Что такое антенный усилитель для телевизора. Как работает усилитель ТВ-сигнала. Какие бывают виды антенных усилителей. На что обратить внимание при выборе усилителя для антенны. Можно ли сделать усилитель своими руками.
Что такое антенный усилитель и зачем он нужен
Антенный усилитель — это устройство, которое позволяет повысить уровень принимаемого телевизионного сигнала. Его основная задача — сделать слабый сигнал более мощным, чтобы телевизор мог корректно его обработать и выдать качественное изображение и звук.
Основные функции антенного усилителя:
- Усиление слабого сигнала от удаленных телевышек
- Компенсация потерь сигнала в длинном антенном кабеле
- Фильтрация помех и шумов
- Выравнивание уровня сигнала на разных каналах
Усилитель особенно необходим в следующих случаях:
- При большом расстоянии до телевышки (более 30-50 км)
- При использовании длинного антенного кабеля (более 15-20 м)
- При приеме сигнала комнатной антенной
- При подключении нескольких телевизоров к одной антенне
Принцип работы антенного усилителя
Принцип работы антенного усилителя для телевизора заключается в следующем:
- Антенна принимает слабый телевизионный сигнал из эфира
- Сигнал поступает на вход усилителя
- В усилителе происходит фильтрация и усиление полезного сигнала
- Усиленный сигнал подается на выход усилителя и далее по кабелю к телевизору
- Телевизор получает сигнал достаточной мощности для качественного приема
За счет усиления слабого входного сигнала в несколько раз улучшается качество приема и увеличивается количество принимаемых каналов.
Основные виды антенных усилителей
Антенные усилители для телевизоров бывают следующих основных видов:
1. По месту установки:
- Мачтовые (наружные) — устанавливаются непосредственно на антенну
- Домовые — монтируются в помещении рядом с антенным кабелем
- Абонентские — подключаются непосредственно к телевизору
2. По диапазону частот:
- Широкополосные — работают во всем телевизионном диапазоне
- Диапазонные — усиливают сигнал определенного диапазона (МВ, ДМВ)
- Канальные — настроены на конкретный телеканал
3. По типу питания:
- Активные — требуют подключения к электросети
- Пассивные — работают без дополнительного питания
Ключевые параметры при выборе антенного усилителя
При выборе антенного усилителя для телевизора следует обратить внимание на следующие важные параметры:
1. Коэффициент усиления
Коэффициент усиления показывает, во сколько раз усилитель может повысить уровень входного сигнала. Измеряется в децибелах (дБ). Оптимальные значения:
- Для городской местности: 10-20 дБ
- Для пригорода: 20-30 дБ
- Для сельской местности: 30-40 дБ
Слишком высокое усиление может привести к перегрузке и ухудшению качества приема.
2. Коэффициент шума
Коэффициент шума характеризует уровень собственных шумов усилителя. Чем он ниже, тем лучше. Хорошим считается показатель менее 3 дБ.
3. Диапазон рабочих частот
Диапазон частот должен соответствовать принимаемым телеканалам:
- МВ: 48,5-230 МГц
- ДМВ: 470-862 МГц
Для приема цифрового эфирного ТВ нужен усилитель, работающий в ДМВ диапазоне.
4. Напряжение питания
Наиболее распространенные варианты питания антенных усилителей:
- 5В — через USB-порт телевизора
- 12В — от внешнего блока питания
- 24В — питание по антенному кабелю
Можно ли сделать антенный усилитель своими руками
Для опытных радиолюбителей возможно самостоятельное изготовление простого антенного усилителя. Однако это требует специальных знаний и навыков. Основные этапы создания усилителя:
- Подбор принципиальной схемы усилителя
- Расчет номиналов компонентов
- Изготовление печатной платы
- Монтаж радиоэлементов
- Настройка и проверка работоспособности
Для большинства пользователей оптимальным вариантом будет покупка готового заводского усилителя. Это гарантирует стабильную работу и отсутствие проблем с настройкой.
Правила подключения антенного усилителя
При подключении антенного усилителя важно соблюдать следующие правила:
- Усилитель устанавливается как можно ближе к антенне
- Необходимо использовать качественный коаксиальный кабель
- Все соединения должны быть надежными и защищены от влаги
- Нельзя устанавливать усилитель после разветвителя сигнала
- При использовании активной антенны дополнительный усилитель не нужен
Правильное подключение антенного усилителя позволит значительно улучшить качество приема телевизионного сигнала.
Популярные модели антенных усилителей
- РЭМО BAS-8104 — недорогой усилитель для цифрового ТВ
- Eurosky SWA-99 — широкополосный усилитель с регулировкой
- Trivec VF-811 — мощный усилитель для сложных условий приема
- Alcad AI-200 — профессиональный усилитель для коллективных антенн
При выборе конкретной модели рекомендуется ориентироваться на условия приема и отзывы пользователей.
делаем своими руками, схемы и чертежи для дальнего приема, сравнение вариантов
Надежная антенна и качественный сигнал – что еще нужно телезрителю для просмотра любимых каналов? Но если с качеством телесигнала, как правило, самому ничего нельзя сделать, то решить проблемы с приемом можно с помощью самодельной антенны для цифрового эфирного ТВ. Если использовать прямые руки и точно следовать этой инструкции, результат может оказаться даже лучше, чем у фабричных устройств.
Варианты самоделок для приема DVB-T2
Прежде всего определимся, что конкретно мы ловим.В России после введения федерального цифрового вещания по всей территории (за исключением некоторых районов, где оказалось дешевле всем жителям дать бесплатно пользоваться спутниковым вещанием) должны приниматься – набора из 20 каналов, входящих в государственный пакет. Доступ к ним бесплатен, они передаются хоть и в цифровом виде, но открыто на дециметровом диапазоне.
Следовательно, требуется собрать телеантенну, рассчитанную на прием диапазона ДМВ.
Мнение эксперта
Виталий Садовников
Специалист по подключению и настройке цифрового телевидения
Задать вопросИз физики известно, что размер вибраторов для эффективного приема должен быть сопоставим с самой длиной волны, ее половиной либо четвертью. Диапазон ДМВ означает, что радиоволны будут иметь длину менее метра (например, для часто встречающегося диапазона передачи 650 МГц это значение будет 0,46 м). Получается, что размах элементов должен быть равен этой величине либо ее половине. Из этого надо исходить при самостоятельном изготовлении антенны для цифрового ТВ.
Самодельная антенна — это сложно?
Трудно!Легко!
Вариантов конструкций, подходящих для приема телевизионного сигнала , множество: ДМВ-диапазон и условия его приема досконально исследованы поколениями ученых-физиков и радиолюбителей.
Перед вами сравнительная таблица характеристик наиболее простых и эффективных самоделок, используемых для приема :
Разумеется, это далеко не полный перечень того, что можно сделать своими руками. Однако схемы таких конструкций, как антенны Ковачева, Туркина и «волновой канал», имеют существенные недостатки:
- слишком сложны, при этом эффективность не настолько выше, чтобы неподготовленному человеку имело смысл пробовать их изготовить;
- дальнобойные, но узкополосные. Например, если оба мультиплекса разнесены на 6 и более каналов (что регулярно встречается у ретрансляторов в сельской местности), придется делать и настраивать две антенны конструкции Туркина, для каждого мультиплекса свою, а затем подбирать согласующий трансформатор и выравнивать (в идеале – до миллиметра) длину кабелей.
Далее рассмотрим каждый вариант отдельно, выделим основные плюсы и минусы.
