Antennes UHF actives en zigzag. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Pour recevoir des signaux de télévision dans la gamme UHF, notamment dans des conditions défavorables, il est nécessaire d'utiliser de bonnes antennes avec amplificateurs d'antenne, c'est-à-dire des antennes actives. L'auteur de l'article publié parle de l'expérience acquise dans la construction de telles antennes.

Dans la gamme UHF, l'utilisation de systèmes d'alimentation d'antenne (AFS) efficaces pour recevoir des signaux dans des conditions difficiles n'a pas perdu de sa pertinence. La longueur λ relativement courte de ces ondes permet de créer des antennes très efficaces et de tailles relativement petites.

Après de longues expériences avec différentes antennes, l'antenne en zigzag bien connue [1], représentée sur la figure 1, a été prise comme base. 180. Structurellement, dans sa forme classique, la feuille d'antenne se compose de deux parties identiques en forme de losange, tournées de 2° l'une par rapport à l'autre. Une telle antenne est donc symétrique. Cette fonctionnalité permet l'utilisation d'amplificateurs d'antenne (AU) avec une entrée symétrique et un gain élevé, par exemple des amplificateurs à plaques (PAA) SWA, etc. [3, XNUMX].

Le gain d'une antenne en zigzag dépend du rapport l/λ, et son impédance d'entrée dépend des rapports l/d et l/λ. Le gain maximum est atteint à une longueur l = 0,375λ, mais il dépend fortement du diamètre du fil.

À l = 0,25λ, le gain est bien entendu moindre, mais la dépendance au diamètre du fil diminue également.

Lorsque l'angle α change, les dimensions de la bande changent. Donc, si α = 90°, alors SH = 2√2l = 2,83 l ; SE = l√2= 1,41l, et si α = 120°, alors SH = 2l ; SE = 1,73l. Ceci doit être pris en compte lors de la création d'API complexes (nous y reviendrons plus tard). Les principales dimensions du tissu d'antenne, par exemple pour le canal 29, sont résumées dans le tableau. 1. Il convient également de garder à l’esprit qu’à mesure que le diamètre du fil diminue et que le périmètre du tissu augmente, le gain augmente. De plus, lors du choix d'un fil plus fin, le fardage de l'antenne est réduit.

Différentes conceptions d'antennes ont des impédances d'entrée différentes (Tableau 1). Par conséquent, différentes méthodes sont nécessaires pour faire correspondre l’entrée symétrique du canevas avec l’entrée symétrique de l’AU, qui a une impédance d’entrée de 300 Ohms. Ils sont représentés sur la Fig. 2 [4].

Avec une impédance d'entrée du réseau de 300 Ohms, l'AU peut bien entendu être connecté directement aux points a - a. Cependant, pour augmenter le gain et l'action directionnelle de l'antenne, la toile est généralement utilisée avec un réflecteur (qui sera discuté ci-dessous). Par conséquent, il est préférable d'installer le courant alternatif derrière le réflecteur, en le connectant à la toile avec une ligne symétrique avec une impédance caractéristique de 300 Ohms, comme le montre la Fig. 2,a - pour une ligne aérienne, sur la Fig. 2,6 - pour le câble CATV ou sur la Fig. 2,v - pour le câble RK-150. Dans ce dernier cas, les tresses de deux tronçons de câble sont soudées entre elles aux extrémités.

Dans tous les cas, il faut prendre en compte le coefficient de raccourcissement de la ligne K. Pour une ligne aérienne constituée de fils (Fig. 2, a) - K = 0,975, pour CATV (Fig. 2,6) - K = 0,8, pour câble RK-150 (Fig. 2,c) - K = 0,75...0,86 selon le type de câble.

