Расчет антенны для цифрового телевидения: калькулятор для расчета и сборка своими руками

Онлайн расчет антенны Харченко (зигзагообразной)

 Представляю вашему вниманию обновленный калькулятор антенны Харченко. Антенна смоделирована в программе HFSS и оптимизирована для Wi-Fi и 3G диапазонов. (HFSS+MAA)-модели антенны можно скачать с нашего сайта.  Диаметр провода соответствует стандартному набору сечений провода электропроводки. Без существенных изменений характеристик антенны можно применить ближайший имеющийся в наличии. Форма рамок скругленная на изгибах, что позволяет добиться максимально широкой полосы пропускания и облегчает изготовление антенны. В отличии от Bi-Quad Тревори Маршалла рефлектор не имеет бортиков. Подробнее о возможных вариантах конструкции читайте в соответствующей статье. Если кто-то сюда попал в поиске расчета антенны Харченко для цифрового телевидения (DVB-T2), то имейте ввиду, что такая «цифровая» антенна не требует расчета и описана другой статье. Хотя, если вы просто хотите рассчитать 75-омную антенну для определенной частоты ДМВ диапазона, то данный калькулятор позволяет это сделать.

 

Боковые стойки изготавливаются из металлических болтов или шпилек М2-М8 в зависимости от диаметра провода и крепятся к рефлектору и вибратору посредством гаек и шайб. Поскольку в точках крепления находятся узлы напряжения, так называемые точки нулевого потенциала, то по стойкам токи не текут. Поэтому металлические стойки могут быть и диэлектрическими, не имеет значения. На частотах выше 2 ГГц диэлектрические стойки более предпочтительны. Размеры даны по центральным осям провода, размер D — от оси провода (плоскости вибратора) до поверхности рефлектора. Размер R — радиус скругления провода. Важна точность общей длины провода (при этом периметры каждого квадрата должны быть одинаковыми), а также расстояния D, размеры W и H допускают некоторое округление размеров. Радиус R не критичен и примерно одинаков по всем точкам изгиба. Промежуток между проводами в месте подключения минимально возможный. Антенна подключается 50-омным либо 75-омным коаксиальным кабелем. (КСВ < 2). Расчетный коэффициент усиления не менее 10 dBi. Рефлектор цельнометаллический, но возможно использование сетчатого рефлектора, как на схеме. Параметры такого рефлектора можно определить воспользовавшись онлайн калькулятором рефлектора из металлической сетки. Поляризация антенны, при расположении ее как на схеме, — вертикальная. При горизонтальной поляризации разверните целиком все полотно на 90°.

Схематическое изображение антенны:

Калькулятор обновлен  02.06.2020. При повторных расчетах не забудьте обновить кэш браузера.

ВВЕСТИ ДАННЫЕ:

---

Очистить все

© 2015 — 2020 Valery Kustarev
Ограничения и особенности расчетов антенн

Расчет, аналогичный этому калькулятору, есть в андроид приложении Cantennator, доступном на Google play. Вы его можете загрузить на свое мобильное устройство, нажав на QR-код ниже или отсканировав его. Не забудьте оценить приложение…

Для симметрирования и отсечки тока питающий фидер необходимо завести через точку нулевого потенциала (возле стойки) и проложить по одной из рамок. Оплетка припаивается к тому плечу, по которому проходит фидер, центральная жила к противоположномуЕсли на частотах ДМВ по антенной рамке можно проложить непосредственно фидер снижения, например распространенный RG6, то на СВЧ, это сделать нельзя. Необходимо использовать на обоих сторонах фидера пигтейлы из тонкого коаксиального кабеля, например RG178, RG316 для 50-и омной антенны или RG179 для 75-и омной. Однако для уменьшения затухания сигнала в качестве магистрального фидера снижения нужен именно толстый коаксиал. Более кошерным способом симметрирования и согласования антенны Харченко на СВЧ является применение плоского трехпроводного балуна Рутрофа, который позволяет не только решить проблемы симметрирования на СВЧ, но и расширяет полосу пропускания антенны. Конструкция двухдиапазонной антенны Харченко на1800 и 2100 МГц с таким балуном описана у нас на сайте.

Проволоку для рамок на низкочастотных диапазонах можно заменить металлической пластиной с шириной равной расчетному диаметру провода. При этом длина пути по центру пластины должна быть равна длине провода из калькулятора.

В диапазоне 2100 Мгц (3G UMTS) при настройке на центральную частоту 2045 Мгц антенна, в отличии от Double Bi-Quad, имеет достаточно широкую полосу пропускания при КСВ < 2 и хотя также не захватывает как исходящий так и входящий каналы, однако, если не страдать перфекционизмом, вполне может быть использована, хотя в этом случае лучше стоит обратить внимание на более удачные конструкции, например на «Гнутик» или панельную широкополосную антенну «Сдвоенный квадроэллипс» с высоким усилением, либо использовать усовершенствованную конструкцию антенны Харченко, оптимизированную специально для этого диапазона. Список таких оптимизированных конструкций для большинства диапазонов собран в конце статьи. Кроме того, повторимся, можно использовать широкополосную конструкцию антенны Харченко с балуном на диапазоны 1800+2100 МГц.

.Диапазон Wi-Fi без труда и с запасом вкладывается в полосу пропускания антенны:

---

Довольно часто в этих ваших интернетах можно встретить случаи, когда данную антенну называют «двойной квадрат» или биквадрат. Это неправильно, друзья! Пошло это от дословного перевода названия антенны BiQuad с английского и от незнания наших собственных традиций. Дело в том, что двойной и тройной квадрат — давно известные у наших радиолюбителей, но принципиально другие конструкции, в англоязычной литературе носящие название «2(3)-element Quad». А эта антенна у нас всегда носила название зигзаг Харченко, в честь автора конструкции, который и изобрел ее в 1958 г. Кроме того, К.П.Харченко предложил и теоретически обосновал прокладывание фидера через точку нулевого потенциала вдоль одного из плеч рамки в целях симметрирования. На Западе этот способ неизвестен, поэтому к примеру в конструкции Тревори Маршалла антенна подключается просто на прямую. «Подключим не глядя», ну а что взять с профессора медицины? Подробно об антенне и обосновании питания антенны через точку нулевого потенциала можно прочитать в авторской книге Харченко К.П. «Антенны УКВ» 1969 г, которую можно скачать у нас на сайте.

