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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Aktive Zickzack-UHF-Antennen. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Fernsehantennen Um Fernsehsignale im UHF-Bereich zu empfangen, insbesondere unter widrigen Bedingungen, ist der Einsatz guter Antennen mit Antennenverstärker, also aktive Antennen, erforderlich. Der Autor des veröffentlichten Artikels spricht über die Erfahrungen beim Bau solcher Antennen. Im UHF-Bereich hat der Einsatz effizienter Antennen-Feeder-Systeme (AFS) zum Empfang von Signalen unter schwierigen Bedingungen nicht an Relevanz verloren. Die relativ kurze Länge λ dieser Wellen ermöglicht die Herstellung hocheffizienter Antennen mit relativ kleinen Abmessungen. Nach längeren Experimenten mit verschiedenen Antennen wurde die in Abb. 1 dargestellte bekannte Zickzack-Antenne [1] als Grundlage genommen. 180. Strukturell besteht das Antennenblatt in der klassischen Form aus zwei identischen rautenförmigen Teilen, die um 2° gegeneinander gedreht sind. Daher ist eine solche Antenne symmetrisch. Diese Funktion ermöglicht die Verwendung von Antennenverstärkern (AU) mit symmetrischem Eingang und hoher Verstärkung, beispielsweise Plattenverstärkern (PAH), SWA usw. [3, XNUMX].
Der Gewinn einer Zick-Zack-Antenne hängt vom l/λ-Verhältnis ab, und ihre Eingangsimpedanz hängt von den l/d- und l/λ-Verhältnissen ab. Die maximale Verstärkung wird bei einer Länge l = 0,375λ erreicht, sie hängt jedoch stark vom Drahtdurchmesser ab. Bei l = 0,25λ ist die Verstärkung natürlich geringer, aber auch die Abhängigkeit vom Drahtdurchmesser nimmt ab. Wenn sich der Winkel α ändert, ändern sich die Abmessungen der Leinwand. Wenn also α = 90°, dann ist SH = 2√2l = 2,83 l; SE = l√2= 1,41l, und wenn α = 120°, dann SH = 2l; SE = 1,73l. Dies muss bei der Erstellung komplexer APIs berücksichtigt werden (dazu später mehr). Die Hauptabmessungen des Antennennetzes beispielsweise für den 29. Kanal sind in der Tabelle zusammengefasst. 1. Es ist auch zu berücksichtigen, dass mit einer Verringerung des Drahtdurchmessers und einer Vergrößerung des Bahnumfangs die Verstärkung zunimmt. Darüber hinaus verringert sich bei der Wahl eines dünneren Drahtes der Luftwiderstand der Antenne. Unterschiedliche Antennenkonstruktionen haben unterschiedliche Eingangsimpedanzen (Tabelle 1). Daher sind unterschiedliche Möglichkeiten erforderlich, um den symmetrischen Eingang des Netzes an den symmetrischen Eingang des AU anzupassen, der eine Eingangsimpedanz von 300 Ohm aufweist. Sie sind in Abb. dargestellt. 2 [4].