Il est plus pratique (selon l'auteur) d'utiliser une lame avec une impédance d'entrée de 75 Ohms. Dans ce cas, pour l'adaptation, vous pouvez utiliser un transformateur d'adaptation quart d'onde à partir d'une ligne avec une impédance caractéristique de 150 Ohms, comme le montre la Fig. 2, g. Il est formé de deux sections de câble RK-75 d'une longueur de 0,25λKn, où n est un nombre impair. Le coefficient K est de 0,65789 pour un câble avec isolation en polyéthylène. Les dimensions du transformateur sont données en fonction des tresses soudées aux extrémités.

La formule de calcul du transformateur est connue :

Ztr = √Zin Zout,

donc il s'avère

Ztr = √75 · 300 = 150 ohms.

La boucle de correspondance ouverte représentée sur la Fig. 2, d, et un transformateur quart d'onde (Fig. 2, f) permettent d'adapter l'amplificateur et l'antenne avec une impédance d'entrée inférieure à 300 Ohms. Pour réaliser un câble, utilisez les graphiques de [4]. Les coefficients approximatifs de calcul de la boucle et les paramètres du transformateur quart d'onde sont indiqués dans le tableau. 2. La principale exigence pour la boucle est Zl = Zsh = 300 Ohm. Les dimensions du câble et de la ligne de connexion sont liées par le rapport A = B + C.

En figue. La figure 2d montre une méthode de connexion d'une lame avec Rin = 100 Ohm à un courant alternatif avec Rin = 300 Ohm, avec B = 0,13λK et C = 0,09λK. Pour la connexion, utilisez un câble CATV symétrique (SLX-300) ou une ligne aérienne avec une impédance caractéristique de 300 Ohms. Pour le deuxième cas, le rapport (D/d) = 6,11. Lors de l'utilisation d'un fil d'un diamètre de 3,569 mm, la distance entre les axes des fils est D = 21,8 mm. Pour maintenir une distance fixe entre les fils, plusieurs entretoises transversales constituées de matériaux isolants de haute qualité qui ne se détériorent pas lorsqu'ils sont exposés à l'environnement (plastique fluoré, polyéthylène, verre organique) sont placées le long de la ligne. Il convient de garder à l'esprit qu'en déplaçant le câble aux points b - b et en changeant ainsi la taille C, vous pouvez obtenir une image plus claire sur l'écran du téléviseur.

Un transformateur quart d'onde peut être réalisé à partir de tubes d'un diamètre supérieur à 10 mm, comme sur la Fig. 2, e. Avec un diamètre plus petit, l'écart entre les tubes sera très faible, ce qui compliquera la fabrication du transformateur.

Donnons un exemple de calcul du canevas pour le canal 29. Avec Fiz = 535,25 MHz on trouve λiz = 300 000/Fiz = 560,48 mm. Si Rin = 75 Ohm et α = 90°, la taille du côté de la pièce en forme de losange (voir tableau 1) est égale à l = 0,29λ = 162,5 mm, α (l/d) = 32...75. Par conséquent, le diamètre du fil d'âme est de 2,1 à 5,1 mm. Vous pouvez utiliser des bandes de largeur 2D, soit 4,2...10,2 mm, en cuivre ou en duralumin.

Notez que dans toutes les figures suivantes, les dimensions sont données pour le 29ème canal. La conversion vers d'autres canaux n'est pas difficile : connaissant le rapport entre la fréquence du 29ème canal et la fréquence du canal à déterminer, les dimensions connues sont multipliées par ce rapport.

Bien entendu, le tissu d'antenne, en plus des parties en forme de losange, peut avoir d'autres formes, par exemple un anneau en zigzag avec des secteurs métalliques pleins, comme le montre la Fig. 3.

En fonction de l'angle β, la lame a une résistance d'entrée différente. Par exemple, à β = 90°, cela équivaut à Rin = 100 Ohm, et à β = 140° - Rin = 75 Ohm. Cela détermine également différentes manières de faire correspondre le canevas avec l'UA. Ainsi, la pale à β = 90° est plus large bande et est cohérente avec le train conformément à la Fig. 2, d. À β = 140°, l'antenne aura une bande plus étroite en raison de la nécessité d'utiliser un transformateur d'adaptation quart d'onde selon la Fig. 2, g.

