Цель работы.
До относительно недавнего времени диапазон эфирного ТВ вещания составлял 48 - 862 МГц. В таком диапазоне затруднительно (невозможно) реализовать волноводную ТВ антенну по целому комплексу причин. Однако в настоящее время с переходом на цифровое вещание диапазон частот заужен до 470 - 790 МГц с перспективой дальнейшего сужения до 470 - 694 МГц. В таком диапазоне уже вполне возможно реализовать волноводную антенну с приемлемыми характеристиками.
Общее описание.
Наиболее простой вариант антенны представляется возможным реализовать из двух излучателей, объединенных тройником в H-плоскости, запитанным коаксиальным зондом. Основу конструкции волновода составляет вспененный диэлектрик на основе полистирола. Ориентировочно от ППС-16 до ППС-25 (или близкие по параметрам). Снаружи диэлектрик обмотан алюминиевой фольгой. Сечение волновода выбрано 360x200 мм. Рассчитаны 2 варианта: базовый и с дополнительной рамкой из алюминиевого уголка 50мм. На рамке можно размещать элементы крепления или повесить дополнительный экран (стенки рупора) для увеличения усиления антенны.
Вырезы в фольге по бокам излучателей чуть увеличивают усиление антенны. Разъем "F" фланцевый. В расчете еще учтены винты 3x30 мм (4 шт.) Ширина антенны 200мм.
Далее представлены основные результаты расчетов. Параметры диэлектрика взяты ориентировочно, "на глаз". Диэлектрическая проницаемость: 1.03. Тангенс угла диэлектрических потерь: 0.001. Материал фольги - алюминий.
На удивление, согласование получилось достаточно широкополосным. КСВ около 1.5 во всей полосе, даже с небольшим запасом (если брать 470 - 694 МГц). При этом элементы по отдельности достаточно узкополосные: коаксиально-волноводный переход, уголок и.т.д. Когда специально старался расширить рабочую полосу отдельных элементов, то получалось хуже. Самый простой/тупой вариант оказался оптимальным.
Диаграмма направленности в азимутальной (горизонтальной) плоскости достаточно широкая. Если добавить по бокам дополнительный рупор/рефлектор, то можно сделать уже и соответственно увеличить усиление антенны.
ДН в вертикальной плоскости (по углу места) соответственно заметно уже.
По коэффициенту усиления антенна ближе всего к 7-элементной Уда-Яги (Излучатель, рефлектор + 5 директоров). Для 7-элементной Яги обычно приводят усиление 12 dBi, но это в идеале, на одной частоте. В диапазоне частот же усиление меняется обычно от 8 до 12 dBi. Базовый вариант волноводной антенны в нижней части диапазона соответствует 7-элементной Яги, в верхней части уступает. Вариант с уголком в половине рабочего диапазона скорее всего превосходит Яги, уступая опять-таки на верхней частоте. Размер по глубине при этом у волноводной антенны не превышает 400мм, 7-элементная Яги как правило не менее 600мм.
Если делать вариант с дополнительным рупором/рефлектором, то можно ощутимо повысить усиление. Дополнительные стенки раскрыва по бокам, глубиной 100-150 мм добавят до 2дБ усиления, при этом в общем масштабе габариты не так сильно вырастут. Тогда антенна уже будет сравнима по усилению с достаточно длинными 12 - 14 элементными Яги. Но это отдельная тема, сейчас речь о базовом варианте.
Front To Back ratio в нижней части диапазона не слишком хороший. Впрочем дополнительный экран/рупор может несколько улучшить и этот параметр.
На всякий случай покажу как может выглядеть вариант с рупором. Но повторюсь это отдельная тема. В данном случае цель отработать базовый вариант, технологию, подтвердить характеристики и.т.д.
Часть 3. Измерения и испытания.