Задание на каникулы. 12+. Без пивных банок.
О простой самодельной антенне для эфирного цифрового телевидения я написал в 2015 году. В то время цифровое телевидение только входило в моду. Пост https://dedclub.blogspot.com/2015/07/blog-post.html собрал на сегодня 145 комментариев. Его я в сокращении перенес на домен RU, так как в последние годы фото и рисунки в домене COM стали превращаться в «Чёрный квадрат», а в живописи я плохо разбираюсь.
Это продолжение статьи, где простая антенна была сделана в виде кольца, из всего, что было под рукой. Будущее за малогабаритными антеннами, комнатными и выносными в зависимости от расстояния. Как сделать кольцо более волшебным, обеспечив его работу с длинным кабелем, увеличить уровень сигнала на входе приёмника, расширить диапазон частот, чтобы вместить все мультиплексные пакеты – об этом и пойдёт речь.
Я, учитывая все пожелания, модернизировал антенну и решил проверить, на каком же предельном расстоянии от города она будет принимать телевизионный сигнал без усилителя. Результат превзошёл все ожидания - побит рекорд антенны из пивных баночек. В 90 километрах от Останкино, в низине, со второго этажа деревянного дома, внутри самого помещения, с кабелем 5,5 метров антенна без усилителя принимала все мультиплексные пакеты. Поэтому, пожалуй, на сегодня это самая простая двухэлементная антенна, доступная для самостоятельного изготовления.
Конструкция антенны.
Самодельная антенна имеет своё название в классификации антенн.
Это петлевая рамочная фазированная антенна. В литературе можно встретить другие названия. Волновые рамочные антенны с активным рефлектором. Волновые направленные антенны «сплошного» питания. Справочное пособие «Антенны. Том 1». Издание 11, переработанное. Антенны КВ диапазона. Глава 15.4. Волновые рамки с рефлектором. Автор Карл Ротхаммель.
Рамочные антенны называются петлевыми, если длина рамки превышает четвёртую часть длины волны. На практике в петлевых вибраторах используют рамки с периметром или длиной окружности равным длине волны. Я сделал аналогичным образом, приняв длину кольца равной длине волны, так как всегда считал, что чем больше размеры антенны, тем более она эффективна. Волшебство кольца заключалось в его длине, которая была в 4 раза больше четвертьволновой штыревой антенны и в 2 раза больше симметричного разрезного вибратора. Опыты с пивными банками подсказали, что чем шире излучатель, тем более широким диапазоном согласования он обладает. Вместо проволоки и оплётки коаксиального кабеля я использовал металлопластиковую трубку с диаметром 16 мм. Уже 10 лет эта трубка заменяет всю водяную проводку в моей квартире, и я уже стал забывать, какие бывают ржавые трубы с каплями конденсата на их поверхности.
Металлопласт - оптимальный материал для изготовления самодельных антенн. Высокого качества алюминий, обтянутый со всех сторон пластиком не поддаётся коррозии и легко гнётся. Антенна, выполненная из этого материала, становится вечной (50 лет гарантии), и может работать как внешняя, не разлагаясь под воздействием внешней среды. Единственно о чём надо позаботиться, так это о надёжном контакте алюминия с коаксиальным кабелем. «Медь не дружит с алюминием», при таком соединении образуется термопара с отложением солей, нарушающих контакт. Поэтому, присоединяя коаксиальный кабель к трубке, я использовал шайбы, винты, гайки, хомуты. При эксплуатации на улице, все соединения, включая хомуты желательно защитить автомобильным герметиком.
При изготовлении антенны необходимо знать две величины – это длина кольца, равная длине волны и расстояние между кольцами, равное 4-й части длины волны, этот же размер имеет короткая трубка, препятствующая прохождению высокочастотных токов по оплётке кабеля, улучшающая согласование с кабелем длиною 5,5 метров. Такое же расстояние между центрами отверстий в фиксирующих планках.
Фото 7. В качестве оправки я использовал 3-х литровую банку. Оптимально подошла для частоты 546 МГц.
Длина кольца равна;
L (метрах) = 300 / F (мегагерцах), где F – средняя частота вешания нескольких телевизионных мультиплексных пакетов или частота центрального мультиплексного пакета.
Например, F = 546 МГц, тогда L = 300 / 546 = 0,55 (м) = 55 (см). Величину этой длины надо уменьшить на 1,5 см, тогда результирующая длина L* составит 53,5 см.
