Антенна цифрового телевидения и как смотреть телевизор на даче

Изготовление антенны для цифрового телевидения

Приветствую, дорогой читатель! Спасибо, что проявили интерес к моему дневнику…

Как известно, цифровому телевидению отведен дециметровый диапазон. Поэтому антенна рассчитывается исключительно для этой полосы частот. Просмотр аналоговых телепередач стал не доступен и тогда остается принимать спутниковый или цифровой эфирный сигнал, чтобы смотреть телевизор на даче.

На смену аналогового телевещания пришло цифровое телевидение, на качество которого оказывают влияние высокие здания, деревья и пересеченная местность. Тогда просмотр телевизора на даче может быть проблематичным. В этом случае может стать востребованной эффективная антенна.

На сегодняшний день телепередачи транслируются через эфир, спутниковым и кабельным телевидением. До недавних времен монополия принадлежала телепередачам, просматриваемым непосредственно аналоговым телевизором. Сейчас их монополизм не столь актуален, потому что с каждым годом доля кабельного и спутникового телевидения возрастает.

Если в первом примере к среде распространения сигнала относится коаксиальный кабель, то во втором – сигнал транслируется от спутника, который «висит» на геостационарной орбите.

Оба типа телевещания роднятся тем, что-то и другое обслуживают абонентов на платной основе. По этой причине к ним доступ существенно ограничен.

Кроме того, во втором примере просмотр телевизора невозможен без дополнительных приспособлений и специализированной прямофокусной или офсетной антенны. В бытовом секторе более широкое распространение получили офсетные антенны, то есть «тарелки».

Невзирая на то, что спутниковое и кабельное телевещание культивируются стремительными темпами, приём эфирного телевидения по-прежнему актуален. Инновационные технологии оказывают воздействие на то, что в мегаполисах способ трансляции радиоволн существенно изменился.

Например, высотные многоэтажные дома из железобетона становятся своего рода специфическими зеркалами. Они способны преобразить радиосигнал несколько раз и вызвать даже его преждевременное ослабление, что сказывается, когда осуществляется просмотр телепередач.

Отдельно следует упомянуть тот факт, что в настоящее время реализовано универсальное цифровое вещание, опирающееся на эфир. Радиосигнал цифрового эфирного телевидения, или иначе сокращенно ЦЭТ представляет собой особую категорию, но он достаточно капризный.

Если к воздействию помех он практически не чувствителен, то несогласованность с фидером или фазовый перекос оказывают серьезное влияние даже при наличии его в точке прием в чистом виде, что актуально для дачи. Там, где сигнал на 1,5-2 дБ преобладает над шумами, то прием безукоризненный. Иначе, телевизор может не подавать признаков жизни. Поэтому для приема сигнала понадобится эффективная антенна.

antenna-tsifrovogo-televideniya1

Цифровое эфирное телевидение

ЦЭТ в состоянии создать конкуренцию спутниковому и кабельному телевидению. Оно оказалось достойным соперником аналоговым телепередачам, и оно базируется на материальной базе ранее действующего эфирного телевещания. В этом случае радиоволны распространяются от наземных ретрансляционных пунктов и поступают на обычную комнатную или наружную антенную систему без какой-либо абонентской платы.

Наряду с такими двумя крупными козырями, ЦЭТ присущи и свои недостатки. Например, часто невысокий уровень сигнала может оказать значительное влияние на ухудшение качества картинки в телевизоре.

Известно, что условия распространения радиоволн в дециметровом диапазоне, который используется в данном случае неустойчивые. Львиная доля здесь принадлежит атмосферным факторам, непростому рельефу местности, удаленности ретрансляционной точки и т.д.

Для разработки цифрового эфирного телевещания утвержден специальный эталон DVB-T2, которому присуща цифровая форма радиосигнала. Отсюда очевидно, что прием телепередач в цифровом виде, кроме разве кабельных, обыкновенному телевизору, применяемому в быту, не под силу.

С этой целью аналоговым телевизорам потребуется декодер. Данное приспособление в состоянии цифровой радиосигнал преобразовать в аналоговый вид.

tsifrovoye-efirnoye-televideniye-ili-sputnikovoye

Если в спутниковом телевидении с ресивера поступает аналоговый радиосигнал одного из телеканалов, то цифровой сигнал в эфирном телевещании не является радиосигналом. В этом случае с декодера снимается видеосигнал с параметрами MPEG-1 или MPEG-4HD, H.264 и аудиосигнал с параметрами MPEG-1 или MPEG-2, MP3, AC-3 и др.

