屋外テレビアンテナ. スキーム、説明

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屋外テレビアンテナ。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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テレビ放送チャンネルの数が急速に増加しているため、すべてのテレビ番組の高品質の受信を確保することは非常に困難です。まず第一に、それは使用されるアンテナによって異なります。したがって、著者がさまざまな条件下でテストした主な設計について以下に説明します。まずは、テレビの周波数、帯域、チャンネルに関する基本的な情報を思い出してみましょう。

テレビの周波数は 48,5 ～ 790 MHz の範囲をカバーします。それらは、メートル (チャンネル 1 ～ 12、周波数 48,5 ～ 230 MHz) とデシメートル (チャンネル 21 ～ 60、周波数 470 ～ 790 MHz) の範囲に分かれています。 8 つのテレビチャンネルは XNUMX MHz の周波数帯域を占有します。アンテナの動作波長を計算するには、イメージ搬送波周波数を選択することをお勧めします。これは、イメージ信号は振幅変調されており、干渉を受けやすく、周波数変調されたオーディオ信号よりも多くの増幅が必要になるためです。

第 1 および第 2 のテレビチャンネルの画像搬送周波数は、それぞれ 49,75 MHz と 59,25 MHz です。チャネル 3 ～ 5 の場合、それ (メガヘルツ単位) は次のように計算されます。 fn.iz=77,25+(N-3)x8、ここで N はチャネル番号です。 6～12番目の場合: fn.from=175,25+(N-6)x8、21～60番目の場合: fn.from=471,25+(N-21)x8

チャネルの中心帯域周波数は、イメージキャリアの値に 2,75 を加算することで取得できます。音声搬送波の周波数は、画像搬送波の周波数より 6,5 MHz 高くなります。空気中での動作波長 L (メートル) は、動作周波数 f (メガヘルツ) に応じて、式 l = 300/f によって決まります。他の誘電体では波長はさらに短くなります (たとえば、ポリエチレンでは 1,52 倍)。同軸ポリエチレンケーブルから整合器の共振素子を製造する場合には、この事実を考慮する必要があります。

ここでアンテナの設計について少し説明します。製造の材料としては、導電性の良い金属および合金（銅、アルミニウム、真鍮）で作られたチューブ、ロッド、ストリップ、アングル、ワイヤーを使用することをお勧めします。アンテナの広帯域はアクティブ要素の表面積に依存します。面積が大きいほど（チューブの直径またはストリップの幅が大きいほど）、アンテナの広帯域はより広帯域になります（ただし、重量も重くなります）。アンテナの要素 (チューブ、ロッド) の横サイズを、動作する波長の 1/200 未満に選択することはお勧めできません。電気的パラメータと機械的強度が大幅に低下するためです。ストリップの幅は、チューブまたはロッドの推奨直径の 1,5 ～ 2 倍になるように選択され、厚さは 2 ～ 3 mm になります。

要素の表面は平らで滑らかでなければなりません。 UHF 範囲の場合、HF 電流は表面層でのみ誘導されるため、表面が研磨された材料で作られた要素を使用すると最良の結果が得られます。アンテナ素子を曲げる必要がある場合は、表面を傷つけないように万力のジョーの下にテキソライトまたは木片を置き、慎重に行ってください。この前に、チューブを砂でしっかりと満たし、木製のプラグで栓をする必要があります。

避雷針の範囲外にアンテナを設置すると、信頼性の高い避雷が保証されます [1]。さらに、電気接続部およびケーブル編組が外部絶縁体から出る場所は、耐水性および耐熱性の誘電体ワニスまたは樹脂を充填して注意深く密閉する必要があります。

アンテナを希望の方向に正確に向けるには、TV 入力の信号を減衰器で数回減衰する必要があります。この場合、テレビの AGC システムは機能しなくなり、受信信号の最大値がより顕著になります。

そして最後に、アンテナ自体についてです。ナローバンドから始めましょう。これらは、周波数の差が 5 ～ 10% 以内であれば、XNUMX つ以上のテレビチャンネルを受信できるように設計されています。この場合、アンテナは、各チャネルの周波数の積の平方根として計算される幾何平均周波数、またはより弱いチャネルの信号の周波数に合わせて設計されます。

アンテナも単純なものと複雑なものに分けられます[2]。後者は、XNUMX つのアクティブ要素に加えて、反射体、ディレクター、さらには追加のアクティブ要素を含む場合があります。

