Логопериодическая антенна ДМВ: характеристика, принцип работы, изготовление компактных моделей своими руками

Как правильно рассчитать и изготовить логопериодическую антенну

Чтобы принимать сигнал цифрового ТВ нужна качественная антенна. Распространенным вариантом считается логопериодическая ТВ антенна. В рамках статьи рассмотрено, что она представляет из себя.

Что за антенна и как работает

Антенны разрабатывались еще до нашего рождения. За это время накопилось множество конструкций, которые отлично заточены на конкретные действия, но:

  • Не могут принимать сильный сигнал со всех сторон;
  • Не получается принимать качественный сигнал на всех частотных диапазонах;
  • Появляются проблемы при изменении длины улавливаемой волны, так как у узкополосных падает коэффициент усиления антенны, а широкополосные меняют его монотонно.

При проектировании антенн достичь всецелого охвата сигналов позволяет правильная диаграмма направленности. Чтобы ее достичь, нужно проектировать антенну в виде круга или длинного лепестка, который вытянут в сторону передатчика. Практика показывает, что достичь такого идеала сложно.

Но сложно, не значит «невозможно». Есть метод, позволяющий побороть неравномерную диаграмму и падение коэффициента усиления. Он называется логопериодическая антенна.

Принцип работы антенны во многом обусловлен своей продуманной конструкцией. Из-за этого она обладает широким диапазоном приема сигнала при равномерном коэффициенте усиления. Согласование с кабелем передачи сигнала на ресивер (часто называют фидер) не вызывает никаких проблем.

Имя такое устройство получило из-за свойств, которыми наделено:

  1. Логарифмическая зависимость длинны разносторонних и отделенных друг от друга вибраторов.
  2. Периодическое расположение вибраторов – разница в расстоянии, на котором они находятся на основных стержнях, определена диапазоном работы антенны. При этом разница в размерах и удаленности вибраторов от «навершия треугольника» подчиняется геометрической прогрессии.

Из чего состоит

Логопериодическая антенна для цифрового ТВ в своем строении имеет:

  • Стержни в количестве 2 штук, на которые прикрепляются вибраторы. Их делают пустотелыми для того, чтобы внутрь пустить кабель. Заводится через нижний стержень, петлей идет сверху и завершается короткозамкнутой перемычкой. Это необходимо делать для согласования и симметрирования, так как дополнительный контур в антенне применять не нужно.
  • Вибраторы – это прикрепленные перпендикулярно стержням проводники различной длинны, подсоединенные с помощью переполюсовки точек питания.

По сути, МВ-диапазон антенна тоже может ловить. Для этого только понадобятся более длинная антенна с вибраторами подлиннее. Конструкцию с выставленными на несколько метров стержнями сделать сложно, так как оконечные вибраторы окажутся слишком длинными, и конструкция станет неустойчивой.

Конструкция антенны цифрового телевидения состоит из 2-х стержней, направленных на источник передаваемых сигналов и размещенных перпендикулярно вибраторов отличающейся друг от друга длинны.

Важными свойствами антенны являются:

  • Знаменатель геометрической прогрессии, указывающий на быстроту убывания длинных вибраторов от основания стержня к его концу. Чем меньше показатель, тем эффективнее можно считать антенну. К сожалению, для увеличения этого показателя увеличивается размер и масса устройства.
  • Угол в основании треугольника, который образуют собранные вибраторы. Чем меньше он получается, тем лучше работает антенна. Но опять же, это увеличивает длину антенны, повышая риски неустойчивости и деформации.

Отдельно нужно упомянуть поляризацию. Поляризация волн напрямую зависит от типа антенны и ее расположения. Например:

  • вертикально размещенный несимметричный вибратор – это вертикальная поляризация;
  • горизонтально размещенный вибратор – горизонтальная поляризация.

Все формы антенны и какую лучше выбрать

Классикой принято считать треугольник, образованный двумя линиями вибраторов, уменьшаемых у основания. Замыкает треугольник два нижних вибратора. Но, это не единственная конструкция, которая есть на рынке:

  • Дельта – изогнутый из стальной проволоки вибратор, выполненный в треугольной форме. Схема антенны дециметрового диапазона в единую цепь включает все проводники-вибраторы. Поэтому, данная конструкция может считаться улучшенной (в некоторых смыслах) версией классики.
  • Волновой канал или пластина сложной формы – устройство для принятия сигнала от вышек, что расположены на достаточном удалении. Имеет встроенный усилитель. Из-за разного расстояния между вибраторами может подстроится под любую длину волны. Рекомендуется использовать для дальнего приема сигнала в активном режиме.
  • Линейная решетка с симметричными вибраторами и изменяющейся монотонно длинной – считается наиболее эффективной и наиболее сложной в строении.
  • Всеволновая логопериодическая – антенна для приема сигналов в широкополосном диапазоне для работы с аналоговым сигналом и цифровым эфирным по стандарту DVB-T2. Отличия в конструкции есть. В окончании размещены кроме длинных вибраторов минимум два телескопических штыря для ловли аналогового сигнала в метровом диапазоне.

Инструкция по самостоятельному изготовлению

Без теории и производимых расчётов изготавливать вручную такое устройство не имеет смысла. Поэтому, для более глубокого изучения материала и расчета с применением интегральных формул рекомендуем проштудировать книгу «Логопериодические вибраторные антенны» 2005 года издания. Она находится в публичном доступе в интернете, или же всегда можно купить бумажный вариант.

Шаг 1. Проводим расчеты

Если руки созданы чтобы творить, а желания нет самостоятельно использовать формулы из книги по радиоэлектронике, можно воспользоваться значениями, что были высчитаны уже давно.

ПараметрЗначение
Диапазон работы антенныОт 470 до 790 МГц
Кол-во вибраторовПо 9 шт. на строну
Коэффициент геометрической прогрессии0,895
Расстояние между вибраторами0,17 м
Сопротивление (входное)75 Ом
Волновое сопротивление линии антенного кабеля97,143 Ом
Диаметр проводников фидерной линии8 мм
Расстояние между несущими проводниками10,768 мм
Расстояние между самым длинным вибратором до линии замыкания72, 556 мм

Чтобы все работало правильно, рекомендуется брать проволоку толщиной 6 мм. При этом расстояние и длинна для каждого вибратора подобраны такие (сам. таблицу). Если намерены использовать конструкцию побольше, придется брать книжку с формулами и калькулятор в руки, и рассчитать все самостоятельно.