---

У постоянных пользователей этого калькулятора появились вопросы. Объяснение большинству из них даем ниже в форме диалога:

• -Вижу что у Вас на сайте обновился калькулятор для расчета антенн Харченко для Wi-Fi. Хочется изготовить ее и испытать на деле, но появились некоторые неточности. Раньше в калькуляторе была указана точная длина стороны квадрата и равнялась она примерно 30,5мм. То есть нужно было просто взять кусок проволоки, поставить метки через каждые 30,5мм и потом по них согнуть? И если измерять готовую антенну с помощью штангенциркуля — то 30,5мм должно быть по внешним поверхностям сторон квадрата, по внутренним или по самому центру проволоки? Сейчас же длина стороны квадрата совсем не указана. Есть только общая длина проволоки. Почему изменился расчет? Для каких целей делался этот новый вариант?
• -Для начала обращу ваше внимание, что калькулятор не сам рассчитывает антенну, а просто масштабирует ее размеры по частоте. Большинство проволочных антенн позволяют сделать такое масштабирование. Но в своей основе он должен содержать базовую модель, рассчитанную в каком-либо антенном симуляторе. Мы уже не первый раз усовершенствуем калькулятор, первый вариант вообще не имел базовой модели, был основан на простых формулах и был скопирован с западного калькулятора. Его копии с нашего сайта можно найти и сейчас. Например: moyteremok.ru/calc-antenna-bikvadrat.html Этот калькулятор (и множество его клонов в сети, например вот этот) неверен. Там просто рассчитывается сторона квадрата в четверть длины волны и затем укорачивается на коэффициент 0.97. Это грубая техническая ошибка. Электрический полуволновой диполь действительно короче длины полуволны в свободном пространстве. В нашем случае длина рамки наоборот больше длины волны.
• -Вторая версия (предыдущая), была основана на модели для антенного симулятора MMANA-GAL. Программа и сейчас популярна у олдфагов, поскольку бесплатна и имеет русскоязычный интерфейс. В этой программе провод представляется в виде прямой бесконечно тонкой линии, поэтому все размеры даются не по краям, а по оси провода. Реальный диаметр провода конечно учитывается, но уже вторично, кроме того программа имеет ряд ограничений в расчетах. Эти ограничения легко удовлетворяются на метровых волнах. На СВЧ их обойти очень трудно. В частности MMANA неправильно учитывает промежуток в месте подключения. Из модели MMANA следует, что величина этого промежутка влияет на входной импеданс антенны. Однако, поскольку в точке подключения не соблюдаются основные ограничения вычислительного ядра NEC, этот вывод на самом деле абсолютно неверен. Изгибов провода программа не моделирует в принципе, только изломы. А поскольку изогнуть провод, особенно толстый, строго под 90 градусов невозможно, на изгибах набегает дополнительная длина провода, которую базовая модель не учитывает. Правильно рассчитать этот набег длины не зная реальный радиус изгиба невозможно. А на СВЧ очень важна именно реальная общая длина рамки с правильным учетом изгибов, а не длина ее стороны. От этой длины зависит резонанс рамки, т.е. точка по частоте, где реактивная составляющая ее импеданса обращается в нуль. Кроме того плавный изгиб провода несколько расширяет полосу пропускания антенны, что часто имеет важное значение. По этой причине было принято решение заменить калькулятор.
• -В настоящее время стандартом для расчета СВЧ антенн является использование программных пакетов CST STUDIO или ANSYS HFSS. Они лишены недостатков присущих MMANA, поэтому расчет в них наиболее точен. Последний вариант калькулятора основан на модели HFSS и является более точным чем предыдущий. Для точного расчета длины провода радиус изгиба задан фиксированным. Изгибать надо именно по направляющим диаметром 14 мм (точнее — 13,6 мм). Но! Какой то одной, однозначно «правильной» модели с «правильными» размерами не существует в принципе. Рабочих моделей с разными размерами — бесконечное множество. Поэтому вопрос «почему там и там отличаются размеры?» не имеет смысла. Подробнее здесь. Под калькулятором есть ссылки на другие рабочие оптимизированные модели, в том числе для Wi-Fi.
• -Большое спасибо за ответ. Я все понял. Значит буду собирать ваш вариант антенны. Я думал согнуть провод на весу с помощью предмета диаметром 14мм. и потом готовую рамку прикрепить к рефлектору на стойку из диэлектрика большого диаметра (для устойчивости). Но я не знаю, как в этом случае максимально точно согнуть провод? Ну и углы, на сколько я понял, все должны быть четко по 90 градусов, а у меня с первого раза это не получилось.
• -Четко 90 градусов — это не принципиально, этого даже в модели нет. Нужно просто по возможности близко соблюсти основные размеры по калькулятору и согнуть максимально симметрично, «красиво». Точность радиуса изгиба тоже не принципиальна. Принципиально важна только точность длины провода и расстояния рамка/рефлектор. От этого зависит входной импеданс антенны. Небольшая неточность формы не приводит ни к каким заметным отклонениям. Вам нужно отмерить общую длину провода, разделить ее на 8 частей (приблизительная длина каждой части — длина сторон рамки qs1 или qs2 по чертежу, которые мы добавили в калькулятор). Затем согнуть проволоку по оправкам 13,6 мм в этих точках. Получившуюся рамку растянуть/сжать под размеры W и H.