Bei einem Eingangswiderstand des Netzes von 300 Ohm kann die AU natürlich direkt an die Punkte a - a angeschlossen werden. Um jedoch den Gewinn und die Richtwirkung der Antenne zu erhöhen, wird die Leinwand normalerweise zusammen mit einem Reflektor verwendet (darauf wird weiter unten eingegangen). Daher ist es besser, den Wechselstrom hinter dem Reflektor zu installieren und ihn über eine symmetrische Leitung mit einem Wellenwiderstand von 300 Ohm mit der Leinwand zu verbinden, wie in Abb. 2,a - für eine Freileitung, in Abb. 2,6 - für CATV-Kabel oder in Abb. 2, c - für Kabel RK-150. Im letzteren Fall werden die Litzen zweier Kabelsegmente an den Enden miteinander verlötet. In allen Fällen muss der Verkürzungsfaktor der Leitung K berücksichtigt werden. Für eine Freileitung aus Drähten (Abb. 2, a) - K = 0,975, für CATV (Abb. 2,6) - K = 0,8, z ein PK-150-Kabel (Abb. .2, c) - K = 0,75 ... 0,86, je nach Kabeltyp. Am bequemsten ist es (laut Autor), eine Leinwand mit einer Eingangsimpedanz von 75 Ohm zu verwenden. In diesem Fall kann zur Anpassung ein Viertelwellen-Anpasstransformator aus einer Leitung mit einem Wellenwiderstand von 150 Ohm verwendet werden, wie in Abb. 2, d. Es besteht aus zwei Kabelstücken RK-75 mit einer Länge von 0,25λKn, wobei n eine ungerade Zahl ist. Der K-Faktor beträgt 0,65789 für ein mit Polyethylen isoliertes Kabel. Die Abmessungen des Transformators ergeben sich aus den an den Enden angelöteten Litzen. Die Formel zur Berechnung des Transformators ist bekannt: Ztr = √Zin Zout, so stellt sich heraus Ztr = √75 300 = 150 Ohm. Die in Abb. gezeigte offene Matching-Schleife. 2, e und ein Viertelwellentransformator (Abb. 2, f) ermöglichen die Anpassung von AU und Antenne mit einer Eingangsimpedanz von weniger als 300 Ohm. Für die Herstellung der Schleife werden die Diagramme in [4] verwendet. Ungefähre Koeffizienten zur Berechnung der Schleife und die Parameter eines Viertelwellentransformators sind in der Tabelle aufgeführt. 2. Die Hauptanforderung an die Schleife ist Zl = Zsh = 300 Ohm. Die Abmessungen der Schleife und der Verbindungslinie hängen durch das Verhältnis A = B + C zusammen.
Auf Abb. 2, e zeigt eine Methode zum Verbinden eines Netzes mit Rin = 100 Ohm mit einem Wechselstrom mit Rin = 300 Ohm, mit B = 0,13λK und C = 0,09λK. Verwenden Sie zum Anschluss ein symmetrisches CATV-Kabel (SLX-300) oder eine Freileitung mit einem Wellenwiderstand von 300 Ohm. Für den zweiten Fall beträgt das Verhältnis (D/d) = 6,11. Bei Verwendung eines Drahtes mit einem Durchmesser von 3,569 mm beträgt der Achsabstand der Drähte D = 21,8 mm. Um einen festen Abstand zwischen den Drähten entlang der Leitung aufrechtzuerhalten, werden mehrere Querstreben aus hochwertigen Isoliermaterialien angebracht, die ihre Eigenschaften bei Einwirkung der Umwelt nicht verschlechtern (PTFE, Polyethylen, organisches Glas). Es ist zu beachten, dass Sie durch das Verschieben des Kabels an Punkten von innen nach innen und dadurch die Änderung der Größe von C ein klareres Bild auf dem Fernsehbildschirm erzielen können. Ein Viertelwellentransformator kann aus Röhren mit einem Durchmesser von mehr als 10 mm hergestellt werden, wie in Abb. 2, z. Bei einem kleineren Durchmesser ist der Spalt zwischen den Rohren sehr klein, was die Herstellung des Transformators erschwert. Lassen Sie uns ein Beispiel für die Berechnung der Leinwand für den 29. Kanal geben. Bei Fout = 535,25 MHz ergibt sich λout = 300/Fout = 000 mm. Wenn Rin = 560,48 Ohm und α = 75°, beträgt die Seitengröße des rautenförmigen Teils (siehe Tabelle 90) l = 1λ = 0,29 mm, α (l/d) = 162,5...32 . Daher beträgt der Durchmesser des Stegdrahtes 75...2,1 mm. Sie können Streifen mit einer Breite von 5,1d, also 2 ... 4,2 mm, aus Kupfer oder Duraluminium verwenden.
Beachten Sie, dass in allen folgenden Abbildungen die Abmessungen für den 29. Kanal angegeben sind. Die Umrechnung auf andere Kanäle ist nicht schwierig: Wenn man das Verhältnis der Frequenz des 29. Kanals zur Frequenz des zu bestimmenden Kanals kennt, werden die bekannten Abmessungen mit diesem Verhältnis multipliziert. Natürlich kann das Antennennetz neben rautenförmigen Teilen auch andere Formen haben, beispielsweise einen Zickzackring mit massiven Metallsektoren, wie in Abb. 3.