ВибраторРасстояние, ммДлинна, мм
Первый145,1
Второй98,7128,4
Третий186113,6
Четвертый263,3100,5
Пятый331,789
Шестой392,278,78
Седьмой445,869,7
Восьмой493,261,7
Девятый532,254,6

Шаг 2. Изготавливаем проводник

Для изготовления понадобится:

  1. Стержни. Рекомендуется подготовить две пустотелые трубки нужного диаметра и длинны.
  2. Нарезать по размерам из таблицы девять вибраторов. Толщина должна быть одинаковой.
  3. Подвести питание к будущей антенне, если используется усилитель.
  4. Внутрь одного из стержней подвести кабель-фидер.
  5. Провести спайку кабелей для последующего подключения к тюнеру или TV.
  6. Подключить вибраторы попеременно к стержням, как указано на чертеже.

В качестве примера можете ознакомится с видео инструкцией.

Шаг 3. Проводим настройку

Если сборка антенны завершена, осталось ее правильно выставить. При хенд-мейд сборке скорей всего будут недочеты, которые можно исправить так:

  • Укоротить или нарастить вибратор. Если же нужная длинна по каким-то причинам не соблюдена, можно аккуратно отрезать перебор пилкой по металлу или нарастить нужную длину с помощью пайки / сварки.
  • Поэкспериментировать со сменой рас стояния между вибраторами на всей длине стержней.

Шаг 4. Подключаем усилитель SWA

Можно использовать один из двух методов подключения ДМВ антенны:

  • Используя питание по кабелю от антенны. Центральную жилу кабеля надо зажать болтом, экран обернуть и зачистить планкой. Экранировать нужно в том числе и для того, чтобы не допустить КЗ экрана на центральную жилу.
  • Используя питание от внешнего адаптера-переходника, типа «краб». Распайка его производится по конструкции устройства. Если вы этого не делали раньше, лучше ознакомьтесь с парой-тройкой роликов, которые показывают практику с применяемой теорией.

Какова себестоимость логопериодической антенны

Себестоимость антенны довольно низкая, если сооружать ее из подручных материалов. Оценка всех приобретенных материалов для монтажа устройства находится «в диапазоне» 100 – 500 рублей. Все зависит от ваших потребностей и способностей.

Заключение

Можно сделать заключительный вывод, что сборка логопериодической антенны требует определенных умений и навыков не только в работе с металлом, но и в радиоэлектронике. Конструкция ее не так проста, как может показаться, но благодаря свойствам, обретенным из-за построения, она имеет широкий диапазоном приема сигнала при равномерном коэффициенте усиления.

Логопериодическая антенна своими руками

Собираемся рассказать, как сделать логопериодическую антенну. Логопериодические антенны относятся к числу частотно-независимых. Агрегаты работают в широком диапазоне, перекрывая спектр вещания. Напоминают внешним видом антенны типа волновой канал, только директоры переменной длины, подчиняющейся логарифмическому закону. Впервые идея предложена в 1957 году статьей Избелла, Дюамеля. В обыденности известно три вида устройств, читатели наверняка видели один – выложенный прилавками магазинов. Логопериодическая антенна изготавливается своими руками. Размеры вызнайте, понимайте имеющее важность, осознавайте возможности поблажку дать выдерживанию точности.

Виды логопериодических антенн

Редко встретим явление: самодельная логопериодическая антенна. Конструкция… логопериодические антенны трех типов:

  1. Плоские. Напоминают непонятный круг, вырезаны беспорядочно (на первый взгляд) дорожки, секторы. Получается невиданная комбинация мишени, с кольцами поршней двигателя внутреннего сгорания, непонятно чем… В результате штуковина принимает-излучает волны.
  2. Пространственная логопериодическая антенна страшная внешним видом. Навевает ассоциации фантастического фильма: космические флагманы увешаны похожими штуковинами. Не исключено, режиссеры равнялись сабжектом. Выглядит просто фантастично, работает реально.
  3. Плоские однонаправленные логопериодические антенны то, что видим в магазинах. Торчащий вперед длинный стержень, по обеим сторонам усеянный, словно усами, поперечинами различной длины. Выглядит более упорядоченно, пониманию недостижимо.

Ошибочно думать, будто логопериодические антенны годятся ловить лишь телевидение. Дело в другом: конструкция изделий сложна, первые методики предлагали номограммы, руководствуясь которыми, мастерам-самоучкам много раз приходилось переделывать. Первые логопериодические антенны сложно настраивались. Вот почему интерес так и не развился до последнего времени, хотя известны свыше половины века. Конструкции для GSM, WiFi, других протоколов СВЧ имеются, давно предложены, неизвестны толком. Отказываетесь верить, попробуйте найти в интернете информацию, соотнесите результаты по биквадрату Харченко, сразу поймете ситуацию.

Решение задачи математически сталкивается напрямую с сонмом интегральных уравнений, по зубам редкостным ботаникам. Наиболее осведомленные авторы считают: разумно пользоваться просто готовыми конструкциями, самостоятельно разрабатывать, больше методом научного тыка. Понятно, первую задачу на бумаге решать утомительно, люди опытные рекомендуют попросту использовать различные языки программирования. Лучше всего подходят MathCAD и С++.

Конструкция логопериодической антенны

Конструкция логопериодической антенны поражает сложностью. Попробуем описать устройство. Начнем упрощенно, избегая запутать читателей.

