Телевещание на дециметровых волнах (ДМВ) широко распространено как за рубежом, так и в Японии. Диапазон УВЧ (470-1270 МГц) охватывает 80 телеканалов (21-100) и позволяет осуществлять качественное многопрограммное вещание за счет низкого уровня шумов и помех.
Прием ТВ УВЧ имеет множество особенностей:
1. УВЧ фактически не огибает земную поверхность и имеет низкую проникающую способность, поэтому надежное покрытие ограничивается прямой видимостью между передающей и приемной антеннами.
2. В то же время УВЧ хорошо отражается от ионизированного слоя земной поверхности и атмосферы. Это позволяет осуществлять прием даже на значительном расстоянии (от 300 до 500 км) от телецентра. В то же время передача УВЧ очень стабильна и не имеет характеристик затухания метровых волн (МБ).
3. УВЧ характеризуется так называемым волновым распространением, которое позволяет принимать сигнал на расстоянии до нескольких тысяч километров от телецентра. Это происходит над поверхностью океана в солнечные дни весной и летом.
4. Приемные антенны ДМВ имеют существенно меньшие геометрические размеры, чем антенны МВ. При этом их эффективная площадь мала, поэтому мощность сигнала, поступающего на вход ТВ-приемника, невелика.
5. Чувствительность ТВ-приемников в диапазоне ДМВ существенно ниже, чем в диапазоне МВ. Это связано с плохими шумовыми параметрами селектора УВЧ.
Анализ перечисленных функций показывает основные возможности дальнего и сверхдальнего приема телевидения в диапазоне ДМВ и два основных способа его реализации. Это повышение эффективности антенной системы и фактической (ограниченной шумами) чувствительности телевизионного приёмника. Возможность реального увеличения усиления УВЧ-антенны ограничена сложностью ее конструкции и согласования с фидером.
Чтобы повысить чувствительность вашего ТВ-приемника, необходимо изменить селектор ДМВ, но обычно это не дает желаемых результатов. Фактически в диапазоне ДМВ затухание сигнала в кабеле настолько велико, что использование антенны с низким коэффициентом усиления не позволит вам получить значительный выигрыш в отношении сигнал/шум на входе вашего телевизионного приёмника.
Самый оптимальный метод — использовать конструктивно простую антенну и размещенный рядом с ней усилитель. В этом случае эффективность и чувствительность антенны можно повысить одновременно, не дорабатывая ТВ-приемник.
Антенные усилители должны иметь высокий коэффициент усиления, низкий коэффициент шума и широкий диапазон рабочих температур. В то же время он должен быть простым по конструкции, собираться из доступных деталей, легко монтироваться и не быть самовозбуждающимся.
В результате многолетних теоретических и экспериментальных исследований нам удалось создать оптимальную схему и конструкцию усилителя УВЧ, соответствующую заявленным требованиям. Аналогов для промышленного и любительского использования нет
1. Антенный усилитель УВЧ.
Параметры усилителя и схема:
Усилитель имеет следующие параметры:
– Коэффициент усиления Ku и коэффициент шума Fsh в пределах диапазона
470-630 МГц (21-40 каналов) – Фш?30дБ, Фш?2,0дБ;
630-790 МГц (41-60 каналов) – Фш?25дБ, Фш?2,5дБ;
790-1270 МГц (61-100 каналов) – Фш?15дБ, Фш?3,5дБ.
– Входное и выходное сопротивление – 75 Ом
– Напряжение питания – 9-12 В
– Диапазон рабочих температур – (-30…+40)°С.
Схема усилителя показана на рисунке. 1. Он содержит два каскада транзисторов VT1 и VT2, эмиттеры которых соединены по общей схеме. Для максимального усиления эмиттеры транзисторов соединены напрямую с общим проводом. Нагрузками каскада являются широкополосные цепи L2, R2, L3, C4 и L4, R6, L5, C10, обеспечивающие согласование входных и выходных сопротивлений. Цепь L1, C1 представляет собой фильтр верхних частот (частота среза 400 МГц), используемый для удаления помех от ТВ-передатчиков МВ-диапазона. Конденсаторы СЗ, С5, С7, С8 заблокированы. Питание усилителя осуществляется по коаксиальному кабелю, подключенному к телевизору через фильтры нижних частот L6, R8 и C11. Непосредственно перед телевизором сигнал УВЧ и сетевое напряжение разделяются фильтрами С12, L7 и С13.
