Антенна своими руками

Как выбрать хорошую антенну с усилителем?

Чтобы от приобретенного оборудования получить максимальную отдачу необходимо учитывать следующие факторы:

• Удаленность ближайшего ретранслятора телевизионного сигнала. Принято считать максимальным расстоянием 150 километров, но сильно усредненное значение, поскольку многое зависит как от типа местности, так и мощности телевизионной вышки. Например, находясь в низине можно не получать уверенный сигнал даже от близко расположенного ретранслятора. В этом случае исправить ситуацию поможет установка мачты под антенну.
• В каком частотном диапазоне будет работать оборудование. Необходимо учитывать, что характеристики широкодиапазонных антенн уступают узконаправленным. Это говорит о том, что для зоны уверенного приема вполне подойдет «всеволновка», соответственно, для получения сигнала с удаленного ретранслятора лучше предпочесть конструкцию под определенный диапазон частот (МВ, ДМВ, УКВ). Но здесь тоже необходимо учитывать особенности и характер местности, например, избавиться от отраженного сигнала можно только с помощью узконаправленной антенны.

Определившись с антенной, переходим к выбору усиливающего устройства для нее

Первое на что необходимо обратить внимание – коэффициент усиления (указывается в децибелах). Как правило, при расстоянии до 10 километров до ретранслятора, в усилителе нет необходимости. Необходимо обратить внимание, что не стоит сильно увлекаться высоким показателем этого параметра, поскольку при высокой мощности может произойти «возбуждение» устройства, и как следствие этого, появятся помехи, проявляющиеся в виде «белого снега» на картинке

Ниже приведена таблица для оборудования SWA, в которой указаны основные характеристики для каждой модели, а также соотношение коэффициента усиления и дальности до источника сигнала

Необходимо обратить внимание, что не стоит сильно увлекаться высоким показателем этого параметра, поскольку при высокой мощности может произойти «возбуждение» устройства, и как следствие этого, появятся помехи, проявляющиеся в виде «белого снега» на картинке. Ниже приведена таблица для оборудования SWA, в которой указаны основные характеристики для каждой модели, а также соотношение коэффициента усиления и дальности до источника сигнала. Таблица соответствия мощности антенного усилителя к удаленности от телевышки

Таблица соответствия мощности антенного усилителя к удаленности от телевышки

Вторая важная характеристика – уровень шумов (указывается в децибелах) производимых устройством в процессе работы. Чем меньше этот показатель, тем лучше.

Естественно, что при выборе необходимо учитывать тип антенны, допускается устанавливать широкополосное устройство на узкодиапазонный приемник сигнала, но не наоборот.

Антенный усилитель – это выход

Усилитель сигнала – это антенный усилитель, который может идти, как в комплекте с самой антенной, так и имеются в продаже в отдельности. В первом случае такая антенна называется активной, так как она не только принимает сигнал, но и усиливает. Во втором же случае антенна не может усиливать сигнал и приходится отдельно приобретать усилитель ТВ сигнала.

Усилитель сигнала применяется в случае, когда транслятор ТВ передач расположен слишком далеко.

Параметры, на которые следует обращать внимание при выборе усилителя, следующие:

1. Коэффициент, показывающий возможное усиление сигнала, измеряющийся в децибелах (дБ).
2. Коэффициент, показывающий уровень возможных шумов при работе. Измеряется также в дБ.
3. Величина напряжения, от которого питается прибор.
4. Ток, потребляемый усилительным оборудованием.

С целью минимизации шумов и потерь в кабеле, подводящем к усилителю, последний крепят непосредственно на самой антенне. С целью получения максимально четкого сигнала следует выбирать наиболее подходящий тип усилителя в процессе его приобретения. Естественно, что имеется стандартная потребительская гарантия, предполагающая возврат оборудование обратно в магазин и получения за него своих ранее заплаченных средств. Поэтому, вы можете купить усилитель, не переживая за то, что он вам не подойдет.

Регулировка уровня усиления производится встроенным в прибор регулятором. Изменение уровня сигнала можно осуществить изменением уровня входного напряжения, но делать это необходимо аккуратно, так как существует риск повредить усилитель.

А нужен ли усилитель для антенны?