  • Стержень напоминает траверсу волнового канала, дает раздельное питание левым и правым вибраторам. Находятся симметрично в противофазе.
  • Причем попеременно левый-правый ряд вибраторов меняются несущей (две, близко расположенные и параллельные). Например, первый левый вибратор принадлежит верхней несущей, первый правый – нижней. Со вторыми наоборот. Левый теперь находится на нижней, правый, – на верхней.
  • Количество вибраторов зависит от конструктива, длина самых больших (вмещены задней частью) составляет (в сумме левый и правый) половину длины волны крайней нижней частоты диапазона.
  • Питание подводится к передней части. Допустимо сделать проводом, проложенным внутри несущей, либо сразу присоединить симметричную линию к вершине. По первому случаю поясним: коаксиальный кабель ложится внутри одной направляющей, причем одной частью линии послужит направляющая. При выходе из носика центральная жила замыкается на вторую несущую. Получается, двухпроводная линия играет роль четвертьволнового симметрирующего трансформатора.
  • Закорачивание линии сделано позади самого длинного вибратора на расстоянии восьмой части длины волны нижней частоты диапазона. По отдельным сведениям, сделано из соображений согласования. Кстати, метод хорош тем, что вибраторы получаются замкнутыми на землю, следовательно, при ударе молнии первой сгорит оплетка кабеля (при отсутствии громоотвода).
Читайте также:  Установка счётчиков электроэнергии в квартире: виды электросчётчиков и инструкция подключения своими руками

Действие логопериодической антенны

Согласно теории, в логопериодической антенне постоянно имеется некая активная область, образованная вибраторами, где уровень тока выше 10 дБ. Частота начинает уменьшаться, зона перемещается в сторону вибраторов подлиннее. Повышение провоцирует обратный процесс. Немногие элементы линии работают равноценно. Некоторые отдыхают. Получается феноменальная широкополосность. Особенностью линии является то, что волна сначала доходит до вибраторов, имеющих размер, отличающийся от резонансного (меньший). По мере продвижения сигнала к «идеальному» вибратору часть мощности рассеивается. Удается укоротить самый длинный излучатель, снижая габариты логопериодической антенны.

Итак, читателям представляем простую вещь: дельной, простой методики расчета сегодня не придумано, любители покопаться в интегралах приглашаются к изданию Логопериодические вибраторные антенны 2005 года выпуска: подробно обмусоливаются тонкости. Несколько разделов посвящается программированию. Избегаем копать тонкости MathCAD, приводить расчет логопериодической антенны, предпочитаем С++, выводы покажем, чтобы читатели могли заняться проектированием:

  1. Диапазон работы антенны 470 – 790 МГц.
  2. Количество вибраторов 9 штук на сторону.
  3. Коэффициент геометрической прогрессии 0,895.
  4. Расстояние между вибраторами 0,17 метра.
  5. Входное сопротивление 75 Ом.
  6. Волновое сопротивление фидерной линии 97,143 Ом.
  7. Диаметр проводников фидерной линии 8 мм.
  8. Расстояние между проводниками (несущими) 10,768 мм.
  9. Расстояние от самого длинного вибратора до замыкания линии 72,556 мм.

Поясняем по поводу данных: длина самого длинного вибратора (левый + правый суммарно) должна быть равна половине длины волны самой низкой частоты (теория). Найдем параметр. Длину волны вычисляем по формуле, используемой со школьной скамьи 299792458 / 470000000 = 637,85 мм. Делим на четыре, пытаясь найти длину одного (левого, правого) вибратора, получаем 159,5 мм. Каждый последующий вибратор находите, домножая число коэффициентом из данных. Все концами лежат на линии, проведенной из некоего воображаемого центра, расположенного вдоль оси антенны, впереди. Расстояния домножаются коэффициентом. Начальное составляет 17 см.

Как объясняет автор идеи, в расчете по формулам выходили разные толщины вибраторов, некоторые не получали порции энергии в ходе работы (говорилось выше), по мере создания ДМВ логопериодической антенны, было решено проволоку взять толщиной 6 мм, расстояния, длины вышли следующие:

  1. Расстояние 0 мм, длина 145,1 мм.
  2. Расстояние 98,7 мм, длина 128,4 мм.
  3. Расстояние 186 мм, длина 113,6 мм.
  4. Расстояние 263,3 мм, длина 100,5 мм.
  5. Расстояние 331,7 мм, длина 89 мм.
  6. Расстояние 392,2 мм, длина 78,78 мм.
  7. Расстояние 445,8 мм, длина 69,7 мм.
  8. Расстояние 493,2 мм, длина 61,7 мм.
  9. Расстояние 535,2 мм, длина 54,6 мм.

Настраивается антенна изменением расстояния меж несущими. Варьируется удаление короткого замыкания линии от самого длинного вибратора. Берите размеры табличные, автор лучше знал, наверняка учел расстояния меж несущими и прочее. Рассматриваемая логопериодическая антенна отлично подходит цифровому мультиплексу, причем захватит все, подробнее сверяйтесь с Википедией. Для работы на прием телевидения следует расположить конструкцию, чтобы вибраторы находились в горизонтальной плоскости. В большом городе луч может прийти вовсе не с направления вышки, также под углом. Боитесь поймать – пробуйте наклонить логопериодическую антенну для достижения нужного эффекта.

Про питание рассказали, пропускайте кабель в одну из несущих, в районе носика обеспечьте соединение любой из них с оплеткой, второй — с жилой. Замыкается линия позади самого длинного вибратора. Теперь каждый читатель может самостоятельно сделать логопериодическую антенну по приведенным сведениям. Отдельной строкой идут конструкторские соображения. Ранее директор приваривали к траверсе, сегодня найдете иные методики.

Желаем аудитории удачи в экспериментах. Теперь знаете, как изготавливается логопериодическая антенна собственноручно. Напоминаем, рассмотренная конструкция далеко не самая простоя и требуется посмотреть диапазон по всем используемым частотам. Нет необходимости – создавайте четвертьволновые вибраторы (для цифровых мультиплексов), избегая дебрей. Проще собирается волновой канал, отличающийся от логопериодической антенны равными размерами вибраторов.

Логопериодическая антенна своими руками для приема Цифрового ТВ

Логопериодические антенны — это приемные устройства, работающие в любом частотном диапазоне. Их также называют частотно-независимыми по причине их возможностей. По конструкции они схожи с антеннами волнового типа, но работают по логарифмическому закону, отсюда и их название. Такую антенну для качественного приема цифрового телевидения можно собрать самостоятельно, но сначала лучше ознакомиться с их видами.