Abhängig vom Winkel β hat die Bahn eine unterschiedliche Eingangsimpedanz. Beispielsweise ist es bei β = 90° gleich Rin = 100 Ohm und bei β = 140° - Rin = 75 Ohm. Dies bestimmt auch verschiedene Möglichkeiten, die Leinwand mit der AU abzugleichen. Die Leinwand bei β = 90° ist also breitbandiger und stimmt mit der Wolke gemäß Abb. überein. 2, e. Bei β = 140° wird die Antenne aufgrund der Notwendigkeit, einen Viertelwellen-Anpassungstransformator gemäß Abb. zu verwenden, schmalbandiger sein. 2, Herr Zur Herstellung einer solchen Leinwand werden Messingplatten mit einer Dicke von 0,3 mm verwendet. Um den Windwiderstand der Leinwand zu verringern, werden in jedem Sektor 15–20 Löcher mit einem Durchmesser von 5 mm gleichmäßig über die Fläche verteilt gebohrt. Schlaufenmaße zur Anpassung gemäß Abb. 2, d sind wie folgt: H=60 mm, C=40 mm, Segmente in - vom KATV-Kabel können 224n mm lang sein, wobei n=1,2,3 ... . 75, d kann eine Länge von 2n mm haben, wobei n = 92,18.... Laut Tabelle 1: Sie können eine beliebige Leinwand aus den 25 angebotenen Leinwänden auswählen, je nach Verfügbarkeit der Materialien oder anderen Eigenschaften. Die Richtcharakteristik des Antennennetzes (ohne Reflektor) ist zweikeulig vom Typ „Acht“, daher ist der Einsatz eines Reflektors in jedem Fall sinnvoll und effektiv, da er die Richteigenschaften verbessert und den Antennengewinn um erhöht ca. 3 dB bei bahnähnlichem Reflektordesign. Eine effizientere Möglichkeit, den Antennengewinn um etwa 7 dB zu steigern, ist jedoch die Installation eines Reflektors oder eines feinmaschigen Gitters. Das Gitter/Netz muss verschweißt und mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehen sein. Die Abmessungen des Gitters/Gitters sollten 5...10 % größer sein als die vertikalen (Sn) und horizontalen (SE) Abmessungen der Bahn. Das Gitter/Gitter wird je nach empfangenem Kanal (100-50) im Abstand h=21...69 mm hinter der Bahn platziert. Der Wert von h beeinflusst den Eingangswiderstand des Netzes und kann als zusätzliche Möglichkeit zur Verbesserung der Anpassung des gesamten AFS dienen. Durch die Änderung von h beim Aufsetzen des Gitters auf die Gewindebolzen wird ein klareres Bild mit geringstem Rauschen („Schnee“) auf dem Fernsehbildschirm erreicht. Die Verwendung eines Reflektorarrays/Gitters verändert das Strahlungsmuster der Antenne und verwandelt sie in eine schmale Einzelkeule. Dadurch wird der Empfang vom Reflektor deutlich geschwächt, was die Störfestigkeit des APS erhöht. Eine noch stärkere Steigerung der Richtwirkung und des Antennengewinns kann durch den gleichphasigen Einschluss von zwei oder mehr Leinwänden – Gleichphasengittern – erreicht werden. Dies ermöglicht Ihnen den Empfang von Übertragungen über große Entfernungen und unter schwierigen Bedingungen. Bei solchen Antennen handelt es sich um mehrere parallel geschaltete Leinwände, die horizontal und (und) vertikal in einer Ebene angeordnet sind. Für ein Beispiel in Abb. In Abb. 4 zeigt die gleichphasige Verbindung zweier Leinwände mit einer Eingangsimpedanz von 150 Ohm, vertikal beabstandet. Die in der Abbildung gezeigte Leinwand kann als Modifikation einer Zickzack-Ringantenne mit einem Winkel β = 0 oder einer Art Ringantenne betrachtet werden. Die Antenne funktioniert gut im UHF-Bereich mit einem Drahtdurchmesser von nur 1,5 mm.