В некоторых случаях нужда в использовании дополнительного устройства по усилению сигнала для антенны телевизора на даче отпадает. Связано это с наличием очень хорошего сигнала. Проверить надобность использования ТВ усилителя можно очень просто. Для этого берем кусок свободной проволоки и втыкаем его в разъем для подключения кабеля антенны. Затем стараемся настроить телевизор, чтобы уловить хотя бы несколько каналов с приемлемым качеством звукового и видео сигнала. Если это получилось сделать, то приобретать антенну с усилителем нет нужды – это пустая трата средств. Делаем выбор в сторону самой простейшей антенны, в составе которой нет усилителя или же есть, но он слишком мощный.

Terra MA 024 — усилитель для антенн

7.1. Параметры антенн

На радиорелейных линиях, ТРЛ и спутниковых линиях связи применяют приемопередающие направленные антенны. Поле излучения антенны формируется в пространстве на некотором расстоянии от антенны, в так называемой дальней зоне. В этой зоне амплитуды векторов электрического Е и магнитного полей Н убывают пропорционально расстоянию от антенны.

Коэффициент направленного действия (КНД) антенны равен отношению квадрата напряженности поля, создаваемого антенной в данном направлении, к среднему квадрату напряженности поля по всем направлениям. Обычно антенну характеризуют значением КНД в главном направлении D. Если приводят значения КНД в других направлениях, то их записывают вместе с указанием угла q , т.е. в виде D(q). Угол q отсчитывают относительно главного направления. Нормированный КНД

Квадрат напряженности поля антенны пропорционален мощности излучения, следовательно, (q) характеризует угловое распределение этой мощности.

Диаграмма направленности (ДН) антенны – это графическое представление F(q) в заданной плоскости . Для антенн измеряют ДН в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, одна из которых совпадает с плоскостью вектора Е поля излучения, а другая – с плоскостью вектора Н. Такая пара ДН дает полное пространственное представление о направленных свойствах антенны. Лепесток ДН, соответствующий q =0, называют главным, лепесток в направлении q =180° – задним, остальные – боковыми. Приближенно ДН оценивают шириной главного лепестка по половинной мощности 2q _0,5 (уровень минус 3дБ) и шириной по минимуму поля 2q .

Коэффициент полезного действия антенны h _А равен отношению мощности излучения к мощности радиочастотного сигнала, подводимого к антенне. Для антенн СВЧ диапазона h _А»1

Коэффициент усиления антенны G показывает, во сколько раз придется увеличить подводимую мощность, если данную направленную передающую антенну заменить ненаправленной, при условии, что напряженность поля в точке приема не изменится. Коэффициент усиления характеризует способность передающей антенны сконцентрировать основную часть излучаемой мощности в главном направлении, которая получила название эквивалентной изотропно-излучаемой мощности (ЭИИМ)

, (7.1)

где Р_п – мощность передатчика; h _п – КПД передающего фидера.

Принято указывать коэффициент усиления в децибелах, т.е. g=10lgG. Коэффициент усиления антенны в любом направлении, отличном от главного, приводят вместе с указанием угла ДН, т.е. в виде g(q ).

Эффективная площадь приемной антенны S_э равна отношению максимальной мощности, котораяможет быть отдана приемной антенной в согласованную нагрузку, Р_А к плотности потока мощности сигнала у антенны w , т.е. S_э=Р_А w. Эффективная площадь характеризует способность антенны принять основную часть приходящей мощности, в то время как коэффициент усиления характеризует аналогичное качество передающей антенны. Эти передающей антенны. Эти величины связаны между собой соотношением

G=4p S_э/l 2 , (7.2)

где l — длина волны.

В диапазоне СВЧ применяют антенны, в которых поле излучения формирует отражающая поверхность (например, параболическое зеркало). Для таких антенн

S_э=Sk_н(7.3)

где S – площадь раскрыва (апертуры); k_н – коэффициент использования поверхности (КИП); у лучших антенн КИП около 0,7.

Защитное действие антенны k_з характеризует ее способность ослаблять помеху с частотой сигнала, приходящую с направлений под углами q =90…270° , т.е. с заднего полупространства. Защитное действие антенны при q =180° оценивают по уровню заднего лепестка k_з=g-g(180° ). При других значениях q — по уровням боковых лепестков k_з(q )=g-g(q _б), где q _б – угол, соответствующий максимуму бокового лепестка ДН. По значениям k_з(q ) строят гарантированную огибающую боковых лепестков ДН . Антенны РРЛ, работающие по двухчастотному плану, принимают с заднего полупространства сигнал соседней станции, который может вызвать переходные шумы в каналах. Чтобы обеспечить незначительную мощность этих шумов необходимы антенны у которых k_з(q )³ 65дБ.

