Логопериодическая антенна дельта своими руками

Как правильно рассчитать и изготовить логопериодическую антенну

Чтобы принимать сигнал цифрового ТВ нужна качественная антенна. Распространенным вариантом считается логопериодическая ТВ антенна. В рамках статьи рассмотрено, что она представляет из себя.

Что за антенна и как работает

Антенны разрабатывались еще до нашего рождения. За это время накопилось множество конструкций, которые отлично заточены на конкретные действия, но:

• Не могут принимать сильный сигнал со всех сторон;
• Не получается принимать качественный сигнал на всех частотных диапазонах;
• Появляются проблемы при изменении длины улавливаемой волны, так как у узкополосных падает коэффициент усиления антенны, а широкополосные меняют его монотонно.

При проектировании антенн достичь всецелого охвата сигналов позволяет правильная диаграмма направленности. Чтобы ее достичь, нужно проектировать антенну в виде круга или длинного лепестка, который вытянут в сторону передатчика. Практика показывает, что достичь такого идеала сложно.

Но сложно, не значит «невозможно». Есть метод, позволяющий побороть неравномерную диаграмму и падение коэффициента усиления. Он называется логопериодическая антенна.

Принцип работы антенны во многом обусловлен своей продуманной конструкцией. Из-за этого она обладает широким диапазоном приема сигнала при равномерном коэффициенте усиления. Согласование с кабелем передачи сигнала на ресивер (часто называют фидер) не вызывает никаких проблем.

Имя такое устройство получило из-за свойств, которыми наделено:

1. Логарифмическая зависимость длинны разносторонних и отделенных друг от друга вибраторов.
2. Периодическое расположение вибраторов – разница в расстоянии, на котором они находятся на основных стержнях, определена диапазоном работы антенны. При этом разница в размерах и удаленности вибраторов от «навершия треугольника» подчиняется геометрической прогрессии.

Из чего состоит

Логопериодическая антенна для цифрового ТВ в своем строении имеет:

• Стержни в количестве 2 штук, на которые прикрепляются вибраторы. Их делают пустотелыми для того, чтобы внутрь пустить кабель. Заводится через нижний стержень, петлей идет сверху и завершается короткозамкнутой перемычкой. Это необходимо делать для согласования и симметрирования, так как дополнительный контур в антенне применять не нужно.
• Вибраторы – это прикрепленные перпендикулярно стержням проводники различной длинны, подсоединенные с помощью переполюсовки точек питания.

По сути, МВ-диапазон антенна тоже может ловить. Для этого только понадобятся более длинная антенна с вибраторами подлиннее. Конструкцию с выставленными на несколько метров стержнями сделать сложно, так как оконечные вибраторы окажутся слишком длинными, и конструкция станет неустойчивой.

Конструкция антенны цифрового телевидения состоит из 2-х стержней, направленных на источник передаваемых сигналов и размещенных перпендикулярно вибраторов отличающейся друг от друга длинны.

Важными свойствами антенны являются:

• Знаменатель геометрической прогрессии, указывающий на быстроту убывания длинных вибраторов от основания стержня к его концу. Чем меньше показатель, тем эффективнее можно считать антенну. К сожалению, для увеличения этого показателя увеличивается размер и масса устройства.
• Угол в основании треугольника, который образуют собранные вибраторы. Чем меньше он получается, тем лучше работает антенна. Но опять же, это увеличивает длину антенны, повышая риски неустойчивости и деформации.

Отдельно нужно упомянуть поляризацию. Поляризация волн напрямую зависит от типа антенны и ее расположения. Например:

• вертикально размещенный несимметричный вибратор – это вертикальная поляризация;
• горизонтально размещенный вибратор – горизонтальная поляризация.

Все формы антенны и какую лучше выбрать

Классикой принято считать треугольник, образованный двумя линиями вибраторов, уменьшаемых у основания. Замыкает треугольник два нижних вибратора. Но, это не единственная конструкция, которая есть на рынке:

• Дельта – изогнутый из стальной проволоки вибратор, выполненный в треугольной форме. Схема антенны дециметрового диапазона в единую цепь включает все проводники-вибраторы. Поэтому, данная конструкция может считаться улучшенной (в некоторых смыслах) версией классики.
• Волновой канал или пластина сложной формы – устройство для принятия сигнала от вышек, что расположены на достаточном удалении. Имеет встроенный усилитель. Из-за разного расстояния между вибраторами может подстроится под любую длину волны. Рекомендуется использовать для дальнего приема сигнала в активном режиме.
• Линейная решетка с симметричными вибраторами и изменяющейся монотонно длинной – считается наиболее эффективной и наиболее сложной в строении.
• Всеволновая логопериодическая – антенна для приема сигналов в широкополосном диапазоне для работы с аналоговым сигналом и цифровым эфирным по стандарту DVB-T2. Отличия в конструкции есть. В окончании размещены кроме длинных вибраторов минимум два телескопических штыря для ловли аналогового сигнала в метровом диапазоне.