Pour réaliser une telle tôle, des plaques de laiton de 0,3 mm d'épaisseur sont utilisées. Afin de réduire le vent de la toile, 15 à 20 trous d'un diamètre de 5 mm sont percés dans chaque secteur avec une répartition uniforme sur la zone.

Dimensions des câbles pour la coordination selon Fig. 2, d sont les suivants : B = 60 mm, C = 40 mm, les sections en - c du câble CATV peuvent avoir une longueur de 224n mm, où n = 1,2,3.... Transformateur quart d'onde de RK- 75 lorsqu'il est coordonné selon la Fig. 2, g peut avoir une longueur de 92,18n mm, où n = 1,3,5,7....

D'après le tableau 1, vous pouvez choisir n'importe quelle toile parmi les 25 proposées en fonction de la disponibilité des matériaux ou d'autres caractéristiques.

Le diagramme directionnel de la feuille d'antenne (sans réflecteur) est une figure en huit à deux lobes, donc l'utilisation d'un réflecteur dans tous les cas est conseillée et efficace, car elle améliore les propriétés directionnelles et augmente le gain de l'antenne d'environ 3 dB avec un design de réflecteur similaire à la feuille. Cependant, un moyen plus efficace d'augmenter le gain de l'antenne d'environ 7 dB consiste à installer un réseau de réflecteurs ou une grille à mailles fines. La grille/maille doit être soudée et avoir un revêtement anticorrosion. Les dimensions de la grille/maille doivent être 5 à 10 % plus grandes que les dimensions verticales (Sн) et horizontales (SE) de l'âme.

La grille/maille est placée à une distance h=100...50 mm derrière la bande, en fonction du canal reçu (21-69). La valeur de h affecte l'impédance d'entrée du réseau et peut servir de moyen supplémentaire pour améliorer l'adaptation de l'ensemble de l'APS. En changeant h en plaçant la grille sur les tiges filetées, on obtient une image plus claire avec le moins de bruit (« neige ») sur l'écran du téléviseur.

L'utilisation d'un réseau/maillage de réflecteurs modifie le diagramme de rayonnement de l'antenne, la transformant en un lobe unique étroit. En conséquence, la réception du réflecteur est considérablement affaiblie, ce qui augmente l'immunité au bruit de l'APS.

Une augmentation encore plus importante de l'action directionnelle et du gain de l'antenne peut être obtenue en utilisant une connexion en phase de deux ou plusieurs pales - des réseaux en phase. Cela vous permet de recevoir des transmissions sur de longues distances et dans des conditions difficiles. De telles antennes sont constituées de plusieurs toiles connectées en parallèle, espacées horizontalement et/ou verticalement dans un même plan.

Par exemple sur la Fig. La figure 4 montre la connexion en phase de deux panneaux avec une impédance d'entrée de 150 Ohms, espacés verticalement. La toile représentée sur la figure peut être considérée comme une modification d'une antenne annulaire en zigzag avec un angle β = 0 ou un type d'antenne annulaire. L'antenne fonctionne bien dans la gamme UHF avec un diamètre de fil de seulement 1,5 mm.

Les méthodes permettant de faire correspondre une telle antenne avec l'UA peuvent être différentes. Ainsi, sur la Fig. La figure 4 montre une option pour connecter deux panneaux situés à une distance optimale de 0,7λ verticalement, avec une ligne électrique connectée au panneau inférieur (sol). Pour la communication entre les étages, une ligne bifilaire de longueur λK est utilisée. La ligne est formée de deux sections de câble RK-75 (K=0,65789). Il est symétrique et possède une impédance caractéristique de 150 Ohms, ce qui assure une bonne adéquation avec la toile.