Петля из антенного кабеля
Простейшей из самодельных телеантенн является петлевая. Для ее изготовления не нужно ничего, кроме самого кабеля (желательно с медным сердечником), ножа, плоскогубцев и F-штекера, который нужен, чтобы подключиться к телевизору.
Если же вкратце, то она делается так:
- Возьмите отрезок коаксиального кабеля (лучше всего имеющего медный центральный провод) длиной около полутора метров.
- На одном его конце снимается изоляция с центральной жилы и экрана.
- Через 22 см обнажается центральная жила.
- Еще через 22 см снимается изоляция с экрана.
- В последнем разрезе центральная жила и обнаженная оплетка обматываются вокруг экранирующей оболочки так, чтобы сформировалось кольцо.
- На другой конец кабеля надевается штекер.
Преимущества:
- Простота изготовления. Зная, где надрезать и что замыкать, изготовить ее можно за 5 минут.
Недостатки:
- Годится в качестве комнатной в условиях мощного сигнала, но не более. к ней бессмысленно, хотя некоторые и пытаются (в частности, производители фабричных кольцевых рамочных телеантенн, построенных на этом же принципе).
Петлю можно усовершенствовать, использовав вместо кольца спираль из кабеля заранее рассчитанного радиуса, улучшив качество сборки (заодно и уменьшив потери), рассчитав согласование. Однако единственным преимуществом этого типа является то, что оно самое примитивное. Проще только ловить на зачищенный коаксиальный кабель или кусок проволоки, вставленный в центральное гнездо антенного штекера на телевизоре.
Из пивных банок
Чуть сложнее антенна, собранная из пустых банок из-под пива или других напитков. Она достаточно эффективна (алюминий, из которого они изготавливаются, – отличный проводник), но требует тщательно вымерять расстояние между баночными вибраторами, а также соединять их в правильной последовательности.
В общих чертах процесс этот выглядит так:
- Берется четное количество банок (минимум две, максимум – насколько хватит желания; чем больше, тем мощнее).
- В банках с помощью дрели сверлятся отверстия для пропуска проволоки (лучше – медной или алюминиевой), которая будет соединять их между собой. Можно и не сверлить, воспользовавшись саморезами, которые будут крепить вибраторы на деревянном или пластиковом кронштейне (например, популярен вариант, когда банки крепятся на деревянной или пластиковой вешалке). В таком случае проводник можно зажать саморезом, который выступит в роли контакта.
- Банки подключаются по строгой схеме.
- В месте соединения двух концов проволо
prodigtv.ru
принцип работы и правила выбора усилителя ТВ антенны
Чтобы улучшить сигнал телеприемника в городской квартире, а тем более в удаленном от ретранслятора месте – в селе или на даче, применяют антенный усилитель для телевизора. Небольшой по размеру и доступный по стоимости прибор можно установить самостоятельно, если грамотно подойти к выбору модели.
Рассмотрим технические особенности устройств и разберем критерии выбора усилителя для домашнего использования.
Содержание статьи:
Для чего необходим усилитель сигнала
Если телевизор работает не от кабеля или спутниковой тарелки, значит, он ловит сигнал с помощью обычной антенны – комнатной или уличной. Процесс передачи происходит следующим образом: на определенном расстоянии друг от друга установлены вышки, ретранслирующие передачи.
Бытовые приемники – телевизоры – с помощью антенны ловят сигналы и преобразуют их в видео, сопровождающееся звуком.
Хороший сигнал создается в условиях прямой видимости. Если на его пути встречаются преграды в виде, например, железобетонных конструкций, то качество изображения и звука резко падает
Чтобы стабилизировать и улучшить ТВ-сигнал, и применяют усилитель для домашней телевизионной антенны. Его значимость возрастает там, где на крыше не установлен общий мощный приемник, то есть за городом. Устройство помогает добиться максимальной четкой картинки на экране и чистоты звука благодаря тому, что снижает помехи.
Некоторые антенны справляются с передачей сигнала самостоятельно, без подключения дополнительных приборов. Поэтому перед покупкой изучите технические характеристики антенны и убедитесь, что ее возможности ограничены, и настроить ее на получение качественного изображения и звука не представляется возможным без подключения специального устройства.
Принцип работы антенного адаптера
Усилители для телевизоров просты в устройстве и могут иметь различную конструкцию. Некоторые состоят из пары плат, на которых реализована схема для снижения шума. Один из контуров выполняет функцию высокочастотного фильтра, второй оснащен конденсатором для регулировки частот.
Чтобы выставить необходимый режим, используются резисторы. Частота регулируется в двух диапазонах: в первом – около 48,5 МГц, во втором – 160 МГц
Благодаря регулировке можно достичь максимального усиления сигнала в 4,7 дБ при рабочей частоте 400 МГц.
Некоторые виды усилителей предназначены для питания от источника 12 В, то есть могут подключаться к аккумулятору автомобиля. Для достижения стабильности применяют стабилизатор, в схему которого входит электролит и диодный мост.
Ряд устройств присоединяются коаксиальным кабелем, но с применением дросселя. К телевизору они подключаются через конденсатор.
Рассмотрим на примере одной из схем трансформаторного усилителя, как работает устройство. Питание модуля организовано по сигнальному кабелю.
Антенна подключается напрямую к обмотке трансформатора. Усилительный элемент VT1 согласован с общим эмиттером. Обратная связь осуществляется элементами C1, R3, L1
C1 – конденсатор, соединяющий участок обратной связи с питанием и работающий с низкими частотами. R3 – резистор, определяющий стабильную работу усилителя в различных частотных диапазонах. L1 – индуктивность, выравнивающая амплитуду частот.
Обратная связь потоку организована контуром C3, R4, которые совместно с R1 и R2 включают каскадный режим работы. C2 – конденсатор, обеспечивающий подключение трансформатора.
Сигнал от антенны поступает в согласующий трансформатор, затем передается через транзистор, усиливается и стабилизируется в эмиттере. Затем происходит частотная коррекция на второй ступени каскадных транзисторов, после чего сигнал поступает в телевизор.
Если в доме используется несколько телевизоров, то для подключения кабеля и усилителя сигнала применяют разветвитель на 3-6 разъемов
Таким образом, благодаря телевизионному усилителю повышается чувствительность, ограниченная шумами, а также компенсируются потери принимаемого сигнала в коаксиальном кабеле.
Виды телевизионных усилителей
Деление устройств на категории чаще всего производится по двум параметрам: месту монтажа и частотному диапазону. Это относится как к конкретно антенным усилителям, так и к смежным аналогам – телевизионным и спутниковым.
По частотному диапазону выделяют три вида:
- диапазонные;
- многодиапазонные;
- широкополосные.
Диапазонный прибор усиливает сигнал только в определенном, заданном диапазоне частот – метровом или дециметровом. Одна из его функций – снижать шум, появляющийся при увеличении длины кабеля.
Многодиапазонные устройства работают с одинаковой эффективностью в различных частотных диапазонах, также могут принимать сигналы с нескольких источников.
Широкополосный усилитель работает в метровых и дециметровых диапазонах, используется для цифрового телевидения.
Образец широкополосного устройства – модель GAL AMP-101. Подключение осуществляется через коаксиальный кабель и сепаратор. Коэффициент усиления – 20 дБ
По месту установки все устройства делятся на внешние (мачтовые) и внутренние. Внешние монтируют в месте установки телевизионной антенны – на шесте или мачте, закрепленной на балконе или крыше. Они отличаются прочной защитой.
Внутренние усилители располагают поблизости от приемника. Их минус – потери, связанные с длиной кабеля.