Инструкция по самостоятельному изготовлению

Без теории и производимых расчётов изготавливать вручную такое устройство не имеет смысла. Поэтому, для более глубокого изучения материала и расчета с применением интегральных формул рекомендуем проштудировать книгу «Логопериодические вибраторные антенны» 2005 года издания. Она находится в публичном доступе в интернете, или же всегда можно купить бумажный вариант.

Шаг 1. Проводим расчеты

Если руки созданы чтобы творить, а желания нет самостоятельно использовать формулы из книги по радиоэлектронике, можно воспользоваться значениями, что были высчитаны уже давно.

Параметр	Значение
Диапазон работы антенны	От 470 до 790 МГц
Кол-во вибраторов	По 9 шт. на строну
Коэффициент геометрической прогрессии	0,895
Расстояние между вибраторами	0,17 м
Сопротивление (входное)	75 Ом
Волновое сопротивление линии антенного кабеля	97,143 Ом
Диаметр проводников фидерной линии	8 мм
Расстояние между несущими проводниками	10,768 мм
Расстояние между самым длинным вибратором до линии замыкания	72, 556 мм

Чтобы все работало правильно, рекомендуется брать проволоку толщиной 6 мм. При этом расстояние и длинна для каждого вибратора подобраны такие (сам. таблицу). Если намерены использовать конструкцию побольше, придется брать книжку с формулами и калькулятор в руки, и рассчитать все самостоятельно.

Вибратор	Расстояние, мм	Длинна, мм
Первый	0	145,1
Второй	98,7	128,4
Третий	186	113,6
Четвертый	263,3	100,5
Пятый	331,7	89
Шестой	392,2	78,78
Седьмой	445,8	69,7
Восьмой	493,2	61,7
Девятый	532,2	54,6

Шаг 2. Изготавливаем проводник

Для изготовления понадобится:

1. Стержни. Рекомендуется подготовить две пустотелые трубки нужного диаметра и длинны.
2. Нарезать по размерам из таблицы девять вибраторов. Толщина должна быть одинаковой.
3. Подвести питание к будущей антенне, если используется усилитель.
4. Внутрь одного из стержней подвести кабель-фидер.
5. Провести спайку кабелей для последующего подключения к тюнеру или TV.
6. Подключить вибраторы попеременно к стержням, как указано на чертеже.

В качестве примера можете ознакомится с видео инструкцией.

Шаг 3. Проводим настройку

Если сборка антенны завершена, осталось ее правильно выставить. При хенд-мейд сборке скорей всего будут недочеты, которые можно исправить так:

• Укоротить или нарастить вибратор. Если же нужная длинна по каким-то причинам не соблюдена, можно аккуратно отрезать перебор пилкой по металлу или нарастить нужную длину с помощью пайки / сварки.
• Поэкспериментировать со сменой рас стояния между вибраторами на всей длине стержней.

Шаг 4. Подключаем усилитель SWA

Можно использовать один из двух методов подключения ДМВ антенны:

• Используя питание по кабелю от антенны. Центральную жилу кабеля надо зажать болтом, экран обернуть и зачистить планкой. Экранировать нужно в том числе и для того, чтобы не допустить КЗ экрана на центральную жилу.
• Используя питание от внешнего адаптера-переходника, типа «краб». Распайка его производится по конструкции устройства. Если вы этого не делали раньше, лучше ознакомьтесь с парой-тройкой роликов, которые показывают практику с применяемой теорией.

Какова себестоимость логопериодической антенны

Себестоимость антенны довольно низкая, если сооружать ее из подручных материалов. Оценка всех приобретенных материалов для монтажа устройства находится «в диапазоне» 100 – 500 рублей. Все зависит от ваших потребностей и способностей.

Заключение

Можно сделать заключительный вывод, что сборка логопериодической антенны требует определенных умений и навыков не только в работе с металлом, но и в радиоэлектронике. Конструкция ее не так проста, как может показаться, но благодаря свойствам, обретенным из-за построения, она имеет широкий диапазоном приема сигнала при равномерном коэффициенте усиления.

Источник

Расчет и изготовление логопериодической антенны для DVB-T2

Для приема цифрового ТВ нужна качественная антенна, одним из самых популярных вариантов является логопериодическая. Рассмотрим ее устройство, расчет и порядок самостоятельного изготовления.