Режим постоянного тока транзисторов устанавливается резисторами R1 и R5 так, чтобы были получены оптимальные значения коллекторных токов I1 и I2 транзисторов VT1 и VT2. Ток I1 выбирается из условий, обеспечивающих минимальный коэффициент шума для первого каскада, а I2 – из условий, обеспечивающих максимальный коэффициент усиления для второго каскада.
Детали и конструкция усилителя.
Все сопротивления усилителя МЛТ-0,125. Конденсаторы С1, С2, С4 до С7, С9, С10 — дисковые конденсаторы малого размера (типа КД, КД-1 и др.). СЗ, С8, С11 – типов КМ-5б, КМ-6 и т.д.
Все катушки усилителя бескаркасные. Катушка L1 содержит 2,75 витков посеребренного провода диаметром от 0,4 до 0,8 мм, наружным диаметром 4 мм и межвитковым расстоянием 0,5 мм. Катушки L2-L5 представляют собой выводы резисторов R2 и R5, намотанные каждая по 1,5 витка на оправке диаметром 1,5 мм с расстоянием между витками 0,5 мм. Направления обмоток L2, L3 и L4, L5 должны быть одинаковыми (так, например, L2 и L3 представляют собой трехвитковые катушки с включенным в разрыв резистором R2). Катушка L6 состоит из 15–20 витков эмалированной медной проволоки диаметром 0,3 мм, намотанных на оправку диаметром 3 мм. Дроссель L7 — стандартный типа ДМ-0,1 с индуктивностью 20мкГн и более. Стабилитрон VD1 – любой диод с регулируемым напряжением от 5,5 до 7,5 В.
усилитель может представлять собой малошумящий СВЧ-транзистор с частотой среза fгр. 2 ГГц или выше. Если усилитель работает в диапазоне от 21 до 60 каналов, можно использовать транзисторы с фгр. Выше ГГц и только в диапазоне от – 21 до 40 каналов используйте – fgr. 800 МГц или выше. В этом случае в первом каскаде следует установить транзистор с меньшим коэффициентом шума, а во втором — с большим коэффициентом усиления. Цифрой 1 в таблице указаны параметры транзисторов, которые можно использовать в усилителе. Транзисторы расположены в порядке убывания их параметров.
Транзистор КТ372 имеет склонность к самовозбуждению, поэтому использовать ГТ346 не рекомендуется из-за его меньших шумовых параметров. Если вы используете pnp-транзистор, вам нужно будет изменить полярность питания усилителя.
усилитель собран на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной от 1 до 1,5 мм. На рисунке изображен чертеж печатной платы и схема установки на нее деталей. 2. Данная плата рассчитана на использование транзисторов (КТ3132, КТ3101, КТ391 и др.) с планарными выводами, припаянными непосредственно к контактным площадкам со стороны фольги. Однако можно установить и транзисторы с другим назначением выводов (КТ399, КТ3128 и т.п.), но со стороны монтажа потребуется просверлить в плате отверстия для соответствующих выводов (см ниже).
выводы транзистора, особенно выводы эмиттера, должны иметь минимальную длину и не превышать 4 мм. Выводы конденсаторов С4, С5, С7 и С10 должны быть 4 мм и менее, а конденсаторов С1, С2, С6 и С9 — от 4 до 6 мм (это дополнительные индуктивности, включенные в схему). Часть выводов конденсаторов С1 и С2 припаяна к плате, а другие выводы припаяны непосредственно к центральной жиле входного коаксиального кабеля. Конденсаторы С6 и С9 при снятой краске одним концом припаиваются к головкам резисторов R2 и R6. Другой конец C6 находится внутри платы, а C9 припаян к центральной жиле выходного коаксиального кабеля. Конденсатор С2 припаян одним концом к плате, а другим концом к катушке L1 на расстоянии 3/4 витка от верхнего края согласно схеме. Резисторы R3, R4, R7 и R8 установлены вертикально.
