Что такое фидер антенны

Антенно-фидерные устройства

Назначение антенно-фидерных устройств. Типы фидеров

Определение 1

Антенно-фидерное устройство — это устройство, которое используется для передачи сигналов в системах телевизионного вещания, радиосвязи, радиовещания и других радиотехнических системах.

Определение 2

Фидер — это линия передачи электромагнитных волн от генератора к антенне или к приемнику от антенны.

Антенно-фидерные устройства входят в состав радиоприемного и радиораспределяющего оборудования и выполняют две основные функции:

• передача энергии от передатчика к антенне и ее излучение в пространство,
• улавливание энергии, которая распространяется в пространстве в виде радиоволн, и ее передача на вход приемника.

Статья: Антенно-фидерные устройства

Найди решение своей задачи среди 1 000 000 ответов

Таким образом устройство состоит из двух основных частей — фидера и антенны.

Довольно часто антенна бывает удалена от передатчика или приемника на некоторое расстояние. Зачастую это расстояние значительно по отношению к длине волны, поэтому в таких случаях антенна соединяется с приемником или передатчиком при помощи фидерной системы, состоящей из переходного устройства и фидерной линии.

Основные требования к фидеру относятся к его электрогерметичности, то есть к отсутствию излучения энергии из фидера, а также к малым тепловым потерям. В режиме передачи волновое сопротивление фидера должно быть согласовано с входным сопротивлением антенны (обеспечивается за счет режима бегущей волны) и с выходом передатчика (для обеспечения максимальной отдачи мощности). В режиме приема согласование входа приемника с волновым сопротивлением фидера обеспечивается в режиме бегущей волны. Согласование волнового сопротивления фидера с сопротивлением нагрузки является условием для организации максимальной отдачи мощности в нагрузку приемника. В зависимости от того, в каком диапазоне находятся радиоволны, могут использоваться фидеры следующих типов:

Начинай год правильно ��
Выигрывай призы на сумму 400 000 ₽

1. Лини с поверхностной волной.
2. Двух и многопроводные воздушные фидеры.
3. Волноводы имеющие эллиптические, круглые или прямоугольные сечения.

Сущность и виды антенн

Замечание 1

Антенна представляет собой устройство для приема и излучения радиоволн, то есть она является преобразователем электрического тока радиочастотного диапазона в электромагнитное излучение и наоборот.

Требования, которые могут предъявляться к антенна, зависят от назначения радиостанции. Например, если станция находится в центре района, обслуживаемого ею, то излучение должно быть равномерным во все стороны, а антенны, которые обслуживают радиолокационные станции, должны концентрировать излучение в узком секторе.

Очень часто антенны классифицируются по диапазону волн. Для коротких волн, а также более длинных, как правило, используются антенны, изготовленные из проводов небольшого поперечного сечения. Для более коротких и дециметровых волн применяются антенны, в которых токи протекают по проводящим поверхностям, имеющим большие размеры относительно длины волны. Таким образом антенны можно делить на два вида:

• Апертурные антенны.
• Линейные антенны.

Линейные антенны представляют собой провод из металла, в котором возбужден переменный электрический ток. У данного вида антенн поперечное сечение намного меньше длины волны. Характерным явлением для линейных антенн является то, что распределение электрического тока вдоль оси почти не зависит от конфигурации провода, поэтому к линейным антеннам могут относиться антенны не только прямолинейные: рамочные, проволочные бегущей волны, тонкие щелевые, несимметричные и симметричные вибраторы.

У апертурных антенн можно различить ограниченную воображаемую поверхность, вдоль которой проходит весь поток принимаемой (излучаемой) электромагнитной энергии, которая называется раскрывом или апертурой. Как правило размеры раскрыва значительно больше, чем длина волны.

Также антенны, которые входя в состав фидерного устройства, делятся на передающие и приемные. Передающая антенна фидерного устройства преобразует энергию волн, которая поступает по фидеру от передатчика к ней, в энергию свободных колебаний, распространяющихся в окружающем пространстве. Задача передающей антенны заключается не только в излучении электромагнитных волн, но и в обеспечении рационального распределения энергии в пространстве. Поэтому одной из основных характеристик передающих антенн является диаграмма направленности, характеризующая зависимость излучаемого поля от положения точки наблюдения. Направленность делает возможным увеличение мощности поля, которое излучается в данном направлении, без увеличения мощности передатчика, а также уменьшению помех соседним радиотехническим приборам.

Замечание 2

Направленность можно получить только в том случае, если размер антенны существенно больше, чем длина волны колебаний.

Приемная антенна фидерного устройства используется для улавливания энергии свободных колебаний и их преобразования в волновую энергию, которая поступает на вход приемника или передатчика по фидеру. Диаграмма направленности для приемной антенны характеризует зависимость электрического тока в нагрузке антенны. Наличие направленных свойств у приемной антенны делает возможным не только увеличение мощности, которая выделяется током в нагрузке, но также и ослабление приема различных помех, что способствует увеличению качества приема.

