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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Antenas UHF ativas em zigue-zague. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Antenas de televisão Para receber sinais de televisão na faixa UHF, principalmente em condições adversas, é necessário o uso de boas antenas com amplificadores de antena, ou seja, antenas ativas. O autor do artigo publicado fala sobre a experiência de construção dessas antenas. Na faixa UHF, o uso de sistemas de alimentação de antena (AFS) eficientes para receber sinais em condições difíceis não perdeu sua relevância. O comprimento relativamente curto λ dessas ondas torna possível criar antenas altamente eficientes com dimensões relativamente pequenas. Após longos experimentos com diferentes antenas, a conhecida antena em zigue-zague [1] mostrada na Fig. 1 foi tomada como base. 180. Estruturalmente, na forma clássica, a folha da antena consiste em duas partes idênticas em forma de diamante, giradas uma em relação à outra em 2 °. Portanto, essa antena é simétrica. Esta característica permite a utilização de amplificadores de antena (AU) com entrada balanceada e alto ganho, por exemplo, amplificadores de placa (PAH) SWA, etc. [3, XNUMX].
O ganho de uma antena em zigue-zague depende da relação l/λ, e sua impedância de entrada depende das relações l/d e l/λ. O ganho máximo é alcançado em um comprimento l = 0,375λ, mas depende fortemente do diâmetro do fio. Em l = 0,25λ, o ganho é obviamente menor, mas a dependência do diâmetro do fio também diminui. Quando o ângulo α muda, as dimensões da tela mudam. Então, se α = 90°, então SH = 2√2l = 2,83l; SE = eu√2= 1,41l, e se α = 120°, então SH = 2l; EP = 1,73l. Isso deve ser levado em consideração ao criar APIs complexas (mais sobre isso posteriormente). As principais dimensões da teia da antena, por exemplo, para o 29º canal estão resumidas na Tabela. 1. Deve-se ter em mente também que, com a diminuição do diâmetro do fio e o aumento do perímetro da teia, o ganho aumenta. Além disso, ao escolher um fio mais fino, o vento da antena diminui. Diferentes designs de antena têm diferentes impedâncias de entrada (Tabela 1). Portanto, diferentes formas são necessárias para casar a entrada simétrica da rede com a entrada simétrica da AU, que tem uma impedância de entrada de 300 ohms. Eles são mostrados na fig. 2 [4].
Com uma resistência de entrada da rede de 300 ohms, o AU, é claro, pode ser conectado diretamente aos pontos a - a. Porém, para aumentar o ganho e a ação direcional da antena, costuma-se utilizar a lona juntamente com um refletor (será discutido a seguir). Portanto, é melhor instalar o AC atrás do refletor, conectando-o à tela com uma linha simétrica com impedância de onda de 300 Ohms, conforme mostrado na Fig. 2,a - para uma linha aérea, na fig. 2,6 - para cabo CATV ou na fig. 2, c - para cabo RK-150. Neste último caso, as tranças de dois segmentos de cabo são soldadas entre si nas extremidades. Em todos os casos, é necessário levar em consideração o fator de encurtamento da linha K. Para uma linha aérea de fios (Fig. 2, a) - K = 0,975, para CATV (Fig. 2,6) - K = 0,8, para um cabo PK-150 (Fig. .2, c) - K = 0,75 ... 0,86, dependendo do tipo de cabo. É mais conveniente (segundo o autor) usar uma tela com impedância de entrada de 75 ohms. Nesse caso, um transformador de casamento de quarto de onda de uma linha com impedância de onda de 150 ohms pode ser usado para casamento, conforme mostrado na Fig. 2, d. É formado por dois pedaços de cabo RK-75 com comprimento de 0,25λKn, onde n é um número ímpar. O fator K é 0,65789 para um cabo isolado de polietileno. As dimensões do transformador são dadas pelas tranças soldadas nas extremidades. A fórmula para calcular o transformador é conhecida: Ztr = √Zin Zout, então acontece Ztr = √75 · 300 = 150 ohms. O loop correspondente aberto mostrado na fig. 2, e, e um transformador de quarto de onda (Fig. 2, f) tornam possível casar a AU e a antena com uma impedância de entrada inferior a 300 Ohm. Para a confecção do loop, são utilizados os gráficos em [4]. Os coeficientes aproximados para calcular o loop e os parâmetros de um transformador de quarto de onda são mostrados na Tabela. 2. O principal requisito para o loop é Zl = Zsh = 300 Ohm. As dimensões do loop e da linha de conexão estão relacionadas pela razão A = B + C.