Зона покрытия ЦЭТ распространяется уже почти на всю страну. Однако нередко до близлежащей ретрансляционной точки большое расстояние или оконные проемы дома, находятся вне прямой доступности радиосигнала.

Тогда «поймать» радиосигнал ЦЭТ, для того, чтобы, например, смотреть телевизор на даче без проблем, удается посредством антенных устройств с высокими усилительными свойствами или в комплексе с высокочастотным усиливающим элементом.

Особенности логопериодической антенны

Логопериодические антенны отличаются тем, что их работа не зависит от частоты в широком диапазоне телевещания. Внешне они схожи с аналогичными устройствами типа «волновой канал».

Отличие только в том, что переменные величины длин вибраторов таких конструкций подчиняются логарифмическому закону. Замысел ЛПА презентован впервые для общего обозрения в 50-х годах прошлого столетия.

antenna-tsifrovogo-televideniy3

Распространено ошибочное мнение о том, что ЛПА будто пригодны только для того, чтобы «ловить» лишь сигнал телевидения. Суть оказывается в том, что конструкция изделий представляет определенную сложность.

В первых методиках расчета приводились специальные номограммы, но, несмотря на такую шпаргалку, доводилось не раз конструкторам-самоучкам переделывать свое творение. К тому же, первые ЛПА сложны были в настройке, поэтому до последнего времени интерес к ним так и не проявился.

ЛПА обладают некоторым участком, образованным вибраторами, который всегда активен. В этой точке величина радиосигнала по току свыше 10 дБ. С уменьшением частоты радиосигнала наблюдается сдвиг этой точки в область более длинных вибраторов.

Когда частота радиосигнала повышается, следует обратный процесс. Отсюда очевидно, что часть вибраторов функционирует адекватно, а другая часть – попросту не задействована, поэтому и наблюдается широкодиапазонность. По ходу продвижения сигнала к «своему» вибратору некоторая доля его мощности теряется.

Достоинства частотно-независимых, то есть всеволновых антенн, в том, что их характеристики не очень высоки, но они просты в изготовлении и отличаются дешевизной. Преимущество ЛПА, наравне с ее простотой, в том, что она идеально согласуется во всей своей рабочей полосе с фидером и практически параметры остаются неизменными.

Конечно, для конкретного расчета технических характеристик антенн потребуются познания из высшей математики, а также знакомство c электродинамикой. Однако, несмотря на это, иметь представление о назначении технических характеристик все-таки необходимо. Поэтому, берясь за конструирование ЛПА, следует владеть, по крайней мере, доминирующими определениями, то есть претендовать хотя бы на «шапочное» знакомство.

antenna-tsifrovogo-televideniy4

Пояснения к рисунку.

  • Коэффициент усиления (КУ) – не что иное, как дробное число от деления мощности радиосигнала, полученного в ведущем лепестке диаграммы направленности или иначе сокращенно ДН, к его эквиваленту мощности в ненаправленной антенне, то есть с ДН в виде круга.
  • Коэффициент направленного действия, то есть сокращенно КНД – показывает, как проекция всей сферы относится к проекции телесного, то есть пространственного угла раскрытия ведущего лепестка ДН. Здесь предполагается, что проекции пространственных углов представляют из себя круг. Если пространственный угол в различных плоскостях характеризуется отличающимися значениями, то за профиль берется только ведущий лепесток.
  • Коэффициент защитного действия (КЗД) – соотношение мощности радиосигнала, полученного с направления ведущего лепестка ДН, к суммарной мощности всех помех, исходящих, как от боковых, так и от заднего лепестка.

Примечания:

  1. Последние два параметра в последнее время становятся не актуальными по той причине, что эфир перенасыщен помехами, для которых достаточно даже небольшого бокового лепестка ДН. С такими помехами бороться приходится уже с применением электроники.
  2. В диапазонной антенне в расчет берутся мощности, создаваемые в соответствии с частотой полезного сигнала. Принимая во внимание, что ненаправленных антенн практически не существует за «идеальную» антенну берется полуволновой линейный диполь, КУ которого считается эквивалентным единице.
  3. Следует не забывать: если передача TV-программ осуществляется с горизонтальной поляризацией, то взаимосвязь КУ и КНД может отсутствовать.
  4. Все составные части антенн с протекающими токами полезного сигнала, состыковываются посредством паяных или сварных соединений, так как в условиях метеорологических осадков любое механическое соединение так или иначе нарушается. Тогда характеристики антенны ухудшаются и доводят ее до полной непригодности. В частности, такое требование критично для точек нулевого потенциала.