最も単純なアンテナは、直接信号とテレビセンターの反対方向から来る信号の両方を同様に受信します。ゲイン (および効率) が最も低くなります。したがって、それらの使用は、原則として、反射信号がない場合に送信アンテナから短距離に限定されます（視覚的には、それらはマルチ輪郭またはぼやけた画像の形でテレビ画面に表示されます）。

最も単純なアンテナには、図に概略的に示す「線形半波分割振動子」[1、2] が含まれます。 1. 共振周波数での入力インピーダンスは約 75 オームです。通常、慣例的に 0 dB とみなされるのはそのゲインです。バイブレーターはチューブ、ロッド、またはストリップでできています。チューブの直径 d は、MV の場合は 20 ～ 30 mm、UHF の場合は 6 ～ 12 mm に等しく選択されます。チューブの端の間の距離 l は、アンテナの動作波長の半分に短縮係数を掛けたものに等しくなければなりません。短縮係数は、チューブの直径と動作波長の比によって決まります。比率が 0,001 と 0,003 の場合、係数値はそれぞれ 0,96 と 0,95 です。 0,005以上になると係数は0,94に下がります。距離 L は、MV の場合は 50 ～ 80 mm、UHF の場合は 20 ～ 30 mm の範囲内で選択されます。最大の信号レベルを得るために、振動子は受信方向に垂直な面内に水平に配置されます（送信波は水平偏波です）。

屋外TVアンテナ

アンテナをフィーダに接続するときは、図に示す回路に従って 2/50 波長ループ整合器を使用します。これは、アンテナが同調される波長の４分の１に等しい長さｌｓｈを有するケーブルの短絡部分からなる（短縮係数を考慮して）。 MV 範囲の距離 D は 80 ～ 20 mm、UHF 範囲の場合は 30 ～ XNUMX mm が選択されます。

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もう 1 つの単純なアンテナは、図に示す「Pistolkors 半波バイブレーター」[2、3] です。図３に示すように、共振周波数での入力インピーダンスは２９５オームである。分割バイブレーターと同様に、アンテナはチューブ、ロッド、またはストリップでできています。曲げ半径は問題ありません。直角に曲げることもできます。分割型バイブレータに対する Pistolkors バイブレータの主な利点は、対称点では電位がゼロであり、この時点では絶縁体なしでマストに取り付けることができることです。振動子も受信方向と直交する面内に水平に設置される。

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アンテナは分割バイブレータよりも広い帯域幅を持ち、ノイズ耐性が優れています。寸法 l、L、d は、分割バイブレータの場合と同じ方法で選択されます。ただし、ピストルコア振動子の短縮係数を計算する場合、チューブの直径ではなく、チューブの直径 d と振動子のサイズ S の積の 80 平方根に等しい値がとられます。後者は、MV の場合は 100 ～ 40 mm、UHF の場合は 50 ～ XNUMX mm に相当します。

アンテナとフィーダーの接続には、図に示すものを使用します。 4 「U エルボー」整合デバイス。特性インピーダンスが 75 オームの同軸ケーブルから作られています。長さ lø は、アンテナが動作する波長の半分をポリエチレンケーブルの短縮率 (1,52) で割ったものに等しくなります。デバイスはポイント A と B でバイブレーターに接続されます。

屋外TVアンテナ

最も単純なアンテナをより複雑にすることで、反射信号の影響を軽減し、最も単純なアンテナのゲインをわずかに高めることができます。たとえば、図に示すように、アクティブバイブレーターの後ろ (テレビの中心からの方向) に反射板を配置します。「ウェーブチャネル」アンテナについては図５に示されているが、これについては後述する。反射器要素の長さは振動子の長さより 5 ～ 5% 長くする必要があり、振動器から反射器までの距離は動作波長の 15 ～ 0,15 以内に選択されます。

屋外TVアンテナ

ループアンテナ [1]、図に示す。図 6 と 7 は、デバイスが比較的単純で、優れたパラメーターを備えています。共振周波数での入力インピーダンスは 73 オーム、ゲインは 3,5 dB です。これらは、最大の信号レベルを得るために、Pistolkors バイブレーターと同じ方法で配置されています。

屋外TVアンテナ

不完全なジグザグアンテナ (図 6) の場合、距離 a は動作波長の 7 分の 10 に等しく選択されます。リングアンテナ (図 15) では、円周 l はアンテナが動作する波長に等しくなります。両方のアンテナの距離 L は、HF では 7...XNUMX、UHF では XNUMX mm です。

ループアンテナは、「2/8 波長短絡ループ」を介してフィーダに接続されます (図 3 を参照)。強い反射信号がテレビセンターの方向と反対側の受信を妨害する場合、図に示すようにアンテナの後ろに反射板を配置することで、その影響を大幅に軽減できます。同時に、アンテナ利得も約 XNUMX dB 増加します。