Виды логарифмических антенн

Разновидность устройства не меняет его функциональность, а лишь указывает на конструктивные особенности пространственный охват:

  1. Плоские однонаправленные. Они же активные направленные логопериодические антенны, представлены обычным стержнем, на котором симметрично в противофазе закреплены «усики» (проводники). Являются простой и дешевой конструкцией, однако работают только в конкретном направлении.
  2. Плоские. Их конструкция схожа с однополярными антеннами. Усики более длинные и в выпуклой форме. Они работают только в горизонтальной плоскости, но независимы от направления.
  3. Пространственные. Из названия можно сделать вывод — она принимает сигнал в обеих плоскостях. Она представлена комплексом более широких версий плоских однонаправленных антенн.

Рассмотрев виды можно заметить, что по конструкции они не отличаются, разница лишь в архитектуре. Поэтому перед изучением конструкции логопериодической антенны можно сразу выбрать, какая из них больше подойдет для использования.

Вариантов не много:

  • Если в районе присутствует только одна вышка, к ней есть уверенный доступ, а строительство второй не предвидится — выбор плоской однонаправленной антенны станет выгодным решением. Другие тоже подойдут, но они не дадут большего эффекта, но потребуют больше затрат.
  • Когда в округе есть несколько ретрансляторов, а аналоговое и цифровое ТВ поступает с разных — поможет только плоская антенна.
  • В горной местности принимать хороший сигнал можно только с помощью пространственной логопериодической антенны, т.к. другая не справится из-за рельефа.

Конструкция логопериодической антенны

Готовая к эксплуатации логопериодическая антенна внешне напоминает целый комплекс устройств и по сложности в разы превосходит обычный эфирный приемник, которые продаются в телемагазинах:

  • Осевой стержень (он же несущий трубчатый элемент, который задает расположение начального директорного антенного полотна) дает раздельное питание правым и левым усикам. Это необходимо для синхронного приема (излучения) сигнала усиками, размещенными в противофазе.
  • В качестве проводника сигнала к телевизору используется коаксиальный кабель, который подсоединяется к началу стержня (вершина устройства).
  • Усики от вершины до основания на каждом шаге соблюдают строгую синхронность удлинения. Длина каждого из последней пары усиков должна соответствовать общей длине первой пары (Ln = ½ L1).

Изготовление проводника

Основу можно изготовить самостоятельно или купить готовую. В последнем случае наиболее удачным вариантом станет использование устройств типа «дельта» в форме «елочки», которая заменяет плоскость рефлекторной решетки. Чтобы собрать своими руками, можно использовать два способа:

  • Спайка. Если под рукой есть сварочный аппарат, лучше сварить такую конструкцию. Здесь все просто, разве что только лучше спаять стержни, и только потом их срезать по нужной длине.
  • Сборка. Усики можно заранее заготовить и скрепить медной проволокой. Для прочного их прикрепления к стержню потребуется зафиксировать всю конструкцию к дощечке. От этого пострадает эстетичность готового приемника, но повысится надежность при дожде или мокром снеге.

По меньшей мере используется один рефлекторный вибратор, лежащий в плоскости. Но практичнее брать два — на каждую сторону проводников по стержню. Питание подводится к вершине (со стороны коротких проводников).

Сборка антенны

Ниже представлены параметры для логопериодической антенны с мощностью 10 дБ. В дальнейшем она будет служить в качестве стандарта для сборки более других типов устройств:

  • длина стержней (несущих) 160 см;
  • количество усиков — 9 пар;
  • коэффициент сокращения длины следующей пары усиков от основания (он же коэффициент геометрической прогрессии) 16 см;
  • разница входного и выходного сопротивления

20 Ом (обычно 98 и 75 Ом соответственно).

На выходе получится логопериодическая антенна ДМВ 460 — 790 МГц. Также существуют всеволновые, которые относятся к телевизионным антеннам метрового и дециметрового лиапазона.

Несущие между собой нужно зафиксировать (не закрепить!) и выполнить последний этап сборки — заземление. В качестве него подходит обычный медный провод 2 мм. Перед подключением нужно учесть, чтобы заземление не конфликтовало с кабелем. Стержни будут связаны общим контактом, и кабель с заземлением развести между ними.

Настройка сборной конструкции

Логопериодическая антенна готова и осталось выполнить ее настройку. Для этого нужно взять оба несущих трубчатых элемента и передвигать в непосредственной близости друг к другу. При этом усики должны быть точно параллельны друг к другу. Суть в том, что при большом расстоянии между ними (более 2 см), охват расширяется, но одновременно и слабеет, поэтому изначально изображения может и не быть.

Когда вышка удалена на 20+ км, нужна антенна мощностью 15+ дБ. В этом случае расстояние между несущими будет менее 0.8 см. В большинстве случаев антенну достаточно проверять на высоте 2 м и в горизонтальном положении. В условиях плотной застройки сигнал не обязательно поступит именно с вышки, нужно пробовать искать под углом. Когда найдено удачное соотношение, несущие стержни нужно закрепить. Сделанная своими руками логопериодическая плоская однонаправленная антенна готова.

Изготовление плоской и пространственной антенны на основе однонаправленной

Чтобы получить обычную плоскую антенну, работающую по всему радиусу горизонта, нужно изготовить аналогичную конструкцию, которая повторит готовую. Они устанавливаются симметрично друг к другу основанием. Провод питания раздваивается и подключается к обеим конструкциям, а кабель к одной из них по умолчанию (но обязательно к несущей, к которой не подключено питание).

Если же нужна пространственная антенна, она также может быть выполнена согласно готовому изобретению, с пересчетом их количества. Потребуется уже три конструкции, которые нужно собрать в форме треугольной пирамиды с основанием из вершин антенны. Она устанавливается только на крыше в вертикальном положении. От каждой из них отводится медный кабель, который собирается в единый комплекс и подключается к электрической сети.