P.S: Указанный в последнем пункте диалога алгоритм изгиба провода достаточно легко применить на частотах СВЧ. На ДМВ, с толстым проводом, это сделать трудновато. В таком случае, можно изготовить шаблон с направляющими, координаты и диаметр которых выдает калькулятор и по ним согнуть провод. Но первым действием нужно сначала отмерить расчетную длину провода. Если у вас будут неточности в шаблоне и после изгиба провода «концы не сойдутся», вы можете подкорректировать профиль рамки чтобы необходимая длина провода в любом случае сохранилась.

---

Подобные упрощенные калькуляторы:

• Калькулятор другой конструкции антенны, основанной на оригинальгой статье Тревори Маршалла. — подойдет для тех, для кого точность не принципиальна (вернее будет сказать, что все «многа букафф», что написаны выше, для них попали в категорию «ни … не понял, но очень интересно!»), кто не знает что такое штангенциркуль, кто делает разметку жирным фломастером и просто гнет провод плоскогубцами на весу.
• Калькулятор Bi-loop антенны
• Калькулятор Double Bi-quad антенны

Эти калькуляторы основаны на моделях 4NEC2. Все недостатки вычислительного ядра NEC, о которых шла речь выше, присущи и этой программе.

---

Полезные ссылки:

• Обсуждение антенны Харченко на форуме сайта
• Улучшенный вариант антенны Харченко конструкции UVE
• Широкополосная антенна Харченко с балуном на 1800+2100МГц
• Антенна Харченко для цифрового телевидения
• Удвоенный зигзаг Харченко для цифрового телевидения
• Частоты каналов цифрового телевидения

---

Оптимизированные конструкции зигзага Харченко для отдельных диапазонов с рефлектором в виде короба, который закрывается радиопрозрачной пластиковой крышкой:

1. Антенна Харченко 435 ±5 MHz, 11.4 dBi @ 50Ω
2. Антенна Харченко LTE-800 790-890 MHz, 75 Ohm, 11.5-11.7 dBi
3. Антенна Харченко GSM-900 890-960 MHz, 50 Ohm, 11. 7 dBi
4. Антенна Харченко GSM/LTE-1800 1710-1880 MHz, 50 Ohm, 11.7 dBi
5. Антенна Харченко UMTS-2100 1920-2170 MHz, 50 Ohm, 11.4-11.8 dBi
6. Антенна Харченко 50Ω, WiFi-2440 MHz, 11.4 dBi
7. Антенна Харченко LTE-2600 PCB FR4 Dish, 75 Ohm, 10.2-10.7 dBi
8. BiQuad + Coax Balun — Исследование лияния коаксиального балуна, проложенного вдоль плеча антенны на характеристики зигзага Харченко

 

Простая, но довольно эффективная антенна для DVB-T2 (цифрового ТВ)

Еще одна самоделка, для скучающих дома 😉

Понадобилась пара антенн для цифры, в местах «не самого лучшего приема»… пошел по магазинам

(это было еще до самоизоляции 🙂

— если относительно бюджетно, то полное Г. Более дорогое внешне прилично, но как работает под вопросом.

Решил замутить самоделку. Как-то стремно было «крутить» антенну из отрезка кабеля, (хотя по слухам работает) -хотелось чего-то простого, но более приличного и продвинутого 🙂

На самом деле, изготовленная мною не кардинально сложнее, но как-то «солиднее» что ли. Да и результаты ее проверки весьма воодушевили, поэтому решил набросать небольшое описание что и как, вдруг еще кому покажется полезным 😉

… если даже мои уличные котики имеют «нормальную» антенну на своем домике, как же самому быть без антенны?! 🙂
Проволока еще не вся закончилась, сейчас что-нибудь соберем! 😉

В описываемых местах, ранее у меня использовались самодельные широкополосные логопериодические антенны, еще со времен «начала перестройки» наверное 😉

Они неплохо работали в аналоге и не только на ДМВ, но «цифра им, почему-то, оказалась не по зубам». Не особо вникал в суть причин, снял их и стал размышлять, чем заменить.
Вот одна из них, ждет места на «мусорке» 🙂

Самоделку будем собирать «по мотивам» двойного квадрата Харченко.

Ее немало хвалят и ругают в сети, отчасти из-за того, что существует много разновидностей антенны. Имеются различные вариации изготовления и согласования -нет единого мнения о некоторых элементах и особенностях конструкции.

Я выбрал что-то среднее между найденными вариантами и рассчитал под свой «размер». Получилось относительно просто и, как оказалось, неплохо работоспособно! 🙂

Немного истории

В начале 60-х годов прошлого века, нашим соотечественником, Харченко К. П. была разработана простая плоская зигзагообразная антенна с хорошими характеристиками.

Авторское свидетельство № 138277 на изобретение под названием «Диапазонная направленная антенна» Константину Павловичу Харченко было выдано в 1961 г. (по его заявлению от 16 июня 1960 г.). В том же году были опубликованы материалы в журнале «Радио» для повторения радиолюбителями.

Антенна не критична к материалам и размерам при изготовлении, имеет простое хорошее согласование с кабелем снижения, в ней удачно сочетаются кратные элементы синфазной антенной решётки с одной точкой питания.

Теория и расчеты

Описываемая антенна, в теории, имеет диаграмму направленности «восьмерку» по горизонтали и относительно высокий коэффициент усиления, который дополнительно можно увеличить, при использовании отражателя/рефлектора.

Для получения максимального усиления на всех каналах, необходимо изготавливать антенну примерно на середину диапазона между используемыми мультиплексами.

Найти (для расчетов) частоты мультиплексов, используемых в Вашем регионе, несложно,

например запросом вида «dvb-t2 частоты каналов»+ «Краснодар»

у меня нашлось подобное:

Середина, между двумя «моими» мультиплексами, это 700МГц — на эту частоту и будем рассчитывать антенну.

За основу расчета размеров антенны, возьмем рисунок ее автора

Высчитываем длину волны:λ = 300 / f [m]

300/700 = 0.428м, примерно 43см

длина каждой стороны ромба λ/4 =43/4= 10.75

Суммарная длина необходимого нам материала (11см*8=88см)- менее метра.