К основным параметрам антенн относятся мощность потерь и излучающая мощность электромагнитных волн. Излучающая мощность представляет собой силу и количество волн, идущих от антенны в окружающее пространство. Под мощностью потерь подразумевается значение мощности, теряемой передатчиком в процессе прохождения электрического тока по проводам антенны. Также важными параметрами антенн являются коэффициент полезного действия, входное сопротивление антенны (характеризуется наличием реактивных элементов), мощность в антенне (отображает энергию, которую проводится от передатчика), коэффициент защитного действия (применяется в расчетах для определения степени ослабления сигналов антенной, принимаемых от побочных направлений) и рабочий диапазон.

10.3. Фидерные линии.

Фидер (в радиотехнике) — линия, предназначенная для передачи электрических колебаний высокой частоты. Поэтому любые провода, с помощью которых антенна подключается к телевизору, являются фидером, или фидерной линией. Назначение фидера состоит в передаче энергии высокой частоты от антенны к телевизионному приемнику с минимальными потерями. Фидерная линия должна удовлетворять следующим требованиям: не возбуждаться под действием электромагнитного поля (не обладать «антенным эффектом»); пропускать нужную полосу частот; иметь параметры, обеспечивающие легкость согласования ее с антенной или телевизором.

Иногда в качестве фидера используют телефонный кабель, электроосветительный шнур, сплетенные монтажные провода и т. п. (рис. 10.5, а). Качество таких самодельных фидеров невысокое.

Электромагнитное поле высокочастотных колебаний, передаваемых по такой линии, не имеет четко выраженной границы, которая отделяла бы его от окружающего поля. Часть энергии рассеивается в пространстве, причем с повышением частоты эти потери возрас-

тают. Открытая линия не только является источником помех, но и сама воспринимает их от других источников излучения. Поэтому их можно использовать в исключительных случаях, временно и только в условиях ближнего приема.

Если линию обнести металлическим экраном, то электромагнитная энергия не будет излучаться в окружающее пространство и наоборот. В линии, ограниченной экраном, можно вместо двух проводов использовать один, а в качестве второго провода будет служить экран. Такая линия называется несимметричной экранированной.

Если ось внутреннего проводника несимметричной линии, имеющего вид цилиндра, и ось экрана совпадают, такую линию называют коаксиальной. Входы всех современных телевизоров рассчитаны на подключение несимметричного коаксиального фидера (рис. 10.5, б).

Кроме полиэтилена 1 для изоляции в радиотехнических кабелях можно использовать и другие материалы: 2 — фторопласт (фторлон); 3 — полистирол; 4 — полипропилен и его смеси; 5 — резина; 6 — неорганическая изоляция. Электрические и конструктивные характеристики некоторых кабелей типа РК приведены в табл. 10.4.

Каждому кабелю присвоено условное обозначение, которое включает буквы, обозначающие марку кабеля,— РК (радиочастотный коаксиальный) и три числа. Первое число указывает на величину номинального волнового сопротивления, второе — на величину номинального диаметра по изоляции, округленную для диаметра 2 мм до ближайшего целого числа, третье число — двух- или трехзначное. Первая цифра указывает на материал изоляции кабеля, а последующие обозначают порядковый номер конструкции кабеля. Например, РК-75-4-15 обозначает: радиочастотный коаксиальный кабель с номинальным волновым сопротивлением 75 Ом, с номинальным диаметром по изоляции 4 мм, изоляция из полиэтилена (1), порядковый номер конструкции 5.

Фидерные линии характеризуются следующими параметрами: волновым сопротивлением, постоянной затухания, коэффициентом укорочения длины волны, электрической длиной.

Волновое сопротивление фидерной (или длинной) линии — это отношение напряженности электрического поля в какой-то точке поперечного сечения линии к напряженности магнитного поля в той же точке в случае, когда электромагнитная волна при распространении вдоль кабеля не испытывает отражений.

Примечание: М — медная проволока; МС — посеребренная медная проволока; БС — посеребренная бронзовая проволока; П — полиэтилен; В — поливинил-хлоридный пластикат; ОМ — оплетка медной проволокой; ОМС — оплетка посеребренной медной проволокой; ДОМ — двойная оплетка мелкой проволокой; ДОМЛ — двойная оплетка луженой медной проволокой; ОМЛ — оплетка луженой медной проволокой; ПМП — повив из медных прямоугольных проволок.

Для кабелей типа РК установлены следующие ряды номинального волнового сопротивления: 50, 75, 100 и 200 Ом.

Так как индуктивность и емкость линии зависят от ее геометрических размеров, волновое сопротивление можно вычислить, используя эти величины. Аля этого необходимо снять с конца кабеля наружную защитную оболочку, завернуть оплетку и штангенциркулем или микрометром измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем, сняв изоляцию, нужно измерить диаметр центрального проводника. Точное значение волнового сопротивления коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией можно рассчитать по формуле

где W—волновое сопротивление кабеля, Ом; D—диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции, мм; d— диаметр центрального проводника кабеля, мм.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией несложно определить с достаточной степенью точности по графику (рис. 10.6): если D/d =3,3. 3,7, кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом, если D/d = 6,5. 6,9, волновое сопротивление составляет 75 Ом.