Диапазон антенны – это диапазон частот, в котором параметры антенны остаются в заданных пределах. Для антенн магистральных РРЛ он должен составлять 400…500 МГц, поскольку на одну антенну часто работают все четные (нечетные) стволы системы. В некоторых случаях антенны могут работать в смежных диапазонах частот, например 4 и 6 ГГц.

Основные типы антенн

Мощная антенна телебашни (высота над землёй 326 метров, снято суперзумом)

Антенно-мачтовое сооружение с установленными на нём антеннами

Телевизионные антенны типа «волновой канал» метрового и дециметрового диапазонов

Телевизионная антенна на мачте. Такая установка весьма характерна в сельской местности

Вибраторные уголковые антенны на первом искусственном спутнике Земли разработаны профессором РТФ МЭИ Г. Т. Марковым. Две антенны располагаются крест-накрест, каждая состоит из двух плеч-штырей длиной по 2,4 м и по 2,9 м, угол между плечами в паре — 70°. Такая антенна на рабочих длинах волн 15 и 7,5 м обеспечивала близкую к равномерной характеристику направленности (требовалось в связи с тем, что спутник был неориентирован) и хорошие входные импедансы с учетом влияния металлического корпуса спутника.

Волноводно-щелевая ФАР в составе головки самонаведения противокорабельной ракеты Х-35Э. МАКС-2005.

Содержание этого раздела является скорее не классификацией, а простым перечислением типов антенн со ссылками на их более подробное описание.

Телевизионная комнатная антенна дециметрового диапазона в виде рамки.

Телескопическая антенна

• Вибраторная антенна
  • Симметричный вибратор (диполь)
    • Разрезной вибратор
    • Шунтовой вибратор
    • («петлевой вибратор Пистолькорса», шлейф-вибратор)
    • Диполь Надененко
    • Уголковая вибраторная антенна
    • Антенна «Inverted V»
    • «Коаксиальная» антенна
    • CFR-антенна
  • Несимметричный вибратор
    • Антенна «Ground Plane»
    • Укороченная штыревая антенна
    • Коллинеарная антенна
    • J-образная антенна
    • Антенна зенитного излучения
    • Диэлектрическая резонаторная антенна
    • Вертикальная антенна верхнего питания
    • Антенна Александерсена
  • Турникетная антенна
  • Аэростатная антенна
  • Директорная антенна

    Антенна типа «волновой канал» (антенна Уда — Яги)