Критерии выбора при покупке
Выбор усилителя сигнала для антенны телевизора зависит как от технических критериев самого устройства, так и от внешних факторов, например, места и условий установки. Однако на первом месте – всегда характеристики, влияющие на качество сигнала – то, ради чего обычно и приобретают дополнительные устройства.
Критерий #1 – рабочий диапазон частот
Диапазон частот связывает три устройства – непосредственно сам телевизионный приемник, антенну и усилитель. Сначала подбирают антенну. Здесь следует помнить, что широкодиапазонные проигрывают узконаправленным, то есть сигнал будет более слабым.
Антенный усилитель, работающий в диапазоне 470-862 МГц и обладающий коэффициентом усиления не менее 30 дБ. Если обеспечить дополнительную защиту от влаги, можно устанавливать вне помещения
Если зона приема находится невдалеке от ретранслятора, то можно приобрести и «всеволновку», обхватывающую более широкий диапазон. Однако сигнал с удаленной вышки лучше будет ловить устройство, рассчитанное на ограниченный частотный диапазон – например, МВ или ДМВ.
По частотной характеристике антенны выбирают и усилитель. Если он не будет соответствовать по диапазону, то и работать не будет.
Критерий #2 – коэффициент шума
Антенный усилитель должен корректировать отношение сигнал-шум в сторону увеличения. Однако каждое устройство в процессе передачи данных получает свои шумы – и чем сильнее сигнал, тем они более выражены.
При большом показателе шума на экранах телевизоров будет видна только интенсивная шумовая помеха, известная как «снег». Изображение пропадает полностью, звук также исчезает
Считается, что показатель шума не должен превышать 3 дБ – только так можно гарантировать хорошее качество передачи сигнала, но устройства последнего поколения имеют и боле низкие значения – меньше 2 дБ.
Критерий #3 – коэффициент усиления
Не стоит считать, что чем выше коэффициент усиления сигнала, тем качество передачи будет лучше. На самом деле избыточное усиление приводит к искажению сигнала, при котором возникает обратный эффект – клиппинг или перегрузка.
Параметр измеряется в дБ и имеет средние величины:
- дециметровые – 30-40 дБ;
- метровые – 10 дБ.
Таким образом, дециметровые могут охватывать и 22, и 60 каналов, а метровые – не более 12. Если усилитель повышает коэффициент на 15-20 дБ, это считается хорошим результатом.
Выбирая усилитель по коэффициенту, необходимо учитывать реальные условия и уровень приема. Обычно ориентируются на расстояние до вышки, то есть ретранслятора.
Усилитель обычно используют, если расстояние от ретранслятора до приемника – не менее 9 км. Если вышка находится в 150 км или далее, использовать даже мощное устройство бесполезно – это максимум, на который рассчитаны бытовые модели
Чтобы не попасть впросак, можно выбрать устройство с возможностью регулировки, дополнительной подстройки. Универсальных моделей много, при этом они рассчитаны на различное расстояние.
Если вышка находится в прямой видимости, усилитель не нужен.
Критерий #4 – активный или пассивный
Если рассматривать принцип действия прибора, то нужно учитывать деление на активные и пассивные. Пассивный работает в автономном режиме, а активному необходимо дополнительное питание от сети. Чаще всего устройство подключается через переходник – адаптер на 9 В или 12 В.
Чем ближе место установки активного устройства к телевизору, тем качественнее будет сигнал. Длинный кабель увеличивает риск появления помех, которые не ликвидировать регулировкой
Если устройство находится вне помещения, необходимо обеспечить защиту от влаги и осадков. Иногда реализуют следующий вариант: антенну с усилителем устанавливают снаружи, а адаптер оставляют внутри комнаты.
Но лучше руководствоваться инструкциями производителя, который обычно предупреждает о возникновении помех при неправильной установке.
Обзор популярных моделей
Некоторые усилителя востребованы благодаря простому устройству, невысокой стоимости и легкому монтажу. При необходимости приборы можно самостоятельно установить, заменить или отремонтировать.
Галерея изображений
Фото из
Приобретая устройства для наружного применения позаботьтесь об их герметичности. Подмечено, что внешние приборы приходится менять примерно раз в 2 года, несмотря на их защиту, поэтому, если есть возможность установить усилитель под крышей, воспользуйтесь ею.
Выводы и полезное видео по теме
Главное о популярных усилителях:
Обзор универсальных широкополосных устройств:
Если на экране телевизора изображение «снежит» или вовсе рассыпается на пиксели, рекомендуем улучшить качество приема сигнала с помощью усилителя домашней тв-антенны. Трудностей с самостоятельным подключением обычно не возникает, если точно следовать советам изготовителя и учитывать характеристики антенны и прибора.
sovet-ingenera.com
Антенный усилитель для цифрового ТВ: рейтинг лучших, как подобрать
Для того чтобы телевизор показывал эфирное ТВ, нужна антенна. Часто бывает, что поступающий сигнал слишком слаб и тюнер не распознает его. В этом случае требуется антенный усилитель для телевизора. Разберемся, в каких случаях его можно подключать, какие разновидности представлены на рынке и по каким характеристикам подбирать.
Что такое антенный усилитель и как он работает
Усилитель сигнала ТВ-антенны – это прибор, задача которого сделать импульс, возникший в результате воздействия электромагнитной волны, более мощным, чем принятый изначально.
Принцип работы:
- На проводник, из которого состоит телеантенна, набегает электромагнитная волна. Это происходит очень быстро, поскольку она распространяется со скоростью света.
- В результате электромагнитной индукции в проводнике возникает импульс тока. Однако его сила недостаточна для корректной работы.
- Импульс поступает в усилитель.
- Прибор, используя ток напряжением от 5 до 12 вольт, формирует «копию» поступившего сигнала, имеющую уже большую мощность.
- Тюнер (внутренний или встроенный в телевизор) дешифрует сигнал, превращая его в звук и видеоряд.
Помимо увеличения мощности, усилитель дополнительно фильтрует сигнал. В любой антенне кроме нужного диапазона всегда гуляют разные лишние токи – наводки от работающей электротехники, ненужных станций и т. п. Усилитель отсекает все лишнее и повышает уровень только полезных сигналов.
Усиливать или нет
Задача усилителя – сделать так, чтобы уровень телесигнала, прошедшего от антенны по кабелю к ТВ-приемнику, стал достаточным для работы тюнера. Следовательно, необходим он только тогда, когда мощность импульса слишком мала.
Антенный усилитель — это:
Круто!Отстой!
Для его правильной работы достаточно 2-х простых условий:
- наличие сигнала;
- исправная работа антенны и кабеля.
Но в следующих случаях усилитель может оказаться вреден:
- На антенну поступает телесигнал достаточной мощности.
Из-за специфики переусиление приведет к «артефактам» (например, наложению на одном канале нескольких программ друг на друга). - Антенна слишком плохо принимает телесигнал. Для усиления нужен качественный оригинал, иначе прибор не сработает. Повышать мощность шума бессмысленно.
Критерии выбора
По питанию
Усилитель подключается к сети по одной из трех схем:
Мнение эксперта
Виталий Садовников
Специалист по подключению и настройке цифрового телевидения
Задать вопросПомните: нельзя использовать более одного типа питания одновременно. В лучшем случае усилитель перестанет работать и прием телепрограмм прекратится. В худшем же этот блок выйдет из строя. Если вы используете внешний адаптер, не забудьте в отключить в настройках ресивера или телевизора подачу мощности на антенное гнездо.
