TELEWIZYJNE ANTENY ODBIORCZE

1. Podstawowe parametry anten.

• charakterystyka promieniowania anteny:

Rozkład natężenia pola elektrycznego na powierzchni kuli o dostatecznie dużym promieniu, której środek pokrywa się ze środkiem anteny.

• kierunkowość anteny

Parametr powiązany z charakterystyką promieniowania, stosunek maksymalnej gęstości promieniowania do średniej gęstości promieniowania.

• impedancja wejściowa anteny

Obciążenia jakie przedstawia antena bezpośrednio dla zasilającego generatora, jest ona sumą rezystancji wejściowej i reaktancji wejściowej.

Rezystancja wejściowa składa się z rezystancji promieniowania i rezystancji strat. Rezystancja promieniowania jest to:

Rezystancja strat charakteryzuje min. straty w postaci ciepła.

Reaktancja charakteryzuje moc bierna anteny, może być o charakterze pojemnościowym lub indukcyjnym.

• zysk kierunkowy (D) i energetyczny (G) anteny

Stosunek mocy badanej anteny kierunkowej (P₁) do mocy anteny wzorcowej (P₂).

Zysk energetyczny G = η⋅D η - sprawność anteny.

• długość skuteczna anteny i powierzchnia skuteczna anteny

Zadaniem telewizyjnych anten odbiorczych jest dostarczenie energii wysokiej częstotliwości do wejścia odbiornika przy odpowiednim stosunku sygnał - szum.

Ze względu na szerokość pasma roboczego anteny rozróżniamy anteny:

• jednokanałowe (szerokość pasma jednego kanału w OIRT 8 MHz)

• wielokanałowe

• szerokopasmowe

Oznaczenie zakresu	Częstotliwość [MHz]	Kanały	Zakresy fal
I	48,5 ÷ 66	1,2	Metrowych - VHF
II	76 ÷ 100	3,4,5
III	174 ÷ 230	6,...,12
IV	470 ÷ 622	21,...,39		Decymetrowych - UHF
V	622 ÷ 790	40,...60

• Dipol antenowy.

Dipol antenowy tworzą dwa odcinki przewodu o długości 2l i średnicy d. Zasilanie dipola odbywa się w środku jego osi symetrii i może mieć charakter szeregowy lub równoległy (bocznikowy). Zasilanie bocznikowe pozwala na regulację impedancji wejściowej bez wpływu na charakterystykę promieniowania.

Dipol jest anteną symetryczną.

Parametry elektryczne dipola zależą od:

• długość względna odniesiona do długości fali - 2l/λ

• smukłość anteny, odwrotność grubości względnej przewodu z którego jest ona wykonana - λ/d

Podstawowym elementem promieniującym odbiorczych anten telewizyjnych jest dipol półfalowy (2l = λ). Występuje on jako:

• dipol prosty (otwarty)

• pętlowy, utworzony z dwóch lub trzech dipoli połączonych równolegle.

Rezystancja wejściowa dipola prostego wynosi 73,2 Ω, natomiast pętlowego 4 razy więcej 300 Ω.

Dipol jest anteną bezkierunkową której wzmocnienia wynosi 1 (zysk energetyczny 0 dB). Charakterystyka promieniowania w płaszczyźnie H jest kołem, w płaszczyźnie E ma kształt ósemki.

• Anteny typu Yagi-Uda.

Anteny te są najprostszymi i niezawodnymi antenami kierunkowymi o dużym zysku kierunkowym. Antena Yagi zbudowana jest zazwyczaj z jednego elementu czynnego zasilanego, który wykonany jest jako dipol półfalowy (najczęściej pętlowy) oraz szeregu sprzężonych z nim elementów biernych. Elementy bierne umieszczone w kierunku maksymalnego promieniowania przed elementem czynnym nazywamy direktorami natomiast umieszczone w kierunku promieniowania wstecznego nazywamy reflektorami. Długość direktorów jest od 5% do 20% mniejsza od długości reflektorów i stopniowo maleje, natomiast długość reflektorów jest od 5% do 20% większa od długości elementu czynnego.

Zasada działania: element czynny jest źródłem fali sferycznej która w przypadku braku elementów biernych rozchodziłaby się we wszystkich kierunkach z jednakową prędkością Ponieważ prędkość fali w swobodnej przestrzenie jest większa niż wzdłuż anteny część fali w swobodnej przestrzeni wyprzedza część znajdującą się w antenie i w związku z tym czoło fali ulega spłaszczeniu. Im większą część przestrzeni obejmuje to spłaszczenie tym większa jest powierzchnia skuteczne anteny, a więc i większy zysk. Zasadę działania można również przedstawić w oparciu o prawa optyki.

Zysk energetyczny anteny Yagi:

G = 10γ lg n

n - liczba elementów promieniujących anteny

γ - współczynnik zależny od szerokości pasma roboczego

Dobór elementów anteny Yagi polega na znalezieniu kompromisu między zyskiem a szerokopasmowością anteny, gdyż antena o maksymalnym zysku ma wąskie pasmo około 1 kanału. Dodawanie nowych direktorów powoduje zwiększenie zysku anteny i zmniejszenie impedancji anteny, która dla dipola pętlowego musi być na stałym poziomie 75 Ω aby dopasować ją do impedancji kabla koncentrycznego. Dla anteny trzyelementowej zysk wynosi od 5,5 dB do 6,5 dB, dla czteroelementowej 7 do 9 dB dla piętnastoelementowej 12-14 dB. Impedancja zależy również od odległości direktorów od dipola. W antenach Yagi stosuje się również zwiększenie reflektorów w celu eliminacji zakłóceń.