  • Антенна СГД (синфазная горизонтальная диапазонная)
• Щелевая антенна
  • Щелевой вибратор
  • Пазовая антенна
  • Волноводно-щелевая антенна
• Апертурная антенна
  • Открытый конец металлического волновода
  • Рупорная антенна
  • Зеркальная антенна
    • Прямофокусная зеркальная антенна
    • Офсетная зеркальная антенна
    • Антенна Кассегрена
    • Антенна Грегори
    • Зеркальная антенна зонтичного типа
    • Рупорно-параболическая антенна
    • Перископическая антенна
    • Тороидальная антенна
  • Антенны со специальной формой диаграммы направленности
  • Линзовая антенна
    • Линза Люнеберга
    • Линза Ротмана
    • Линза Ван-Атта
• Антенна бегущей волны
  • Спиральная антенна
  • Диэлектрическая стержневая антенна
  • Импедансная антенна
  • Антенна вытекающей волны
  • Антенна с сосредоточенной емкостью
  • V-образная антенна
  • Ромбическая антенна
  • Антенна Бевереджа
    • V-образная антенна (вертикальная)
    • λ-образная антенна
  • Антенны БС, БЕ и БИ
• Слабонаправленные антенны диапазона СВЧ
  • Полосковая антенна (патч-антенна)
    • Микрополосковая печатная антенна
    • Антенна PIFA
  • Сингулярная антенна
  • Чип-антенна
• Сверхширокополосные антенны
  • Антенны на принципе электродинамического подобия
    • Биконическая антенна
    • Дискоконусная антенна
    • Излучатель типа «бабочка»
  • Логопериодическая антенна
    • Вибраторная логопериодическая антенна
    • Спиральная логопериодическая антенна
  • Фрактальные антенны
  • Т-рупор
  • Антенна Вивальди
• Антенная решетка
  • Фазированная антенная решётка (ФАР)
    • Пассивная ФАР
    • Активная ФАР
    • Цифровая антенная решётка
  • Многолучевая антенная решетка
  • MIMO-антенна
  • CTS-антенна
• Пеленгаторная антенна
  • Рамочная антенна
  • Двухрамочная антенна
  • Антенна Эдкока
  • Антенна Вулленвебера
• Антенна с обработкой сигнала
  • Радиоинтерферометр
  • Антенна с синтезированной апертурой
  • Радиооптическая антенная решетка
• Электрически малая антенна
  • Магнитная антенна
    • С ферритовым сердечником
    • Магнитная рамочная антенна
  • Наномеханическая магнитоэлектрическая антенна
• Распределённые антенны
• Антенны для преобразования энергии электромагнитной волны в электрическую энергию и для средств RFID
  • Ректенна = антенна + выпрямитель
  • Наноантенна — антенна для резонансного преобразования оптического излучения в электрическую энергию
• Псевдо-антенны (антенны с мифическими техническими характеристиками)
  • Ртутная антенна
  • CFA-антенна
  • EH-антенна (шутливо называемая «НЕ-антенна» из-за ошибочного обоснования механизма работы)
• Плазменная антенна
• Концептуальные антенны

Когда подойдет комнатная антенна

Современный рынок предлагает широкий выбор домашних приемников ТВ-сигнала. Их отличает лаконичный дизайн, компактные размеры и простота монтажа. Но, чтобы выбранная модель стала реально полезной и работала корректно, должно быть выполнено в совокупности несколько условий.

• Относительно небольшая дистанция до ближайшей телевышки. Обычно устройство способно работать без помех, если действует в пределах 5-10 км от передающей вышки. Но если дом находится на возвышенности, а ретранслятор при этом имеет высокую мощность, то эта дистанция может увеличиться до 30 км и выше.
• Мощный сигнал, способный распространяться на значительной территории. Он должен варьировать в диапазоне от 2-5 до 100 кВт, хотя в небольших населенных пунктах хватает мощности и в 50 Вт.
• Отсутствие капитальных зданий, многоэтажных жилых строений, естественных возвышенностей, способных создавать помехи, радиотени, и мешать приему импульса.
• «Прозрачность» стен. Имеется ввиду их тип и толщина, способные препятствовать свободному прохождению сигнала.
• Наличие окон, расположенных на стороне телевышки, и их размер. Важную роль играет также технология изготовления оконных стекол.
• Количество мебели в комнате, ее расположение и габариты.
• Наличие цифрового сигнала. В ряде регионов, охваченных цифровым вещанием, телевышки отсутствуют, а доступ к телевидению обеспечивается через спутник.

Направленные антенные решетки из антенных мачт.

Существуют две причины, по которым широковещательной станции может требоваться направленная диаграмма излучения. Во-первых, ее «аудитория» может находиться преимущественно с одной стороны от места расположения передающей станции. Так, например, региональная станция, размещенная в приморском городе, должна создавать более сильный сигнал в континентальном направлении, если нежелательно, чтобы половина ее мощности терялась на морских просторах. Во-вторых, может возникнуть необходимость исключения взаимных помех в зоне, обслуживаемой какой-либо удаленной станцией, работающей на той же самой частоте; в этом случае диаграмма направленности данной станции должна иметь нулевое излучение в направлении на удаленную.

