Логопериодическая антенна расчет 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

Логопериодическая антенна

Логопериодическая антенна — широкополосная направленная антенна, работающая в десятикратном и более широком диапазоне волн. По коэффициенту усилении антенна эквивалентна трех-четырехэлементной антенне «волновой канал». Может быть использована для приема сигналов многопрограммных телецентров при любых сочетаниях каналов метровых и дециметровых волн (каналы 1—41).

Один из простых вариантов антенны показан на рис.1. Антенна состоит из ряда параллельных вибраторов, подключенных к двухпроводной линии с последовательной переполюсовкой точек питания вибраторов. Длины вибраторов и расстояния между ними убывают в геометрической прогрессии в направлении к точкам подключения фидера. Позади самого длинного вибратора устанавливают короткозамыкающую перемычку, улучшающую согласование антенны с фидером и обеспечивающую симметрирование.

Кабель пропускают внутри одной из трубок двухпроводной линии и припаивают со стороны самого короткого вибратора, как показано на рис.1.

Характеристики антенны зависят от знаменателя геометрической прогрессии т, характеризующего скорость убывания длин вибраторов и расстояний между ними, и угла ф при вершине треугольника, в который вписаны вибраторы. Чем ближе т к единице и чем меньше ф, тем больше коэффициент усиления антенны, однако при этом возрастают ее габариты и масса. На практике принимают обычно т =0,8—0,9 и ф=30—40°, что позволяет получить достаточно высокий коэффициент усиления при относительно небольших габаритах и массе.

При выбранных т и ф размеры антенны можно определить графически исходя из Lmax и Lmin — максимальной и минимальной длин волн рабочей полосы частот. Сначала следует определить длину l1 первого (наибольшего) вибратора, которая должна составлять 0,55 Lmax, после чего начертить равнобедренный треугольник с основанием, равным длине первого вибратора в уменьшенном масштабе (например, 1 : 20 или 1 : 50), и выбранным углом ф при вершине. В дальнейшем все построения и расчеты следует выполнять с учетом этого же масштаба. Второй вибратор располагают на расстоянии d1 = (0,15—0,18) Lmax. Длина его l2 равна длине отрезка прямой, проведенной параллельно основанию на расстоянии ri,.

Третий вибратор располагают на расстоянии d2=d1т от второго, а длина его l3 равна длине отрезка прямой, проведенной на этом расстоянии от второго вибратора. Аналогично определяется длина четвертого вибратора, расположенного на расстоянии d3=d2т от третьего, и т. д. Последним является вибратор, длина которого будет меньше 0,45 Lmin.

На рис.2,а показаны размеры антенны на каналы 1—12, на рис.2,б — на каналы 1—5, на рис.2,в — на каналы 6—12. Пользуясь описанной методикой, можно рассчитать антенну на каналы 1—41, а также для другой требуемой полосы частот.

Коэффициент усиления антенны 6—7 дБ, уровень побочных лепестков—от —12 до —14 дБ, КБВ — более 0,5. Диаметр трубок двухпроводной линии 22 мм, расстояние между центрами 32 мм, диаметр вибраторов 12— 14 мм. Кабель снижения — с волновым сопротивлением 75 Ом.

Дополнение от Николая Большакова

Лично мною было собрано несколько подобных антенн для дециметрового диапазона телевидения. В качестве материала были ипользованы отрезки медной проволоки диаметром 0,8 — 1,5 мм и две пластинки из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Вибраторы из проволоки припаиваются к пластинам. Конструкция получается очень простой и легко повторяемой. Размеры антенны для диапазона 400-850 МГц приведены на рисунке ниже. На пластинки размером 25х220 мм припаиваете вибраторы из проволоки (обе части совершенно одинаковые), нижняя половинка поворачивается на 180 градусов относительно оси. Обе пластины соединяете через втулки (5-10 мм) винтами через отверстия на концах пластин. Винты должны быть изолированы от фольги. Кабель расположен между пластинами.

Размеры антенны для диапазона 850-950 МГЦ (радиотелефоны)

Номер элемента	Общая длина вибраторов, мм	Расстояние от предыдущего элемента, мм	Расстояние от конца бума, мм
5	176	0	44
4	141	51	95
3	113	40	135
2	90	32	168
1	72	26	194

Теоретически параметры:
Коэффициент усиления — 8,3 Дб,
Волновое сопротивление — 60 Ом.

Источник