Grâce à une telle connexion parallèle de deux toiles identiques, la résistance d'entrée de l'ensemble de l'APS aux points a - a1 est égale à 75 Ohms. La coordination avec l'AU est réalisée à l'aide d'un transformateur d'adaptation quart d'onde selon la Fig. 2, g. formé de deux sections de câble RK-75.

Cependant, une autre option est plus préférable (de l'avis de l'auteur) : l'alimentation électrique centrale. Il a une bande passante plus large. De plus, les toiles peuvent être espacées verticalement et horizontalement de (0,7...0,75)X entre leurs centres.

Pour combiner les toiles avec une alimentation centrale, deux lignes symétriques connectées en série sont connectées entre elles selon la Fig. 2, 0.5ХК de longueur (184,4 mm le long des tresses soudées aux extrémités), mais formé de tronçons de câble RK-75. Dans ce cas, aux points centraux in - in, l'impédance d'entrée de l'antenne est de 75 Ohms. Le même transformateur d'adaptation quart d'onde y est connecté comme sur la Fig. 4.

Les toiles présentées sur la Fig. sont utilisées de la même manière. 1 avec un angle α = 120°. Si de telles toiles sont utilisées avec un angle α = 90°, il est alors préférable de les espacer horizontalement.

Connexion en phase de trois panneaux identiques selon la Fig. 1 avec alimentation centrale est illustré à la Fig. 5. La grille est équipée d'une grille réfléchissante. La résistance d'entrée de chaque lame est d'environ 100 Ohms et dépend légèrement du diamètre du fil. Pour les tests, des fils d'un diamètre de 1,2 [(l/d) = 117] et 2,76 [(l/d) = 51] mm ont été utilisés. Les dimensions des lignes de connexion λK resteront les mêmes si vous utilisez d'autres tissus avec Rin = 100 Ohm (selon la Fig. 1 à α = 120° ou selon la Fig. 3 à β = 90°).

(cliquez pour agrandir)

Les toiles sont reliées entre elles en parallèle par des lignes symétriques d'impédance caractéristique de 100 Ohms, formées de tronçons de câble RK-50 d'une longueur (le long des tresses soudées) égale à λK (cette condition est obligatoire !). Aux points c - c, l'impédance d'entrée totale de l'antenne est de 33,3 Ohms. La coordination avec le courant alternatif est assurée par un transformateur quart d'onde constitué de tronçons de câble RK-50 (selon la Fig. 2d) d'une longueur de 277 mm.

Toutes les toiles sont fixées sur une bande de verre organique de 5 mm d'épaisseur. La bande est fixée au réflecteur et au mât avec quatre tiges filetées aux points 0. La grille du réflecteur (cellules de dimensions 18x18 mm) est retirée de la tôle d'antenne à une distance de h = 105 mm, modifiable de ±15 mm.

Comme mentionné ci-dessus, l'AU est installé derrière le réflecteur sur le mât et relié à la toile aux points c - c. Le bloc d'alimentation (PSU) du secteur est placé à côté du téléviseur ou sur sa paroi arrière, comme indiqué sur la Fig. 6.

Une tension constante de 12 V provenant de l'alimentation électrique est fournie via le câble de réduction RK-75 à travers un dispositif d'isolation (RU), connecté conformément à la Fig. 7. L'appareillage se compose de l'inductance L1 et du condensateur C2.

En règle générale, les HAP de types SWA, GPS, etc. sont alimentés par des alimentations de faible puissance, qui ont des conceptions de circuits différentes, mais ne sont le plus souvent pas protégées contre les courts-circuits dans la charge. Et une telle protection est nécessaire. De plus, si les signaux de télévision sont reçus de directions différentes, par exemple sur deux antennes, la commutation des câbles des antennes à l'entrée TV introduit un certain nombre d'inconvénients et les connecteurs s'usent rapidement. Il est donc conseillé de prévoir leur commutation automatique.