Направленность излучения часто достигается созданием решетки из двух или большего числа антенных мачт, в которой расстояния между мачтами и фазы возбуждения антенн каждой из мачт выбраны так, чтобы получить желаемую диаграмму направленности. Проиллюстрируем данный подход примером. Пусть имеются две одинаковые антенные мачты, находящиеся друг от друга на расстоянии в половину длины волны и возбуждаемые токами одинаковой величины и фазы. Излучение каждой антенны равнонаправленно в горизонтальной плоскости; таким образом, если смотреть сверху, каждая из антенн выглядит как точечный источник круговых волн, распространяющихся равномерно во всех направлениях. Диаграмма направленности такой двухантенной решетки определяется наложением волн, излучаемых обеими антеннами. Как показано на рис. 3, точки, находящиеся на оси запад – восток (WE), от одной антенной мачты на полдлины волны дальше, чем от другой. Таким образом, в этих точках две излучаемые волны отличаются по фазе на 180° и, следовательно, гасят друг друга; в результате излучение по линии WE в обе стороны отсутствует. Точки же, расположенные на прямой север – юг (NS), напротив, находятся на одинаковом удалении от антенных мачт, так что обе волны в этих точках оказываются в одинаковой фазе и суммируются. Такая система называется антенной решеткой бокового (поперечного) излучения – ее диаграмма направленности представлена на рис. 4,а. Если же антенные мачты излучают в противофазе (разность фаз 180°), то вдоль оси NS будет происходить взаимное гашение волн, а вдоль оси WE – их сложение. Такая система называется антенной решеткой продольного (осевого) излучения. Ее диаграмма направленности похожа на диаграмму направленности решетки поперечного излучения, но повернута на 90° (рис. 4,б). Если две антенные мачты находятся друг от друга на расстоянии в четверть длины волны и возбуждаются токами равной величины, но волна, излучаемая восточной мачтой, опережает по фазе западную на 90°, то диаграмма направленности будет иметь форму кардиоиды (рис. 5, пунктирная линия). Штриховой и сплошной линиями на рисунке представлены диаграммы направленности, получаемые при опережении по фазе восточной мачтой на 45° и 180° соответственно.

Почему нельзя использовать обычные антенны для просмотра цифрового телевидения

Качественный прием закодированного сигнала могут обеспечить только специальные антенны. Так происходит по той причине, что постоянное электрическое поле не излучается в пространство, этим свойством обладают исключительно динамические системы.

Магнитное поле всегда реагирует на изменение электрического поля, образовывая электромагнитные волны. Если бы человек мог увидеть их, то картинка напоминала бы две параллельно расположенные друг к другу синусоиды. Одна из них лежит в горизонтальной плоскости, а вторая – в вертикальной, соответственно, одна является амплитудой электрического поля, а другая – амплитудой магнитного поля.

В цифровом сигнале используется именно такая форма волны, прием которой возможен только специальными устройствами.

Очень важно, чтобы у антенны-передатчика и антенны-приемника совпадала поляризация, другими словами, должна быть электромагнитная совместимость оборудования. Типы поляризации антенн:

Типы поляризации антенн:

• Правая;
• Левая;
• Круговая;
• Эллиптическая (векторы амплитуды электрического и магнитного поля лежат не в перпендикулярных плоскостях, а вращаются по спиралям).

Отражение и инверсия

Когда волны распространяются из одной среды в другую, часть падающей энергии отражается. В зависимости от свойств материалов сред волны могут инвертироваться при отражении.

Представьте себе длинную пружину, привязанную к столбу. Если вы слегка ударите пружину слева, возмущение распространится по всей длине пружины, пока оно не ударит столб; и в этот момент оно изменит направление и начнет распространяться назад к вам с другой стороны, справа. Это и есть инверсия.

Инверсия волны при отражении

Возьмите ту же самую пружину и привяжите ее к веревке, одетой петлей на столб. Если вы слегка ударите пружину слева, возмущение распространится по всей длине пружины, пока оно не ударит веревку; в этот момент оно изменит направление и начнет распространяться назад к вам с той же стороны, слева.

Отсутствие инверсии при отражении

Понимание отражения колебаний пружины поможет нам понять, что происходит внутри антенны.

Вот четыре ситуации, которые помогут проиллюстрировать понятия отражения и инверсии.

Инвертируется или нет волна при отражении, это определяется свойствами сред по обе стороны границы раздела.

Если волна инвертируется при отражении, и мы хотим получить конструктивную интерференцию в веревке, у нас должна быть веревка длиной, равной половине длины волны, полной длине волны или полутора длин волны и так далее:\(L = n {\lambda \over 2}\), где n – целое положительное число.

Антенный резонанс основан на тех же принципах отражения и интерференции: выбирайте длину провода так, чтобы отраженная энергия могла интерферировать конструктивно, создавая больший сигнал, а, не уменьшая его.