печатная плата размещена в прямоугольном герметичном корпусе и разделена экранирующими перегородками на четыре части (рис. 2, 4). Чертеж деталей корпуса представлен на рисунке. 3. Состоит из боковины 1, втулки 2, переборок 3, 4 и крышки 5. Детали 1, 3, 4 и 5 изготовлены из латунного листа (по поверхности удобно использовать отожженное фотостекло) газовая горелка), часть 2 выточена из латунного прутка. Втулка 2 устроена так, что вход и выход усилителя представляют собой коаксиальный кабель сопротивлением 75 Ом и внешним диаметром 4 мм. Можно также использовать другой кабель сопротивлением 75 Ом, но в этом случае диаметр втулки 2 и отверстия в стенке корпуса 1 придется соответствующим образом изменить.
Фильтры питания Л7, С12 и С13 устанавливаются в отдельные коробки любой конструкции, в которые устанавливается гнездо входной антенны и вилка выходной антенны.
Усилитель может питаться от регулируемого источника питания 9-12 В, например от серийного транзисторного приемника БП9В, Д2-15.
Вы также можете установить фильтрующий элемент рядом с антенным входом ДМВ в телевизоре и использовать напряжение 12 В от селектора ДМВ для питания усилителя.
Установка и настройка усилителя.
Усилитель можно собрать, выполнив следующие действия. Установите на плату все элементы, кроме резисторов R1 и R5. В случае использования транзисторов с неплоскими выводами для них в подложке делают отверстия, а в перегородке 4 делают прямоугольные вырезы (обозначены пунктирными линиями на фиг. 3). Припаять перегородки 3 и 4 к плате с выступами. Согнуть и припаять боковую стенку корпуса 1. Герметизировать втулку 2. Вставить оплетку в отверстие втулки, где будет проходить коаксиальный кабель длиной 80 см для входа 7 и выхода 8. Разделите его на две части и припаяйте их к корпусу изнутри. Центральная жила кабеля должна выступать в корпус на 3-4 мм. Вставьте плату в корпус так, чтобы края перегородок 3 и 4 и стенки 1 находились на одной поверхности (рисунок 4), и пропаяйте места соединения перегородок и корпуса. Кроме того, платы с нечетными номерами припаяны к стене 1 в 10 местах на рисунке 1. 2 и рис. 4. Элементы С1, L1 и С9, L6 припаиваются к центральной жиле кабеля. Внимательно проверьте рис. 1, 2 и 4 установлены правильно.
Далее настраиваем усилитель. Для этого питание на усилитель подается по выходному кабелю 8. Измерьте напряжение U1 на резисторе R3 и установите значение тока I1 по таблице (I1 = U1/R3), подобрав резистор R1. 1 — транзистор первой ступени. Припаяйте выбранный резистор R1 к плате. Аналогичную процедуру проводят на втором этапе, измеряя напряжение U2 на резисторе R7 и устанавливая ток I2 = U2/R7 согласно таблице. 1. Припаять резистор R5. На рисунке значения 1, R1 и R5 являются приблизительными и могут существенно отличаться от показанных в действительности значений. Убедитесь в отсутствии самовозбуждения усилителя. Для этого подключите вольтметр параллельно R3 и прикоснитесь пальцем к коллекторному выводу транзистора VT1. Если на первую ступень не будет подано напряжение, показания вольтметра не изменятся. Второй каскад также проверяется. Устранить самовозбуждение можно только заменой транзистора (на его наличие указывает резкое уменьшение тока транзистора при прикосновении пальцем). Обратите внимание, что этот усилитель не склонен к самовозбуждению. Из десятков построенных усилителей только один, построенный на транзисторах КТ372А, оказался под напряжением. Проверьте ток, потребляемый усилителем. Он должен быть равен I1+I2=10 мА. При необходимости резистор R8 подберите так, чтобы ток через стабилитрон VD1 составлял примерно 10 мА. Последняя задача – запаять усилитель. Для этого припаяйте крышку 5 по периметру корпуса и далее нанесите какой-нибудь герметик, водостойкий клей и т.п туда, где будет вставляться коаксиальный кабель. Затем усилитель устанавливается на антенную мачту.
2. УВЧ-антенна
Как уже говорилось выше, для ДМВ-антенн нет смысла добиваться очень высоких коэффициентов усиления, так как это привело бы к неоправданному усложнению конструкции. Однако с менее эффективной антенной вы не можете рассчитывать на прием на большие расстояния.