Что значит «логопериодическая» и в чем ее сила

За годы, прошедшие со времен Герца, Маркони и Попова до наших дней, было разработано множество конструкций антенн. Однако большинство из них страдают общими недостатками:

• принимают со всех направлений, но слабо;
• ловят качественно, но не на всех диапазонах;
• изменение длины принимаемой волны (или частоты сигнала) ведет к тому, что у узкополосных антенн коэффициент усиления резко снижается, а у широкополосных изменяется монотонно;

Главная проблема при конструировании антенн – это правильное построение диаграммы направленности (графика, определяющего степень и вектор принимаемого сигнала). В идеальной ситуации она должна быть либо четким кругом, либо одним длинным лепестком, вытянутым в направлении передатчика. На практике же достичь этого невозможно.

Один из способов борьбы с неравномерной диаграммой и падением коэффициента усиления – использование логопериодической антенны. Это конструкция, состоящая из двух основных стержней, направленных на источник передачи, и расположенных поперек вибраторов разной длины.

Устройство имеет широкий диапазон приема, при этом коэффициент усиления остается равномерным. Антенна отлично согласуется с фидером (кабелем, по которому происходит передача принятого сигнала на приемный тюнер).

Само название происходит от двух основных свойств этой антенны:

• Логарифмической зависимости длины отдельных вибраторов друг от друга.
• Их периодического расположения. Расстояние, на котором находятся проводники на основных стержнях, определяется тем диапазоном, в котором работает устройство. Размеры вибраторов и их удаленность от вершины треугольника подчиняются геометрической прогрессии.

Конструкцию с торчащими стержнями в несколько метров сделать сложно. Из-за этого для МВ обычно используются волновые каналы, рамочные приспособления из проволоки типа «биквадрат» или «триквадрат» и пр.

Конструкция

Логопериодическая антенна состоит из следующих элементов:

• Два стержня, на которых крепятся вибраторы.
  Обычно они пустотелые, и в них пропускают антенный кабель-фидер, который в этом случае является дополнительным элементом антенны. Он пропускается через нижний стержень, петлей уходит наверх и заканчивается короткозамкнутой перемычкой. Это обеспечивает согласование и симметрирование, поскольку дополнительные контуры в конструкции не требуются.
• Вибраторы – торчащие по бокам проводников переменной длины, подключенных с помощью переполюсовки.

Характерными параметрами для таких антенн являются:

• Знаменатель геометрической прогрессии , показывающий, как быстро убывает длина вибраторов от основания стержня к его концу. Чем меньше этот показатель, тем эффективнее телеантенна, однако при этом одновременно растут размеры и масса устройства.
• Угол при основании треугольника, который в итоге образуют собранные вибраторы. Чем он меньше, тем лучше работа антенны. Однако это тоже увеличивает длину и массу, появляется риск возможной деформации.

Выбор формы

Классическая форма – треугольник, образованный двумя линиями вибраторов постепенно уменьшающейся длины (если считать от основания).Однако это не единственное решение.

Производители выпускают эти конструкции еще как минимум в двух форматах:

• «Дельта».
  Производится уже лет тридцать на заводе в Санкт-Петербурге и представляет собой изогнутый единый вибратор треугольной формы из стальной проволоки. Схема дециметровой цифровой антенны подразумевает включение всех проводников-вибраторов в единую цепь. Так что «Дельта» в некоторых отношениях даже эффективнее классического стержня с «рогами»-вибраторами.
• Пластина сложной формы (волновой канал).
  Применяется для внешних телеантенн дальнего действия, особенно если используется встроенный усилитель. Конструкция незамысловатая, отчасти поэтому ее так облюбовали производители. Подстраивается под длину волны за счет разных расстояний между вибраторами. Хорошо работает только для дальнего приема и в активном варианте (для среднего и ближнего поля важно чередование).
• Линейная решетка симметричных вибраторов с монотонно изменяющейся длиной.
  Может быть изготовлена как в виде плоской конструкции, так и в форме решетки с двойной линией, образованной скрещенными проводниками. Это самый эффективный, но при этом конструктивно более сложный вариант антенны.

Всеволновая логопериодическая

Помимо работы с короткими волнами дециметрового диапазона, такая антенна может принимать сигналы в широкополосном спектре. Это полезная функция, если планируется принимать «цифру» в формате DVB-T2 и подключать источник аналогового сигнала.

Прием сигналов со всех диапазонов возможен в следующих случаях:

• В конструкции встроены вибраторы длиной не менее метра .
• Устройство имеет не только два штыря с вибраторами для дециметрового диапазона. У него как минимум пара «усов» с телескопическими штырями для приема метрового вещания.

Такая конструкция обычно характерна для комнатной антенны. На мачте или выносном настенном кронштейне трудно вручную раздвигать «телескопы» и ориентировать их в сторону передающей станции.

