УКВ АНТЕННА
А. ГЕРАСИМОВ, г. Стрый Львовской обл.
Зона уверенного приема УКВ ЧМ радиостанций весьма ограничена. Так для передатчиков мощностью около 10 кВт ее радиус равняется 50-80 км. В этой зоне уровень напряженности поля составляет 200 мкВ/м, а за ее пределами он быстро убывает и на расстоянии 140...160 км от передатчика падает до 5...10 мкВ/м. Чувствительность УКВ ЧМ тюнеров при отношении сигнал/шум на НЧ выходе 50 дБ обычно составляет 10 мкВ в монофоническом режиме и 100 мкВ в стереофоническом. Из сказанного ясно, что высококачественный стереофонический прием при использовании простых антенн (встроенная, телескопическая штыревая) не всегда возможен даже в зоне уверенного приема, не говоря уже о более далеких расстояниях. В этом случае требуются более сложные антенны с действующей высотой 5...6 м.
В публикуемой ниже статье вниманию читателей предлагается описание такой УКВ антенны. Коэффициент ее усиления - 11,5 дБ; ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости - 42°, в вертикальной - 60°; защитное отношение (коэффициент обратного излучения антенны, равный отношению напряжений на ее выходе при облучении с направлений 0 и 180°) - 18 дБ. Конструкция антенны показана на рис. 1.
Puc.1
При ее изготовлении следует руководствоваться общими рекомендациями, которые неоднократно давались в журнале "Радио" при описаниях телевизионных антенн типа "волновой канал". Она не критична к малым погрешностям в конструкции и имеет стабильную фазовую характеристику, что позволяет использовать ее в составе решеток. Активный элемент многоэлементных антенн обычно выполняют в виде петлевого вибратора Пистолькорса. Сам вибратор хорошо согласуется с 75-омным кабелем с помощью полуволновой петли, которая уменьшает его сопротивление в 4 раза. Однако в составе многоэлементной антенны его сопротивление значительно (приблизительно в 10 раз) уменьшается из-за влияния близко расположенных директоров и рефлектора и составляет около 30 Ом. При присоединении полуволновой петли его сопротивление уменьшается еще в 4 раза, и в итоге кабель с волновым сопротивлением 75 Ом оказывается соединенным с восьмиомной нагрузкой. В таком режиме иногда искажается диаграмма направленности антенны и резко уменьшается КПД. Известно, что коэффициент бегущей волны равен приблизительно: Kн=R/W, где R - волновое сопротивление нагрузки, W - волновое сопротивление фидера. КПД передачи сигнала из нагрузки в линию определяется по формуле: КПД=4Кн/(1+Кн)2. В нашем конкретном случае получим: Кн=8/75=0,107, а КПД=4*0,107/(1+0,107)2=0,35. Иными словами, 65 % принимаемой мощности будет теряться в фидере и реальный коэффициент усиления составит не 11,5, а 7 дБ, что соответствует согласованной четырехэлементной антенне. Для повышения КПД в качестве активного вибратора используются вибратор из трех трубок с входным сопротивлением 657 Ом и согласующее устройство с коэффициентом трансформации 1:1. В составе многоэлементной антенны сопротивление вибратора из трех трубок падает до 66 Ом, и в этом случае Кн=66/75=0,88, а КПД=4*0,88/(1+0,88)2=0,996, т. е. практически достигается полное согласование антенны с кабелем и максимальное использование ее направленных свойств. Электрическая схема согласующего устройства приведена на рис. 2.
Puc.2
Монтажная схема соединений в антенной коробке показана на рис. 3. Подобное согласующее устройство используется в промышленных антеннах АТВК.
Puc.3
Катушки намотаны на ферритовых кольцах 50ВЧ (7Х4Х2 мм) проводом ПЭЛ 0,23 и содержат по восемь двойных витков. Описанную антенну можно использовать в составе решетки из двух антенн. В этом случае их следует соединить в соответствии с рис. 4.
Puc.4
Расположение антенн (вид сверху) в случае приема волн с горизонтальной поляризацией показано на рис. 5.
Puc.5
Для приема волн с вертикальной поляризацией верхнюю часть мачты нужно выполнить составной, установив на расстоянии 700 мм от верхнего конца мачты изолирующую вставку (рис. 6).
Puc.6
Суммарный коэффициент усиления решетки составит 14 дБ, а действующая высота - 7м. Для улучшения чувствительности приемной системы можно использовать антенный усилитель. У автора работает перестроенный на диапазон 66...73 МГц промышленный усилитель УТКТИ-2. Перестройку легко осуществить подстроечными конденсаторами усилителя, используя измеритель АЧХ. Входной транзистор усилителя (ГТ329А) заменен на КТ3115А. Чувствительность системы с антенным усилителем при отношении сигнал/шум на выходе тюнера по ЗЧ 50 дБ составила б мкВ в монофоническом режиме и 60 мкВ в стереофоническом. Граничная напряженность поля для высококачественного стереоприема равна: Егр=60/hд=60/7=9 мкВ/м. Описанная антенная решетка с усилителем используется для приема стереопередач из Кросно (Польша), расстояние 160 км. Мощность передатчика 10 кВт, высота передающей антенны 300 м, поляризация вертикальная. Высота приемной антенны 30 м (крыша девятиэтажного дома). Польские стереофонические передачи ведутся по системе с пилот-тоном, поэтому автору пришлось изготовить стереодекодер на микросхеме A290D.
Радио 9 1992г., с.7-8.