Расстояние между контактами снижения, куда будем припаивать кабель, 10-12мм (стандартное значение у этой антенны для частот ниже 900МГц).

Я буду изготавливать простую антенну, без рефлектора, однако, для дополнительного увеличения усиления этой антенны, его вполне возможно установить сзади нее

например из металлической сетки/решетки для гриля, фольгированного материала или просто металлической пластины.

Его размеры должны быть примерно процентов на 20 больше размеров антенны и расположен он должен быть на расстоянии ƛmax/7.

Для моего случая: длина волны (39канал) 300/618, получается….49/7= то есть порядка 7см

Для тех, кому лень самому заниматься расчетами

— можете использовать онлайн-калькулятор, результаты лишь слегка будут отличаться от мною полученных.

Вот, например такой -здесь сразу вводятся частоты двух мультиплексов и получаем размеры антенны (без рефлектора)

Или другой вариант, с рефлектором -хочу правда заметить, что во втором варианте используется несколько иной вариант расчета, отличающийся от авторского.

Подразумевается антенна с углами отличными от 90° и удаление рефлектора рассчитывается как λ/8

Для изготовления полотна антенны рекомендуется использовать алюминий или медь (медь хорошо паяется) диаметром от 3мм и выше — чем больше диаметр, тем более широкополосной получается антенна.

Можно использовать трубки, толщина стенок непринципиальна, так как используется только поверхность материала (по-сути можно фольгой обмотать любой диэлектрик для получения необходимого материала).

Однако, на мой взгляд, проще всего купить метр медной проволоки большого сечения в магазине электротоваров.

Сборка антенны

Очистим от изоляции кусок провода длиной метр.

мне «попался» провод диаметром 4.5мм

Из инструмента понадобятся тиски и молоток. Отмеряем примерно по 11см и изгибаем под углом 90°

В конечном результате нужно получить такую «геометрическую» фигуру 🙂

Лишнее обрезаем и спаиваем концы. Должно получиться что-то похожее…

Припаиваем кабель, как показано на фото.

Кабель прокладываем по одной из сторон квадрата и закрепляем хомутами.
Такое расположение кабеля необходимо для его согласования (есть разные мнения, не все соглашаются с данным утверждением).

При использовании рефлектора, полотно антенны в крайних точках квадратов можно крепить и с помощью металлических стоек, например припаять на остатки такой же медной проволоки — там точки с нулевым потенциалом (выделено зеленым цветом). В остальных местах крепление допускается только через диэлектрик.

Испытания

Ну и наконец проверка работоспособности и примерная оценка качества полученной антенны.

С проверкой собственно говоря все просто — включили, работает! 🙂

А что бы оценить, а «стоила ли овчинка выделки», сравним параметры принимаемого сигнала от изготовленной антенны, с уже используемой мною на даче, с заявленным коэффициентом усиления 11dBi

Антенна установлена на мансарде дачного домика, на расстоянии примерно 16км от вышки телецентра

Самоделку повесил примерно на такой же высоте, внутри помещения.

Уровень сигнала: слева заводская стационарная антенна/справа самоделка

На первый взгляд разница всего в 1% (95 против 94) — но это не совсем правильное сравнение, так как внешняя антенна у меня подключена через сплиттер, который дополнительно ослабляет сигнал.

Оценка качества работы антенны

Попробуем сделать более корректное сравнение, подключаясь через вход сплиттера.

Ну и кроме того, для наглядности, добавим количество участников 🙂

Список антенн, принимающих участие в сравнении:

1. Внешняя антенна Funke BM 4551 наружная дальнего действия, заявленный коэффициент усиления, из некоторых источников (покупал в Юлмарте), до 16dB

2. Имеется старенькая рамочная ДМВ антенна, от ТВ Электроника 313д, надо сказать при всей простоте, очень неплохая антенна, поэтому и сохранилась 😉

3. Сгонял в магазин- купил для сравнения в обзоре одну из самых дешевых, типа симметричного вибратора

(100% самая покупаемая пенсионерами, из-за низкой цены).

Все «замеры» буду проводить в одной точке, максимально близко расположенной ко внешней антенне — ее местоположение опытным путем подбиралось по максимуму сигнала, поэтому можно утверждать что условия приблизительно одинаковые

Итак, уровень сигнала с внешней антенны мы уже видели 95% (на момент текущих измерений показывало 94%), ее берем за эталон.

Все сравнения делаем подключая антенны ко входу на сплиттере, к которому обычно подключена внешняя антенна.

Рамочная антенна, от Электроники

82%

на 39 мультиплексе и

66%

на 60

Бюджетная с «рогами» 🙂 — 62%/38% (на грани пропадания трансляции)

Двойной квадрат — 92% на обоих мультиплексах, примерно на пару процентов меньше от внешней

Ради любопытства, решил проверить работу рефлектора, который несложно изготовить из любой металлической сетки, пластины или даже фольги… РЕАЛЬНО заметно работает!

Уровень поднялся до 96%!, что даже выше от стационарной, с заявленным коэффициентом усиления от 11dB.

Самое любопытное- предмет, который я использовал в качестве рефлектора! 🙂

Фольги в доме не нашлось, из совсем доступного с металлической поверхностью необходимых размеров, была… крышка ноутбука (он у меня имеет металлический корпус).

Но главное результат! Понятное дело, ноут я «привязывать» к антенне не собираюсь, да и хватит мне ее усиления и без рефлектора 🙂

Вывод:

Могу смело рекомендовать к повторению! Просто, «дешево и вкусно»…

Одно из самых простых, комнатных креплений антенны… обычными присосками — если повезет с направлением на телецентр 😉

Следующая антенна, «рекомендуемая для повторения»… логопериодическая 😉

С Вами были «очумелые ручки» 😉

Всем удачи и хорошего настроения! ☕

Антенны для приема DTV | ТВ Тех

В недавних колонках я обсуждал варианты телевизионных передающих антенн. В этом месяце я посмотрю на другой конец пути – наружные ТВ-приемные антенны. Я опишу желательные атрибуты для приема DTV, рассмотрю некоторые из доступных типов антенн и расскажу вам, как построить простую приемную УВЧ-антенну.