Выводы

Самодельные телевизионные ДМВ антенны работают по тому же принципу, что и заводские. В частности, ее можно усилить, уменьшив укорочение каждой следующей пары проводников. Однако для выполнения условия Ln = ½ L1 потребуется больше пар усиков, а сама конструкция в несколько раз увеличится по длине. Но самое главное — с увеличением дальности приема сигнала будет смещаться и частотный диапазон, в результате чего приемник сможет принимать только метровые волны. Поэтому самостоятельно можно изготовить только уличную логопериодическую антенну, а в случае сильной удаленности от вышки потребуется купить усилитель.

В целом, при нахождении в пределах 50 км от ретранслятора, с такой антенной можно принимать уверенный сигнал цифрового и аналогового вещания.

Расчет и изготовление логопериодической антенны для DVB-T2

Для приема цифрового ТВ нужна качественная антенна, одним из самых популярных вариантов является логопериодическая. Рассмотрим ее устройство, расчет и порядок самостоятельного изготовления.

Что значит «логопериодическая» и в чем ее сила

За годы, прошедшие со времен Герца, Маркони и Попова до наших дней, было разработано множество конструкций антенн. Однако большинство из них страдают общими недостатками:

  • принимают со всех направлений, но слабо;
  • ловят качественно, но не на всех диапазонах;
  • изменение длины принимаемой волны (или частоты сигнала) ведет к тому, что у узкополосных антенн коэффициент усиления резко снижается, а у широкополосных изменяется монотонно;

Главная проблема при конструировании антенн – это правильное построение диаграммы направленности (графика, определяющего степень и вектор принимаемого сигнала). В идеальной ситуации она должна быть либо четким кругом, либо одним длинным лепестком, вытянутым в направлении передатчика. На практике же достичь этого невозможно.

Один из способов борьбы с неравномерной диаграммой и падением коэффициента усиления – использование логопериодической антенны. Это конструкция, состоящая из двух основных стержней, направленных на источник передачи, и расположенных поперек вибраторов разной длины.

Устройство имеет широкий диапазон приема, при этом коэффициент усиления остается равномерным. Антенна отлично согласуется с фидером (кабелем, по которому происходит передача принятого сигнала на приемный тюнер).

Само название происходит от двух основных свойств этой антенны:

  • Логарифмической зависимости длины отдельных вибраторов друг от друга.
  • Их периодического расположения. Расстояние, на котором находятся проводники на основных стержнях, определяется тем диапазоном, в котором работает устройство. Размеры вибраторов и их удаленность от вершины треугольника подчиняются геометрической прогрессии.

Конструкцию с торчащими стержнями в несколько метров сделать сложно. Из-за этого для МВ обычно используются волновые каналы, рамочные приспособления из проволоки типа «биквадрат» или «триквадрат» и пр.

Конструкция

Логопериодическая антенна состоит из следующих элементов:

  • Два стержня, на которых крепятся вибраторы.
    Обычно они пустотелые, и в них пропускают антенный кабель-фидер, который в этом случае является дополнительным элементом антенны. Он пропускается через нижний стержень, петлей уходит наверх и заканчивается короткозамкнутой перемычкой. Это обеспечивает согласование и симметрирование, поскольку дополнительные контуры в конструкции не требуются.
  • Вибраторы – торчащие по бокам проводников переменной длины, подключенных с помощью переполюсовки.

Характерными параметрами для таких антенн являются:

  • Знаменатель геометрической прогрессии , показывающий, как быстро убывает длина вибраторов от основания стержня к его концу. Чем меньше этот показатель, тем эффективнее телеантенна, однако при этом одновременно растут размеры и масса устройства.
  • Угол при основании треугольника, который в итоге образуют собранные вибраторы. Чем он меньше, тем лучше работа антенны. Однако это тоже увеличивает длину и массу, появляется риск возможной деформации.

Выбор формы

Классическая форма – треугольник, образованный двумя линиями вибраторов постепенно уменьшающейся длины (если считать от основания).Однако это не единственное решение.

Производители выпускают эти конструкции еще как минимум в двух форматах:

  • «Дельта».
    Производится уже лет тридцать на заводе в Санкт-Петербурге и представляет собой изогнутый единый вибратор треугольной формы из стальной проволоки. Схема дециметровой цифровой антенны подразумевает включение всех проводников-вибраторов в единую цепь. Так что «Дельта» в некоторых отношениях даже эффективнее классического стержня с «рогами»-вибраторами.
  • Пластина сложной формы (волновой канал).
    Применяется для внешних телеантенн дальнего действия, особенно если используется встроенный усилитель. Конструкция незамысловатая, отчасти поэтому ее так облюбовали производители. Подстраивается под длину волны за счет разных расстояний между вибраторами. Хорошо работает только для дальнего приема и в активном варианте (для среднего и ближнего поля важно чередование).
  • Линейная решетка симметричных вибраторов с монотонно изменяющейся длиной.
    Может быть изготовлена как в виде плоской конструкции, так и в форме решетки с двойной линией, образованной скрещенными проводниками. Это самый эффективный, но при этом конструктивно более сложный вариант антенны.

Всеволновая логопериодическая

Помимо работы с короткими волнами дециметрового диапазона, такая антенна может принимать сигналы в широкополосном спектре. Это полезная функция, если планируется принимать «цифру» в формате DVB-T2 и подключать источник аналогового сигнала.

Прием сигналов со всех диапазонов возможен в следующих случаях:

  • В конструкции встроены вибраторы длиной не менее метра .
  • Устройство имеет не только два штыря с вибраторами для дециметрового диапазона. У него как минимум пара «усов» с телескопическими штырями для приема метрового вещания.

Такая конструкция обычно характерна для комнатной антенны. На мачте или выносном настенном кронштейне трудно вручную раздвигать «телескопы» и ориентировать их в сторону передающей станции.

По той же причине почти не используются популярные в 60-х годах сферические телеантенны. У них очень интересные характеристики приема, но они слишком уж нетривиальны при расчетах, в конструировании и обслуживании. Проще рассчитать и изготовить волновой канал, плоский би- или триквадрат Харченко или логопериодическую антенну, чем подгонять сферу под частоты современного цифрового ТВ.