По частотному диапазону
В зависимости от частот, которые используются в работе, усилители бывают трех типов:
Широкополосные.
Усиливают телесигнал в большом диапазоне частот. Однако при этом качество их усиления страдает. Ни одно устройство не может быть универсальным, равномерное усиление на всем диапазоне невозможно, неизбежны проседания в качестве.- Диапазонные.Рассчитаны на работу с вещанием конкретной области частот и длины волны. Например, для просмотра подходят устройства, работающие с дециметровым диапазоном: именно там и вещает
Широкополосные. 
Рассчитаны на работу с вещанием конкретной области частот и длины волны. Например, для просмотра подходят устройства, работающие с дециметровым диапазоном: именно там и вещаетprodigtv.ru
Антенные усилители для телевизора: подключение, выбор, виды
Несмотря на бурное развитие кабельного и спутникового ТВ, эфирное телевещание рано списывать со счетов. Но для качественного сигнала последнего необходимо находиться в зоне покрытия. По мере удаления от телевышки качество сигнала падает, и число помех возрастает. В таких случаях хорошо помогает антенный усилитель для телевизионного приемника. Предланаем рассмотреть, что представляет собой это устройство, принцип работы, различные модификации, а также возможность создания усилителя ТВ сигнала для городской квартиры, загородного дома или дачи.
Что такое антенный усилитель и как он работает?
Это устройство, позволяющее усилить определенный диапазон телевизионных сигналов и снизить уровень помех, для получения максимально качественной «картинки». Помимо этого подобные усилители используются для снижения потерь в кабеле. Типовые структурные схемы таких устройств показаны ниже.
Типовые структурные схемы широкополосного (1) и многодиапазонного (2) антенного усилителяКак видно из представленных схем поступающий сигнал обрабатывается фильтром внешних частот, после чего понижается аттенюатором до необходимого уровня. Далее сигнал поступает в блок регулировки уровня наклона АЧХ, принцип действия которого во многом напоминает эквалайзер. И на последнем этапе производится усиление сигнала, после чего он поступает на телевизионный приемник.
Разновидности
Несмотря на многообразие оборудования данного типа, по функциональному назначению и диапазону усилители можно разделить на следующие виды:
- Устройства, работающие в широком диапазоне. Как правило, их используют для внешних мачтовых антенн решетчатого типа. Широкополосные антенные усилители SWA (1) , LSA (2) и Gal (3)
- Оборудование, настроенное на определенный диапазон, например метровый или дециметровый. В качестве примера можно привести устройства для антенн цифрового телевидения в формате DVD T Усилитель для цифрового сигнала
- Приборы, работающие с несколькими диапазонами. Они могут принимать сигналы, поступающие с нескольких источников, и суммировать их в один. Или, наоборот, из одного сигнала сформировать несколько, как это сделано в ALCAD AI-200.
Широкополосные антенные усилители SWA (1) , LSA (2) и Gal (3)
Усилитель для цифрового сигнала
Домовой усилитель ALCAD AI-200 с разветвителем и встроенным блоком питанияКак выбрать хорошую антенну с усилителем?
Чтобы от приобретенного оборудования получить максимальную отдачу необходимо учитывать следующие факторы:
- Удаленность ближайшего ретранслятора телевизионного сигнала. Принято считать максимальным расстоянием 150 километров, но сильно усредненное значение, поскольку многое зависит как от типа местности, так и мощности телевизионной вышки. Например, находясь в низине можно не получать уверенный сигнал даже от близко расположенного ретранслятора. В этом случае исправить ситуацию поможет установка мачты под антенну.
- В каком частотном диапазоне будет работать оборудование. Необходимо учитывать, что характеристики широкодиапазонных антенн уступают узконаправленным. Это говорит о том, что для зоны уверенного приема вполне подойдет «всеволновка», соответственно, для получения сигнала с удаленного ретранслятора лучше предпочесть конструкцию под определенный диапазон частот (МВ, ДМВ, УКВ). Но здесь тоже необходимо учитывать особенности и характер местности, например, избавиться от отраженного сигнала можно только с помощью узконаправленной антенны.
Определившись с антенной, переходим к выбору усиливающего устройства для нее. Первое на что необходимо обратить внимание – коэффициент усиления (указывается в децибелах). Как правило, при расстоянии до 10 километров до ретранслятора, в усилителе нет необходимости.
Необходимо обратить внимание, что не стоит сильно увлекаться высоким показателем этого параметра, поскольку при высокой мощности может произойти «возбуждение» устройства, и как следствие этого, появятся помехи, проявляющиеся в виде «белого снега» на картинке. Ниже приведена таблица для оборудования SWA, в которой указаны основные характеристики для каждой модели, а также соотношение коэффициента усиления и дальности до источника сигнала.
Таблица соответствия мощности антенного усилителя к удаленности от телевышки Вторая важная характеристика – уровень шумов (указывается в децибелах) производимых устройством в процессе работы. Чем меньше этот показатель, тем лучше.Естественно, что при выборе необходимо учитывать тип антенны, допускается устанавливать широкополосное устройство на узкодиапазонный приемник сигнала, но не наоборот.
Как сделать антенный усилитель своими руками – пошаговая инструкция
Приведем несколько типовых схем устройств для усиления телевизионного сигнала, начнем с самой простой.
Схема простого антенного усилителя на базе МАХ2633Обозначения:
- VT – микросхема МАХ2633.
- R – 1 кОм.
- Конденсаторы С1, С2 и С3 – 1 нФ.
Схема запутывается от источника постоянного тока с напряжением от 2,8 до 5,2 вольт. Отличительные особенности: низкий уровень шума (около 2 дБ) и вполне приличный коэффициент усиления, порядка 13 дБ, при необходимости понизить который следует увеличить сопротивление R. Собранная схема не требует настройки. Приведенное устройство хорошо зарекомендовала себя при работе с комнатными антеннами теле- и радиоприемников. В интернете можно встретить описание данной схемы, как широкополосной, что не совсем верно, исходя из даташит МАХ2633 –предназначена для УКВ диапазона.
Теперь рассмотрим типовые транзисторные схемы, которые действительно являются широкополосными.
Антенный усилитель на транзисторе, включенном по принципу общего эмиттераОбозначение:
- Транзистор VT1 – KT368.
- Сопротивления: R1 -100 Ом; R2 – 470 Ом; R3 – 51 кОм; R4 – 100 Ом.
- Емкости: C1- 1000 пФ; С2 – 33 пФ; С3 и С4 – 15 пФ.
Схема также отличается простотой и не требует настройки. КУ и частотные характеристики зависят от используемого транзистора. Устройства данного типа отличаются высоким коэффициентом усиления и невысокими частотными характеристиками (что исправляется в мульти вибраторных схемах с эмиттерной связью, при желании найти их несложно, но они более сложны в настройке). Питание осуществляется от источника с напряжением 9 вольт.
Вариант с подключением транзистора по схеме «общая база» обладает меньшим КУ, но зато более широким частотным диапазоном.
Антенный усилитель на транзисторе, включенном по принципу общей базыОбозначения:
- Транзистор VT1 – KT315.
- Сопротивления: R1 -51 Ом; R2 – 10 кОм; R3 – 15 кОм; R4 – 1 кОм.
- Емкости: C1- 1000 пФ; С2 – 33 пФ; С3 и С4 – 15 пФ.
Дроссель наматывается на ферримагнитном кольце, проницаемость которого 600Н. Для метрового диапазона необходимо сделать 300 витков, используемый для этой цели провод – ПЭВ Ø 0,1 мм.