Na fig. 2, e mostra um método para conectar uma rede com Rin = 100 Ohm a uma CA com Rin = 300 Ohm, com B = 0,13λK e C = 0,09λK. Para conexão, use um cabo simétrico CATV (SLX-300) ou uma linha aérea com uma impedância característica de 300 ohms. Para o segundo caso, a razão (D/d) = 6,11. Ao usar um fio com diâmetro de 3,569 mm, a distância entre os eixos dos fios é D = 21,8 mm. Para manter uma distância fixa entre os fios ao longo da linha, são colocadas várias travessas feitas de materiais isolantes de alta qualidade que não degradam suas propriedades quando expostas ao meio ambiente (PTFE, polietileno, vidro orgânico). Deve-se ter em mente que, movendo o cabo nos pontos in - in e, assim, alterando o tamanho de C, você pode obter uma imagem mais nítida na tela da TV. Um transformador de quarto de onda pode ser feito de tubos com diâmetro superior a 10 mm, como na fig. 2, e. Com um diâmetro menor, a folga entre os tubos será muito pequena, o que dificultará a fabricação do transformador. Vamos dar um exemplo do cálculo da tela para o 29º canal. Em Fout = 535,25 MHz, encontramos λout = 300/Fout = 000 mm. Se Rin = 560,48 Ohm e α = 75°, o tamanho do lado da peça em forma de diamante (ver Tabela 90) é igual a l = 1λ = 0,29 mm, α (l/d) = 162,5...32 . Portanto, o diâmetro do fio da trama é de 75...2,1 mm. Você pode usar tiras com largura de 5,1d, ou seja, 2 ... 4,2 mm, feitas de cobre ou duralumínio.
Observe que em todas as figuras subsequentes, as dimensões são dadas para o 29º canal. O recálculo para outros canais não é difícil: conhecendo a proporção da frequência do 29º canal para a frequência do canal que está sendo determinado, as dimensões conhecidas são multiplicadas por essa proporção. Obviamente, a teia da antena, além das partes em forma de diamante, também pode ter outras formas, por exemplo, um anel em zigue-zague com setores de metal sólido, conforme mostrado na Fig. 3.
Dependendo do ângulo β, a banda tem uma impedância de entrada diferente. Por exemplo, em β = 90° é igual a Rin = 100 Ohm, e em β = 140° - Rin = 75 Ohm. Isso também determina diferentes maneiras de combinar a tela com o AU. Assim, a tela em β = 90° é mais larga e é consistente com a pluma de acordo com a Fig. 2, e. Em β = 140°, a antena será de banda mais estreita devido à necessidade de usar um transformador de casamento de quarto de onda de acordo com a fig. 2, Sr. Para a fabricação dessa tela, são utilizadas placas de latão com espessura de 0,3 mm. Para reduzir o vento da tela, são feitos 15 a 20 furos com diâmetro de 5 mm em cada setor com uma distribuição uniforme na área. Dimensões do loop para correspondência de acordo com a fig. 2, d são os seguintes: B = 60 mm, C = 40 mm, segmentos em - do cabo KATV podem ter 224n mm de comprimento, onde n = 1,2,3 ... . 75, d pode ter um comprimento de 2n mm, onde n = 92,18.... De acordo com a tabela 1, você pode escolher qualquer tela das 25 oferecidas com base na disponibilidade de materiais ou outras características. O padrão de diretividade da trama da antena (sem refletor) é de dois lóbulos do tipo "oito", portanto, o uso de refletor em todos os casos é aconselhável e eficaz, pois melhora as propriedades direcionais e aumenta o ganho da antena em cerca de 3 dB com um design refletor semelhante à web. No entanto, uma maneira mais eficiente de aumentar o ganho da antena em cerca de 7 dB é instalar um refletor ou grade de malha fina. A grelha/malha deve ser soldada e ter um revestimento anticorrosivo. As dimensões da grade/grade devem ser 5...10% maiores que as dimensões vertical (Sn) e horizontal (SE) da banda. A grade/grade é colocada a uma distância h=100...50 mm atrás da banda, dependendo do canal recebido (21-69). O valor de h afeta a resistência de entrada da banda e pode servir como uma forma adicional de melhorar a correspondência de todo o AFS. Ao alterar h ao colocar a grade nos pinos roscados, obtém-se uma imagem mais nítida com o menor nível de ruído ("neve") na tela da TV. O uso de um arranjo/grade de refletores altera o padrão de radiação da antena, transformando-a em um único lóbulo estreito. Como resultado, a recepção do refletor é significativamente enfraquecida, o que aumenta a imunidade ao ruído do APS. Um aumento ainda maior na ação direcional e no ganho da antena pode ser alcançado usando a inclusão em fase de duas ou mais telas - grades em fase. Isso permite que você receba transmissões a uma distância considerável e em condições difíceis. Essas antenas são várias telas conectadas em paralelo espaçadas horizontalmente e (e) verticalmente em um plano. Para um exemplo na fig. 4 mostra a conexão em fase de duas telas com impedância de entrada de 150 ohms, espaçadas verticalmente. A tela mostrada na figura pode ser considerada uma modificação de uma antena de anel em zigue-zague com um ângulo β = 0 ou uma espécie de antena de anel. A antena funciona bem na faixa UHF com um diâmetro de fio de apenas 1,5 mm.