Как сделать самостоятельно

Основное применение этих антенн – прием дециметровых (ДМВ) сигналов. Обычная конструкция – это два параллельных стержня, на которых в противофазе друг к другу крепятся от 5 до 7 проводников-вибраторов равномерно уменьшающейся длины.

При необходимости эту антенну можно изготовить в домашних условиях. Самодельная конструкция требует дополнительных расчетов. Калькулятор можно найти ниже или воспользоваться формулами из любого учебника по радиотехнике. При этом на дату выпуска можно не смотреть: с 60-70-х годов XX века никаких глобальных открытий в этой области сделано не было.

Так что старыми формулами можно пользоваться безбоязненно.

Расчет логопериодической антенны

Вначале надо рассчитать размеры рабочих элементов устройства. Для этого воспользуйтесь онлайн-калькулятором:

Пояснения к расчету:

  • минимальная и максимальная рабочая частота — укажите диапазон, исходя из значений транслируемых мультиплексов для вашего региона;
  • входное сопротивление — оставьте 75 Ом;
  • диаметр элемента — укажите сечение вибраторов, которые планируете применять;
  • сторона собирающей линии — калькулятор рассчитывает значения для трубок квадратного сечения, нужно указать размер одной грани.

Вибраторы укорачиваются в геометрической прогрессии со знаменателем, равным τ . Работа антенны зависит от периода структуры τ и угла при вершине треугольника α , связанного с относительным интервалом σ .

Чем меньше угол α (и больше τ ), тем выше коэффициент усиления антенны. При этом увеличивается число вибраторов и общая длина конструкции. Поэтому при выборе периода структуры рекомендуем принимать значение τ 0,9.

Существует оптимальное значение относительного интервала σ для определенного τ — калькулятор посчитает его автоматически.

Полученные значения используйте при изготовлении антенны.

Изготовление проводника

Создание самодельной модели включает в себя:

  1. Изготовление стержней. Подбираются две проводящие трубки нужного диаметра, поскольку изготовить их сложно.
  2. Нарезка и попеременное присоединение вибраторов посчитанных размеров. Длина самых больших должна получиться около четверти (а в сумме – правый и левый – равна половине) длины волны нужного диапазона.
  3. Подвод питания к передней части, если используется усилитель.
  4. Проводку фидера внутри одного из стержней. В этом случае кабель играет роль четвертьволнового трансформатора.
  5. Пайка кабелей, подключение и поиск каналов.

Подключение вибраторов производится попеременно, как показано на схеме.

Чтобы не упустить из виду важные мелочи, посмотрите эту видеоинструкцию. Лучше чем на ней объяснить невозможно — все наглядно и понятно.

Настройка

При правильной сборке и использовании фидера волновым сопротивлением 75 Ом антенна не нуждается в дополнительной настройке. Достаточно ее правильно ориентировать.

Если же при сборке были допущены огрехи, то исправить их можно следующим образом:

  • Укорочением или наращиванием вибраторов.
    Обрезать можно с помощью кусачек, пилки по металлу или болгарки. Удлинить же можно, надставляя на короткие вибраторы трубки из такого же материала до соответствующей расчетам длины. После того как она достигнута, трубки крепятся клеем, запаиваются, заклепываются или же зажимаются плоскогубцами так, чтобы обеспечить надежный контакт.
  • Изменением расстояния между парами вибраторов .

Подключение усилителя SWA

В зоне, где прием телесигнала неуверенный, можно использовать антенный усилитель. Наиболее популярной маркой является SWA. Платы этой линейки выпускаются с разными коэффициентами усиления и канальными диапазонами.

Подключение выполняться одним из двух способов:

  • При питании по антенному кабелю.
    Здесь центральная жила кабеля зажимается одним винтом, а экран заворачивается и зачищается с помощью планки. Главное при этом – не допустить короткого замыкания экрана на центральную жилу;
  • При питании от внешнего адаптера.
    Здесь требуется переходник-адаптер («краб») с подходящими параметрами (для их проверки потребуется мультиметр). Он распаивается в соответствии с конструкцией антенны и спецификой ее подключения. Здесь требуются нетривиальные знания электротехники, поскольку единого стандарта устройств производители адаптеров не поддерживают и в разных случаях нужны индивидуальные расчеты.

Вместо заключения

Сборка логопериодической антенны – нетривиальная задача, доступная не всякому телемастеру. Тем не менее сделать эту работу даже с нуля может любой, имеющий минимальные знания в электротехнике.

Вот какие экземпляры собирают радиолюбители:

4.7. ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ

4.7. ЛОГОПЕРИОДИЧЕСКИЕ АНТЕННЫ

Направленные свойства большинства антенн изменяются при изменении длины волны принимаемого сигнала. У узкополосных антенн резко падает коэффициент усиления, а у широкополосных его изменение носит монотонный характер. Один из типов антенн с неизменной формой диаграммы направленности в широком диапазоне частот – антенны с логарифмической периодичностью структуры ЛПА. Эти антенны отличаются широким диапазоном: отношение максимальной длины волны принимаемого сигнала к минимальной превосходит десять. Во всем диапазоне обеспечивается хорошее согласование антенны с фидером, а коэффициент усиления практически остается постоянным.

Внешний вид ЛПА показан на рис. 4.11,а. Она образована собирательной линией в виде двух труб, расположенных одна над другой, к которым крепятся плечи вибраторов поочередно через один. Схематически такая антенна показана на рис. 4.11,6. Сплошными линиями изображены плечи вибраторов, соединенные с верхней трубой собирательной линии, а штриховой линией – соединенные с нижней трубой. Рабочая полоса частот антенны со стороны наибольших длин волн зависит от размеров наиболее длинного вибратора В1, а со стороны наименьших длин волн – от размера, наиболее короткого вибратора. Вибраторы вписаны в равнобедренный треугольник с углом при вершине а и основанием, равным наибольшему вибратору. Для логарифмической структуры полотна антенны должно быть выполнено определенное соотношение между длинами соседних вибраторов, а также между расстояниями от них до вершины структуры. Это соотношение носит название периода структуры т:

Таким образом, размеры вибраторов и расстояния до них от вершины треугольника уменьшаются в геометрической прогрессии. Характеристики антенны определяются периодом структуры и углом при вершине описанного треугольника. Чем меньше угол а и чем больше период структуры т (который всегда остается меньше единицы), тем больше коэффициент усиления антенны и меньше уровень заднего и боковых лепестков диаграммы направленности. Однако при этом увеличивается число вибраторов структуры, растут габариты и масса антенны. Поэтому при выборе угла и периода структуры приходится принимать компромиссное решение. Наиболее часто угол а выбирают в пределах 30. 60°, а период структуры т -в пределах 0, 7. 0, 9.