Добиться большего КУ можно, если собрать устройство на двухкаскадной схеме, ее пример приведен ниже.
Схема двухкаскадного антенного усилителя для ДМВ каналовОбозначения:
- Транзисторы: VT1 и VT2 – ГТ311Д.
- Сопротивления: R1 — 680 Ом; R2 – 75 кОм; R3 – 1 кОм; R4 – 150 кОм.
- Емкости: C1, С2 и С4 — 100 пФ; С3 – 6800 пФ; С5 – 15 пФ; С6 – 3,3 пФ.
- Дроссели: L1 – 100 мкГн; L2 – 25 мкГн, L3 – представляет собой катушку на бескаркасной основе, диаметром 4 мм, намотаны 2,5 витка, используемый провод ПЭВ 2 Ø 0,8 мм.
Запитывается схема от источника с напряжением 12 вольт, настройка устройства не требуется.
Пошаговая инструкция по сборке будет общая для всех схем:
- Приобретаем все необходимые электронные компоненты.
- Подготавливаем инструменты и расходники.
- Изготавливаем печатную плату, навесная сборка и использование монтажных панелей нежелательно, поскольку в этом случае существенно увеличиться уровень шума.
- Запаиваем все элементы.
- Проверяем собранную конструкцию.
- Подключаем к собранному усилителю антенну и телевизионный приемник.
Как подключить антенный усилитель к телевизору?
В завершении статьи дадим несколько рекомендаций, касательно правильного подключения оборудования:
Самый важный момент – антенные усилители для телевизора должны располагаться находиться как можно ближе к нему. Это связано с тем, что кабельные потери могут существенно повлиять на качество картинки. Требование касается как самодельных конструкций, так и серийных моделей, например BBK или Terra. Исключение могут быть только комнатные антенны, у которых короткая длина кабеля, но, как правило, такие устройства используют в зоне приема, где в усилителе нет необходимости.
Внимательно изучите руководство по подключению, которое прилагается к устройству.
Если подключение усилителя не принесло результатов, проверьте направленность антенны, а также его волновое соответствие.
Все манипуляции должны проводиться только с обесточенным оборудованием.
Не подключайте усилитель к внешней антенне, если она не оборудована грозозащитой. Собственно, такой приемник сигнала вообще нельзя использовать.
www.asutpp.ru
Теория радиоволн: антенны / Habr
Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.
Антенны — преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование — электромагнитную волну, в ВЧ колебания.
Диаграмма направленности — графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.
Антенны
Симметричный вибратор
В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.
Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.
Диаграмма направленности симметричного вибратора
В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.
В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:
Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.
Несимметричный вибратор
Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.
Диаграмма направленности следующая:
Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.
Наклонная V-образная
Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V
Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.
Антенна бегущей волны
Также имеет название — антенна наклонный луч.
Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.
Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.
Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:
Антенна волновой канал
Здесь: 1 — фидер, 2 — рефлектор, 3 — директоры, 4 — активный вибратор.
Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор — активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.
За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:
Рамочная антенна
Направленность — двулепестковая
Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.
Как разновидность — рамочная антенна с рефлектором:
Логопериодическая антенна
Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА.
Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 — это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:
Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.
Поляризация
Поляризация — это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве.
Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.
Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный — горизонтальную.
Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.
Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.
При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.
Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.
PS:
Данная статья обрисовывает лишь небольшую часть антенн и не претендует на замену учебнику антенно-фидерных устройств.
habr.com
рейтинг 2019 года по версии экспертов
Переход России на массовое цифровое вещание поставил перед владельцами телевизоров немало проблем. Одна из них – это конструкция эфирных телеантенн. Нужна ли специальная цифровая антенна или достаточно обычной, которая раньше использовалась для приема аналогового телевидения?
Какую модель выбрать для приема DVB-T2 в условиях города, дачи или деревни? Представляем вам подборку лучших антенн для цифрового ТВ по состоянию на середину 2019 года.
Какая антенна подойдет
Чтобы разобраться, какое приемное устройство нужно, необходимо помнить принцип, на котором основано цифровое вещание.
Передача происходит с помощью коротких импульсов, каждый из которых можно имеет значения (0 или 1). Затем эти цифры по специальному алгоритму, вложенному в основу , декодируются и превращаются в низкочастотные сигналы, передающие видео- и аудиоряд телепередач.Школьная физика подсказывает: чем короче сигнал, тем меньше и длина волны, необходимая для его передачи. Поэтому все цифровое вещание происходит в дециметровом диапазоне (ДМВ) – это оптимальное соотношение между скоростью передачи и особенностями распространения сигнала. Поэтому для того чтобы принимать цифровое телевидение, необходима антенна, работающая на прием ДМВ-диапазона.
Самое главное при выборе модели – определение нужного форм-фактора. Для городской квартиры не нужна дальнобойная конструкция, а на даче вряд ли выручит комнатная. Поэтому прежде чем продолжить чтение этой статьи, рекомендуем ознакомиться с инструкцией по .
ТОП-10 антенн для цифрового ТВ
Рейтинги типа «Лучшие уличные индивидуальные телеантенны» составлялись неоднократно. Однако они, как правило, заказываются производителями или продавцами соответствующего оборудования и рассчитаны на то, что пользователь, прочитав отзывы, захочет купить конкретную наружную или внутрикомнатную модель.
Если же подходить к особенностям принимающих устройств объективно, изучить более 500 отзывов покупателей и сравнить их с обещаниями производителей, то однозначно лучшими можно назвать всего несколько моделей. Вот они:
Комнатные пассивныеМесто#
Название
Оценка эксперта
Дальность
Всеволновая
#10
Selenga 100
до 8 км
#9
Дельта К131
до 12 км
prodigtv.ru
Справочник по антеннам для радаров / Habr
Статья на перевод предложена alessandro893. Материал взят с обширного справочного сайта, описывающего, в частности, принципы работы и устройство радаров.Антенна – это электрическое устройство, преобразующее электроэнергию в радиоволны и наоборот. Антенна используется не только в радарах, но и в глушилках, системах предупреждения об облучении и в системах коммуникаций. При передаче антенна концентрирует энергию передатчика радара и формирует луч, направляемый в нужную сторону. При приёме антенна собирает возвращающуюся энергию радара, содержащуюся в отражённых сигналах, и передаёт их на приёмник. Антенны часто различаются по форме луча и эффективности.
Слева – изотропная антенна, справа – направленная
Дипольная антенна, или диполь – самый простой и популярный класс антенн. Состоит из двух одинаковых проводников, проводов или стержней, обычно с двусторонней симметрией. У передающих устройств к ней подаётся ток, а у принимающих – принимается сигнал между двумя половинами антенны. Обе стороны фидера у передатчика или приёмника соединены с одним из проводников. Диполи – резонирующие антенны, то есть их элементы служат резонаторами, в которых стоячие волны переходят от одного конца к другому. Так что длина элементов диполя определяется длиной радиоволны.
Диаграмма направленности
Диполи – это ненаправленные антенны. В связи с этим их часто используют в системах связи.
Несимметричная антенна представляет собой половину дипольной, и монтируется перпендикулярно проводящей поверхности, горизонтальному отражающему элементу. Коэффициент направленного действия монопольной антенны вдвое больше, чем у дипольной антенны удвоенной длины, поскольку под горизонтальным отражающим элементом нет никакого излучения. В связи с этим КНД такой антенны в два раза выше, и она способна передавать волны дальше, используя ту же самую мощность передачи.