屋外TVアンテナ

構造的には、スクリーンはアンテナファブリック自体と同じ要素でできていますが、より薄い導体を使用することもできます。スクリーンの幅 a と高さ b は、対応するアンテナ全体の寸法より 5 ～ 10% 大きくなります。スクリーン要素間の距離 D は 0,1 動作波長以下で、アンテナシートとスクリーン間の距離 C は 0,21 ～ 0,27 波長です。スクリーン要素はマストの中央にのみ取り付けられています。

完成したジグザグアンテナを図に示します。 9 の製造も難しくありません [1]。 6 つの不完全なもので構成されています (図 2 を参照)。これは、厚さ 3 ～ 5 mm のチューブ、ロッド、ストリップ、または 10 本または 20 本の銅線でできており、UHF の場合は 50 ～ 73 mm、MV の場合は 6 ～ XNUMX mm の距離で平行に配置されます。共振周波数におけるアンテナの入力インピーダンスは XNUMX オームです。ゲイン - XNUMXdB。

屋外TVアンテナ

アンテナは、A 点と B 点で直接整合器を使用せずに降下ケーブルに接続されます。フィーダーはアンテナの片側に沿って配置されます。

利得を上げて反射信号の影響を軽減する必要がある場合は、ループアンテナと同様に反射板を設置してください。ジグザグアンテナのゲインの増加は、多素子システム、オープンエッジ素子と 90° を超える角度を備えたアンテナを使用して達成されます [3]。

「トリプルスクエア」アンテナ [4] は洗練されたデザインで、ループアンテナと「ウェーブチャネル」を組み合わせたものです。それを図に示します。 10. 入力インピーダンスは 70 オーム、ゲインは 8 dB です。アンテナは、反射板 (P)、アクティブ振動子 (B)、およびダイレクター (D) の 3 つの正方形の要素で構成されます。要素はロッド、ワイヤー、チューブ、またはストリップで作られており、横方向のサイズは UHF の場合は少なくとも 10 mm、MV の場合は 0,32 mm です。正方形 P、B、D の各辺は、それぞれ 0,25、0,22、0,16 の動作波長に等しくなります。反射器と振動子の間の距離 a は 0,11、振動子と導波器の距離 b は XNUMX の動作波長です。

屋外TVアンテナ

アンテナを作成するときは、正方形の平面が平行であり、その中心が同じ軸上にある必要があります。上部の金属クロスバーに加えて、正方形の間に誘電体スペーサーを取り付けることで、アンテナの剛性を高めることができます。 MVの距離Lは40mm、UHFの場合は15mmです。アンテナは、整合器「2/XNUMX 波長短絡ループ」を介してフィーダに接続されています (図 XNUMX を参照)。

アンテナを簡略化する場合、ダイレクタ (二重正方形アンテナ) を廃止すると同時に、反射板 P の側面と距離 a をそれぞれ 0,31 波長と 0,18 波長に変更すると、さらに悪い結果が得られます。このようなアンテナの入力インピーダンスは約 100 オームで、利得は「トリプルスクエア」の利得より 3 ～ 4 dB 悪くなります。

さらに複雑な狭帯域設計には、図に示す「スピンドラー波チャネル」アンテナ [5] が含まれます。 5. 共振周波数での入力インピーダンスは 280 オームです。ゲインは要素の数によって異なります (表を参照)。

屋外TVアンテナ

このような多素子アンテナは、通常ピストルコアバイブレータの形で作られるアクティブバイブレータに加えて、アクティブバイブレータの前（方向に）に配置された、長さが減少するいくつかのパッシブバイブレータディレクタで構成されます。テレビセンター）と、テレビセンターとは反対側の後方に設置された反射スクリーン進行波原理に基づいて動作し、最も効率的な狭帯域アンテナと考えられています。ただし、計算が難しく、製造には精度が必要です。ダイレクタの目的は、主方向から来る有用な信号を強化することであり、リフレクタは反射信号や他の干渉信号を弱めることです。

構造的には、アンテナ要素は、必要な機械的強度を備えた金属または誘電体のトラバースに取り付けられます。金属トラバースを使用する場合、要素の長さはトラバースの横サイズの半分だけ増加します。アンテナの寸法を計算するには、複雑な式または既製のコンピュータープログラムが使用されます。これらのプログラムの XNUMX つは著者によって開発され、Radio マガジンの Web サイトにあります。