Die Methoden zum Anpassen einer solchen Antenne an eine AU können unterschiedlich sein. Also, in Abb. In Abb. 4 zeigt die Möglichkeit, zwei Leinwände in einem optimalen vertikalen Abstand von 0,7λ einzuschalten, wobei eine Stromleitung an die untere Leinwand (Boden) angeschlossen ist. Für die Kommunikation zwischen den Etagen wurde eine Zweidrahtleitung mit einer Länge von λK verwendet. Die Leitung besteht aus zwei Kabelstücken RK-75 (K=0,65789). Es ist symmetrisch und hat einen Wellenwiderstand von 150 Ohm, was eine gute Anpassung an die Leinwand gewährleistet. Durch eine solche Parallelschaltung zweier identischer Leinwände beträgt die Eingangsimpedanz des gesamten APS an den Punkten a – a1 75 Ohm. Die Koordination mit der AU erfolgt durch einen Viertelwellen-Anpasstransformator gemäß Abb. 2, Stadt bestehend aus zwei Kabelstücken RK-75. Vorzuziehen ist jedoch (laut Autor) eine andere Option – die zentrale Stromversorgung. Es hat eine größere Bandbreite. Darüber hinaus können die Leinwände sowohl vertikal als auch horizontal um (0,7 ... 0,75) X zwischen ihren Mittelpunkten beabstandet sein. Um die Blätter mit einer zentralen Versorgung zu verbinden, werden gemäß Abb. zwei in Reihe geschaltete symmetrische Leitungen zwischen ihnen verbunden. 2, in einer Länge von 0.5XK (184,4 mm entlang der angelöteten Litzen an den Enden), jedoch gebildet aus Stücken des RK-75-Kabels. In diesem Fall beträgt die Eingangsimpedanz der Antenne an den zentralen Punkten B - B 75 Ohm. An sie ist der gleiche Viertelwellen-Anpasstransformator angeschlossen, wie in Abb. 4. Ebenso sind die Leinwände nach Abb. 1 mit Winkel α = 120°. Wenn solche Leinwände mit einem Winkel α = 90° verwendet werden, ist es besser, sie horizontal auszubreiten. Phasengleicher Einbezug von drei identischen Leinwänden gemäß Abb. 1 mit zentraler Stromversorgung ist in Abb. dargestellt. 5. Der Rost ist mit einem reflektierenden Netz ausgestattet. Die Eingangsimpedanz jedes Blechs beträgt etwa 100 Ohm und hängt kaum vom Drahtdurchmesser ab. Zur Prüfung wurden Drähte mit einem Durchmesser von 1,2 [(l/d) = 117] und 2,76 [(l/d) = 51] mm verwendet. Die Abmessungen der Verbindungsleitungen λK bleiben gleich, wenn andere Stege mit Rin = 100 Ohm verwendet werden (gemäß Abb. 1 bei α = 120° bzw. gemäß Abb. 3 bei β = 90°).
Die Leinwände sind durch symmetrische Leitungen mit einem Wellenwiderstand von 100 Ohm parallel miteinander verbunden, die aus Stücken des RK-50-Kabels mit einer Länge (entlang der gelöteten Litzen) von λK bestehen (diese Bedingung ist zwingend erforderlich!). An den Punkten B - B beträgt die gesamte Eingangsimpedanz der Antenne 33,3 Ohm. Die Koordination mit der AU erfolgt über einen Viertelwellentransformator aus RK-50-Kabelsegmenten (gemäß Abb. 2, d) mit einer Länge von 277 mm. Alle Leinwände sind auf einer 5 mm dicken organischen Glasstange befestigt. Die Stange wird mit vier Gewindebolzen an den Punkten 0 am Reflektor und am Mast befestigt. Das Reflektorgitter (Zellen mit den Abmessungen 18x18 mm) wird im Abstand h = 105 mm, verändert um ±15 mm, vom Antennensteg entfernt. Wie oben erwähnt, wird die AU hinter dem Reflektor am Mast installiert und an den Punkten c – c mit der Leinwand verbunden. Das Netzteil (PSU) des AU wird neben dem Fernseher oder an dessen Rückwand platziert, wie in Abb. 6.
Eine konstante Spannung von 12 V vom Netzteil wird über das Stichkabel RK-75 über das Entkopplungsgerät (ID) zugeführt, das gemäß Abb. angeschlossen ist. 7. RU besteht aus einer Drossel L1 und einem Kondensator C2.