Подключение фидера к ЛПА, показанной на рис. 4. 11, а, производится без специального симметрирующего и согласующего устройства следующим образом. Кабель с волновым сопротивлением 75 Ом вводится внутрь нижней трубы с конца А и выходит у конца Б. Здесь оплетка кабеля припаивается к концу нижней трубы, а центральная жила – концу верхней трубы. В зависимости от длины волны принимаемого сигнала в структуре антенны возбуждаются несколько вибраторов, размеры которых наиболее близки к половине длины волны сигнала. Поэтому ЛПА по принципу действия напоминает несколько антенн “Волновой канал”, соединенных вместе, каждая из которых содержит вибратор, рефлектор и директор. На данной длине волны сигнала возбуждается только одна тройка вибраторов, а остальные настолько расстроены, что не оказывают влияния на работу антенны. Это приводит к тому, что коэффициент усиления ЛПА оказывается меньше, чем коэффициент усиления антенны “Волновой канал” с таким же числом элементов, но зато полоса пропускания получается значительно шире.

Как видно из приведенных конструкций антенн бегущей волны и логопериодических, для достижения широкополосности используется принцип взаимной расстройки элементов антенны подобно тому, как в широкополосных усилителях расширение полосы пропускания достигается взаимной расстройкой контуров. Как для усилителей, так и для антенн можно считать общим принципом постоянство для данной конструкции произведения коэффициента усиления на полосу пропускания. Чем шире полоса пропускания, тем меньше коэффициент усиления при данных габаритах антенны.

В радиолюбительской литературе проводилось много различных вариантов ЛПА. Здесь можно предложить конструкцию ЛПА, рассчитанной на работу в диапазоне 12-метровых каналов, размеры которой сведены в табл. 4. 8.

Таблица 4. 8 Размеры 12-канальной ЛПА, мм

В таблице приводится длина В каждого вибратора в соответствии с рис. 4. 11, 6, а также расстояние от данного вибратора до следующего – А. Собирательная линия образована двумя трубами диаметром 30 мм при расстоянии между осевыми линиями труб 45 мм. Антенна содержит 10 вибраторов (20 половинок), которые выполнены из трубок диаметром 8. 15 мм. Расчет антенны проведен, исходя из значении угла при вершине описанного треугольника а = 45° и периода структуры т = 0, 84. Расчетный коэффициент усиления антенны составляет 6 дБ, что соответствует увеличению напряжения сигнала на выходе этой антенны в 2 раза по сравнению с полуволновым вибратором. Коэффициент усиления практически не изменяется по диапазону. Длина труб собирательной линий составляет 2900 мм. Трубы немного выступают за точки установки самых коротких полувибраторов. Для обеспечения параллельности труб собирательной линии и их стяжки используют три пары брусков из оргстекла высотой 120 мм, шириной 50 мм и толщиной 25 мм, в которых делаются полуцилиндрические проточки глубиной 14 мм на расстоянии, соответствующем расстоянию между трубами. Каждая пара брусков стягивается винтами с гайками. Среднюю пару этих брусков устанавливают в центре тяжести антенны и крепят к мачте.

Антенна приведенной выше конструкции является плоской. Существуют также объемные конструкции логопериодических антенн, которые характеризуются тем, что трубы собирательной линии не параллельны, а разведены под некоторым углом. Вместо жестких вибраторов полотно антенны может быть выполнено из провода или антенного канатика. Описание конструкций двух таких антенн приводилось в журнале “Радио”, 1960 г., № 8, а описание плоской упрощенной проволочной ЛПА – в журнале “Радио”, 1963 г., № 5.

Но самая простая логопериодическая антенна может быть быстро выполнена из подручных материалов. Такая антенна показана на рис. 4. 12 и рассчитана на прием телевизионных передач дециметрового диапазона с 24-го по 51-й канал. Несущая конструкция треугольной формы собирается из деревянных брусков квадратного сечения 15х15 мм. Бруски скрепляются между собой треугольными фанерными косынками, прибитыми к брускам с одной стороны треугольника гвоздиками. С другой стороны в бруски 1 и 2 вбиваются гвоздики на расстояниях от точки А, указанных на рисунке. Полотно антенны образуют два куска медного провода 6 диаметром 1-1, 5 мм. Один кусок прямой формы прокладывается по бруску 4 до точки А, а второй, огибая гвоздики зигзагом, припаивается к прямому проводу в точке А и на пересечениях с ним. К вершине треугольника гвоздиками прибивается диск 5 из белой жести диаметром 40 мм с маленьким отверстием в центре. Антенна крепится к мачте из дерева или металла в центре тяжести, лежит в горизонтальной плоскости и вершиной треуголь-


Рис. 4. 12. Логопериодическая антенна ДМВ

ника направлена на передатчик. Полотно антенны располагается на верхней поверхности треугольника. Телевизионный кабель поднимается по мачте, подходит к середине бруска 3, подвязывается к бруску 4 по его нижней поверхности капроновой леской. В вершине треугольника оплетка кабеля припаивается к точке А, а центральная жила – к центру диска.

Антенну можно выполнить комнатной или наружной. В комнатном варианте вместо мачты применяется вертикальная стойка на тяжелой подставке. Антенну в комнате необходимо тщательно ориентировать и подобрать место установки, так как часто, сдвигая антенну, удается значительно улучшить изображение. На равнинной местности такая наружная антенна обеспечивает уверенный прием телепередач на расстоянии до 30 км от телецентра, хотя имеются сообщения телезрителей, принимающих этой антенной дециметровые программы Останкинского телецентра на расстоянии 80 км при хорошем качестве изображения.

