Телевизионные антенны

Комнатные телевизионные антенны работают в условиях, резко отличающихся от условий работы наружных антенн.

Это вызвано особенностями структуры электромагнитного поля ультракоротких волн внутри помещений. Здесь это поле обычно имеет явно выраженный интерференционный характер, являясь полем стоячих волн, что объясняется наличием отражений от стен и различных предметов, находящихся в комнате. Напряженность электромагнитного поля в помещении может резко меняться при перемещении на 1—1,5 м. Для различных составляющих частотного спехтра телевизионного сигнала распределение максимумов и минимумов напряженности электромагнитного поля может быть различным, что приводит к частотным искажениям телевизионного сигнала.

В подавляющем большинстве случаев электромагнитное поле в помещении является совокупностью горизонтально и вертикально поляризованных полей, причем иногда вертикально поляризованное поле преобладает. Вертикально поляризованные поля при горизонтальной поляризации поля излучения телецентра появляются вследствие возбуждения различных металлических конструкций в стенах здания, осветительной проводки и т. д. Поэтому часто приемный вибратор в помещении приходится устанавливать наклонно и даже вертикально.

Ослабление напряженности электромагнитного поля внутри здания (по отношению к напряженности поля вне здания) может меняться от 2 до 30—40 раз, что объясняется частичным поглощением электромагнитной энергии в стенах здания.



Комнатные антенны чувствительнее наружных к помехам, источники которых находятся в тех же зданиях (электромоторы лифтов, электрические звонки и т. д.).

Качественный прием на комнатную антенну можно получить, устанавливая антенну в самых неожиданных местах — на шкафу, у потолка, на подоконнике, и, в самых различных положениях, которые только допускаются конструкцией антенны.

Из всего вышесказанного следует сделать вывод о том, что правильная установка комнатной антенны требует некоторого навыка и прежде всего терпения.

Можно утверждать, что в Москве, в радиусе до 6—7 км от телецентра, качественный прием на комнатную антенну возможен, за исключением некоторых случаев: первые этажи зданий, здания железобетонной конструкции с окнами, обращенными в сторону, противоположную телецентру, и т. д.

В отличие от наружных антенн комнатные антенны могут быть не согласованы с кабелем, поскольку последний, как правило, бывает очень коротким и рассогласование не может служить причиной появления многоконтурности.

КОМНАТНАЯ ТЕЛЕВИЗИОННАЯ ТЕЛЕСКОПИЧЕСКАЯ АНТЕННА КТТА.

В настоящее время нашей промышленностью выпускается комнатная телевизионная телескопическая антенна КТТА, представляющая собой разрезной полуволновый вибратор телескопической конструкции. «Усы» вибратора, закрепленные в пластмассовом основании, состоят каждый из четырех входящих друг в друга трубок.

Подключение антенны к телевизору производится коаксиальным кабелем РК-1 или двухпроводным симметричным фидером с волновым сопротивлением около 75 ом.

Антенна может быть использована на любом из пяти телевизионных каналов, причем переход с канала на какал производится путем изменения длины вибратора. Точную длину, до которой должны быть раздвинуты «усы» вибратора для каждого канала, указать трудно, так как это зависит от положения вибратора относительно стен, различных предметов, от угла между «усами».

Для упрощения и удешевления антенна не снабжается симметрирующим устройством. Отсутствие симметрирующего устройства не является значительным недостатком антенны, ибо в большинстве случаев сам вибратор, установленный в комнате, теряет симметрию вследствие неодинакового расположения половинок вибратора относительно стен комнаты, различных предметов и т. д.

Диаграмма направленности в горизонтальной плоскости имеет форму "восьмерки", а коэффициент направленного действия равен единице. Полоса пропускания антенны составляет примерно 10 мггц при неравномерности в 1 дб.

Таким образом, антенна с точки зрения телевизионного приема обладает хорошими электрическими данными, позволяющими получить хорошее изображение. Однако в связи со спецификой приема телевизионных сигналов внутри помещений реализовать полностью эти достоинства антенны довольно трудно. В этом отношении решающее значение имеет удачный выбор места установки антенны.

Существенным недостатком антенны КТТА является значительная длина ее «усов», вследствие чего пользоваться такой антенной в небольшой комнате довольно затруднительно.

Выпускаемые в настоящее время различные телевизионные телескопические антенны сходны в основном по своим электрическим и конструктивным данным и лишь немного различаются отдельными элементами конструкции.

КОМНАТНАЯ АНТЕННА ТИПА

«УКОРОЧЕННЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ ВИБРАТОР».

Представляется весьма интересным сконструировать такую комнатную антенну, которая, обладая эффективностью полуволнового вибратора, имела бы значительно меньшие линейные размеры.

В укороченном вибраторе потеря в наводимой внешним электромагнитным полем электродвижущей силе, которая происходит за счет уменьшения действующей высоты, компенсируется повышением напряжения в согласующем трансформаторе. Последний пересчитывает большое сопротивление нагрузки в малое сопротивление, равное активной составляющей входного сопротивления короткого вибратора.

