкции и флюс. В данном случае зазор между траверсами обеспечен пластиковыми вкладышами. Траверсы скреплены между собой пластиковыми хомутами.
Для любой конструкции при подключении фидера необходимо обеспечить минимальную длину центральной жилы от экрана, который подключается к другой траверсе. Еще раз: соблюдайте возможно точнее указанные выше размеры вибраторов и расстояние между ними, обеспечьте надежный электрический контакт элементов — и все будет работать!
Настройка антенны улучшит ее параметры
Мы говорили о том, что логарифмически-периодическая ТВ антенна вполне удовлетворительно работает без какой-либо настройки. При этом очевидно, что антенну с ярко выраженной направленностью следует ориентировать на телецентр или на крупное здание ровно в противоположном направлении, в случае приема отраженного сигнала. Некоторое улучшение характеристик также возможно подбором места установки перемычки и регулировкой зазора между траверсами.
Любая телевизионная приставка DVB-T2 и многие современные телевизоры имеют сервис демонстрации характеристик принимаемого сигнала. Вместо перемычки можно установить металлический хомут и проследить изменение качества сигнала при его перемещении. Чтобы оптимально согласовать антенну с волновым сопротивлением фидера, можно попытаться подрегулировать зазор между траверсами в передней части антенны. При этом расстояние между линиями в том месте, где установлена перемычка, может оставаться расчетным.
Самостоятельный расчет логопериодической антенны
Зачем проводить собственный расчет логопериодической ТВ антенны, если мы уже рассмотрели три варианта «на все случаи жизни»? Смысл может быть в том случае, если нужна антенна на более узкий диапазон. Например, в С-Петербурге вещание 2-х мультиплексов ведется на близких частотах 586 и 666 МГц. (Мультиплекс — пачка из 10-ти каналов). Если рассчитать антенну на этот диапазон, она получится на 20-30% меньше по размерам при том же усилении, или наоборот. В большинстве случаев это сравнительно небольшая разница, которая не проявляется на практике. Однако при желании можно изготовить максимально эффективную антенну.
Расчет можно выполнить вручную, не обращаясь к калькулятору. Для этого вернемся к иллюстрации, которую мы рассмотрели в начале статьи. Электрические параметры антенны определяются периодом структуры τ, которая является отношением длины следующего вибратора к длине предыдущего, и углом α треугольника, образованного элементами устройства. Чем меньше угол α и чем ближе τ к единице, тем больше усиление антенны. При этом растут размеры антенны, и в практическом применении α выбирают в пределах 30-45 градусов, а τ=0,8-0,9.
Для начала необходимо знать крайние значения частотного диапазона. Исходя из них, определяем максимальную и минимальную длину волны. Разделим скорость света на частоту и в нашем примере: ƛmax=300 Мм/с : 586 МГц = 0,512 м, ƛmin=300 Мм/с : 666 МГц = 0,450 м. Отсюда определяется длина наибольшего вибратора L1=0,55ƛmax=512 мм х 0,55 =282 мм. Оптимальная длина наименьшего вибратора Lmin=0,45ƛmin=450 мм х 0,45 =202 мм.
Далее воспользуемся геометрическим построением. Для этого изображаем в масштабе самый длинный вибратор, и на его основании строим равнобедренный треугольник с углом 30-45 градусов, ориентируясь на выбранные габариты антенны. Второй вибратор размещаем на расстоянии d1=(0,15-0,18)ƛmax. При этом его длина определяется границами треугольника.
В последующем d2= d1 х τ, d3= d2 х τ и т. д. При этом длина каждого вибратора определяется геометрически. При достижении размера, близкого Lmin=202 мм, построение антенны завершается.
Применение усилителя
Применение усилителя может значительно увеличить коэффициент усиления логопериодической антенны, что необходимо при размещении телевышки на большом расстоянии. При этом возможно переусиление, а, значит, искажение сигнала. Возможно также усиление ненужных помех.
То есть необходимо подбирать усилитель по коэффициенту усиления и его зависимости от частоты принимаемого сигнала. Зачастую характеристики устройства указываются на его корпусе. Можно изготовить и самодельный вариант по материалам статьи «Антенный усилитель для цифрового телевидения своими руками: 3 схемы».
В случае логопериодической антенны удобен в применении усилитель, который устанавливается в разрез фидера, возможно ближе к антенне. Для активного прибора необходимо питание, которое поступает по антенному кабелю. В телевизионных приставках DVB-T2 и новых телевизорах предусмотрена возможность питания активной антенны. Для этого надо установить режим «вкл.» в соответствующем сервисе, пользуясь пультом управления.
Возможно применение отдельного блока питания, который имеет штекер специальной конструкции. При этом фидер подключается именно к нему.
Центральную жилу следует зажать винтом в центре платы, а экран должен контактировать с металлическим хомутом, который крепит кабель. После подключения усилителя остается проверить качество работы активной антенны на всех каналах.
Loading...