Диаграмма направленности
Антенна Яги – направленная антенна, состоящая из нескольких параллельных элементов, расположенных на одной линии. Часто состоят из одного элемента-облучателя, обычно диполя или петлевого вибратора. Только этот элемент испытывает возбуждение. Остальные элементы паразитные – они отражают или помогают передавать энергию в нужном направлении. Облучатель (активный вибратор) обычно находится вторым с конца, как на картинке ниже. Её размер подбирается с целью достижения резонанса при наличии паразитных элементов (для диполя это обычно 0,45 – 0,48 от длины волны). Элемент слева от облучателя – отражатель (рефлектор). Он обычно длиннее облучателя. Отражатель обычно один, поскольку добавление дополнительных отражателей мало влияет на эффективность. Он влияет на отношение мощностей сигналов антенны, излучаемых в направлениях назад/вперед (усиление в максимальном направлении по отношению к противоположному). Справа от облучателя находятся элементы-директоры, которые обычно короче облучателя. У антенны Яги очень узкий диапазон рабочих частот, а максимальное усиление составляет примерно 17 дБ.
Диаграмма направленности
Тип антенны, часто используемой на УКВ и УВЧ-передатчиках. Состоит из облучателя (это может быть диполь или массив Яги), укреплённого перед двумя плоскими прямоугольными отражающими экранами, соединёнными под углом, обычно в 90°. В качестве отражателя может выступать лист металла или решётка (для низкочастотных радаров), уменьшающая вес и уменьшающая сопротивление ветру. У уголковых антенн широкий диапазон, а усиление составляет порядка 10-15 дБ.
Диаграмма направленности
Вибраторная логопериодическая (логарифмическая периодическая) антенна, или логопериодическая решетка из симметричных вибраторов
Логопериодическая антенна (ЛПА) состоит из нескольких полуволновых дипольных излучателей постепенно увеличивающейся длины. Каждый состоит из пары металлических стержней. Диполи крепятся близко, один за другим, и подключаются к фидеру параллельно, с противоположными фазами. По виду такая антенна похожа на антенну Яги, но работает она по-другому. Добавление элементов к антенне Яги увеличивает её направленность (усиление), а добавление элементов к ЛПА увеличивает её полосу частот. Её главное преимущество перед другими антеннами – чрезвычайно широкий диапазон рабочих частот. Длины элементов антенны относятся друг к другу по логарифмическому закону. Длина самого длинного из элементов составляет 1/2 от длины волны самой низкой из частот, а самого короткого – 1/2 от длины волны самой высокой частоты.
Диаграмма направленности
Спиральная антенна состоит из проводника, закрученного в виде спирали. Обычно они монтируются над горизонтальным отражающим элементом. Фидер соединяется с нижней частью спирали и горизонтальной плоскостью. Они могут работать в двух режимах – нормальном и осевом.
Нормальный (поперечный) режим: размеры спирали (диаметр и наклон) малы по сравнению с длиной волны передаваемой частоты. Антенна работает так же, как закороченный диполь или монополь, с такой же схемой излучения. Излучение линейно поляризуется параллельно оси спирали. Такой режим используется в компактных антеннах у портативных и мобильных раций.
Осевой режим: размеры спирали сравнимы с длиной волны. Антенна работает как направленная, передавая луч с конца спирали вдоль её оси. Излучает радиоволны круговой поляризации. Часто используется для спутниковой связи.
Диаграмма направленности
Ромбическая антенна – широкополосная направленная антенна, состоящего из одного-трёх параллельных проводов, закреплённых над землёй в виде ромба, поддерживаемого в каждой вершине вышками или столбами, к которым провода крепятся при помощи изоляторов. Все четыре стороны антенны одинаковой длины, обычно не менее одной длины волны, или длиннее. Часто используются для связи и работы в диапазоне декаметровых волн.
Диаграмма направленности
Двумерная антенная решётка
Многоэлементный массив диполей, используемых в КВ диапазонах (1,6 – 30 МГц), состоящий из рядов и столбцов диполей. Количество рядов может быть 1, 2, 3, 4 или 6. Количество столбцов – 2 или 4. Диполи горизонтально поляризованы, а отражающий экран располагается за массивом диполей для обеспечения усиленного луча. Количество столбцов диполей определяет ширину азимутального луча. Для 2 столбцов ширина диаграммы направленности составляет около 50°, для 4 столбцов — 30°. Главный луч можно отклонять на 15° или 30° для получения максимального охвата в 90°.
Количество рядов и высота самого нижнего элемента над землёй определяет угол возвышения и размер обслуживаемой территории. Массив из двух рядов обладает углом в 20°, а из четырёх – в 10°. Излучение двумерной решётки обычно подходит к ионосфере под небольшим углом, и из-за низкой частоты часто отражается обратно к поверхности земли. Поскольку излучение может многократно отражаться между ионосферой и землёй, действие антенны не ограничено горизонтом. В результате такая антенна часто используется для связи на дальние расстояния.
Диаграмма направленности
Рупорная антенна состоит из расширяющегося металлического волновода в форме рупора, собирающего радиоволны в луч. У рупорных антенн очень широкий диапазон рабочих частот, они могут работать с 20-кратным разрывом его границ – к примеру, от 1 до 20 ГГц. Усиление варьируется от 10 до 25 дБ, и часто они используются в качестве облучателей более крупных антенн.
Диаграмма направленности
Одна из самых популярных антенн для радаров – параболический отражатель. Облучатель располагается в фокусе параболы, и энергия радара направляется на поверхность отражателя. Чаще всего в качестве облучателя используется рупорная антенна, но можно использовать и дипольную, и спиральную.
Поскольку точечный источник энергии находится в фокусе, он преобразуется в волновой фронт постоянной фазы, что делает параболу хорошо приспособленной для использования в радарах. Изменяя размер и форму отражающей поверхности, можно создавать лучи и схемы излучения различной формы. Направленность параболических антенн гораздо лучше, чем у Яги или дипольной, усиление может достигать 30-35 дБ. Главный их недостаток – неприспособленность к низким частотам из-за размера. Ещё один – облучатель может блокировать часть сигнала.
Диаграмма направленности
Антенна Кассегрена очень похожа на обычную параболическую, но использует систему из двух отражателей для создания и фокусировки луча радара. Основной отражатель параболический, а вспомогательный – гиперболический. Облучатель находится в одном из двух фокусов гиперболы. Энергия радара из передатчика отражается от вспомогательного отражателя на основной и фокусируется. Возвращающаяся от цели энергия собирается основным отражателем и отражается в виде сходящегося в одной точке луча на вспомогательный. Затем она отражается вспомогательным отражателем и собирается в точке, где расположен облучатель. Чем больше вспомогательный отражатель, тем ближе он может быть к основному. Такая конструкция уменьшает осевые размеры радара, но увеличивает затенение раскрыва. Небольшой вспомогательный отражатель, наоборот, уменьшает затенение раскрыва, но его нужно располагать подальше от основного. Преимущества по сравнению с параболической антенной: компактность (несмотря на наличие второго отражателя, общее расстояние между двумя отражателями меньше, чем расстояние от облучателя до рефлектора параболической антенны), уменьшение потерь (приёмник можно разместить близко от рупорного излучателя), уменьшение интерференции по боковому лепестку для наземных радаров. Основные недостатки: сильнее блокируется луч (размер вспомогательного отражателя и облучателя больше, чем размер облучателя обычной параболической антенны), плохо работает с широким диапазоном волн.
Диаграмма направленности
Слева – антенна Грегори, справа — Кассегрена
Параболическая антенна Грегори очень похожа по структуре на антенну Кассегрена. Отличие в том, что вспомогательный отражатель искривлён в противоположную сторону. Конструкция Грегори может использовать меньший по размерам вспомогательный отражатель по сравнению с антенной Кассегрена, в результате чего перекрывается меньшая часть луча.
