Как правильно рассчитать и изготовить логопериодическую антенну

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.

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.

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.

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).

Как сделать дециметровую антенну своими руками?

Несмотря на бурное развитие спутникового и кабельного телевидения, прием эфирного телевещания все еще остается актуальным, например, для мест сезонного проживания. Совсем не обязательно для этой цели покупать готовое изделие, домашняя дециметровая (ДМВ) антенна может быть собрана своими руками. Прежде чем переходить к рассмотрению конструкций, кратко расскажем, почему выбран именно этот диапазон телевизионного сигнала.

Почему именно ДМВ?

Есть две весомые причины, чтобы остановить свой выбор на конструкциях этого типа:

1. Все дело в том, что большинство каналов транслируется в этом диапазоне, поскольку упрощается конструкция ретрансляторов, а это дает возможность установить большее число необслуживаемых маломощных передатчиков и тем самым расширить зону покрытия.
2. Для трансляции «цифры» выбран этот диапазон.

Комнатная антенна для ТВ «Ромб»

Эта простая, но, в то же время, надежная конструкция, была одной из самых распространенных в эпоху расцвета эфирного телевещания.

Рис. 1. Простейшая самодельная Z-антенна, известная под названиями: «Ромб», «Квадрат» и «Народный зигзаг»

Как видно из эскиза (B рис. 1), устройство представляет собой упрощенный вариант классического зигзага (Z-конструкции). Для увеличения чувствительности, ее рекомендуется оборудовать емкостными вставками («1» и «2»), а также рефлектором («А» на рис.1). Если уровень сигнала вполне приемлем, делать это не обязательно.

В качестве материала можно использовать алюминиевые, медные, а также латунные трубки или полосы шириной 10-15 мм. Если планируется устанавливать конструкцию на улице, то лучше отказаться от алюминия, поскольку он подвержен коррозии. Емкостные вставки изготавливаются из фольги, жести или металлической сетки. После установки, они пропаиваются по контуру.

Кабель укладывается так, как продемонстрировано на рисунке, а именно: не имел резких изгибов и не покидал пределов боковой вставки.

Дециметровая антенна с усилителем

В местах, где в относительной близости не расположена мощная ретрансляционная башня, можно поднять уровень сигнала до приемлемого значения при помощи усилителя. Ниже представлена принципиальная схема устройства, которое может использоваться практически с любой антенной.

Рис. 2. Схема антенного усилителя для ДМВ диапазона

Перечень элементов:

• Резисторы: R1 – 150 кОм; R2 – 1 кОм; R3 – 680 Ом; R4 – 75 кОм.
• Конденсаторы: С1 – 3,3 пФ; С2 – 15 пФ; С3 – 6800 пФ; С4, С5, С6 – 100 пФ.
• Транзисторы: VT1, VT2 – ГТ311Д (можно заменить на: KT3101, KT3115 и KT3132).

Индуктивность: L1 — представляет собой бескаркасную катушку диаметром 4 мм, намотанную медным проводом Ø 0,8 мм (необходимо сделать 2,5 витка); L2 и L3 – высокочастотные дроссели 25 мкГн и 100 мкГн, соответственно.

Если схема собрана правильно, мы получим усилитель со следующими характеристиками:

• полоса пропускания от 470 до 790 МГц;
• коэффициенты усиления и шума – 30 и 3 дБ, соответственно;
• величина выходного и входного сопротивления устройства соответствует кабелю RG6 – 75 Ом;
• устройство потребляет порядка 12-14 мА.

Обратим внимание на способ подачи питания, оно осуществляется непосредственно по кабелю.

Данный усилитель может работать с самыми простыми конструкциями, сделанными из подручных средств.

Комнатная антенна из пивных банок

Несмотря на необычность конструкции, она вполне работоспособна, поскольку представляет собой классический диполь, тем более, что размеры стандартной банки отлично подходят для плеч вибратора дециметрового диапазона. Если устройство установлено в комнате, то в этом случае даже не обязательно согласование с кабелем, при условии, что он не будет длиннее двух метров.

Устройство комнатной антенны на базе пивных банок

Обозначения:

• А – две банки объемом 500 мг (если взять жестяные, а не алюминиевые, то можно припаять кабель, а не использовать саморезы).
• B – места крепления экранирующей оплетки кабеля.
• С – центральная жила.
• D – место крепления центральной жилы
• E – кабель, идущий от телевизора.

Плечи этого экзотического диполя необходимо закрепить на держателе, сделанного из любого изоляционного материала. В качестве такового можно использовать подручные вещи, например, пластиковую вешалку для одежды, перекладину швабры или кусок деревянного бруса соответствующих размеров. Расстояние между плечами от 1 до 8 см (подбирается эмпирическим путем).

Основные преимущества конструкции – быстрое изготовление (10 – 20 минут) и вполне приемлемое качество «картинки», при условии достаточной мощности сигнала.

Делаем антенну из медной проволоки

Существует конструкция, значительно проще предыдущего варианта, для которой потребуется только кусок медной проволоки. Речь идет о рамочной петлевой антенне узкого диапазона. Такое решение имеет несомненные преимущества, поскольку помимо своего основного назначения, устройство играет роль селективного фильтра, снижающего помехи, что позволяет уверенно принимать сигнал.