Конструкция антенны

На расстояниях до ретранслятора не более 50 км устойчивый прием телепередач возможен, как комнатной, так и наружной антенной. С возрастанием дистанции до ретрансляционной точки или, когда прямая видимость перекрывается высотными зданиями, либо пересеченной местностью, качественный прием сигнала дециметрового диапазона сопряжен с определенными трудностями. С этой целью приходится обращаться к антеннам усложненных конструкций, установленным вне помещения.

Наиболее простой и, в то же время, приносящая немалый эффект может быть логопериодическая антенна. Конструирование такой широкодиапазонной узконаправленной антенны цифрового телевидения доступно даже не подготовленному радиолюбителю.

Прием радиосигнала дециметровых волн осуществляется без ее перенастройки. Такая конструкция позволяет достигать показателя по усилению от 5 до 6 децибел.

Конструкция логопериодической антенны включает в себя множество вибраторов. Их размещение и размеры варьируются в зависимости от габаритов антенны. Вибраторы присоединяются к двум проводникам с пошаговой переменой фазы. Разновидность такой конструкции продемонстрирована на рис. 1а, а на рис. 1б отражена ее ДН.

antenna-tsifrovogo-televideniy5

Габариты конструкции и ее электротехнические характеристики зависят от периода структуры τ (тау). Эта характеристика определяется, как отношение величины длины последующего вибратора к аналогичному значению длины предшествующего (то есть показатель геометрической прогрессии). Другая, не менее важная характеристика конструкции, угол раскрыва Ψ, от которого зависит направленность антенны.

Как видно из рисунка, он характеризует равнобедренный треугольник относительно его вершины. В контурах этого треугольника прописываются все вибраторы. Отсюда следует, что для КУ антенны эти два параметра наиболее важны. Этот показатель поднимается в сторону увеличения от того, насколько быстро стремится к единице период структуры τ, и становится меньше угол Ψ.

Однако при этом соответственно увеличиваются и размеры конструкции. Для практических целей обычно достаточно выбирать τ = 0,8-0,9 и Ψ = 30-45 градусов.

При функционировании ЛПА активный элемент находится в электромагнитном поле данного радиосигнала, где возникает электродвижущая сила или иначе называется сокращенно ЭДС. Вибраторы, непосредственно не участвующие в усилении радиосигнала, также подвержены влиянию электромагнитного возмущения.

Благодаря зарождению в них ЭДС, они начинают самостоятельно источать вторичное электромагнитное излучение, которое в активных вибраторах создает вспомогательную ЭДС.

Волновое сопротивление такой ЛПА около 73 Ом. Известно, что волновое сопротивление коаксиальных кабелей, используемых для соединения с телевизором, представлено значением 75 Ом. Следовательно, согласование антенны с кабелем не должно вызывать особых проблем.

Расчет антенны

Все величины элементов, а также интервалы между ними подбираются так, чтобы создаваемый ими активный или пассивный потенциал присутствовал в одной фазе с электромагнитным фоном первоначального сигнала. Для ЦЭТ отведена полоса 498-578 МГц.

В первую очередь при вычислении отдельных компонентов конструкции вначале производится подсчет крайних значений волн λmax и λmin, полосы, в которой предстоит функционирование антенны. Тогда для приема цифровых телеканалов в дециметровом диапазоне максимальный показатель волны будет 0,64 м, а минимальный - 0,35 м.

После этого расчет начинается с установления значения длины вибратора, который будет принимать радиосигнал на низшей частоте диапазона, то есть самого большого вибратора l1. Она берется из соотношения, например, 0,55 λmax, и составит 0,35 м.

Отталкиваясь от этих величин, строится в масштабе (1:1, 1:2) равнобедренный треугольник, минимальная величина угла Ψ которого может составлять 30, а максимальная – 45 градусов. Основание треугольника соответствует масштабному значению наибольшего вибратора l1 (рис. 1а). Второй элемент определяется путем повторного логарифмирования с небольшим перекрытием радиосигнала низшей частоты и далее процедура повторяется.