Как следует из названия, излучатель и вспомогательный отражатель (если это антенна Грегори) у офсетной антенны смещены от центра основного отражателя, чтобы не блокировать луч. Такая схема часто используется на параболических антеннах и антеннах Грегори для увеличения эффективности.
Антенна Кассегрена с плоской фазовой пластиной
Ещё одна схема, предназначенная для борьбы с блокированием луча вспомогательным отражателем,- это антенна Кассегрена с плоской пластиной. Она работает с учётом поляризации волн. У электромагнитной волны есть 2 компоненты, магнитная и электрическая, всегда находящиеся перпендикулярно друг другу и направлению движения. Поляризация волны определяется ориентацией электрического поля, она бывает линейной (вертикальной/горизонтальной) или круговой (круговой или эллиптической, закрученной по или против часовой стрелки). Самое интересное в поляризации – это поляризатор, или процесс фильтрации волн, оставляющий только волны, поляризованные в одном направлении или в одной плоскости. Обычно поляризатор изготавливают из материала с параллельным расположением атомов, или это может быть решётка из параллельных проводов, расстояние между которыми меньше, чем длина волны. Часто принимается, что расстояние должно быть примерно в половину длины волны.
Распространённое заблуждение состоит в том, что электромагнитная волна и поляризатор работают схожим образом с колеблющимся тросом и дощатым забором – то есть, к примеру, горизонтально поляризованная волна должна блокироваться экраном с вертикальными щелями.
На самом деле, электромагнитные волны ведут себя не так, как механические. Решётка из параллельных горизонтальных проводов полностью блокирует и отражает горизонтально поляризованную радиоволну и пропускает вертикально поляризованную – и на оборот. Причина следующая: когда электрическое поле, или волна, параллельны проводу, они возбуждают электроны по длина провода, и поскольку длина провода многократно превышает его толщину, электроны могут легко двигаться и поглощают большую часть энергии волны. Движение электронов приведёт к появлению тока, а ток создаст свои волны. Эти волны погасят волны передачи и будут вести себя как отражённые. С другой стороны, когда электрическое поле волны перпендикулярно проводам, оно будет возбуждать электроны по ширине провода. Поскольку электроны не смогут активно двигаться таким образом, отражаться будет очень малая часть энергии.
Важно отметить, что, хотя на большинстве иллюстраций у радиоволн всего 1 магнитное и 1 электрическое поле, это не значит, что они осциллируют строго в одной плоскости. На самом деле можно представлять, что электрические и магнитные поля состоят из нескольких подполей, складывающихся векторно. К примеру, у вертикально поляризованной волны из двух подполей результат сложения их векторов вертикальный. Когда два подполя совпадают по фазе, результирующее электрическое поле всегда будет стационарным в одной плоскости. Но если одно из подполей медленнее другого, тогда результирующее поле начнёт вращаться вокруг направления движения волны (это часто называют эллиптической поляризацией). Если одно подполе медленнее других ровно на четверть длины волны (фаза отличается на 90 градусов), то мы получим круговую поляризацию:
Для преобразования линейной поляризации волны в круговую поляризацию и обратно необходимо замедлить одно из подполей относительно других ровно на четверть длины волны. Для этого чаще всего используется решётка (четвертьволновая фазовая пластина) из параллельных проводов с расстоянием между ними в 1/4 длины волны, расположенных под углом в 45 градусов к горизонтали.
У проходящей через устройство волны линейная поляризация превращается в круговую, а круговая – в линейную.
Работающая по этому принципу антенна Кассегрена с плоской фазовой пластиной состоит из двух отражателей равного размера. Вспомогательный отражает только волны с горизонтальной поляризацией и пропускает волны с вертикальной поляризацией. Основной отражает все волны. Пластина вспомогательного отражателя располагается перед основным. Он состоит из двух частей – это пластина со щелями, идущими под углом в 45°, и пластина с горизонтальными щелями шириной менее 1/4 длины волны.
Допустим, облучатель передаёт волну с круговой поляризацией против часовой стрелки. Волна проходит через четвертьволновую пластину и превращается в волну с горизонтальной поляризацией. Она отражается от горизонтальных проводов. Она опять проходит через четвертьволновую пластину, уже с другой стороны, и для неё провода пластины ориентированы уже зеркально, то есть, будто бы повёрнуты на 90°. Предыдущее изменение поляризации отменяется, так что волна снова приобретает круговую поляризацию против часовой стрелки и идёт обратно к основному отражателю. Отражатель меняет поляризацию с идущей против часовой стрелки на идущую по часовой. Она проходит через горизонтальные щели вспомогательного отражателя без сопротивления и уходит в направлении целей вертикально поляризованной. В режиме приёма всё происходит наоборот.
Хотя у описанных антенн довольно большое усиление по отношению к размеру апертуры, у всех них есть общие недостатки: большая восприимчивость по боковым лепесткам (подверженность мешающим отражениям от земной поверхности и чувствительность к целям с низкой эффективной площадью рассеяния), уменьшение эффективности из-за блокирования луча (проблема с блокированием есть у малых радаров, которые можно использовать на летающих аппаратах; большие радары, где проблема с блокированием меньше, нельзя использовать в воздухе). В результате была придумана новая схема антенны – щелевая. Она выполнена в виде металлической поверхности, обычно плоской, в котором прорезаны отверстия или щели. Когда её облучают на нужной частоте, электромагнитные волны испускаются из каждого слота – то есть, слоты выступают в роли отдельных антенн и формируют массив. Поскольку луч, идущий из каждого слота, слабый, их боковые лепестки также очень малы. Щелевые антенны характеризуются высоким усилением, малыми боковыми лепестками и малым весом. В них могут отсутствовать выступающие части, что в ряде случаев является их важным преимуществом (например, при установке на летательных аппаратах).
Диаграмма направленности
Пассивная фазированная антенная решётка (ПФАР) [passive electronically scanned array, PESA]
Радар с МИГ-31
С ранних времён создания радаров разработчиков преследовала одна проблема: баланс между точностью, дальностью и временем сканирования радара. Она возникает оттого, что у радаров с более узкой шириной пучка повышается точность (увеличивается разрешение) и дальность при той же мощности (концентрация мощности). Но чем меньше ширина пучка, тем дольше радар сканирует всё поле зрения. Более того, радару с большим усилением потребуются антенны большего размера, что неудобно для быстрого сканирования. Для достижения практичной точности на низких частотах радару потребовались бы настолько громадные антенны, что их было бы затруднительно поворачивать с механической точки зрения. Для решения этой проблемы была создана пассивная фазированная антенная решётка. Она полагается не на механику, а на интерференцию волн для управления лучом. Если две или более волн одного типа осциллируют и встречаются в одной точке пространства, суммарная амплитуда волн складывается примерно так же, как складываются волны на воде. В зависимости от фаз этих волн интерференция может усиливать или ослаблять их.
Луч можно формировать и управлять им электронным способом, контролируя разность фаз группы передающих элементов – таким образом можно контролировать, в каких местах происходит усиливающая или ослабляющая интерференция. Из этого следует, что в радаре самолёта для управления лучом из стороны в сторону должно быть не менее двух передающих элементов.
Обычно радар с ПФАР состоит из 1 облучателя, одного МШУ (малошумящего усилителя), одного распределителя мощности, 1000-2000 передающих элементов и равного количества фазовращателей.