Логопериодическая антенна своими руками

Отличительная особенность ЛПА это очень широкий рабочий диапазон частот: отношение максимальной длины волны принимаемого сигнала к минимальной выходит более десяти. Во всем интервале обеспечивается отличное согласование ЛПА с фидером, а коэффициент усиления при этом практически не изменяется.

Внешний вид антенны показан на рисунке выше. Полотно логопериодической антенны образовано собирательной линией в виде двух металлических труб, расположенных одна над другой, к которым крепятся плечи вибраторов так, что левое плечо первого вибратора соединено с верхней трубой собирательной линии, а правое плечо того же вибратора закреплено к нижней трубке. У второго вибратора, все наоборот, левое плечо соединяется с нижней трубой, а правое — с верхней. Схематически эта конструкция показана на рисунке ниже, где сплошными линиями показаны плечи вибраторов, соединенные с верхней трубой, а штриховой линией — с нижней.

Рабочая полоса частот логопериодической антенны со стороны максимальных длин волн зависит от размеров самого длинного вибратора, а со стороны минимальных длин волн — от размеров самого короткого. При этом, вибраторы вписаны в равнобедренный треугольник с углом при вершине (альфа) и основанием, равным самому длинному вибратору. ЛПА ориентируется в пространстве так, чтобы вершина равнобедренного треугольника была направлена в сторону передатчика. Для логарифмической структуры полотна ЛПА должно строго соблюдаться равное соотношение между длинами соседних вибраторов и расстояниями от них до вершины. Это соотношение называется периодом структуры t:

Т.е, размеры вибраторов и их расстояния от вершины равнобедренного треугольника снижается в соответствии с законом убывающей геометрической прогрессии со знаменателем, равным t. Характеристики антенны задаются периодом структуры и углом при вершине треугольника. Чем более маленький угол (и чем больше структурный период t (который всегда будет ниже единицы), тем выше коэффициент усиления антенны и ниже уровень боковых и задних лепестков диаграммы направленности. Но при этом существенно возрастает количество вибраторов структуры и длина ЛПА, и следовательно масса и габариты. Поэтому при выборе угла и периода требуется выбирать компромиссный вариант. В основном угол альфа выбирается в интервале от 30 до 60°, а период структуры от 0,7 до 0,9.

Подключение фидера к антенне осуществляется без специального согласующего устройства. 75 Омный Кабель помещается внутрь нижней трубы со стороны заднего конца А и выходит уже с конца Б.Оплетка фидера припаивается к нижней трубке, а центральная жила — к концу верхней. В зависимости от длины волны сигнала в структуре ЛПА возбуждается, как минимум, несколько вибраторов, размеры которых ближе всего к половине длины волны сигнала. Поэтому конструкция по принципу действия напоминает несколько соединенных антенн типа “Волновой канал”, каждая из которых имеет вибратор, директор и рефлектор. На каждой длине волны принимаемого сигнала возбуждается только одна тройка вибраторов, а остальные настолько расстроены, что не оказывают существенного воздействия на работу ЛПА. Из-за этого, коэффициент усиления ЛПА оказывается ниже, коэффициент усиления конструкции типа “Волновой канал” с тем же самым количеством компонентов, но зато полоса пропускания будет намного шире.

Как видим для достижения широкодиапазонности применяется принцип взаимной расстройки компонентов ЛПА — аналогично тому как в широкополосных ВЧ усилителях расширение полосы пропускания осуществляется взаимной расстройкой колебательного контура. Для данной конструкции ЛПА является постоянным произведение коэффициента усиления на полосу пропускания. Чем больше полоса пропускания, тем ниже коэффициент усиления при данных габаритах конструкции.

Рассмотрим конструкцию самодельной ЛПА, имеющей 10 вибраторов и рассчитанной на работу в диапазоне метровых каналов аналогового телевидения, размеры конструкции сведены в таблицу:

Номер вибратора12345678910
В, мм3000252021171778149412551055886745626
а, мм579487409343289242204170144

В таблице указана длина каждого вибратора – В, а расстояния от данного вибратора до следующего — а. Собирательная линия образована двумя трубками диаметром 30 мм. Расстоянии между осевыми линиями трубок 45 мм. Конструкция имеет 10 вибраторов (20 плеч), которые изготовлены из трубок диаметром 8-15 мм. Расчет ЛПА выполнен при угле альфа равным 45° и периода структуры t=0,84. Расчетный коэффициент усиления около 6 дБ, при этом он почти постоянен по всему диапазону.

Длина труб собирательной линии – 2900 мм. Они выступают за точки монтажа самых коротких полувибраторов где-то на 30 мм. Для обеспечения максимальной параллельности трубок собирательной линии и их стяжки применяются три пары брусков из оргстекла шириной 50 мм, высотой 120 мм и толщиной 25 мм, в которых сделаны специальные полуцилиндрические проточки глубиной 14 мм на расстоянии, соответствующем расстоянию между трубками. Каждая пара брусков стянута Средняя пара этих брусков монтируется в центре тяжести антенны и крепится к мачте.

Еще одна, простая логопериодическая антенна своими руками показана на рисунке ниже. Несущей конструкцией является треугольник, изготовленный из деревянных брусков с поперечным сечением 15×15 мм. Бруски сцеплены между собой. С другой стороны в бруски 1 и 2 вбиваются гвоздики на расстояниях от точки А, в соответствии с рисунком.

Полотно антенны состоит из двух кусков медного провода 6 диаметром 1,0-1,5 мм. Один кусок провода проложен прямо вдоль бруска 4 до точки А, а второй огибая гвоздики, приобретает зигзагообразную форму, и припаивается к прямому проводу в точке А и на всех пересечениях с ним. К вершине равнобедренного треугольника двумя гвоздиками или шурупами крепится диск 5, диаметром 50 мм, вырезанный из жести. В центре диска имеется отверстие. Полотно ЛПА расположено на верхней поверхности треугольника, должно быть направлено вершиной треугольника на передатчик.

В вершине треугольника 75 омная оплетка кабеля припаивается к точке А, а центральная жила вставляется в центральное отверстие диска и припаивается к нему.

Добавить комментарий