Опыт проектирования и использования ДМВ-антенн показывает, что антенна Z с рефлектором является наиболее простой и в то же время очень эффективной. Его отличительными особенностями являются широкая полоса пропускания, высокий коэффициент усиления, хорошее согласование напрямую с коаксиальным кабелем сопротивлением 75 Ом и некритичные размеры.
Конструкция антенны на количество каналов от 21 до 60 представлена на рисунке. 5. Если антенна используется в диапазоне от 61 до 100 каналов, все ее размеры необходимо уменьшить в 1,5 раза. Активное полотно 1 антенны выполнено из алюминиевых полос, которые закреплены «друг на друге» винтами и гайками. В местах контакта между пластинами должен быть надежный электрический контакт. В матче 6 (металл или дерево) полотно фиксируется в точках С и D с помощью стойки 2. Столб 2 может быть металлическим, поскольку эти точки имеют нулевой потенциал по отношению к земле. Кабель 3 подключают к точкам А и Б (оплетка в одну точку, жила в другую) и укладывают по ткани вдоль нижней стойки 2 и по спичке 6 к усилителю 7. Кабель фиксируется проволочными зажимами. Саму паутину 1 можно использовать в качестве антенны. Усиление составляет 6-8 дБ. Однако рекомендуется оснастить полотно отражателем.
простейший отражатель 4 (рис. 5б) представляет собой плоский экран из трубок или толстой проволоки. Диаметр отражающего элемента не имеет решающего значения, но может составлять от 3 до 10 мм. Антенна с плоским рефлектором имеет усиление от 8 до 10 дБ. Используя сложный отражатель типа «старый ящик», коэффициент усиления можно увеличить до 15 дБ (что эквивалентно 40-элементной антенне «волнового канала») (рис. 5в). Конструкция таких отражателей может сильно различаться в зависимости от возможностей пользователя.
Пространственная ориентация антенны, показанная на рисунке, следующая: Фиг.5 соответствует приему горизонтально поляризованных сигналов. Для приема вертикально поляризованного сигнала лезвие и отражатель необходимо повернуть на 90°.
Усилитель ДМВ расположен очень близко к антенне (см рисунок 5). Вход усилителя подключается к поверхности антенны с помощью того же кабеля, который встроен в усилитель. Удлините входной кабель усилителя кабелем замедления. Желательно, чтобы диаметр был как можно большим (от этого зависят потери в кабеле), кабели диаметром 4 мм можно использовать только в том случае, если длина не превышает 10 м.
Кабельные соединения следует выполнять «вертикальными», чтобы свести к минимуму нарушение коаксиальной структуры фидера.
При невозможности изготовления описываемой антенны усилитель можно использовать с промышленной наружной широкополосной антенной ДМВ диапазона, например типа АТНГ(В)-5.2.21-41 (торговое наименование «ГАММА-1»), с несколько худшими Результаты»).
Установка антенны зависит от того, какой тип передачи УВЧ вы ожидаете. Если требуется прямой прием за пределами зоны обслуживания телецентра (60-200 км), антенну необходимо установить так, чтобы между ней и горизонтом в направлении прихода сигнала не было препятствий. Линии (дома, холмы и т.п.). Если мы ориентируемся на очень дальний прием через тропосферу или распространение волн (в этом случае сигнал приходит «с неба» под углом 5-10 градусов к горизонту), то обычно встречаются препятствия, расположенные не очень близко не препятствие.
заключение
В заключение позвольте мне рассказать вам немного о реальных последствиях употребления УВЧ. Антенна с усилителем, изготовленная по прилагаемой инструкции, несколько лет использовалась в Одессе для регулярного приема сигналов Кишиневского телецентра (расстояние – 160 км). За городом, в зоне радиотени Телецентра «МБ», надежно принимается сигнал маломощного ретранслятора ДМВ диапазона, расположенного на другом берегу Одесского залива (расстояние – 60-80 км). В солнечные дни весной и летом в хорошем качестве принимаются болгарская программа ВТ2 из Варны (расстояние – 500 км) и турецкая программа ТВ2 из Стамбула (расстояние более 600 км).
- Хотите связаться со мной?