Величина в 1,5 см найдена экспериментально в процессе регулировки антенны из металлопласта. Она учитывает не только толщину трубки, но и влияние материала, который её обтягивает, а также влияние второго кольца. Сам материал и второе кольцо смещают резонанс антенны вниз, поэтому кольца делаю на 1,5 см короче, чтобы точнее настроиться на центральную частоту.
Диаметр окружности D = L*/ 3,14 = 53,5 / 3,14 = 17 (см).
Диаметр оправки для изготовления кольца D* = D – 0,8 = 17 - 0,8 = 16,2 (см), где 0,8 – радиус металлопластиковой трубки.
Зазор в кольцах 1 см.
Расстояние между кольцами Lк = L / 4 = 55 / 4 = 13,7 (см).
На рисунке 2 - зелёный сектор - оптимальное согласование. Чем ближе КСВ стремиться к единице, тем лучше антенна. Я рассчитывал её для частоты 546 МГц, это средняя частота 3-х московских мультиплексных пакетов. Благодаря большому диаметру трубки диапазон антенны получился шире.
Два кольца или одно?
Как показала практика, работа антенны зависит от условий эксплуатации. Кольцо обладает двухсторонней направленностью (восьмёрка в горизонтальной плоскости), поэтому способно принимать как прямой сигнал из окна, правда огибающий соседний дом, так и отражённый от противоположной стены комнаты. Два сигнала, всё лучше, чем один, и складываясь вместе, они повысят уровень на входе приёмника. Это плохо для аналогового приёма, так как приведёт к много контурному изображению, но при цифровой обработке сигнала вполне допустимо и даже учтено и ноль в единицу или единица в ноль уже никак не превратится. Поэтому в городе, в квартирах из железобетонных блоков, плохо пропускающих радиоволны, но способные их отражать, хватало и одного кольца. Пристройка второго кольца в городской застройке могла привести к замешательству, поскольку диаграмма направленности становилась узкой и антенна вместо того, чтобы брать сигнал от окна поворачивалась к стене, потому, что отражённый сигнал был сильнее, так как отражался от большей площади, которая работала как рефлектор.
Большинство посетителей блога, как я понял из комментариев, воспользовались одним кольцом.
Но как быть, если уровень сигнала передатчика стал слабее или качество приёма ухудшилось в результате изменения погодных условий? Самое простое решение временно воспользоваться тазиком для варенья, металлической крышкой от кастрюли, решёткой от барбекю.
Эти элементы, электрическим соединением, несвязанные с петлёй, будут служить отражателем, который из восьмёрки, диаграммы направленности антенны, отражая второй лепесток, превратит её в вытянутый эллипс, тем самым поднимет в ней усиление, а сама антенна теперь будет обладать односторонней направленностью, и её надо точнее ориентировать на телевизионный передатчик. Сами же элементы, пристроенные к кругу, дают ей новое название, теперь это антенна для ленивых или двухэлементная антенна «волновой канал» с рефлектором без директоров. Для убедительности достаточно сплющить петлю по горизонтали, и заменить тазик трубкой равной 0,6 длины волны, а можно оставить петлю в виде окружности, а рефлектор сделать в виде замкнутого круга, и тогда сама антенна будет иметь уже другое название.
Такие опыты, проводимые в загородном доме, заметно на глаз улучшали телевизионную картинку на экране телевизора, уменьшая «снег» на изображении при просмотре аналогового сигнала, однако, в городской застройке при наличии отражённых сигналов, улучшить, таким образом, радиоприём не удастся.
Вдали от городской суеты второе кольцо просто необходимо, так как за счёт суженной диаграммы направленности обеспечивается прирост усиления, и надобность в усилителе отпадает.
В этом году (2015) для меня это стало особенно актуально, поскольку усилителю в антенне «Локус» стало нездоровиться, ибо временами стало прыгать качество сигнала, заявляющее о себе икающим звуком и превращая изображение в застывшую мозаику. Я пока не стал разбираться с этим явлением.
Воспользовавшись советом посетителей блога, оставивших комментарии, я водрузил самодельную антенну над крышей летней кухни, в месте, где телевизор работает круглосуточно. Держатели кольца пришлось сделать из пластика. Их желательно доработать, просверлив дополнительные отверстия, для уменьшения веса и парусности.
Тем не менее, данный образец уже прошёл испытания, выдержав сильный дождь и ветер, достаточно лёгкая получилась конструкция.
До этого данная антенна без усилителя работала как комнатная, расположенная на уровне окна мансарды деревянного дома в 90 км от Останкино.