Антенна для приема цифрового телевидения

 

Антенна для приема цифрового телевидения


Вступление

Цифровое телевизионное вещание осуществляется в цифровых стандартах DVB-T, DVB-T2 обычно в дециметровом диапазоне волн (ДМВ) 470 – 862 МГц. Прием цифрового телевидения непосредственно обычным бытовым телевизором невозможен. Для устранения этой проблемы используются цифровые телевизионные ресиверы, например, типа SMP246HDT2, которые преобразуют цифровой эфирный сигнал в аналоговый сигнал. С выхода видеодекодера снимается сигнал в формате MPEG-1/MPEG-4HD, H.264, а с выхода аудиодекодера – сигналы: MPEG-1/MPEG-2, MP3, AC-3, AAC-LC, HE-AAC.

Прием цифрового эфирного сигнала осуществляется на обычную антенну ДМВ. При расстоянии до передающей станции более 10-15 км или при отсутствии прямой видимости из-за расположенных вокруг зданий или сложного рельефа местности обычно используются эффективные комнатные антенны с усилителем либо наружные антенны.

Наиболее эффективный и простой в изготовлении является  наружная широкополосная направленная логопериодическая антенна. Антенна работает без перестройки в десятикратном и более широком диапазоне частот с коэффициентом усиления 5-6 дБ.

Один из вариантов такой антенны представлен на рис. 1а.

 

Антенна состоит из ряда линейных вибраторов различно длины, подключенных с последовательной переменой фазы к двухпроводной линии. Диаграмма направленности этой антенны  показана на рис. 1б.

Электрические параметры и размеры антенны определяются периодом структуры  τ (тау), равным отношению длины последующего вибратора к длине предыдущего (знаменатель геометрической прогрессии), и углом  Ψ при вершине треугольника, в который вписаны вибраторы. Чем больше период структуры τ к единице и чем меньше угол  Ψ , тем выше коэффициент усиления антенны. Однако при этом возрастают габариты антенны. На практика, как правило, принимают  τ = 0,8…0,9 и  Ψ = 30…45 градусов. 

На каждой частоте рабочего диапазона в приеме участвуют несколько вибраторов, резонансная частота которых наиболее близка к этой частоте. Волновое сопротивление такой антенны где-то 73 Ом, в то время как волновое сопротивление коаксиальных кабелей, используемых в бытовом секторе телевидения для снижения,  составляет 75 Ом.

Расчет антенны

Для расчета элементов антенны берутся крайние волны рабочего диапазона λ max и λ min.  В рассматриваемом случае эти величины имеют значения 0,64 м и 0,35 м соответственно. Сначала определяется длина наибольшего вибратора l1, которая должна быть равна  0,55 λ max, т.е. 0,35 м. Затем строится равнобедренный треугольник с выбранным углом Ψ = 30…45 градусов при вершине и основанием, равным в масштабе построения длине наибольшего вибратора l1 (рис. 1а).

Второй вибратор  располагается на расстоянии d1 = (0,5…0,18) λ max от первого ( в масштабе построения), т.е. 88…115 мм. Длина второго вибратора определится при этом однозначно, так как он должен полностью вписываться в треугольник. Далее осуществляется построение третьего вибратора на расстоянии d2 = d1τ от второго и т.д. Если принять τ = 0,9, то угол Ψ будет более 45 градусов, что нежелательно. По этой причине принимается  τ = 0,95. 

Построение продолжается до тех пор, пока длина очередного вибратора, вписанного в треугольник, будет равна примерно 0,45λ min, т.е. в рассматриваемом случае 0, 16 м. Этот вибратор и будет последним.

В таблице приведены данные расчета 10—элементной логопериодической антенны дециметрового диапазона 470…862 МГц при Ψ = 30…45 градусов и  τ = 0,95. 

Характеристика

Числовые значения

 Вибраторы

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Длина вибраторов l1…l10 (мм)

350

310

290

265

240

220

200

185

170

160

Расстояние между вибраторами d1…d9 (мм)

115

109

104

99

83

79

75

71

67

 

  Изготовление антенны 

1.       Отрезать от листа фольгированного текстолита две полосы длиной 0,9…1 м и шириной 15 мм.

2.       Изготовить из кусков проволоки вибраторы по размерам чуть больше (на 15 мм), указанных таблице. Для этой цели можно использовать одножильный медный силовой кабель с площадью поперечного сечения 4…6 кв.мм.

3.       Будущие вибраторы освободить от полихлорвиниловой изоляции. 

4.       Припаять вибраторы сначала к одной, а затем к другой полосе фольгированного текстолита, ориентируя их через один в разные стороны (рис. 2).

5.       Изготовить изолирующую прокладку в виде полосы шириной 15 мм и толщиной 15…20 мм из прочного изолирующего материала по длине полос фольгированного текстолита.

6.      Приклеить к изолирующей прокладке с обеих сторон полосы фольгированного текстолита с припаянными вибраторами (рис. 3).


7.       Скорректировать в соответствии с данными таблицы размеры крайних вибраторов (от средины полос фольгированного текстолита).

8.       Совместив рейку с концами первого и последнего вибраторов, обрезать остальные вибраторы по линии с обеих сторон антенны.

9.       Отступив от бОльших вибраторов 100…150 мм, скрепить полосы фольгированного текстолита луженым проводом.

10.       К контактным площадкам на фольгированном текстолите с другой стороны антенны в точках а и б (рис. 1а) прикрепить коаксиальный кабель снижения  телевизора или  ресивера.

11.       Обрезать лишние части полос фольгированного текстолита и закрепить антенну на мачте или подставке. 

Примечание. В случае слабого телевизионного сигнала следует повысить коэффициент усиления антенны. С этой целью можно использовать систему из четырех логопериодических антенн, представляющей собой нечто фазированной антенной решетки (ФАР).  Для лучшего согласования антенны с фидерной линией из коаксиального кабеля обычно используется четвертьволновый мостик.