(щелкните миниатюру) Потребительская ТВ-антенна ОВЧ/УВЧ
Как и в случае с передающими антеннами, основными характеристиками приемных антенн являются диаграмма направленности, усиление/направленность, полоса пропускания/КСВН и размер. До DTV усиление и, в меньшей степени, полоса пропускания были ключевыми характеристиками. В 2002 году КСВ антенны и диаграмма направленности являются одинаково важными, если не самыми важными, характеристиками.

Покрытие без помех FCC OET-69 основано на использовании направленной приемной антенны. Предполагается, что зрители DTV имеют антенну с коэффициентом усиления 4 дБ на каналах со 2 по 6, 6 дБ на каналах с 7 по 13 и 10 дБ на каналах с 14 по 69. также были указаны приемные антенны. Для аналогового ТВ соотношение фронт-к-тылу составляет 6 дБ для каналов 2–69. Для DTV требуются гораздо более высокие коэффициенты — 10 дБ для каналов 2–6, 12 дБ для каналов 7–13 и 14 дБ. для каналов с 14 по 69.

При определении того, насколько хорошо антенна будет работать с сигналами DTV, необходимо учитывать КСВ. Ассоциация федеральных инженеров-консультантов в области связи (AFCCE) в своем сводном возражении против петиций о пересмотре Шестого отчета и приказа Федеральной комиссии по связи о передовых телевизионных системах отметила: «Эффективный коэффициент шума, коэффициент шума с учетом типичного несоответствия между приемной антенной и вход приемника выше по крайней мере на 3 дБ для КСВ 2: 1. В практических установках можно ожидать КСВ до 5: 1 ».

AFCCE пришла к выводу, что коэффициент шума приемника DTV должен быть выше 4 дБ, если в качестве основы для определения покрытия используется коэффициент шума 7 дБ.

В дополнение к потерям сигнала, связанным с высоким КСВ антенны, это также влияет на групповую задержку. Влияние на отношение сигнал-шум или на величину вектора ошибки такое же, как на приемной стороне, так и на стороне передатчика.

К счастью, если на антенне установлен малошумящий усилитель (МШУ), влияние КСВ антенны значительно снижается. Выход МШУ должен обеспечивать хорошее согласование с вводом коаксиального кабеля и низким КСВ на тюнере.

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ПОКУПКИ

Существует несколько способов охвата диапазона от 54 до 216 МГц. Антенны с логарифмическим периодом хорошо работают в более широких диапазонах частот, сохраняя при этом низкий КСВ. Однако прирост невелик по сравнению с требуемой длиной стрелы, а система подачи сложна.

Вы когда-нибудь смотрели на наружную телевизионную антенну и задавались вопросом, почему она устроена именно так? Конструкция телевизионной антенны УКВ представляет собой сложную задачу, поскольку антенны должны работать в диапазоне частот от 54 до 88 МГц (диапазон 1,6:1) и от 174 до 216 МГц (диапазон 1,2:1) — общий диапазон 4:1!

Диполь половинной длины волны на канале 2 (54 МГц) будет иметь длину 9,1 фута. На канале 13 (210 МГц) длина диполя составляет всего 2,3 фута. Хотя нецелесообразно использовать один диполь для охвата всего диапазона от 54 до 216 МГц, диполи также хорошо работают на нечетных гармониках своей половинной резонансной частоты. Дипольная антенна, работающая в диапазоне от 54 до 88 МГц, также должна работать в диапазоне от 164 до 264 МГц.

В некоторых бытовых антеннах используется соотношение 3 к 1 между диапазонами низких ОВЧ и высоких ОВЧ. Антенны, зависящие от этого гармонического соотношения, смещаются вперед. Причина в том, что выше резонанса диаграмма направленности диполя начинает меняться от восьмерки с лепестками, перпендикулярными диполю, к фигуре, больше похожей на четырехлистный клевер.

Изгиб дипольных элементов вперед уменьшает расщепление луча в направлении движения элементов. Другие приемы для улучшения шаблона включают добавление «усов» к каждому элементу примерно в четверти длины волны от точки подачи.

На рисунке показана обычная городская антенна VHF/UHF с малым коэффициентом усиления. Каждый из дипольных элементов приводится в действие, что дает антенне лучшее соотношение сторон, чем было бы возможно, если бы использовались паразитные элементы, и — если диполи сужены — улучшается полоса пропускания.

Более толстые дипольные элементы (или массив элементов) также обеспечивают более широкую полосу пропускания. Многие антенны используют чередующиеся высокочастотные и низкочастотные элементы VHF. Ведомый элемент может представлять собой ряд описанных выше вибрирующих диполей с чередующимися паразитными элементами для каждой полосы.

Как эти УКВ-антенны соотносятся с факторами планирования, используемыми для определения охвата DTV? По крайней мере, для дизайна учебников не так уж сложно получить правильное усиление и соотношение между фронтом и задним планом. Однако VWSR — это другой вопрос.

Как отмечает AFCCE, можно ожидать КСВ до 5:1. Конструкции приемных УВЧ-антенн, как правило, намного проще, потому что они должны охватывать только диапазон от 470 до 806 МГц, т. е. диапазон 1,7:1. Когда UHF TV перейдет на основные каналы, диапазон упадет до 470–698 МГц (1,5:1).

В прошлом в популярном дизайне перед экраном использовались четыре сложенных друг на друга дипольных элемента. Как и в УКВ, хорошо продуманные логопериодические конструкции обеспечивают отличные характеристики во всем диапазоне УВЧ. Коэффициент усиления по сравнению с длиной стрелы не так важен для УВЧ.