Typischerweise werden PAHs vom Typ SWA, GPS usw. von Netzteilen mit geringer Leistung gespeist, die unterschiedliche Schaltungslösungen haben, aber meistens nicht vor einem Kurzschluss in der Last geschützt sind. Und ein solcher Schutz ist notwendig. Wenn außerdem Fernsehsignale aus unterschiedlichen Richtungen empfangen werden, beispielsweise über zwei Antennen, führt der Wechsel der Kabel von den Antennen am Eingang des Fernsehgeräts zu einer Reihe von Unannehmlichkeiten und die Anschlüsse nutzen sich schnell ab. Daher ist es wünschenswert, für deren automatische Umschaltung zu sorgen. Um diese Mängel zu beseitigen, wurden verschiedene BP-AUs entwickelt. Ein schematisches Diagramm einer der Netzteiloptionen mit einem Relais zur automatischen Antennenumschaltung ist in Abb. dargestellt. 8. Der Empfang starker UHF-Signale erfolgt über die A1-Antenne ohne AU, angeschlossen an die XW2-Buchse, das Netzteil ist in diesem Fall ausgeschaltet. Um schwache Signale zu empfangen, wird die Antenne A2 (XW3) mit dem AU verbunden, was beim Einschalten des Netzteils geschieht.
Das Netzteil wird eingeschaltet, wenn Sie die SB1-Taste drücken. In diesem Fall wird das Relais K1 aktiviert und seine Kontakte K1.1 blockieren die SB1-Taste, wodurch das Netzteil eingeschaltet bleibt. Kontakte K1.2 schalten die A1-Antenne aus und verbinden die A2-Antenne mit dem Fernseher. Die gleichgerichtete Spannung, angezeigt durch die HL2-LED, gelangt vom PSU-Ausgang zum AU. Im Falle eines Kurzschlusses im Wechselstrom oder in der Zuleitung sinken die Spannung am PSU-Ausgang und der Strom durch die K1-Wicklung des Relais. Das Relais gibt die Kontakte K1.1 frei, wodurch das Netzteil ausgeschaltet wird. Die HL2-LED und die HL1-Lampe erlöschen. Der Widerstand R1 ist so gewählt, dass das Relais bei einer stabilisierten Spannung von 12 V eindeutig mit einem minimalen Strom durch seine Wicklung arbeitet. Das Relais kann ein beliebiges sein, zum Beispiel RES47 (Pass RF4.500.409). Die HL1-Lampe (6,3 V x 0,28 A) zeigt die eingeschaltete Stromversorgung über das Netz an und dient gleichzeitig als Sicherung im Primärkreis des T1-Transformators. Transformator - jeder mit einer Spannung an der Wicklung II - 9 ... 11 V. Drossel L1 - auch jeder, zum Beispiel DM-0,6. Der KR142EN8B-Chip liefert einen maximalen Strom von 1,5 A und verfügt über einen Überstromschutz. Allerdings verbraucht das Netzteil nicht mehr als 0,1 A, sodass Sie einen leistungsschwächeren Chip, beispielsweise 78L12, verwenden können. Um Signale im UHF-Bereich zu empfangen, werden in der Zeitschrift beispielsweise mehrere AUs in Betracht gezogen [5]. Alle haben eine Eingangsimpedanz von 75 Ohm. Sie können auch mit den beschriebenen Antennen mit symmetrischem Eingang verwendet werden. Dazu müssen Sie ein bekanntes Matching Balancer (SSU) an einem Ferritring verwenden, der nach dem Schema in Abb. 9, a eingeschaltet wird. Sie können das SSU aber auch in Form einer U-Schleife gemäß Abb. installieren. 9b. Das zur AU führende Kabel sollte kurz und vorzugsweise 0.5 λK lang sein.
Bei der Wahl des Montageortes der Antenne ist zu beachten, dass jeder zusätzliche Meter Stichkabel das Signal im UHF-Bereich um 0,16 ... 0,4 dB dämpft. Je dünner das Kabel ist, desto größer ist der Verlust. Bei der endgültigen Installation des APS ist es wünschenswert, ein neues Kabel zu installieren, da sich der Dämpfungskoeffizient am Ende seiner Haltbarkeitsdauer (definiert als 12 Jahre) um 30 bis 60 % erhöht. Es ist besser, ein Kabel mit einer höheren Frequenz und einem größeren Durchmesser des Mittelleiters zu wählen. Auch an den Lötstellen ist auf eine zuverlässige Abdichtung zu achten. Literatur
Autor: Yu.Filichev, Vilnius, Litauen
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