• Anteny Logarytmiczno-periodyczne

Charakteryzują się szerokim pasmem oraz dobrymi parametrami elektrycznymi. Antena wykonana jest w ten sposób, że część czynna jest w postaci struktur logarytmiczno periodycznych. Anteny okresową logarytmiczną zależność zysku energetycznego, impedancji wejściowej, szerokości wiązki głównej od częstotliwości.

Anteny logarytmiczno periodyczne w postaci struktur charakteryzuje okresowa powtarzalność przez kąty. Prąd w występach osiąga maksimum w miejscach, w których występuje rezonans z odbieraną długością fali. Wartość impedancji wejściowej anteny zależy od kątów α i β.

Antena logarytmiczno periodyczna typu dipolowego charakteryzuje się tym, że poszczególne dipole zasilane są pomocą dwuprzewodowej linii z przecinającymi się przewodami co zapewnia przesuniecie fazy o 180° między sąsiednimi elementami anteny. Gdy odbierana jest fala o długości λ to aktywny jest dipol o długości λ/2 i kilka sąsiednich elementów, z których dłuższe pracują jako reflektory a krótsze jako direktory.

Istnieje wiele wersji tych anten, średni zysk energetyczny wynosi od 6 do 10 dB.

• Anteny z reflektorem kątowym

Są to anteny w postaci dipola półfalowego z zainstalowanym reflektorem dwuściennym. Dzięki temu uzyskuje się wzrost kierunkowości anteny i jej zysku. Najkorzystniejsze kąty rozwarcia są dla reflektorów umieszczonych pod kątem 60°-90°. Przy kącie rozwarcia 60° zysk takiej anteny jest rzędu 12 dB. Dużą szerokość pasma można uzyskać stosując antenę zbudowaną z połączenia reflektora kątowego z anteną Yagi w wersji 3-5 direktorów, która jest stosowana w wyjątkowo trudnych warunkach odbioru, przy występujących zmianach jednorodności pola.

• Anteny z reflektorem płaskim

Konstrukcja anteny składa się z płaskiego reflektora i umieszczonego przed nim płaskiego dipola w kształcie litery V, który może być zamieniony na konstrukcję z pojedynczych przewodów. Antenę można rozwinąć przez dodanie dipoli w szyku piętrowym. Anteny tego typu mają dużą kierunkowość i dużą odporność na zakłócenia. Zysk takich anten wynosi około 10 -13 dB, w wersji aktywnej posiadają zysk około 35 dB w zależności od użytego wzmacniacza.

• Anteny z jednostkami dipolowymi.

Struktura tej anteny jest analogiczna, jak anteny typu Yagi. Jednak w charakterze elementu czynnego wykorzystuje się dwa połączone dipole półfalowe uzyskując jednostkę dwu dipolową. Jednostki cztero- i pięciodipolowe tworzy się podobnie. Antenę złożoną z jednostek dipolowych można traktować jako układ antenowy o odpowiedniej liczbie anten szerokopasmowych zasilanych synfazowo. Direktory tych anten są w kształcie litery X natomiast reflektory kątowe rozchylona są o 120°. Anteny te maja duży zysk energetyczny i niewielkie wymiary podłużne.

• Układy antenowe.

W przypadku gdy pojedyncza antena nie zapewnia odpowiedniego zysku lub należy wyeliminować zakłócenia stosuje się układy antenowe złożone z anten umieszczonych jedna nad drugą lub obok siebie. Piętrowe umieszczenie anten powoduje zwężenie charakterystyki promieniowania w płaszczyźnie pionowej zapewniając tłumienie zakłóceń np. od trakcji elektrycznej i przejeżdżających samochodów. Układ anten obok siebie powoduje zwężenie charakterystyki promieniowania w płaszczyźnie poziomej zapewniając tłumienie odbić od budynków .Można zastosować obydwa układy na raz zapewniając zwężenie charakterystyki promieniowania w obydwu kierunkach i poprawienie zysku energetycznego. Przy podwojeniu liczby anten zysk zwiększa się o 2,5 dB.

• Anteny satelitarne

Dwa najczęściej stosowane typy anten satelitarnych to anteny paraboliczne symetryczne i podświetlane. Antena paraboliczna składa się z reflektora w postaci fragmentu powierzchni parabolicznej oraz promiennika umieszczonego w ognisku reflektora, połączonego z układem wybierającym polaryzację i konwerterem. Zasada działania polega na zogniskowaniu przez reflektor padających na antenę promieni w ognisku w którym znajduje się promiennik, który przyjmuje prawie całą energię padającą na reflektor. Antena symetryczna ma dwie zasadnicze wady: promiennik zasłania część powierzchni reflektora eliminując ją z odbioru fal, w ten sposób maleje powierzchnia skuteczna anteny i jej zysk, oraz czasza anteny w czasie deszczu i śniegu staje się zbiornikiem na wodę i śnieg. Szczególnie śnieg ma duży wpływ na zmniejszenie zysku anteny. Jej zaletą jest prosta konstrukcja. Antena podświetlana (offsetowa) pozbawiona jest tych wad. Reflektor tej anteny jest powierzchnią paraboliczną bez wierzchołka. Promiennik nie zasłania fal odbitych od reflektora. Zyski anten satelitarnych sięgają od 35dB do 50 dB

---