Другая антенна, хорошо подходящая для диапазона частот UHF TV, — это V-образная или ромбическая антенна. Их легко построить, но их размер делает их непрактичными для большинства потребительских целей. Для этого обсуждения полезно знать, что половина длины волны на частоте 470 МГц (канал 14) составляет 12,6 дюйма, а на частоте 806 МГц (канал 69) — 7,3 дюйма.

Типичная одиночная УВЧ-дипольная антенна типа «бабочка» (треугольная) перед рефлектором будет иметь коэффициент усиления выше диполя в диапазоне от чуть менее 6 дБ на канале 14 до 10 дБ на канале 69.. Сложенная друг на друга четырехсекционная дипольная антенна-бабочка перед экраном обеспечивает усиление в диапазоне от примерно 11 дБ на канале 14 до примерно 15 дБ на канале 69. усиление больше, чем при использовании плоского экрана: от 8 дБ до 12 дБ от каналов 14 до 69.

Как и в случае с УКВ-антеннами, различия между производителями затрудняют указание типичного КСВ для конкретного типа антенны. Тем не менее, более простая система питания одиночного диполя перед уголковым отражателем должна дать ему преимущество перед более сложной конструкцией бабочки с несколькими отсеками. Я обнаружил, что характеристики простой антенны-бабочки с уголковым отражателем аналогичны характеристикам антенны-бабочки с четырьмя отсеками и часто лучше, чем у некоторых комбинаций угловой отражатель/диполь/паразитный директор.

Как производительность этих УВЧ-антенн соотносится с факторами планирования DTV? Цифры усиления кажутся разумными — по крайней мере, на средних частотах и ​​выше — для антенн с четырьмя отсеками и уголковыми отражателями. На нижнем конце диапазона они могут оказаться короткими. Но что происходит с передним и задним соотношением?

Для уголкового отражателя или диполя перед экраном размер уголкового отражателя или экрана будет определять соотношение на нижнем конце полосы и размер отверстия (или расстояние между горизонтальными элементами отражателя) будет определять производительность на более высоких каналах. Диполь/Яги с угловым отражателем на фотографии (бытовая ТВ-антенна ОВЧ/УВЧ), вероятно, не соответствует требуемому соотношению 14 дБ вперед-назад на всех частотах УВЧ.

СОЗДАЙ САМ!

Несмотря на то, что диполи типа «бабочка» имеют приемлемую характеристику в диапазоне УВЧ, существуют и лучшие варианты. Логопериодические антенны — это обычный выбор, но вариант «сделай сам» — это V-образная или ромбическая. Антенна V состоит из двух элементов, образующих букву «V». В идеале каждый из элементов должен иметь длину четырех или более длин волн на самой низкой частоте, хотя усиление разумно даже на трех длинах волн.

Чтобы построить V-образную антенну, достаточно просто расположить два шестифутовых стержня на расстоянии 50 градусов друг от друга. Усиление будет более 5 дБ на нижнем конце диапазона УВЧ, где каждая сторона V составляет чуть менее трех длин волн, и плавно увеличится к верхнему концу диапазона до более чем 8 дБ.

Две V-антенны легко устанавливаются друг на друга на расстоянии 12 дюймов друг от друга, чтобы обеспечить усиление более 12 дБ на канале 69. Импеданс V-антенны будет выше, чем 300 Ом, доступных у вездесущего 300-омного телевизионного балуна, но он постоянен и достаточно близко, чтобы КСВ был лучше 2:1 в диапазоне УВЧ.

Одна из проблем с антенной V заключается в том, что она двунаправленная. Отношение фронта к тылу равно 0 дБ. Если вам нужно высокое соотношение фронт-к-тылу и вас интересуют только один или два канала, одну из двух сложенных V-антенн можно переместить на четверть длины волны позади другой и подать 90 градусов не по фазе. Однако есть более простой подход – ромбический.

На рис. 1 показан чертеж ромбической антенны с четырьмя элементами. Каждый элемент антенны («L» на рис. 1) должен быть одинаковым и в идеале иметь длину 60 дюймов или больше. Угол между элементами по-прежнему 50 градусов (по 130 градусов с каждой стороны). На конце, противоположном точке питания, заделайте антенну резистором на 470 Ом. (Значение этого резистора можно отрегулировать, чтобы максимизировать отношение фронта к тылу до 20 дБ или более. )

Усиление более 12 дБ с элементами длиной в пять длин волн. Если это кажется низким, помните, что половина мощности теряется в согласующем резисторе 470 Ом.

Ромбические антенны можно складывать друг на друга для улучшения диаграммы направленности и увеличения усиления. Усиление до 17 дБ является практичным. Хотя ромбическая антенна занимает некоторое пространство, а конструкция многослойных ромбовидных антенн может быть сложной, конструкция проста, поскольку ромбическая антенна не имеет паразитных излучателей или отражателей.

Существует множество других конструкций приемных УВЧ-антенн, которые я не смог обсудить. Какая ваша любимая телевизионная приемная антенна? Напишите мне по электронной почте [email protected]!

Ведущие бренды Future в США доставляют самую важную и актуальную информацию прямо в ваш почтовый ящик

Дуг Лунг — один из ведущих американских специалистов в области радиочастотных технологий. Он работает на NBC с 1985 года и в настоящее время является вице-президентом по технологиям вещания станций NBC/Telemundo.

Коэффициенты ТВ-сигнала

Коэффициенты ТВ-сигнала

ОТА ДТв (Дом)
Цифровые телевизоры
сети
Часто задаваемые вопросы

Как получить
Факторы сигнала
Минимальный сигнал

Антенны
Усилители
Кабели

Установка антенны
Несколько антенн

Локатор телевизионной башни
Конвертер широты/долготы

Частота
Шкала децибел (дБ)
Позывные телестанции
Константы/преобразования
Сокращения

Блог

• Радио горизонт
• Потеря высоты антенны
• Рельеф
• Беспорядок на земле
• Потери в помещении
• Сводка

Факторы, которые часто упускают из виду, могут объяснить, почему телевизионный сигнал слабее, чем ожидалось.