Реактивная составляющая входного сопротивления должна быть скомпенсирована. В итоге, напряжение на входе приемника становится примерно равным напряжению, которое развил бы полуволновый вибратор. Полоса пропускания настроенного и согласованного укороченного вибратора уже полосы пропускания полуволнового вибратора. Чем короче вибратор, тем уже полоса. Поэтому сделать вибратор короче не удается.

Ниже описывается выполненная для первого телевизионного канала комнатная антенна типа «укороченный линейный вибратор».

Общая длина вибратора составляет 1,5 м, т. е. он почти вдвое короче полуволнового вибратора. Трансформирующие-согласующее устройство, состоящее из двух одинаковых катушек L1 и L2 и катушки L3, компенсирует реактивную составляющую сопротивления вибратора, трансформирует сопротивление нагрузки и осуществляет переход с симметричного вибратора на коаксиальный кабель. Катушки L1и L2, а также трубки вибратора из латуни, стали или дюралюминия крепятся на общей гетинаксовой плате. Диаметр трубок 16 мм. Длина каждой трубки 770 мм (каждая трубка может быть разборной).

Катушки L1 и L2 имеют по восьми витков провода ПЭЛ-1 0,8 шаг намотки 1 мм. Катушки L1, L2 наматываются на общем ребристом каркасе. Подсоединение катушек L1 и L2 к трубкам вибратора производится с помощью коротких отрезков медного провода диаметром 1—1,5 мм.

Особое внимание нужно обратить на правильность изготовления катушки L3. Катушка L3 состоит из двух симметрично расположенных витков кабеля РК-1, которые сворачиваются в направлении стрелок. Верхний виток 1 является продолжением кабеля снижения. Конец этого витка подключается собранной в жгут оплеткой к концу катушки L2 и жилой — к концу катушки L1. Нижний виток 2 также сделан из кабеля РК-1, но для его выполнения используется только металлическая оплетка кабеля. Жилы с обеих сторон обрезаются заподлицо и никуда не подсоединяются. Один конец нижнего витка припаивается к оплетке верхнего витка. Другой конец нижнего витка собирается в жгут и припаивается к точке а, т. е. к той же точке, куда припаивается жила верхнего витка.

Таким образом, собственно катушка L1 образуется металлической оплеткой кабеля РК-1, но один из двух симметричных витков используется одновременно как продолжение кабеля снижения.

После сборки катушка обматывается нитками таким образом, чтобы витки ровно и плотно легли один на другой. При этом нужно тщательно следить за тем, чтобы металлические оплетки в тех местах, где они не спаяны, не касались друг друга.

Текстолитовая плата с вибратором укрепляется на стойке высотой 25— 30 см, имеющей устойчивую подставку. Антенну можно ставить на телевизор, на подоконник, на шкаф, вешать на стенку и т. д.

Окончательная подстройка антенны производится по испытательной таблице изменением в небольших пределах индуктивностей L1 и L2. При этом следует помнить, что эти индуктивности должны оставаться одинаковыми.

Головку можно заключить в коробку из гетинакса или полистирола. Коэффициент направленного действия описываемой антенны по сравнению с полуволновым вибратором составляет 0,8—0,9 по напряжению. Диаграмма направленности — «восьмерка». Полоса пропускания антенны обеспечивает достаточно хорошее качество изображения.

КОМНАТНЫЕ КОЛЬЦЕВЫЕ АНТЕННЫ.

Комнатные кольцевые антенны довольно сложны для изготовления в домашних условиях, поэтому давать подробное их описание не имеет смысла.

Одинарная кольцевая антенна, рассчитанная на прием одной телевизионной программы, представляет собой согнутый в кольцо неразрезанный линейный вибратор, укороченный сосредоточенной емкостью, включенной между наружными концами вибратора. Эта емкость н является элементом настройки антенны в резонанс. Снижение антенны выполняется кабелем РК-1, который подключается к антенне через дельта-трансформатор, представляющий собой двухпроводную линию, расположенную в плоскости кольца и сходящуюся по направлению от периферии к центру кольца. Ввод кабеля снижения осуществляется в точке нулевого потенциала.



При горизонтальном расположении кольца антенна имеет диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, близкую по форме к окружности, что снижает помехоустойчивость антенны и затрудняет борьбу с многоконтурностью. При вертикальном расположении кольца антенна имеет диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, близкую к «восьмерке», причем направление нулевого приема совпадает с перпендикуляром к плоскости кольца. Но при таком расположении кольца антенна реагирует только на вертикально-поляризованной поле (при приеме с горизонтального направления).

Полоса пропускания антенны составляет 4 мггц по спаду напряжения на 3 дб. Коэффициент направленного действия антенны по отношению к полуволновому вибратору равен 0,45 по напряжению.

Двойная кольцевая антенна по конструкции немного сложнее, чем одинарная кольцевая антенна, но в то же время она более компактна.

Двойной кольцевой антенне свойственны те же недостатки, что и одинарной кольцевой антенне.

АНТЕННА, ВСТРОЕННАЯ В ЯЩИК ТЕЛЕВИЗОРА.