Постоянная затухания кабеля характеризует снижение напряжения по мере распространения электромагнитных колебаний вдоль линии. Это происходит за счет потери энергии на активном сопротивлении проводов кабеля и потерь в диэлектрике (изоляции). Затухание в проводах зависит также от удельного сопротивления металла проводов (чем меньше их удельное сопротивление, тем меньшими в них будут потери), геометрических размеров поперечного сечения кабеля и частоты электромагнитных колебаний.

Затухание выражается в децибелах. Чтобы определить погонное затухание в фидере антенны, следует умножить

величину затухания на длину кабеля в метрах. Затухание в коаксиальном кабеле возрастает с увеличением частоты (рис 10.7).

Коэффициент укорочения длины волны характеризует уменьшение скорости радиоволны в кабеле по сравнению со скоростью в свободном пространстве при заполнении его диэлектриком с диэлектрической проницаемостью е>1. Со снижением скорости распространения радиоволны уменьшается и ее длина. Значит, длина волны в фидере, заполненном диэлектриком, меньше, чем в свободном пространстве.

Величина, показывающая, во сколько раз длина волны в линии, заполненной диэлектриком с e > 1, меньше длины волны в воздухе, называется коэффициентом укорочения длины волны. Для линий со сплошным диэлектриком, в частности для коаксиальных кабелей, коэффициент укорочения в=е^0.5 . Длину волны в кабеле Lk можно определить с помощью длины волны в воздухе Lсв по формуле

В большинстве коаксиальных кабелей в качестве изоляции между центральным и наружными проводами используется полиэтилен, диэлектрическая постоянная которого е=2,3. Коэффициент укорочения для этих кабелей составляет 1,52. В некоторых коаксиальных кабелях изоляцией служит пористый полиэтилен, включающий мельчайшие пузырьки воздуха. Коэффициент укорочения в этих кабелях равен примерно 1,25.

Электрическая длина волны кабеля определяет сдвиг фазы высокочастотного напряжения при распространении его по кабелю. При изготовлении согласующих и симметрирующих устройств телевизионных антенн, а также в соединительных линиях синфазных антенн часто нужно определить длину волны отрезка кабеля, который обеспечивает необходимый сдвиг фазы высокочастотного напряжения.

Электрическая длина фидера всегда больше геометрической. Например, если отрезок кабеля имеет длину половины волны, то его электрическая длина составляет только три четверти волны.

Отрезок длинной линии может резонировать на определенных частотах. Как и колебательный контур, он характеризуется входным сопротивлением, которое зависит от длины отрезка. В линии с бегущими волнами тока и напряжения, когда нагрузочное и волновое сопротивления линии равны, входное сопротивление на концах равно волновому независимо от ее длины. В замкнутой или разомкнутой линии входное сопротивление является реактивным и зависит от длины волны, принимая значения от нуля до бесконечности.

Так, например, у разомкнутой линии Rвx=0 при длине волны, равной L/4,L*3/4, L*5/4 и т. д., т. е. при нечетном числе четвертей волн. У короткозамкнутой линии Rвх = 0 при длине волны, равной L/2, L, L*3/2 и т. д., т. е. при четном числе четвертей волн.

Входное сопротивление равно бесконечности у разомкнутой линии, которая имеет длину, кратную четному числу четвертей волн, и у короткозамкнутой, имеющей длину, кратную нечетному числу четвертей волн.

Резонансные свойства отрезков длинной линии широко используются в приемных телевизионных антеннах, согласующих и симметрирующих устройствах, фильтрах сложения, в высокочастотных каскадах в качестве резонансных контуров для приема на дециметровых волнах и др. Широкое применение получили четвертьволновые отрезки линий в качестве широкополосных трансформаторов для согласования входных сопротивлений антенн с волновым сопротивлением фидера.

Для распайки кабеля к штекеру или к распределительной коробке ТАКП с него снимают защитную оболочку на длину 50 мм и шилом расплетают оплетку, которую затем свивают в один или два жгута (для первого случая — два жгута, для второго — один). С центрального провода на расстоянии 15 мм снимают изоляцию. При этом во избежание повреждения центрального провода изоляцию лучше снимать чистым разогретым паяльником, обведя бороздку по ее окружности. Центральный провод и оплетку коаксиального кабеля необходимо облудить припоем ПОС-40.

Фидер антенны желательно выполнить из целого куска кабеля, так как соединение из двух или нескольких отрезков, как правило, нарушает однородность волнового сопротивления, что при большой длине фидера приводит к появлению отраженных сигналов.

Для соединения кабелей типа РК существует несколько способов. Наиболее простой из них — сращивание с помощью проволочного бандажа (рис. 10.8). При этом часть изоляции кабеля не восстанавливается, что приводит к нарушению волнового сопротивления в месте пайки, кроме того, возрастают потери сигнала. Поэтому такой способ сращивания кабелей пригоден только на частотах метровых волн (до 200. 300 МГц). Однако его приходится использовать при соединении синфазных антенн, сборке фильтров сложения и других устройств.