Передающими элементами могут быть изотропные или направленные антенны. Некоторые типичные виды передающих элементов:
На первых поколениях истребителей чаще всего использовались патч-антенны (полосковые антенны), поскольку их проще всего разрабатывать.
Современные массивы с активной фазой используют желобковые излучатели из-за их широкополосных возможностей и улучшенного усиления:
Вне зависимости от типа используемой антенны увеличение количества излучающих элементов улучшает характеристики направленности радара.
Как мы знаем, при одинаковой частоте радара увеличение апертуры приводит к уменьшению ширины пучка, что увеличивает дальность и точность. Но у фазированных решёток не стоит увеличивать расстояние между излучающими элементами в попытке увеличения апертуры и уменьшения стоимости радара. Поскольку если расстояние между элементами больше, чем рабочая частота, могут появляться побочные лепестки, заметно ухудшающие эффективность радара.
Самая важная и дорогая часть ПФАР – фазовращатели. Без них невозможно управлять фазой сигнала и направлением луча.
Они бывают разных видов, но в целом их можно разделить на четыре типа.
Фазовращатели с временной задержкой
Простейший тип фазовращателей. Сигналу на прохождение линии передачи нужно время. Эта задержка, равная фазовому сдвигу сигнала, зависит от длины линии передачи, частоты сигнала и фазовой скорости сигнала в передающем материале. Переключая сигнал между двумя или более линиями передач заданной длины, можно управлять фазовым сдвигом. Переключающие элементы – это механические реле, pin-диоды, полевые транзисторы или микроэлектромеханические системы. pin-диоды часто используются из-за высокой скорости, низких потерь и простых цепей смещения, обеспечивающих изменение сопротивления от 10 кОм до 1 Ом.
Задержка, сек = фазовый сдвиг ° / (360 * частота, Гц)
Их недостаток в увеличении фазовой ошибки с увеличением частоты и увеличении размера с уменьшением частоты. Также изменение фазы изменяется в зависимости от частоты, поэтому для слишком малых и больших частот они неприменимы.
Отражательный/квадратурный фазовращатель
Обычно это квадратурное устройство связи, разделяющее входной сигнал на два сигнала, различающихся по фазе на 90°, которые затем отражаются. Затем они комбинируются по фазе на выходе. Эта схема работает благодаря тому, что отражение сигнала от проводящих линий могут быть смещены по фазе по отношению к падавшему сигналу. Сдвиг по фазе изменяется от 0° (открытая цепь, нулевая ёмкость варактора) до -180° (цепь закорочена, ёмкость варактора бесконечна). Такие фазовращателя обладают широким диапазоном работы. Однако физические ограничения варакторов приводят к тому, что на практике сдвиг по фазе может достигать только 160°. Но для большего сдвига возможно комбинировать несколько таких цепей.
Векторный IQ-модулятор
Так же, как и у отражательного фазовращателя, здесь сигнал разделяется на два выхода с 90-градусным смещением фазы. Входящая фаза без смещения называется I-каналом, а квадратура с 90-градусным смещением называется Q-каналом. Затем каждый сигнал проходит через двухфазный модулятор, способный сдвигать фазу сигнала. Каждый сигнал подвергается сдвигу фазы на 0° или 180°, что позволяет выбрать любую пару квадратурных векторов. Затем два сигнала рекомбинируются. Поскольку затухание обоих сигналов можно контролировать, у выходящего сигнала контролируется не только фаза, но и амплитуда.
Фазовращатель на фильтрах верхних/нижних частот
Был изготовлен для решения проблемы фазовращателей с временной задержкой, не способных работать на большом диапазоне частот. Работает путём переключения пути сигнала между фильтрами верхних и нижних частот. Похож на фазовращатель с временной задержкой, только вместо линий передачи используются фильтры. Фильтр верхних частот состоит из последовательности индукторов и конденсаторов, обеспечивающих опережение по фазе. Такой фазовращатель обеспечивает постоянный сдвиг фазы в диапазоне рабочих частот. Также его размер гораздо меньше, чем у предыдущих перечисленных фазовращателей, поэтому он чаще всего используется в радарах.
Если подытожить, то по сравнению с обычной отражающей антенной, основными преимуществами ПФАР будут: высокая скорость сканирования (увеличение количества отслеживаемых целей, уменьшение вероятности обнаружения станцией предупреждения об облучении), оптимизация времени нахождения на цели, высокое усиление и малые боковые лепестки (тяжелее заглушить и обнаружить), случайная последовательность сканирования (сложнее заглушить), возможность использовать особые техники модуляции и обнаружения для извлечения сигнала из шума. Основные недостатки – высокая стоимость, невозможность сканирования шире 60 градусов в ширину (поле зрения стационарного фазового массива – 120 градусов, механический радар может расширить его до 360).
Активная фазированная антенная решётка [Active Electronically Scanned Array, AESA]
Снаружи АФАР (AESA) и ПФАР (PESA) отличить сложно, но внутри они кардинально различаются. ПФАР использует один или два высокомощных усилителя, передающего один сигнал, который затем делится на тысячи путей для тысяч фазовращателей и элементов. Радар с АФАР состоит из тысячи модулей приёма/передачи. Поскольку передатчики находятся непосредственно в самих элементах, у него нет отдельных приёмника и передатчика. Различия в архитектуре представлены на картинке.
У АФАР большинство компонентов, таких, как усилитель слабых сигналов, усилитель большой мощности, дуплексор, фазовращатель уменьшены и собраны в одном корпусе под названием модуля приёма/передачи. Каждый из модулей представляет собой небольшой радар. Архитектура их следующая:
Хотя АФАР (AESA) и ПФАР (PESA) используют интерференцию волн для формирования и отклонения луча, уникальный дизайн АФАР даёт много преимуществ по сравнению с ПФАР. К примеру, усилитель слабого сигнала находится рядом с приёмником, до компонентов, где теряется часть сигнала, поэтому у него отношение сигнал/шум лучше, чем у ПФАР.
Во-вторых, у обычного радара возможность уменьшения паразитной интерференции ограничена ошибками нестабильности аппаратуры. Больше всего в эти ошибки вносят вклад аналого-цифровой преобразователь, преобразователь с понижением частоты, усилителей высокой мощности, усилители слабых сигналов и генератор волн. У АФАР с распределённой группой усилителей высокой мощности и усилителей слабых сигналов такие ошибки можно уменьшать. В результате у АФАР повышается чувствительность в шумных условиях.
Более того, при равных возможностях обнаружения у АФАР меньше рабочий цикл и пиковая мощность. Также, поскольку отдельные модули АФАР не полагаются на один усилитель, они могут одновременно передавать сигналы с разными частотами. В результате АФАР может создавать несколько отдельных лучей, разделяя массив на подмассивы. Возможность работать на нескольких частотах приносит многозадачность и способность развёртывать системы радиоэлектронного подавления в любом месте по отношению к радару. Но формирование слишком большого количества одновременных лучей уменьшает дальность действия радара.
Два главных недостатка АФАР – высокая стоимость и ограниченность поля зрения 60 градусами.
Гибридные электронно-механические фазированная антенные решётки
Очень высокая скорость сканирования ФАР сочетается с ограничением поля зрения. Для решения этой проблемы на современных радарах ФАР располагаются на подвижном диске, что увеличивает поле зрения. Не стоит путать поле зрения с шириной пучка. Ширина пучка относится к лучу радара, а поле зрения – общий размер сканируемого пространства. Узкие пучки часто нужны для улучшения точности и дальности действия, а узкое поле зрения обычно не нужно.
habr.com