Наиболее рационально такую антенну выполнить в виде небольшой плоской антенны рамочного или вибраторного типа. Ниже описывается один из вариантов простой встроенной антенны, представляющей собой настроенный разрезной вибратор небольшого размера. Представим себе этот настроенный вибратор в виде эквивалентного последовательного колебательного контура, где Ек — электродвижущая сила, наведенная в вибраторе электромагнитным полем, Rа — активная составляющая входного сопротивления вибратора, численно равная его сопротивлению излучения, Ха — реактивная составляющая входного сопротивления вибратора, X l — индуктивное сопротивление, включаемое для компенсации реактивной составляющей входного сопротивления вибратора, Zп—сопротивление нагрузки.

Чем короче вибратор по сравнению с половиной длины волны, тем выше Ха и тем больше, следовательно характеристическое сопротивление эквивалентного колебательного контура. С другой стороны, чем короче вибратор, тем меньше Rа, являющееся сопротивлением потерь эквивалентного колебательного контура. Оба эти обстоятельства приводят к повышению ненагруженной добротности настроенного короткого вибратора. Если в целях получения высокой эффективности согласовать настроенный вибратор с кабелем, включив для этой цели согласующий трансформатор между зажимами а — б и зажимами нагрузки, то вносимые в эквивалентный колебательный контур потери будут равны собственным потерям в контуре. Если при этом общая длина вибратора меньше, то результирующая полоса пропускания окажется настолько узкой, что такую антенну нельзя использовать для приема телевизионных передач даже в одном канале.

Каким же образом расширить полосу пропускания вибратора малой длины, чтобы использовать его в качестве встроенной антенны?

Это достигается резким увеличением поперечных размеров вибратора, но это приводит к увеличению размеров вибратора в целом. Чтобы избежать этого, надо внести в соответствующий настроенному вибратору эквивалентный колебательный контур большое затухание, значительно превышающее его собственное. Этого можно достичь, подключив к зажимам а — б большое сопротивление нагрузки без согласующего трансформатора, т. е. поставив вибратор в режим почти полного рассогласования с кабелем. При этом снижается эффективность, но расширяется полоса пропускания антенны как при работе На 75-омный, так и на 300-омный входы телевизора.

Построенная на этом принципе встроенная антенна перекрывает без перестройки все пять телевизионных каналов.

Встроенная антенна выполняется следующим образом. На текстолитовый или фибровый диск толщиной 2—3 мм и диаметром 450 мм наклеивается вибратор из медной или алюминиевой фольги. Настройка антенны в резонанс на средней частоте полосы частот от 48,5 до 100 мггц производится двумя одинаковыми катушками индуктивности L1 и L2, по двенадцати витков провода ПЭЛ-1 1,0. Диаметр намотки 10 мм, шаг намотки 1 мм. Кабель, соединяющий антенну со входом приемника, подключается к точкам а — б. Длина кабеля 30—40 см.

Антенна располагается внутри ящика телевизора непосредственно под верхней крышкой катушками вниз. Зазор между диском антенны и крышкой составляет 5—6 мм. Крепление антенны к крышке производится с помощью металлического или диэлектрического штифта, который проходит через отверстие в центре диска. На этом же штифте, как на оси, диск вращается, что дает возможность расположить наилучшим образом антенну, имеющую диаграмму направленности типа «восьмерки». Точку крепления центра диска к верхней крышке нужно выбрать так, чтобы диск выходил на 3—4 мм за габариты ящика телевизора в щель высотой 4—5 мм. Щель нужно для этой цели специально прорезать в задней крышке телевизора. Благодаря этому диск можно вращать, не снимая заднюю крышку. Взаимное расположение диска и щели по высоте должно быть таким, чтобы диск своей гладкой стороной (т. е. стороной, обращенной к верхней крышке телевизора), не перекашиваясь, слегка терся о верхний край щели. Это сделает диск более устойчивым и обеспечит фиксацию его положения после ориентировки.

Встроенную антенну можно подключать как к 300-омному входу приемника с помощью симметричного кабеля марки КАТВ с волновым сопротивлением 300 ом, так и к 75-омному входу приемника с помощью кабеля РК-1 или симметричного фидера с волновым сопротивлением 75 ом. Выгоднее все же подключать встроенную антенну к 300-омному входу приемника, так как при этом эффективность антенны на краях рабочей полосы частот получается более высокой, а частотная характеристика антенны в пределах каждого телевизионного канала получается более равномерной.

Приведем основные электрические параметры встроенной антенны, измеренные при подключении антенны к 300-омному входу приемника.



Неравномерность частотной характеристики в полосе частот третьего телевизионного канала (76—84 мггц) не превышает 1 дБ, а в полосе частот любого другого телевизионного канала неравномерность частотной характеристики еще меньше. Наиболее низкой эффективностью, равной 0,11 (относительно полуволнового вибратора), антенна обладает на первом телевизионном канале.

Достаточную контрастность при приеме на многоканальную встроенную антенну можно получить в радиусе примерно 5—6 км от телецентра (применительно к МТЦ), если приемник обладает достаточно высокой чувствительностью, равной 50— 100 мкВ. При чувствительности приемника, равной 500—1000 мкВ, встроенной антенной можно пользоваться о радиусе 2—3 км от телецентра.