Наиболее распространенный способ сращивания отрезков кабеля — в стык (рис. 10.9). Он используется на частотах MB и ДМВ диапазонов и осуществляется в четыре этапа. На первом этапе (на рис. не показан) на каждом из составляемых концов внешнюю оболочку разрезают на две части длиной по 80 мм, которые отгибают в противоположную от конца кабеля сторону и временно закрепляют. Медную оплетку на концах кабеля расплетают на 15 мм. Прядки оплетки отгибают в противоположную соединению сторону. Нерасплетенную часть оплетки сдвигают в ту же сторону. С каждого конца кабеля с центрального провода снимают изоляцию на 30 мм.

Внутренние проводники концов кабеля соединяют в навив, если центральный провод многопроволочный. Если он однопроволочный и достаточно толстый (например, у кабеля марки РК-75-9-12 диаметр внутреннего проводника равен 1,37 мм), то оба конца центрального провода следует спилить до половины с помощью надфиля примерно на 10 мм, залудить, а при пайке наложить один на другой, чтобы не было выступающих частей.

Если центральные провода тонкие, их можно сложить внахлест на 10 мм (заходят друг за друга), а затем произвести пайку. Предварительно место пайки покрывают флюсом из раствора канифоли в спирте. Место пайки центральных проводов лучше всего поместить в ванночку с расплавленным припоем ПОС-60 на 10. 15 с. Пайку с помощью кислоты использовать не следует.

Далее необходимо восстановить изоляцию. В трубке делают продольный разрез и на место пайки надевают полиэтиленовую трубку из отходов кабеля длиной около 30 мм. Швы трубки и места соединения с изоляцией нагревают до растекания полиэтилена.

На следующем этапе сращивают оплетки кабелей. Для этого их снова сдвигают к концам кабелей. Концы оплеток для большей прочности можно обмотать несколькими витками луженой голой монтажной проволоки, а затем после обработки флюсом места соединения произвести пайку.

На последнем этапе на оплетку накладывают отогнутые концы защитной оболочки. При необходимости их укорачивают. Во избежание проникновения влаги внутрь кабеля мес-

то соединения поверх защитной оболочки обматывают двумя слоями изоляционной ленты марки ПХВ.

При установке антенны важно выбрать способ присоединения к ней кабеля, так как неприкрытые контакты наружной антенны, подвергаясь воздействию коррозии, могут значительно ухудшить качество ее работы. Для защиты контактов от воздействия влаги место соединения кабеля с антенной заключают в соединительную коробку, которая одновременно используется и для крепления вибратора к несущей траверсе (стреле) антенны. Для замедления окисления места соединения кабелей в соединительной коробке заливают стеарином, воском или эпоксидной смолой.

При наружной проводке кабель укладывают вдоль мачты и крепят к ней скобами в интервале 0.5. 1 м. По ближайшему гребню крыши кабель подводят к кронштейну (рис. 10.10). Это устраняет трение кабеля о выступающие острые края кровли. Один из концов деревянной планки имеет вырез с

большим закруглением, предотвращающим излом кабеля при изгибе. Второй конец крепится к кронштейну двумя винтами под гайку. Планку устанавливают под углом 15. 20 к плоскости крыши, чтобы на кабель не попали талые воды. Кронштейн прикрепляют к карнизу крыши. При большой длине кабеля для предупреждения обрыва от ветровой нагрузки его подвешивают на стальном тросе.

При пересечении с проводами электросети кабель прокладывают под ними в полутвердых изоляционных трубках. Расстояние между кабелем и проводами электросети, газовыми и водопроводными трубами должно быть не менее 200 мм.

К деревянной стене фидер присоединяют однолапчатыми скобами под шуруп, на бетонных или кирпичных стенах — дюбелями с волокнистым наполнителем. На прямолинейных участках проводки кабель крепится каждые 500 мм, на поворотах и изгибах — через 50. 60 мм в зависимости от радиуса. Лапки скобок на углах должны быть повернуты внутрь угла.

Фидер заводится в комнату через отверстие в раме, просверленное под углом, чтобы дождевые капли не стекали внутрь рамы. Перед вводом в оконную раму кабель необходимо немного ослабить.

В жилых помещениях кабель прокладывают параллельно архитектурным линиям. При этом следует избегать резких перегибов кабеля и сжатия его скобками. Радиус изгиба не должен быть меньше, чем пятикратный диаметр кабеля. В комнатах и коридорах кабель прокладывают по напольным плинтусам. Конец кабеля длиной не менее 2 м оставляют свободным для включения в телевизор.