Os métodos para combinar tal antena com uma AU podem ser diferentes. Assim, na fig. 4 mostra a opção de ligar duas telas localizadas a uma distância vertical ótima de 0,7λ, com uma linha de energia conectada à tela inferior (piso). Para a comunicação entre andares, foi utilizada uma linha de dois fios com comprimento λK. A linha é formada por dois pedaços de cabo RK-75 (K=0,65789). É simétrico e possui impedância de onda de 150 ohms, o que garante um bom casamento com a tela. Como resultado dessa conexão paralela de duas telas idênticas, a impedância de entrada de todo o APS nos pontos a - a1 é igual a 75 ohms. A coordenação com a AU é feita por um transformador de casamento de quarto de onda de acordo com a fig. 2, cidade formado por dois pedaços de cabo RK-75. No entanto, mais preferível (de acordo com o autor) é outra opção - fonte de alimentação central. Tem uma largura de banda mais ampla. Além disso, as telas podem ser espaçadas vertical e horizontalmente por (0,7 ... 0,75) X entre seus centros. Para combinar as folhas com uma fonte central, duas linhas simétricas conectadas em série são conectadas entre elas de acordo com a Fig. 2, em um comprimento de 0.5XK (184,4 mm ao longo das tranças soldadas nas extremidades), mas formado por pedaços do cabo RK-75. Nesse caso, nos pontos centrais in - in, a impedância de entrada da antena é de 75 ohms. O mesmo transformador correspondente de quarto de onda é conectado a eles, como na Fig. 4. Da mesma forma, as telas de acordo com a Fig. 1 com ângulo α = 120°. Se essas telas forem usadas com um ângulo α = 90°, é melhor espalhá-las horizontalmente. Inclusão em fase de três telas idênticas de acordo com a fig. 1 com potência central é mostrado na fig. 5. A grelha está equipada com uma malha refletora. A impedância de entrada de cada trama é de cerca de 100 ohms e depende pouco do diâmetro do fio. Para o teste, foram utilizados fios com diâmetro de 1,2 [(l / d) \u117d 2,76] e 51 [(l / d) \u100d 1] mm. As dimensões das linhas de ligação λK permanecerão as mesmas se forem utilizadas outras bandas com Rin = 120 Ohm (conforme a Fig. 3 em α = 90° ou conforme a Fig. XNUMX em β = XNUMX°).
As telas são interligadas em paralelo por linhas simétricas com impedância de onda de 100 Ohm, formadas por pedaços do cabo RK-50 com comprimento (ao longo das tranças soldadas) igual a λK (essa condição é obrigatória!). Nos pontos - na impedância total de entrada da antena é de 33,3 ohms. A coordenação com a AU é fornecida por um transformador de quarto de onda dos segmentos de cabo RK-50 (conforme a Fig. 2, d) com 277 mm de comprimento. Todas as telas são fixadas em uma barra de vidro orgânico de 5 mm de espessura. A barra é fixada ao refletor e ao mastro com quatro pinos roscados nos pontos 0. A grade do refletor (células com dimensões de 18x18 mm) é removida da teia da antena a uma distância h = 105 mm, alterada em ±15 mm. Conforme mencionado acima, o AU é instalado atrás do refletor no mastro e conectado à lona nos pontos c - c. A fonte de alimentação (PSU) da AU é colocada ao lado da TV ou em sua parede traseira, conforme mostrado na Fig. 6.