По той же причине почти не используются популярные в 60-х годах сферические телеантенны. У них очень интересные характеристики приема, но они слишком уж нетривиальны при расчетах, в конструировании и обслуживании. Проще рассчитать и изготовить волновой канал, плоский би- или триквадрат Харченко или логопериодическую антенну, чем подгонять сферу под частоты современного цифрового ТВ.

Как сделать самостоятельно

Основное применение этих антенн – прием дециметровых (ДМВ) сигналов. Обычная конструкция – это два параллельных стержня, на которых в противофазе друг к другу крепятся от 5 до 7 проводников-вибраторов равномерно уменьшающейся длины.

При необходимости эту антенну можно изготовить в домашних условиях. Самодельная конструкция требует дополнительных расчетов. Калькулятор можно найти ниже или воспользоваться формулами из любого учебника по радиотехнике. При этом на дату выпуска можно не смотреть: с 60-70-х годов XX века никаких глобальных открытий в этой области сделано не было.

Так что старыми формулами можно пользоваться безбоязненно.

Расчет логопериодической антенны

Вначале надо рассчитать размеры рабочих элементов устройства. Для этого воспользуйтесь онлайн-калькулятором:

Пояснения к расчету:

• минимальная и максимальная рабочая частота — укажите диапазон, исходя из значений транслируемых мультиплексов для вашего региона;
• входное сопротивление — оставьте 75 Ом;
• диаметр элемента — укажите сечение вибраторов, которые планируете применять;
• сторона собирающей линии — калькулятор рассчитывает значения для трубок квадратного сечения, нужно указать размер одной грани.

Вибраторы укорачиваются в геометрической прогрессии со знаменателем, равным τ . Работа антенны зависит от периода структуры τ и угла при вершине треугольника α , связанного с относительным интервалом σ .

Чем меньше угол α (и больше τ ), тем выше коэффициент усиления антенны. При этом увеличивается число вибраторов и общая длина конструкции. Поэтому при выборе периода структуры рекомендуем принимать значение τ 0,9.

Существует оптимальное значение относительного интервала σ для определенного τ — калькулятор посчитает его автоматически.

Полученные значения используйте при изготовлении антенны.

Изготовление проводника

Создание самодельной модели включает в себя:

1. Изготовление стержней. Подбираются две проводящие трубки нужного диаметра, поскольку изготовить их сложно.
2. Нарезка и попеременное присоединение вибраторов посчитанных размеров. Длина самых больших должна получиться около четверти (а в сумме – правый и левый – равна половине) длины волны нужного диапазона.
3. Подвод питания к передней части, если используется усилитель.
4. Проводку фидера внутри одного из стержней. В этом случае кабель играет роль четвертьволнового трансформатора.
5. Пайка кабелей, подключение и поиск каналов.

Подключение вибраторов производится попеременно, как показано на схеме.

Чтобы не упустить из виду важные мелочи, посмотрите эту видеоинструкцию. Лучше чем на ней объяснить невозможно — все наглядно и понятно.

Настройка

При правильной сборке и использовании фидера волновым сопротивлением 75 Ом антенна не нуждается в дополнительной настройке. Достаточно ее правильно ориентировать.

Если же при сборке были допущены огрехи, то исправить их можно следующим образом:

• Укорочением или наращиванием вибраторов.
  Обрезать можно с помощью кусачек, пилки по металлу или болгарки. Удлинить же можно, надставляя на короткие вибраторы трубки из такого же материала до соответствующей расчетам длины. После того как она достигнута, трубки крепятся клеем, запаиваются, заклепываются или же зажимаются плоскогубцами так, чтобы обеспечить надежный контакт.
• Изменением расстояния между парами вибраторов .

Подключение усилителя SWA

В зоне, где прием телесигнала неуверенный, можно использовать антенный усилитель. Наиболее популярной маркой является SWA. Платы этой линейки выпускаются с разными коэффициентами усиления и канальными диапазонами.

Подключение выполняться одним из двух способов:

• При питании по антенному кабелю.
  Здесь центральная жила кабеля зажимается одним винтом, а экран заворачивается и зачищается с помощью планки. Главное при этом – не допустить короткого замыкания экрана на центральную жилу;
• При питании от внешнего адаптера.
  Здесь требуется переходник-адаптер («краб») с подходящими параметрами (для их проверки потребуется мультиметр). Он распаивается в соответствии с конструкцией антенны и спецификой ее подключения. Здесь требуются нетривиальные знания электротехники, поскольку единого стандарта устройств производители адаптеров не поддерживают и в разных случаях нужны индивидуальные расчеты.

Вместо заключения

Сборка логопериодической антенны – нетривиальная задача, доступная не всякому телемастеру. Тем не менее сделать эту работу даже с нуля может любой, имеющий минимальные знания в электротехнике.

Вот какие экземпляры собирают радиолюбители:

Источник