• Таблица 10.4 Конструктивные и электрические данные радиочастотных коаксиальных кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией (око
• Рис. 10.10 Кронштейн для прокладки фидера
• Рис. 10.5 Фидерные линии
• Рис. 10.6 График волнового сопротивления кабеля
• Рис. 10.7 Зависимость удельного затухания коаксиальных кабелей от частоты сигнала
• Рис. 10.8 Сращивание коаксиальных кабелей с помощью проволочного бандажа
• Рис. 10.9 Соединение кабелей способом встык
• Таблица 10.4 Конструктивные и электрические данные радиочастотных коаксиальных кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией (про
• Таблица 10.4 Конструктивные и электрические данные радиочастотных коаксиальных кабелей со сплошной полиэтиленовой изоляцией
• Ф.1 Определение длины волны в кабеле Lk с помощью длины волны в воздухе Lсв

2.1. ПАРАМЕТРЫ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ АНТЕНН

Вопросы проектирования, изготовления и использования антенн для диапазонов длинных (ДВ), средних (СВ) и коротких (KB) волн содержат значительно меньше проблем, чем антенн для диапазона УКВ, особенно телевизионных. Дело в том, что в диапазонах ДВ, СВ и KB передатчики, как правило, обладают большой мощностью; распространение радиоволн этих диапазонов связано с большими значениями дифракции и рефракции;

приемные устройства обладают высокой чувствительностью. Когда же речь заходит о телевизионной антенне, обеспечение необходимых значений этих параметров вызывает трудности. Достижение мощностей телевизионных передатчиков, таких как радиовещательных, оказалось пока невозможным. Явления дифракции и рефракции в диапазоне УКВ незначительны. Чувствительность телевизионного приемника ограничена уровнем его собственных шумов, который из-за необходимости широкой полосы пропускания примерно равен 5 мкВ. Поэтому для получения на экране телевизора высокого качества изображения уровень входного сигнала должен быть хотя бы в 20 раз больше уровня собственных шумов, т. е. не менее 100 мкВ. Однако из-за небольшой мощности передатчика и худших условий распространения радиоволн напряженность электромагнитного поля в точке приема оказывается невысокой. Отсюда возникает одно из главных требований, предъявляемых к телевизионной антенне: при данной напряженности поля в точке приема антенна должна обеспечить необходимое напряжение сигнала для нормальной работы телевизионного приемника.

Известно, что напряжение сигнала на выходе антенны пропорционально напряженности поля в точке приема, коэффициенту усиления антенны и длине волны сигнала. Коэффициент усиления характеризует направленные свойства антенны: чем больше коэффициент усиления, тем уже диаграмма направленности антенны. Количественно коэффициент усиления антенны показывает, во сколько раз мощность сигнала, принятого данной антенной, больше мощности сигнала, принятого простейшей антенной — полуволновым вибратором, помещенным в ту же точку пространства. Обычно коэффициент усиления антенны выражается в децибелах (дБ):

Kдб=10lg (P/Po).

Вполне естественно желание иметь антенну с большим усилением, но необходимо иметь в виду, что увеличение усиления антенны даром не дается и требует усложнения ее конструкции и габаритов. Всякие попытки разыскать такую конструкцию телевизионной антенны, которая была бы компактной, малогабаритной и, вместе с тем, обладала большим коэффициентом усиления, бесполезны.

Другим важным параметром антенны является ее входное сопротивление, которым считается отношение мгновенных значений напряжения к току сигнала в точках питания антенны. Входное сопротивление антенны не может быть измерено простым омметром или другим подобном прибором, для его измерения необходима специальная высокочастотная измерительная аппаратура. Если напряжение и ток сигнала в точках питания совпадают по фазе, их отношение представляет собой действительную величину. При этом входное сопротивление антенны является число активным. Если же имеется сдвиг фаз между напряжением и током, их отношение будет комплексным. Тогда входное сопротивление помимо активной составляющей будет иметь реактивную — либо индуктивную, либо емкостную в зависимости от того, отстает ли по фазе ток от напряжения или опережает его.

Входное сопротивление антенны — величина не постоянная, а зависит от частоты сигнала подобно входному сопротивлению колебательного контура. Так же как и контур, антенна может быть настроена в резонанс на частоту сигнала, и в этом случае входное сопротивление антенны будет чисто активным. Сходство с колебательным контуром на этом не заканчивается. Настройка контура в резонанс на частоту сигнала определяется его индуктивностью и емкостью, т. е. конструкцией элементов. Аналогично и настройка антенны на частоту сигнала зависит от конструкции ее элементов, их размеров и взаимного расположения. Подобно колебательному контуру телевизионная антенна обладает определенной полосой пропускания (более узкой или более широкой) в зависимости от конструкции.

Как уже было отмечено, большой коэффициент усиления антенны соответствует узкой диаграмме направленности. Диаграмма направленности показывает, как антенна принимает сигналы с разных направлений в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Так, антенна в виде вертикального штыря имеет в горизонтальной плоскости диаграмму направленности в форме круга, в центре которого находится сама антенна. Такая диаграмма является ненаправленной, так как принимает сигналы со всех сторон одинаково. Направленная антенна характеризуется наличием одного или нескольких лепестков диаграммы направленности, наибольший из которых называется главным. Помимо главного лепестка диаграмма направленности обычно содержит задний и боковые, уровень которых значительно меньше уровня главного лепестка. Тем не менее и задний, и боковые лепестки диаграммы направленности ухудшают работу антенны, а потому нежелательны. Две антенны с одинаковым коэффициентом усиления могут иметь совершенно разные диаграммы направленности и поэтому такие антенны будут обладать разными приемными свойствами, в частности в условиях дальнего приема. В этих условиях сигнал приходит с линии горизонта, и диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости должна иметь главный лепесток, максимально прижатый к земле. Легко понять, что свойства такой антенны значительно отличаются от свойств другой антенны, у которой главный лепесток диаграммы направленности приподнят над линией горизонта на значительный угол. При одинаковых коэффициентах усиления одна антенна может иметь широкую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости и узкую в вертикальной, а другая — наоборот. Свойства этих антенн, конечно, будут различными.

