之字形有源 UHF 天线。方案、说明

之字形有源 UHF 天线。无线电电子电气工程百科全书

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为了接收UHF范围内的电视信号，特别是在恶劣条件下，必须使用带有天线放大器的优质天线，即有源天线。发表文章的作者讲述了构建此类天线的经验。

在 UHF 范围内，使用高效的天线馈线系统 (AFS) 在困难条件下接收信号并没有失去其相关性。这些波的长度相对较短，因此可以创建尺寸相对较小的高效天线。

经过对不同天线的长时间实验，以图 1 所示的众所周知的锯齿形天线[1]为基础。 180. 从结构上看，在经典形式中，天线片由两个相同的菱形部分组成，一个相对于另一个旋转 2°。因此，这种天线是对称的。此功能允许使用具有平衡输入和高增益的天线放大器（AU），例如平板放大器（PAH）SWA等[3, XNUMX]。

之字形有源 UHF 天线

锯齿形天线的增益取决于 l/λ 比，其输入阻抗取决于 l/d 和 l/λ 比。最大增益在长度 l = 0,375λ 处实现，但它很大程度上取决于线直径。

当 l = 0,25λ 时，增益当然会较小，但对线径的依赖性也会降低。

当角度α改变时，画布的尺寸改变。因此，如果 α = 90°，则 SH = 2√2l = 2,83 升； SE = l√2= 1,41l，如果 α = 120°，则 SH = 2l； SE = 1,73l。创建复杂 API 时必须考虑到这一点（稍后会详细介绍）。例如，第 29 个通道的天线网的主要尺寸总结在表中。 1. 还应该记住，随着线直径的减小和网周长的增加，增益也会增加。另外，当选择较细的导线时，天线的风阻会减小。

不同设计的天线具有不同的输入阻抗（表1）。因此，需要不同的方式来将网络的对称输入与AU的对称输入相匹配，AU的输入阻抗为300欧姆。它们如图所示。 2 [4]。

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当网络输入电阻为 300 欧姆时，AU 当然可以直接连接到 a - a 点。然而，为了增加天线的增益和方向作用，帆布通常与反射器一起使用（将在下面讨论）。因此，最好将交流电安装在反射板后面，用波阻抗为300欧姆的对称线将其连接到画布上，如图2所示。 2,6,a - 架空线路，如图 2 所示。 150 - 用于 CATV 电缆或图 XNUMX XNUMX、c——适用于电缆RK-XNUMX。在后一种情况下，两个电缆段的编织层在端部彼此焊接。

在所有情况下，都必须考虑线路 K 的缩短系数。对于架空电线（图 2，a） - K = 0,975，对于 CATV（图 2,6） - K = 0,8，对于PK-150 电缆（图 .2，c） - K = 0,75 ... 0,86，取决于电缆类型。

（根据作者的说法）使用输入阻抗为 75 欧姆的画布是最方便的。在这种情况下，可以使用波阻抗为150欧姆的线路的四分之一波匹配变压器来进行匹配，如图2所示。 75、d.由两根长度为0,25λKn的电缆RK-0,65789组成，其中n为奇数。聚乙烯绝缘电缆的 K 系数为 XNUMX。变压器的尺寸由焊接在端部的编织带给出。

变压器的计算公式已知：

Ztr = √辛祖特,

所以事实证明

Ztr = √75·300 = 150 欧姆。

开环匹配如图所示。图2，e和四分之一波长变压器（图2，f）使得AU和输入阻抗小于300欧姆的天线匹配成为可能。为了制造环路，使用了[4]中的图表。用于计算环路的近似系数和四分之一波长变压器的参数如表所示。 2. 回路的主要要求是Zl = Zsh = 300 Ohm。环路和连接线的尺寸按比例 A = B + C 相关。

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上图。图 2 中的 e 显示了将 Rin = 100 Ohm 的网连接到 Rin = 300 Ohm、B = 0,13λK 和 C = 0,09λK 的 AC 的方法。连接时，请使用CATV对称电缆（SLX-300）或特性阻抗为300欧姆的架空线。对于第二种情况，比率 (D/d) = 6,11。当使用直径为 3,569 mm 的电线时，电线轴线之间的距离为 D = 21,8 mm。为了保持沿线电线之间的固定距离，放置了多个由高质量绝缘材料制成的交叉支撑，这些材料暴露在环境中时不会降低其性能（聚四氟乙烯、聚乙烯、有机玻璃）。应该记住，通过移动内点处的电缆，从而改变 C 的大小，您可以在电视屏幕上获得更清晰的图像。

四分之一波长变压器可以由直径超过 10 毫米的管制成，如图 2 所示。 XNUMX、e. 如果直径较小，管之间的间隙就会很小，这将使得变压器的制造变得困难。

我们以第29通道的画布计算为例。当 Fout = 535,25 MHz 时，我们发现 λout = 300/Fout = 000 mm。如果 Rin = 560,48 Ohm 且 α = 75°，则菱形零件的侧面尺寸（参见表 90）等于 l = 1λ = 0,29 mm，α (l/d) = 162,5...32 。因此，网线的直径为75...2,1mm。您可以使用宽度为 5,1d 的条带，即 2 ... 4,2 mm，由铜或硬铝制成。

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请注意，在所有后续图中，给出了第 29 个通道的尺寸。对其他通道的重新计算并不困难：知道第29个通道的频率与被确定通道的频率的比率，将已知的维度乘以该比率。

当然，天线网除了菱形部件外，还可以是其他形状，例如带有实心金属扇区的锯齿形环，如图3所示。 XNUMX.