РАДИО ГОРИЗОНТ

Высота антенны определяет радиогоризонт . Радиовещательные сигналы уходят за горизонт, но не за него. Радиогоризонт больше визуального (оптического) горизонта. В атмосфере радиоволны слегка изгибаются из-за кривизны земли, увеличивая радиус действия, световые волны не изгибаются (очень сильно). В свободное пространство вакуум радиоволны и световые волны распространяются прямолинейно.

Модель 4/3 Earth Radius используется для оценки изгиба атмосферных радиоволн. Радиус земли увеличен на треть (4/3) для учета изгиба балки и кривизны земли. Модель основана на равнинной местности и использует средний радиус земли ((средний уровень моря) в качестве высоты земли. Фактическая высота земли является второстепенным фактором и практически не влияет на точность расчетов.

Башни вещания часто располагаются на самой высокой точке в этом районе, что увеличивает дальность действия горизонта. В этом случае высота антенны, используемая для расчетов, должна быть высотой антенны над средним уровнем земли .

Диапазон радиогоризонта (R) в милях приблизительно равен квадратному корню из удвоенной высоты антенны (h) в футах 90 130 над уровнем земли 90 131 (90 124 AGL 90 125). Радиогоризонт варьируется от примерно 4 миль для антенны высотой 8 футов до 60 миль для антенны высотой 1800 футов.

Р = (2 ч)

^0,5

R = расстояние до радиогоризонта в милях. h = высота антенны AGL в футах.

‘
+ ‘

‘
+ ‘

‘
+

‘
+ ‘

‘
+ ‘

‘
+ ‘

Рассчитать радио горизонт
Высота антенны (h) метров	=	‘ + Math.round(10* оптический диапазон)/10 + ‘	Мили	(‘ + Math.round(10* оптический диапазон км)/10 +’ км)
Радио	=	‘ + Мат.раунд(10* радиодиапазон)/10 + ‘	Мили	(‘ + Мат. раунд(10*радиодалькм)/10 +’ км)

‘
}
// закончили скрытие —>

Горизонт
Оптический
Радио

Расчет высоты антенны
Радио Горизонт МильКилометров	футов
‘ + Math.round(calheight*3.048)/10 + ‘	метра ‘; } // закончили скрытие —> Высота антенны футов метров

Места за пределами широковещательного горизонта обычно могут принимать сигнал, если приемная антенна находится над помехами от земли и достаточно высоко . Приемная антенна должна быть достаточно высокой, чтобы ее горизонт простирался до точки горизонта вещания и за ее пределы.

Несколько раз в год атмосферные условия вызывают эффект флюктуации, значительно расширяющий радиогоризонт.
Состояние обычно длится от нескольких минут до нескольких часов и обычно возникает в прохладное сухое утро в период смены сезона.

ПОТЕРЯ ВЫСОТЫ АНТЕННЫ

Чем выше антенна над уровнем земли ( AGL ), тем выше плотность сигнала. антенны высотой 30 футов и выше улавливают полный сигнал. Отражения от земли ниже 30 футов вызывают многолучевые помехи, снижая мощность сигнала. Чем ниже антенна, тем больше потери. антенны в городе имеют больше потерь, чем в жилом районе, где потери больше, чем в сельской местности. Кроме сельской местности, УВЧ (РЧ 14-69) сигналы имеют больше потерь, чем сигналы VHF (RF 2-13).

Расчет потери высоты антенны
Высота антенны метров Площадь Сельская местностьЖилой Город АНТЕННА Высота Площадь ПОТЕРИ UHF дБ ПОТЕРИ VHF дБ ПОТЕРИ

Модель L-R (алгоритм распространения Лонгли-Райса) используется для оценка потери земли на высоте антенны.

Потери (дБ) (A/6) x 20 Log 10 (ч/30) = 3,33 A Log 10 (ч/30)

h = высота антенны в футах. 1,5 ≤ h ≤ 40 футов A = Коэффициент площади

	Коэффициент площади (A)
Зона	УКВ	УВЧ
Сельская Жилая Город / Город	4 5 6	4 6 8

ФАКТОРЫ МЕСТНОСТИ

Маскировка местности
Для телевизионных сигналов
требуется прямая видимость между широковещательной и приемной антеннами. Большие препятствия и особенности местности, такие как холмы и долины, могут полностью блокировать сигнал.

Маскировка местности

Потеря местности

Область свободного пространства между передающей и приемной антеннами должна быть свободна от препятствий для лучшей передачи. Область имеет форму эллипсоида (мультяшная форма сигары) и зависит от диапазона и частоты. Чем ниже частота (ниже радиочастотный канал) и чем больше расстояние, тем больше радиус. Рядом с антенной радиус области свободного пространства составляет пару длин волн или примерно от 4 до 30 футов (от УВЧ до УКВ). Область свободного пространства наибольшая в средней точке.

Свободный космический эллипсоид


r = 273,85 (d _км / f _МГц ) ^0,5

r d км f MH

= Радиус средней точки в метрах = Расстояние (диапазон) в километрах = Частота в мегагерцах

‘ + ‘ ‘ + ‘ ‘ + ‘ Вычислить радиус средней точки Радиочастотный диапазон или канал: VHF-Lo VHF-Hi UHF RF 2RF 3RF 4RF 5RF 6RF 7RF 8RF 9RF 10RF 11RF 12RF 13RF 14RF 15RF 16RF 17RF 18RF 19RF 20RF 21RF 22RF 23RF 24RF 25RF 26RF 27RF 28RF 29RF 30RF 31RF 32RF 33RF 34RF 35RF 36RF 38RF 39RF 40RF 41RF 42RF 43RF 44RF 45RF 46RF 47RF 48RF 49RF 50RF 51RF 52RF 53RF 54RF 55RF 56RF 57RF 58RF 59RF 60RF 61RF 62RF 63RF 64RF 65RF 66RF 67RF 68RF 69 Диапазон: МилиКилометры ‘ + Math. round(5*rangemi)/10 + ‘ми ‘ + Math.round(5*rangekm)/10 + ‘км’ + ‘ ‘ + Math.round(радиус/0,3048) + ‘футы ‘ + Math.round(радиус) + ‘метры ‘ } // закончили скрытие —> Частота и диапазон. Диапазон / Радиус Английский / Метрическая система

Холмы, горы, антенна близко к земле или расстояния более 20 миль имеют свои область свободного пространства , пересекающая землю. Это приведет к потерям на местности 4 — 12 дБ или более.