Часто к телевизионной антенне предъявляется требование не принимать сигнал с заднего, противоположного основному, направления. Такое свойство антенны отражает коэффициент защитного действия (КЗД), который выражается отношением мощности сигнала, принятого антенной с главного направления, к мощности сигнала, принятого с заднего направления, при одинаковой напряженности поля обоих сигналов. Чем больше КЗД, тем антенна считается лучше, хотя эта характеристика антенны бывает важна только в определенных условиях приема.

Кроме перечисленных параметров телевизионных антенн могут иметь значение и такие, как уровень и положение максимумов боковых лепестков диаграммы направленности, положение нулей диаграммы, полоса пропускания антенны. Идеальной могла бы считаться антенна, вообще не имеющая боковых лепестков диаграммы направленности, но такими бывают лишь простейшие антенны. Что касается полосы пропускания, то бывают антенны узкополосные, рассчитанные на прием по одному каналу, и широкополосные — для приема сигнала по нескольким частотным каналам.

2.2. ТРЕБОВАНИЯ К АНТЕННЕ И ФИДЕРУ

2. 2. ТРЕБОВАНИЯ К АНТЕННЕ И ФИДЕРУ

Как уже отмечалось, напряжение сигнала на выходе антенны пропорционально напряженности поля в точке ее установки, длине волны сигнала и коэффициенту усиления антенны. Отсюда, чем меньше длина волны (чем больше номер принимаемого частотного канала), тем меньше напряжение сигнала на выходе антенны при прочих равных условиях. Если прием ведется на предельном расстоянии и данная конструкция антенны обеспечивает нормальный прием по первому каналу, то для уверенного приема телевизионных передач по двенадцатому каналу от передатчика той же мощности и расположенного на том же расстоянии понадобится антенна более сложной конструкции, имеющая больший коэффициент усиления. Еще больший коэффициент усиления потребуется для уверенного приема передач в тех же условиях в дециметровом диапазоне волн. Таким образом, требование к коэффициенту усиления антенны должно увязываться не только с удаленностью от передатчика, но и с длиной волны, т. е. с номером канала.

Для того чтобы максимум мощности сигнала, принятого антенной был направлен в фидер и поступил далее на вход телевизионного приемника, антенна должна быть согласована с фидером, а фидер с телевизором. Для такого согласования входное сопротивление антенны должно быть равно волновому сопротивлению кабеля, из которого выполнен фидер, а волновое сопротивление фидера должно быть равно входному сопротивлению антенного входа телевизора. При рассогласовании антенны и фидера часть энергии принятого антенной сигнала не поступит в фидер, а отразится от него и будет антенной излучена обратно в пространство. Это равносильно соответствующему уменьшению коэффициента усиления антенны. Положение, однако, значительно усугубляется, если фидер, кроме того, оказывается рассогласован с телевизором. При этом часть сигнала отразится от антенного входа телевизора и направится по фидеру в виде обратной волны к антенне. Из-за рассогласования фидера и антенны здесь вновь произойдет отражение, и часть сигнала, распространяясь в прямом

направлении, поступит к антенному входу телевизора с задержкой относительно первоначального. Такая задержка создает на экране телевизора повторное изображение, сдвинутое вправо относительно основного. Из-за многократных отражений повторы также оказываются многократными. Таким образом, рассогласование фидера только с одной стороны приводит к уменьшению уровня сигнала на антенном входе телевизора. Рассогласование же фидера с обеих сторон помимо уменьшения уровня сигнала сопровождается появлением повторов на экране. Благодаря тому, что все телевизионные приемники имеют входное сопротивление 75 Ом, при использовании в качестве фидера коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом обеспечивается полное согласование фидера с телевизором без применения каких-либо дополнительных согласующих устройств. При этом рассогласование фидера с антенной не может привести к появлению повторов. Однако, если в качестве фидера используется не стандартный коаксиальный кабель, а какой-нибудь суррогат или кабель с другим волновым сопротивлением, появляются повторы. Отсюда возникает основное требование к фидеру: он должен быть выполнен только из коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом.

В условиях сильного сигнала потеря части его энергии за счет отражения от фидера не опасна. Поэтому часто согласованию антенны с фидером не уделяют большого внимания. Однако при слабом сигнале в условиях дальнего приема пренебрегать потерей части сигнала не следует и вопросам согласования антенны с фидером необходимо уделить большое внимание, так как значительно проще и дешевле достичь согласования, чем увеличения коэффициента усиления антенны.