В рассматриваемом примере на удалении d1 = (0,5-0,18) λmax от первого вибратора располагают второй вибратор (в масштабе построения), то есть на дистанции 88-115 мм. Величина размера второго вибратора, полностью вписывающегося в треугольник, при этом определится однозначно.

На интервале d2 = d1τ от второго вибратора вычисляется значение длины третьего вибратора и т.д. Если взять за основу τ = 0,9, то для Ψ значение более 45 градусов будет нежелательным, так как коэффициент усиления антенны будет заметно уменьшаться. В связи с этим обычно принимается τ = 0,95 или больше.

В таком духе определение длин вибраторов продолжается вплоть до последнего. Когда длина очередного вибратора составит 0,45λmin, который еще вписывается в треугольник, то процесс заканчивается. В рассматриваемом примере длина последнего вибратора будет составлять 0,16 м. Этот вибратор и будет последним в конструкции антенны

antenna-tsifrovogo-televideniy6

Изготовление антенны

ЛПА можно изготовить из любого имеющегося в наличии токопроводящего материала. Наиболее простым и доступным может быть вариант ее изготовления с использованием фольгированного текстолита или гетинакса и отрезков медной проволоки. Из инструментов понадобятся: электропаяльник мощностью до 100 Вт, ножовка по металлу, эпоксидная смола, плоскогубцы, линейка, кусачки, электромонтажный нож, молоток, карандаш, рулетка.

Порядок создания антенны следующий:

  • 1. От листа фольгированного текстолита отрезается пара полосок 0,9-1 м. Они по ширине могут быть 15-20 мм.
  • 2. Из отрезков медной проволоки создаются вибраторы по размерам немного длиннее значений (на 15 мм), отмеченных в таблице.

antenna-tsifrovogo-televideniy10

  • 3. Для вибраторов подойдет медный одножильный кабель со снятой изоляционной полихлорвиниловой оболочкой и площадью поперечного сечения 4-6 квадратных миллиметра.
  • 4. Вибраторы сначала припаиваются к фольге одной полоски текстолита, а затем к другой. Их ориентация осуществляется через один и в разные стороны (рис. 2).

antenna-tsifrovogo-televideniy7

  • 5. Полоски текстолита разделяются изолирующей прокладкой. Она также изготавливается из любого прочного материала в виде такой же полосы, ширина и толщина которой тоже 15-20 мм. Ее размер должен соответствовать длине полосок, ранее вырезанных из текстолита или чуть больше.
  • 6. С той и другой стороны к изолирующей прокладке приклеиваются полосы фольгированного текстолита, к которым уже припаяны вибраторы, как на рис. 3.

antenna-tsifrovogo-televideniy8

antenna-tsifrovogo-televideniy2

Способы повышения КУ ЛПА

Если цифровой телесигнал будет все-таки слабый, то коэффициент усиления антенны необходимо увеличить. Как и в аналоговом телевидении, здесь, скорее всего, потребуется система из 4-х ЛПА. Такая система упоминается еще, как фазированная антенная решетка, то есть сокращенно ФАР. Иногда для лучшего согласования фидера с антенной, неплохие результаты дает четвертьволновый мостик.

Кроме того, максимальный эффект можно получить от использования вместе с ЛПА усилителя, который доступен в торговой сети или сконструированный своими руками. Ниже представлены две электрических схемы простых ВЧ-усилителей для самостоятельного изготовления.

antenna-tsifrovogo-televideniy9

В обоих случаях электропитание усилителей осуществляется по кабелю от блока питания, расположенного вблизи телевизора.

Заключение

Таким образом, распространение волн в дециметровом диапазоне обладает своими особенностями. Отсутствие прямой видимости между наземным ретранслятором и приемной антенной оказывает воздействие непосредственно на мощность телевизионного радиосигнала. Вопрос заводит в тупик, если, к примеру, смотреть телевизор на даче.

Тогда заметно снижается качество изображения. Оно становится неустойчивым или может не появиться вовсе. Эта осложнение ликвидируется посредством приподнимания антенны цифрового телевидения на должную высоту, конструированием системы ФАР, более лучшим согласованием антенны с кабелем и применением ВЧ-усилителей.

P.S. Каждому подвластен свой индивидуальный ход мыслей, поэтому при возникновении каких-либо вопросов, дополнений, уточнений и пожеланий обязательно оставляйте их в комментариях. Я постараюсь ответить и совместно расставить все точки над «и».

Понравилась статья? Поделись!

Нет комментариев

Добавить комментарий

Отправить комментарий Отменить

Сообщение