アンテナを製造するときは、素子の正確な寸法、素子間の距離、アンテナの対称性を維持することに特別な注意を払う必要があります。減速ケーブルは、「U エルボ」マッチングデバイス (図 4 を参照) を介して Pistolkors バイブレーターのポイント A および B に接続されます。

ブロードバンドアンテナは、周波数が大きく異なるテレビ信号を受信するように設計されています。それらは再調整することなくうまく機能し、MV または UHF 範囲、さらにはすべての MV および UHF テレビチャンネルを完全にカバーする場合もあります。これらのブロードバンドアンテナの最も単純なものには、スパイダーアンテナとジグザグアンテナが含まれます。

ゴサマーアンテナの設計を図に示します。 11. 同様のアンテナが [2] に記載されています。ゲインは 1,5 dB、入力インピーダンスは 73 オームです。このアンテナは広い動作周波数範囲を持っています。ただし、ゲインが低いため、使用は MV 範囲に限定されます。アンテナは、単純なアンテナと同じ方向に設置されます。

屋外TVアンテナ

アンテナ素子は、厚さ 3 mm 以上の銅線または真鍮棒でできています。ワイヤの接合部では、信頼性の高い電気的接触が確保されます。アンテナの寸法は、半波分割バイブレータの場合と同様に、最も低い周波数範囲に合わせて選択されます。開口角度αは、90°から 120°の範囲で選択されます。

アンテナは整合器を使用する必要がなく、フィーダーはポイント A と B に直接接続されます。

ジグザグアンテナはUHFで使用すると小型になります。ただし、[6] で説明されている研究が示しているように、図 9 に示されている追加要素を設計に使用すると、動作周波数帯域をより低い周波数領域に拡張することが可能です。９を破線で示す。この場合、広帯域ジグザグアンテナは、受信信号の最高周波数に合わせて設計されています。

非常に多くの場合 (特に送信局から離れた地域では)、4 つのアンテナのゲインでは信頼性の高い受信を行うには不十分です。この場合、アンテナ増幅器またはアンテナアレイが使用されます [XNUMX]。さらに、増幅器は有用な信号に追加のノイズと歪みを導入し、かなり複雑な測定機器を使用して慎重に調整する必要があるため、後者の使用がより望ましいです。

最も単純な 3 階建てアレイは、同じタイプの XNUMX つのアンテナで構成され、そのアクティブ素子は同じ垂直面に配置されます。アンテナは、動作波長に等しい距離 H だけ互いに (通常は垂直に) 離す必要があります。このようなアレイのゲインは、単一アンテナのゲインよりも約 XNUMX dB 高くなります。

図に示すように、ダブルデッキ 12 列と呼ばれる 6 つのアンテナからなるアンテナアレイを使用すると、より良い結果が得られます。この場合、単一アンテナと比較して利得は XNUMX dB 増加します。距離 H も動作波長と等しく選択されます。多くの場合、アレイは「ウェーブチャネル」アンテナで構成されますが、ループアンテナが使用されることはあまりありません。

屋外TVアンテナ

個々のアレイアンテナの信号を合計するために、それらのケーブルは、動作波長の半分に等しい長さ T (短縮率を考慮) を持つ、異なる特性インピーダンスを持つ同軸ケーブルのセクションで構成される整合システムを介して接続されます。図に示すように、50 つのアンテナのアレイが、特性インピーダンス 13 オームのケーブルを介して降下ケーブルに接続されています。 XNUMX.

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特性インピーダンスが 75 オームのケーブルを使用する場合は、図に従って 14 つのアンテナを接続します。 XNUMX.

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75 つのアンテナのアレイの場合、図に従ってケーブル RK-15 を使用して接続が行われます。 XNUMX.

屋外TVアンテナ

文学

シドロフ I.N. 庭の敷地にあるテレビアンテナ。 - サンクトペテルブルク: レニズダット、1996 年。
セドフ S.A. 個人のビデオメディア。参考マニュアル。 - キエフ：ナウコヴァ・ドゥムカ、1990年。
クドリャフチェンコ N. 効果的なジグザグアンテナ: コレクション: 「アマチュア無線を助けるために」、第 114 巻。 1992. - M.: パトリオット、XNUMX 年。
Nikitin V. A. 優れたテレビパフォーマンスを実現する方法。 - M.: DOSAAF、1988年。
Kudryavchenko N. UHF用スピンドラーアンテナ。 - ラジオ、1991 年、第 5 号。
ハルチェンコ K. UHF アンテナ: コレクション: 「アマチュア無線を助けるために」、vol. 94. - M.: DOSAAF、1989 年。

著者：V.Portunov、ブリャンスク

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