Повторы на экране возникают не только из-за отражений сигнала от концов фидера, но и в тех случаях, когда антенна помимо основного сигнала принимает сигнал, излученный тем же передатчиком, но поступивший к антенне после переотражения каким-нибудь местным предметом: башенным краном, водонапорной башней, железобетонным зданием и т. д. Если такой местный предмет находится в стороне от прямой, соединяющей передающую и приемную антенны, переотраженный сигнал проходит в пространстве больший путь, чем основной, и поступает к антенне с задержкой относительно основного сигнала, что и приводит к повтору. Переотраженный сигнал поступает к антенне с другого направления относительно основного. Поэтому он может быть ослаблен за счет пространственной избирательности антенны, когда ее способности приема с разных направлений не одинаковы, что характеризуется диаграммой направленности.

Необходимость значительного ослабления переотраженных сигналов приводит к тому, что даже при близком расположении от передатчика часто приходится устанавливать остронаправленные антенны (обладающие большим коэффициентом усиления), хотя большой уровень напряженности поля не требует применения высокоэффективных антенн. В таких условиях при ориентировании антенны иногда оказывается возможно значительно ослабить повтор при очень незначительном ухудшении основного изображения, когда антенна ориентируется не на максимум сигнала, а на минимум отраженной помехи.

Телевизионная антенна обычно имеет симметричную конструкцию, а коаксиальный кабель, из которого выполнен фидер, асимметричен. Непосредственное подключение такого фидера к симметричной антенне недопустимо, так как нарушение симметрии приведет к искажению формы диаграммы направленности: максимум ее главного лепестка отклонится от геометрической оси антенны, форма диаграммы станет асимметричной, прием будет осуществляться не только антенной, но и оплеткой коаксиального кабеля, что еще более исказит диаграмму направленности. Можно, конечно, для подключения к симметричной антенне использовать фидер симметричной конструкции. Выпускаются двухпроводные симметричные высокочастотные кабели разных марок (например, ленточные кабели КАТВ с полихлорвиниловой изоляцией или КАТП с полиэтиленовой изоляцией при волновом сопротивлении 300 Ом), а также симметричные высокочастотные экранированные кабели марок РД с разными волновыми сопротивлениями. Однако использование симметричных фидеров признано нецелесообразным. Поэтому антенный вход телевизионных приемников выполняют в виде гнезда, рассчитанного на подключение коаксиального кабеля с помощью стандартного штекера асимметричной конструкции. Но соединение коаксиального кабеля с симметричной антенной требует использования специального симметрирующего устройства. Обычно кроме симметрирующего устройства приходится одновременно использовать согласующее устройство из-за того, что входное сопротивление антенны отличается от волнового сопротивления кабеля. Поэтому обычно симметрирующее и согласующее устройства объединяются в одно симметрирующе-согласующее устройство (ССУ). Конкретные схемы ССУ для антенн разных типов рассматриваются в разделах, посвященных этим антеннам.

Даже при идеальном согласовании фидера с обеих сторон напряжение сигнала на антенном входе телевизора оказывается меньше, чем на выходе самой антенны. Это связано с тем, что при прохождении сигнала по кабелю уменьшается его уровень, происходит его затухание. Затухание тем больше, чем больше длина кабеля и чем больше частота сигнала. Для характеристики кабелей разных марок используется удельное затухание, которым принято называть такое, которое претерпевает сигнал данной частоты, проходя по кабелю длиной 1 м. Удельное затухание в децибелах на метр (дБ/м) и приводится в справочниках в виде графиков или в виде таблиц. На рис. 2. 1 приведены зависимости удельного затухания коаксиальных кабелей разных марок от частоты. Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле при определенной его длине на любом частотном канале метрового или дециметрового диапазона волн.

Обозначение коаксиального кабеля состоит из букв и трех чисел: буквы РК означают радиочастотный коаксиальный кабель, первое число показывает волновое сопротивление кабеля в омах, второе — округленно внутренний диаметр оплетки в миллиметрах, третье — номер разработки. Из зависимостей рис. 2. 1 видно, что удельное затухание зависит от толщины кабеля: чем он толще, тем удельное затухание меньше.

В связи с тем, что обычно при покупке коаксиального кабеля не известна его марка, также оказываются не известны ни волновое сопротивление этого кабеля, ни зависимость его удельного затухания от частоты сигнала. Однако обе эти характеристики можно легко определить с помощью простых измерений. Для этого нужно снять с конца кабеля наружную защитную оболочку, завернуть оплетку и штангенциркулем или микрометром измерить диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции. Затем нужно снять полиэтиленовую изоляцию и измерить диаметр центральной жилы. Далее определяется отношение диаметра полиэтиленовой изоляции к диаметру центральной жилы. Точное значение волнового сопротивления коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией можно подсчитать по формуле:

где W — волновое сопротивление кабеля в омах, D — диаметр внутренней полиэтиленовой изоляции в мм, d — диаметр центральной жилы кабеля в мм.

Волновое сопротивление коаксиального кабеля со сплошной полиэтиленовой изоляцией можно также определить по графику, приведенному на рис. 2. 2.