Рис.4. Простая рамочная ДМВ антенна петлевого типа для приема цифрового ТВ

Для данной конструкции необходимо рассчитать длину петли, чтобы сделать это, нужно узнать частоту «цифры» для вашего региона. Например, в Санкт-Петербурге она транслируется на 586 и 666 МГц. Формула расчета будет следующей: LR = 300/f, где LR – это длина петли (результат представлен в метрах), а f – усредненный частотный диапазон, для Питера это значение будет равно 626 (сумма 586 и 666, деленная на 2). Теперь рассчитываем LR, 300/626 = 0,48, значит, длина петли должна быть 48 сантиметров.

Если взять толстый RG-6 кабель, где имеется фольга в оплетке, то его можно использовать вместо медной проволоки для изготовления петли.

Теперь расскажем, как собирается конструкция:

• Отмеряется и отрезается кусок медной проволоки (или RG6 кабеля) длиной, равной LR.
• Сворачивается петля подходящего диаметра, после чего к ее концам припаивается кабель, идущий к ресиверу. Если вместо медной проволоки используется RG6, то предварительно снимается изоляция с его концов, примерно на 1-1,5 см (центральную жилу очищать не надо, она в процессе не участвует).
• Петля устанавливается на подставку.
• На кабель к ресиверу накручивается F разъем (штекер).

Заметим, несмотря на простоту конструкции, она наиболее эффективна для приема «цифры», при условии, что правильно проведены расчеты.

Комнатная антенна МВ и ДМВ своими руками

Если помимо ДМВ есть желание принимать и МВ, можно собрать простую мультиволновку, ее чертеж с размерами представлен ниже.

Комнатная мультиволновая (МВ и ДМВ) антенна

Для усиления сигнала в данной конструкции используется готовый блок SWA 9, если возникли проблемы с его приобретением, можно использовать самодельное устройство, схема которого была приведена выше (см. рис. 2).

Важно соблюдать угол между лепестками, выход за пределы указанного диапазона существенно отражается на качестве «картинки».

Несмотря на то, что такое устройство значительно проще логопериодической конструкции с волновым каналом, тем не менее, оно показывает неплохие результаты, если сигнал достаточной мощности.

Антенна восьмерка для цифрового ТВ своими руками

Рассмотрим еще один распространенный вариант конструкции для приема «цифры». В основу положена классическая схема для ДМВ диапазона, из-за своей формы получившей название «Восьмерка» или «Зигзаг».

Рис. 6. Эскиз и реализация цифровой восьмерки

Размеры конструкции:

• внешние стороны ромба (А) – 140 мм;
• внутренние стороны (В) – 130 мм;
• расстояние до рефлектора (С) – от 110 до 130 мм;
• ширина (D) – 300 мм;
• шаг между прутьями (Е) – от 8 до 25 мм.

Место подключения кабеля в точках 1 и 2.Требования к материалу такие же, как у конструкции «Ромб», о которой рассказывалось в начале статьи.

Самодельная антенна для DBT T2

Собственно, все перечисленные выше примеры способны принимать DBT T2, но для разнообразия приведем эскиз еще одной конструкции, называемой в народе «Бабочка».

Дециметровая антенна «Бабочка»

В качестве материала можно использовать пластины из меди, латуни, алюминия или дюрали. Если конструкцию планируется устанавливать на улице, то последние два варианта не подходят.

Антенна для старого телевизора

Для современных и старых телевизоров принцип приема абсолютно одинаков и антенны для них не различаются. Разница заключается только в наличии и отсутствии встроенного декодера T2.

Даже тщательно изготовленная антенна не позволит просматривать цифровое эфирное телевидение, если нет приставки или встроенного декодера, чтобы декодировать цифровой сигнал. С цифровым тюнером (приставкой), даже используя антенну самой простой конструкции из пивных банок, можно бесплатно принимать цифровой сигнал в частном доме, на даче или в квартире на телевизор любого года выпуска.

В местности, где слабый сигнал, чтобы показывало хорошо, желательно дополнить устройство усилителем мощности. Мощную антенну можно использовать на 2 телевизора, а если они современные, их можно использовать и без приставки.

Теперь вы знаете, как сделать антенну для цифрового ТВ своими руками. Надеемся, наша инструкция с расчетами помогла изготовить подходящий вариант под ваши условия!

Опубликовано: 07.02.2020 Обновлено: 07.02.2020

Требования к антенне цифрового пакетного телевидения

Телевизионные вышки передают сигнал на небольшие расстояния. Зачастую длина электромагнитной волны не превышает 60 км. При этом импульс должен обладать устойчивым напряжением, которое, дойдя до конца волны, не должно снизиться, иначе на качественное изображение сигнала на экране телевизора можно не рассчитывать. В этом случае необходимо учитывать разность двух потенциалов начала и конца. Именно этот показатель создаёт токи с минимальными амплитудами. Данный параметр влечёт за собой перечень важных требований, которыми должна обладать антенна, принимающая сигнал «цифры»:

1. При самостоятельном производстве стоит учитывать, что конструкция антенны как цифрового приёмника должна быть максимально точной. Не допускается никаких лишних ответвлений, повреждений, скруток и зазубрин. Эти мелочи способны существенно влиять на качество принимаемого сигнала.
2. Устанавливая антенну самостоятельно, вы должны её направить строго по поляризации, а также по направлению идущих электромагнитных импульсов от раздающей подстанции или вышки.
3. Соблюдайте её защищённость от посторонних сигналов. Ограничьте попадание волн от радиоприёмников, электрогенераторов, спутникового ТВ к цифровой антенне. Это создаст помехи, вследствие чего изображение будет потеряно.

Придерживаясь требований к антенне цифрового телевидения, вы создадите безупречный сигнал для телевизора