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根据角度 β，网具有不同的输入阻抗。例如，当 β = 90° 时，它等于 Rin = 100 欧姆，而当 β = 140° 时，它等于 Rin = 75 欧姆。这也决定了画布与AU的不同匹配方式。因此，β = 90° 处的画布更宽带，并且与图 2 中的羽流一致。 140，e. 在 β = 2° 时，由于需要使用四分之一波长匹配变压器（如图 XNUMX 所示），天线将变得更窄。 XNUMX、先生

为了制造这种帆布，使用厚度为0,3毫米的黄铜板。为了减少画布的风阻，每个扇区钻有15-20个直径为5毫米的孔，并均匀分布在整个区域。

匹配环路尺寸如图所示。 2、d如下：H=60mm，C=40mm，KATV电缆中-中的段可以是224nmm长，其中n=1,2,3...。 75、d的长度可以为2n毫米，其中n=92,18....

根据表1、您可以根据材料的可用性或其他特性从提供的 25 种画布中选择任何画布。

天线网的方向图（没有反射器）是“八”型的两瓣，因此，在所有情况下使用反射器都是可取且有效的，因为它可以改善方向特性并增加天线增益与网状反射器设计类似的约 3 dB。然而，将天线增益提高约 7 dB 的更有效方法是安装反射器或细网格。格栅/网必须焊接并具有防腐涂层。网格/网格的尺寸应比腹板的垂直 (Sn) 和水平 (SE) 尺寸大 5...10%。

光栅/栅格放置在网后面距离 h=100...50 mm 处，具体取决于接收的通道 (21-69)。 h的值影响幅材的输入电阻，并且可以作为改善整个AFS匹配的额外方式。通过在将光栅放置在螺纹螺柱上时更改 h，可以在电视屏幕上实现更清晰的图像和最低水平的噪声（“雪花”）。

反射器阵列/网格的使用改变了天线的辐射方向图，将其变成狭窄的单波瓣。结果，来自反射器的接收显着减弱，从而提高了 APS 的抗噪能力。

通过使用两个或多个画布（同相光栅）的同相包含，可以实现天线的方向作用和增益的更大增加。这使您可以在相当远的距离和困难的条件下接收传输。这种天线是在一个平面中水平和（和）垂直间隔的多个并联画布。

举个例子，如图所示。图 4 显示了输入阻抗为 150 欧姆的两个画布的同相连接，垂直间隔。图中所示的画布可以被认为是角度 β = 0 的锯齿形环形天线的修改或一种环形天线。该天线在 UHF 范围内工作良好，线径仅为 1,5 毫米。

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将此类天线与 AU 匹配的方法可以不同。所以，在图中。图 4 显示了打开位于最佳垂直距离 0,7λ 的两个画布的选项，电源线连接到下部画布（地板）。对于楼层之间的通信，使用长度为λK的两线线路。该线路由两根电缆 RK-75 (K=0,65789) 组成。它是对称的，波阻抗为150欧姆，保证了与画布的良好匹配。

由于两个相同的画布并联，整个APS在a-a1点的输入阻抗等于75欧姆。根据图 2，与 AU 的协调是通过四分之一波长匹配变压器完成的。 75、城市由两根电缆 RK-XNUMX 组成。

然而，更可取的（根据作者的说法）是另一种选择——中央电源。它具有更宽的带宽。此外，画布的中心之间可以垂直和水平间隔 (0,7 ... 0,75) X。

为了将片材与中央电源结合起来，根据图 2，在片材之间连接了两条串联的对称线路。 0.5，长度为 184,4XK（沿末端焊接编织物为 75 毫米），但由 RK-75 电缆片组成。在这种情况下，在in-in的中心点处，天线的输入阻抗为4欧姆。它们连接了相同的四分之一波长匹配变压器，如图 XNUMX 所示。 XNUMX.