Рекламные ссылки

ЗАЗЕМЛЕНИЕ

Любой объект на высоте вашей антенны или выше может вызвать ослабление сигнала. Структуры и деревья могут снижать измеримость или блокировать сигналы. Потери сигнала от помех от земли чрезвычайно трудно предсказать.

Потери сигнала из-за деревьев можно приблизительно оценить по эмпирическим данным. Деревья без листвы (зимой) могут иметь немного меньшие потери (около 1 дБ) на частотах УВЧ.

Потери из-за деревьев
Расстояние футов	ОВЧ дБ	УВЧ дБ
20′	3	4
40′	4	6
60′	5	8
80′	6	9
100′	7	11
120′	8	12
140′	8	13
160′	9	14
180′	10	15
200′	10	16

Проволока или металлическая сетка (стеклянные окна с проволочной сеткой, проволочная сетка, ограждение из сетки и т. д.) полностью блокируют сигнал, если отверстия слишком малы. Отверстия меньше четверти длины волны полностью блокирует сигнал, как если бы он был сплошным металлом.

РФ Ч	Квартал Волна	Лента
51	4,2 дюйма	УВЧ
14	6,2 в
13	1,2 фута	УКВ
2	4,3 фута

Блоки Сигналы
Лента	Отверстия
УВЧ
УКВ

‘
+ ‘

‘
+’

‘
+ ‘

‘
+ ‘

‘
+ ‘

‘
+ ‘

‘
+ ‘

‘
+ ‘

‘
+ ‘

‘
+ ‘

‘
+ ‘

‘
+

Расчет длины волны и четверти волны
РЧ-канал: 2345678	1213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455565758596061626364656666766
Длина волны	= 901:26 ‘ + ‘	‘+ Math. round(100* lamdaprt)/100 + ‘	‘ + тусклый + ‘	=	‘ + Math.round(1000*ламдаметров)/1000 + ‘	м
Четверть волны	=	‘ + Math.round(100* четвертьволновая часть)/100 + ‘	‘ + дим + ‘	=	‘ + Math.round(1000* четвертьволновая)/1000 + ‘	м

‘;
}
// закончили скрытие —>

RF Ch
Частота, диапазон
Длина волны (английские и метрические единицы)
Четверть волны (английские и метрические единицы)

дюймы — дюймы
футов — футы
м — метры

Рекламные ссылки

ВНУТРЕННЯЯ ПОТЕРЯ

Чердачная антенна
Потери составляют не менее -3 дБ для фанерной крыши толщиной 3/4 дюйма, покрытой кровельной бумагой и одним слоем битумной черепицы с 3 выступами. Металлическая изоляция и металлические вентиляционные отверстия и воздуховоды блокируют сигналы.

Комнатная антенна
Металлическая изоляция стен блокирует сигнал. Изоляция стен без металлической подложки имеет незначительные потери, менее дБ. Воздуховоды и металлические трубы в стене уменьшат и могут заблокировать сигналы. Металлические наружные приспособления, такие как сайдинг, навесы и двери, уменьшают и могут блокировать сигналы. Даже внутри стен, полов, потолков, дверей, бытовой техники, мебели и перегородок могут возникать некоторые потери сигнала.

Потеря сигнала

Чердак Битумная черепица 3 дБ jpg»> Стекло 0,25 толщина в дюймах 1 дБ 0,5 толщина в дюймах 2 дБ Стеклоблок 6 дБ Дерево Фанера 2 дБ Деревянная дверь 3 дБ Стены Изоляция < 1 дБ Гипсокартон 2 дБ Гипсокартон 3 дБ Мрамор 4 дБ

Виниловый сайдинг 2 дБ jpg»> Кирпич 3,5 толщина в дюймах 3 дБ 7 толщина в дюймах 5 дБ 10,5 толщина в дюймах 6 дБ Кирпич/бетон 7,5 дюйма 13 дБ Шлакоблок 8 в ширину 11 дБ 16 в ширину 15 дБ 24 в ширину 25 дБ jpg»> Бетон 4 толщина в дюймах 11 дБ 8 толщина в дюймах 21 дБ 12 толщина в дюймах 32 дБ

Оценки потерь даны для частот УВЧ. УКВ имеет меньшие потери, на 1 или 2 дБ и более.

ОБЗОР

Антенна, установленная на высоте 30 футов над землей в плоском открытом поле с прямой видимостью и направленная непосредственно на радиовещательную вышку, могла принимать сигнал, близкий к ожидаемому. На практике 3 — 6 дБ или более дополнительные потери не редкость.

Источник и приблизительные потери

ИСТОЧНИК ПОТЕРИ (дБ) АНТЕННА Основная балка: 0 — 3 Боковой лепесток: Задний лепесток: 10-20 30 Изменение усиления : 0 — 6 Поляризационная потеря : 0 — 3 Потеря высоты домашней антенны : 0 — 20 Потеря шаблона вещания : 0 — 10+ ВНУТРЕННИЙ Чердачная антенна : 3+ Комнатная антенна : 1 — 11+ МЕСТНОСТЬ Беспорядок на земле : 0 — 15+ Потеря местности : 0 — 12 Маскировка : Нет сигнала Над радио горизонтом : Нет сигнала

Можно оценить потери луча, маскировку местности, установку на чердаке и потери радиогоризонта.