Наконец, волновое сопротивление кабеля можно определить с достаточной степенью точности, вычислив после измерения отношение диаметра полиэтиленовой изоляции к диаметру центральной жилы. Если это отношение находится в пределах от 3, 3 до 3, 7, кабель имеет волновое сопротивление 50 Ом, если же — в пределах от 6, 5 до 6, 9, волновое сопротивление составляет 75 Ом. В связи с тем, что внутренний диаметр оплетки кабеля равен диаметру полиэтиленовой изоляции, определив тем или иным из указанных способов волновое сопротивление кабеля, по кривым рис. 2. 1 можно определить удельное затухание данной марки кабеля для соответствующей частоты сигнала.

К определению волнового сопротивления кабеля

19. Фидеры и волноводы.

Электрич. цепь и вспомогат. устройства, с помощью которых энергия радиочаст. канала подводится от радиоПРД к антенне или от антенны к радиоПР, назыв. фи­дером.

Фидеры – это линии питания, которые передают энергию от генератора к антенне (в передающем режиме) или от антенны к ПР (в режиме приёма). Основ. требования к фидеру сводятся к его электрогерметичности (отсутствию излучения энергии из фидера) и малым тепловым потерям. В передающем режиме волновое сопротивление фидера должно быть согласовано с входным сопротивлением антенны (что обеспечивает в фидере режим бегущей волны) и с выходом ПРД-ка (для max-ой отдачи мощности). В приёмном режиме согласование входа ПР-ка с волновым сопротивлением фидера обеспечивает в последнем режиме бегущей волны, согласование же волнового сопротивления фидера с сопротивлением нагрузки – условие max-ой отдачи мощности в нагрузку ПР-ка. В зависим. от диапаз. радиоволн примен. различные типы фидеров: двух или много-проводные воздушные фидеры; волноводы прямоугольного, круглого или эллиптического сечений; линии с поверхностной волной и др. Конструкция фидера зависит от диапазона передаваемых по нему частот. При передаче эл.маг. энергии по линии стре­мятся уменьш. излучение самой линии. Для этого провода линии располаг. //-но и по возмож­. ближе друг к другу. При этом поля 2-х одинак. по значе­нию, но противоположно направленных токов взаимно компенсируют­ся и излучения энергии в окружающее пространство не происходит. При создании антенны ставится противоположная задача: получение возможно большего излучения. Для этого использ. те же длинные линии, устранив одну из причин, лишающих фидер излу­чающих св-тв. Можно, например, раздвинуть провода линии на не­который ے, в результате чего их поля не будут компенсировать друг друга. На этом основана раб. V-образных и ромбических ан­тенн, излучающие провода кот. располож. под острым ے один к другому, и симметричного вибратора, полу­чающегося при разведении проводов на 180°. Компенсирующее действие одного из проводов фидера можно устранить, исключив его из с-мы. Это приводит к по­луч. несимметрич. виб­ратора. Все антен­ны, использ. этот принцип работы, относятся к классу не­симметрич. антенн. К ним также принадл. Г-образные и Т-образные антенны. Фидер излучает, если соседние участки его двух проводов обтека­ются токами, совпадающими по фазе, поля которых усиливают друг друга. Для этого необходимо создать фазовый сдвиг в половину дли­ны волны, например за счет неизлучающего шлейфа. На таком принципе основаны синфазные антенны. Фидер будет излучать, если расс-ия м/у проводами по неко­торым направлениям приобретают значит. разность хода. Можно так подобрать расс-ие м/у проводами, что по некоторым направлениям произойдет сложение волн от обоих прово­дов. Это использ. в противофазных ан­теннах.

Волновод – искусствен. или естествен. канал, способный поддерживать распространяющиеся вдоль него волны, поля которых сосредоточены внутри канала или в примыкающей к нему области. Типы волноводов:

1) Экранированные. Различают экранир. волноводы с хорошо отражающими стенками, к кот. относят волноводы металлические, направляющие эл.маг. волны, а также коаксиальные и многожильные экранирован. кабели, хотя последние обычно относят к линиям передачи (длинным линиям). К экранир. волноводам относят также волноводы акустические с достаточно жёсткими стенками.

2) Неэкранированные. В открытых (неэкранир.) волноводах локализация поля обычно обусловлена явлением полного внутрен. отражения от границ раздела 2-х сред (в волноводах диэлектрических и простейших световодах) либо от областей с плавно изменяющимися параметрами среды (ионосферный волновод, атмосферный волновод, подводный звук. канал). К открытым волноводам принадл. и с-мы с поверхност. волнами, направляемыми границами раздела сред.

Основ. св-во волновода – существ. в нём дискретного (при не очень сильном поглощении) набора нормальных волн (мод), распространяющихся со своими фазовыми и групповыми скоростями. Почти все моды облад. дисперсией, т.е. их фазовые скорости зависят от частоты и отлич. от групповых скоростей. В экранир. волноводе фазовые скорости обычно превыш. скорость распространения плоской однородной волны в заполняющей среде (скорость света, скорость звука), эти волны назыв. быстрыми. При неполном экранировании они могут просачиваться сквозь стенки волновода, переизлучаясь в окружающее пространство. Эти волны назыв. утекающими. В открытых волноводах распростр. медленные волны, амплитуды кот. быстро убывают при удалении от направляющего канала.