Uma tensão constante de 12 V da fonte de alimentação é fornecida através do cabo drop RK-75 através do dispositivo de desacoplamento (ID), conectado de acordo com a fig. 7. RU consiste em uma bobina L1 e um capacitor C2.
Normalmente, os PAHs dos tipos SWA, GPS, etc. são alimentados por fontes de alimentação de baixa potência que possuem diferentes soluções de circuito, mas na maioria das vezes não são protegidos de um curto-circuito na carga. E essa proteção é necessária. Além disso, se os sinais de televisão forem recebidos de direções diferentes, por exemplo, para duas antenas, a troca de cabos de antenas na entrada da TV apresenta uma série de inconvenientes e os conectores se desgastam rapidamente. Portanto, é desejável fornecer sua comutação automática. Para eliminar essas deficiências, vários BP AUs foram desenvolvidos. Um diagrama esquemático de uma das opções de PSU usando um relé para comutação automática de antena é mostrado na fig. 8. A recepção de sinais UHF fortes é fornecida pela antena A1 sem AU, conectada ao soquete XW2, e a PSU é desligada neste caso. Para receber sinais fracos, a antena A2 (XW3) é conectada com o AU, o que acontece quando o PSU é ligado.
A PSU é ligada quando você pressiona o botão SB1. Neste caso, o relé K1 é acionado e seus contatos K1.1 bloqueiam o botão SB1, mantendo a fonte de alimentação ligada. Contatos K1.2 desligue a antena A1 e conecte a antena A2 à TV. A tensão retificada, indicada pelo LED HL2, passa da saída da PSU para a AU. No caso de um curto-circuito na CA ou no alimentador, a tensão na saída da PSU e a corrente no enrolamento K1 do relé cairão. O relé liberará os contatos K1.1, que desligarão a PSU. O LED HL2 e a lâmpada HL1 se apagarão. O resistor R1 é selecionado de forma que, com uma tensão estabilizada de 12V, o relé opere claramente com uma corrente mínima através de seu enrolamento. O relé pode ser qualquer um, por exemplo, RES47 (passaporte RF4.500.409). A lâmpada HL1 (6,3 V x 0,28 A) indica que a alimentação foi ligada via rede e ao mesmo tempo serve como fusível no circuito primário do transformador T1. Transformador - qualquer um com tensão no enrolamento II - 9 ... 11 V. Choke L1 - também qualquer, por exemplo, DM-0,6. O chip KR142EN8B fornece uma corrente máxima de 1,5 A e possui proteção contra sobrecorrente. Porém, a fonte de alimentação não consome mais que 0,1 A, então você pode usar um chip menos potente, por exemplo, 78L12. Para receber sinais na faixa de UHF, várias AUs são consideradas no diário, por exemplo, [5]. Todos eles têm uma impedância de entrada de 75 ohms. Eles também podem ser usados com as antenas descritas com entrada balanceada. Para fazer isso, você precisa usar um conhecido dispositivo de balanceamento correspondente (SSU) em um anel de ferrite, que é ligado de acordo com o esquema da Fig. 9, a. Mas você pode instalar o SSU na forma de um loop em U de acordo com a fig. 9b. O cabo que vai para a AU deve ser curto e preferencialmente com 0.5λK de comprimento.
Ao escolher um local de instalação da antena, deve-se lembrar que cada metro extra de cabo drop atenuará o sinal na faixa UHF em 0,16 ... 0,4 dB. Quanto mais fino o cabo, maior a perda. Na instalação final do APS, é desejável instalar um novo cabo, pois ao final de sua vida útil (definida como 12 anos), o coeficiente de atenuação aumenta em 30...60%. É melhor escolher um cabo com frequência mais alta, com diâmetro maior do condutor central. Também é necessário garantir uma impermeabilização confiável nos pontos de solda. Literatura
Autor: Yu.Filichev, Vilnius, Lituânia
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Comentários sobre o artigo: Paul Boa seleção, gostei. parágrafo 2350 Cálculos gentis e precisos.
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