Pour éliminer ces inconvénients, diverses unités d'alimentation ont été développées. Un diagramme schématique de l'une des options d'alimentation utilisant un relais pour commuter automatiquement les antennes est présenté sur la Fig. 8. La réception des signaux UHF puissants est assurée par l'antenne A1 sans courant alternatif, connectée à la prise XW2, et dans ce cas l'alimentation est coupée. Pour recevoir des signaux faibles, l'antenne A2 (XW3) est connectée au secteur, ce qui se produit lorsque l'alimentation est allumée.

(cliquez pour agrandir)

L'alimentation s'allume lorsque vous appuyez sur le bouton SB1. Dans ce cas, le relais K1 est activé et ses contacts K1.1 bloquent le bouton SB1, maintenant l'alimentation allumée. Les contacts K1.2 déconnectent l'antenne A1 et connectent l'antenne A2 au téléviseur. La tension redressée, indiquée par la LED HL2, passe de la sortie du bloc d'alimentation au secteur.

En cas de court-circuit dans le courant alternatif ou dans l'alimentation, la tension à la sortie de l'alimentation et le courant traversant l'enroulement du relais K1 chuteront. Le relais libérera les contacts K1.1, ce qui coupera l'alimentation. La LED HL2 et la lampe HL1 s'éteindront.

La résistance R1 est sélectionnée de manière à assurer un fonctionnement clair du relais à une tension stabilisée de 12V avec un courant minimum à travers son enroulement. Le relais peut être n'importe lequel, par exemple RES47 (passeport RF 4.500.409). La lampe HL1 (6,3 V x 0,28 A) indique que l'alimentation est activée via le réseau et sert en même temps de fusible dans le circuit primaire du transformateur T1. Transformateur - n'importe lequel avec une tension sur l'enroulement II - 9...11 V. Self L1 - également n'importe lequel, par exemple DM-0,6. Le microcircuit KR142EN8B fournit un courant maximum de 1,5 A et dispose d'une protection contre les surintensités. Cependant, l'alimentation ne consomme pas plus de 0,1 A, vous pouvez donc utiliser un microcircuit moins puissant, par exemple 78L12.

Pour recevoir des signaux dans la gamme UHF, plusieurs AU sont considérées dans le journal, par exemple [5]. Tous ont une impédance d'entrée de 75 ohms. Ils peuvent également être utilisés avec les antennes décrites avec entrée symétrique. Pour ce faire, vous devez utiliser un balun d'adaptation (BDU) bien connu sur un anneau de ferrite, connecté selon le schéma de la figure 9a. Mais vous pouvez installer le SSU sous la forme d'une boucle en U selon la Fig. 9, b. Le câble allant au secteur doit être court et de préférence long de 0.5 λK.

Lors du choix d'un emplacement pour installer l'antenne, vous devez vous rappeler que chaque mètre supplémentaire de câble de réduction affaiblira le signal dans la gamme UHF de 0,16...0,4 dB. Plus le câble est fin, plus la perte est importante. Lors de l'installation finale de l'AFS, il est conseillé d'installer un nouveau câble, car à la fin de sa durée de vie (elle est définie à 12 ans), le coefficient d'atténuation augmente de 30...60 %. Il est préférable de choisir un câble avec une fréquence plus élevée, avec un plus grand diamètre de conducteur central. Il est également nécessaire d'assurer une étanchéité fiable dans les zones de soudure.

littérature

1. Antenne Kharchenko K. Zigzag. - Radio, 1961, n°3 ; 1999, n° 8.
2. Pakhomov A. Amplificateurs d'antenne SWA. - Radio, 1999, n° 1, p. 10-12.
3. Pakhomov A. Nouveaux amplificateurs d'antenne. - Radio, 2000, n°7.
4. Rothammvl K. Antennes. - M. : Energie, 1969.
5. Nechaev I. Amplificateur d'antenne UHF sur microcircuit. - Radio, 1999, n° 4, p. huit.

Auteur : Yu.Filichev, Vilnius, Lituanie

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