同样，如图所示的画布。 1，角度α = 120°。如果使用此类网的角度 α = 90°，则最好水平展开它们。

根据图 1 的同相包含三个相同的画布。 5 中央电源如图 100 所示。 1,2、格栅上装有反光网。每片的输入阻抗约为117欧姆，对线径的影响很小。测试时使用直径为 2,76 [(l/d) × 51] 和 100 [(l/d) × 1] mm 的电线。如果使用 Rin = 120 Ohm 的其他网，连接线 λK 的尺寸将保持不变（根据图 3，α = 90° 或根据图 XNUMX，β = XNUMX°）。

（点击放大）

画布通过波阻抗为 100 欧姆的对称线并行互连，由长度（沿着焊接编织层）等于 λK 的 RK-50 电缆组成（此条件是强制性的！）。在 - 处的点，天线的总输入阻抗为 33,3 欧姆。与 AU 的协调由 RK-50 电缆段（根据图 2，d）277 毫米长的四分之一波长变压器提供。

所有画布均固定在 5 毫米厚的有机玻璃棒上。该杆通过点 0 处的四个螺柱固定在反射器和桅杆上。反射器网格（尺寸为 18x18 毫米的单元）从天线网上移除，距离 h = 105 毫米，变化 ±15 毫米。

如上所述，AU 安装在桅杆反射器后面，并在 c - c 点连接到画布。 AU 的电源单元 (PSU) 放置在电视旁边或电视后墙上，如图 6 所示。 XNUMX.

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电源装置提供 12 V 恒定电压，通过 RK-75 分支电缆通过去耦装置 (ID) 提供，按照图 7 进行连接。 1、RU由扼流圈L2和电容器CXNUMX组成。

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通常，SWA、GPS 等类型的 PAH 由具有不同电路解决方案的低功率电源供电，但大多数情况下没有负载短路保护。而这样的保护是必要的。此外，如果从不同方向接收电视信号，例如从两个天线接收电视信号，则在电视输入端从天线切换电缆会带来许多不便，并且连接器很快就会磨损。因此，需要提供它们的自动切换。

为了消除这些缺点，开发了各种 BP AU。使用继电器自动切换天线的 PSU 选项之一的示意图如图 8 所示。 1. 强UHF信号的接收由不带AU的A2天线提供，连接到XW2插座，此时PSU关闭。为了接收微弱信号，天线 A3 (XWXNUMX) 与 AU 连接，这在 PSU 打开时发生。

（点击放大）

当您按下 SB1 按钮时，PSU 将打开。在这种情况下，继电器 K1 被激活，其触点 K1.1 阻挡 SB1 按钮，保持 PSU 打开。触点 K1.2 关闭 A1 天线并将 A2 天线连接到电视。 HL2 LED 指示的整流电压从 PSU 输出传递到 AU。

如果交流电源或馈线发生短路，PSU 输出端的电压和流经继电器 K1 绕组的电流将会下降。继电器将释放触点 K1.1，从而关闭 PSU。 HL2 LED 和 HL1 灯将熄灭。

选择电阻器 R1，以便在 12V 的稳定电压下，继电器能够以流过其绕组的最小电流清晰地工作。继电器可以是任何继电器，例如 RES47（通行证 RF4.500.409）。 HL1灯（6,3 V x 0,28 A）表示电源已通过网络接通，同时充当T1变压器初级电路中的保险丝。变压器 - 绕组 II 上电压为 9 ... 11 V 的任何变压器。扼流圈 L1 - 也可以是任何变压器，例如 DM-0,6。 KR142EN8B芯片提供最大1,5A电流，并具有过流保护。不过，PSU 的功耗不超过 0,1 A，因此您可以使用功能较弱的芯片，例如 78L12。

为了接收 UHF 范围内的信号，期刊中考虑了几个 AU，例如 [5]。它们的输入阻抗均为 75 欧姆。它们还可以与所描述的具有平衡输入的天线一起使用。为此，您需要在铁氧体环上使用众所周知的匹配平衡装置 (SSU)，该装置根据图 9 (a) 中的方案开启。但您可以按照图 9 以 U 型环路的形式安装 SSU。 0.5b. 连接到 AU 的电缆应该很短，最好是 XNUMXλK 长。

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选择天线安装位置时，必须记住，引入电缆每增加一米，UHF 范围内的信号就会衰减 0,16 ... 0,4 dB。电缆越细，损耗越大。在 APS 最终安装时，最好安装新电缆，因为到其保质期（定义为 12 年）结束时，衰减系数会增加 30...60%。最好选择频率较高、中心导体直径较大的电缆。还必须确保焊接点可靠的防水。

文学

Kharchenko K.之字形天线。 - 电台，1961 年，第 3 期； 1999 年，第 8 期。
Pakhomov A. 天线放大器 SWA。 - 广播，1999 年，第 1 期，p。 10-12。
Pakhomov A. 新型天线放大器。 - 电台，2000 年，第 7 期。
Rothammvl K. 天线。 - M.：能源，1969 年。
Nechaev I. 微电路上的 UHF 天线放大器。 - 广播，1999 年，第 4 期，p。八。

作者：Yu.Filichev，立陶宛维尔纽斯

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