Технические характеристики телевизионных антенн

Диаграмма направленности

Зависимость ЭДС на зажимах антенны от направления прихода сигнала определяет характеристику направленности антенны. Достаточно полное представление о диаграмме направленности дает ее сечение в вертикальной и горизонтальной плоскостях. По диаграмме направленности определяются следующие параметры:

1. ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности;
2. уровень задних и боковых лепестков.

Антенна, предназначенная для телевизионного приема с фиксированного направления, должна по возможности обладать минимальным уровнем боковых и заднего лепестка ДН для обеспечения большей помехозащищенности от сигналов, приходящих с других направлений.

Коэффициент усиления

Усиление антенны характеризует выигрыш по мощности (напряжению), выделяемой в согласованной нагрузке, подключенной к выходным зажимам антенны, по сравнению с "изотропной" (то есть имеющей круговую ДН) антенной или, например, полуволновым вибратором, с учетом направленных свойств антенны и потерь в ней. Коэффициент усиления антенн, применяемых для телевизионного приема, может считаться приблизительно равным коэффициенту направленного действия (КНД) антенны, учитывая, что коэффициент полезного действия антенны в данном случае равен 0,93…0,96. Коэффициент усиления антенны зависит от частоты. Для широкополосных антенн часто указывают максимальное значение КУ.

Входное сопротивление

Величина входного сопротивления и характер его изменения в полосе частот телеканала определяет мощность, отдаваемую в фидер, и неравномерность частотной характеристики антенно-фидерного тракта. Величина входного сопротивления приемных телевизионных антенн должна обеспечивать согласование со стандартным кабелем с волновым сопротивлением 75 Ом.

Часто указывают КБВ или КСВ антенны при работе с фидерным трактом с волновым сопротивлением 75 Ом. При рассо-гласовании генератора (антенны) и передающей линии (фидера), в линии возникают отраженные волны, снижая КПД антенно-фидерной системы. Снижение КПД может быть значительным (изменение КСВ от 1,5 до 3,5 приводит к изменению КПД от 0,92 до 0,7).

Диапазон рабочих частот

Телевизионное вещание в России ведется в диапазонах МВ (48,5-100 МГц, 174-230 МГц ) и ДМВ (470-790 МГц) в стандарте D/K. Рабочим параметром антенн является ширина полосы пропускания – полоса частот, в пределах которой неравномерность частотной характеристики не превышает заданной. Ширина полосы пропускания тем больше, чем меньше зависят от частоты коэффициент усиления и входное сопротивление антенны. По этому параметру антенны подразделяются на канальные (предназначенные для приема одного телевизионного канала) и широкополосные (с их помощью можно принимать группу каналов). В зависимости от полосы частот, в которой работает антенна, телевизионные антенны разделяются на диапазонные и комбинированные.

Измерение параметров антенн

Телевизионная антенна, как и любое техническое устройство, обеспечивает свои характеристики в определенных условиях. Расчетные параметры антенны могут сильно отличаться от реальных, вследствие влияния окружающих предметов и Земли. Диаграмма направленности вибраторных антенн (особенно ДН в вертикальной плоскости) существенно зависят от высоты подъема антенны над Землей. Число лепестков ДН в вертикальной плоскости полуволнового вибратора, расположенного над идеально проводящей поверхностью Земли, увеличивается на 1 при изменении высоты подъема на ј длины волны принимаемого излучения. Наибольшие сложности в измерении абсолютных параметров возникают при работе с антеннами МВ диапазона, особенно 1-5 телевизионных каналов. В отсутствие специальных условий, которые могут быть созданы на специальном полигоне или в измерительной камере, могут быть проведены лишь сравнительные измерения параметров антенн МВ – коэффициента усиления и диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.

Для сравнительной оценки характеристик телевизионных антенн МВ диапазона фирм Triax и Hinke были проведены измерения по сигналам телевизионных каналов, транслируемых с башни телецентра (г. Санкт-Петербург). Номограмма уровней сигналов телеканалов в точке приема приведена на рис.1. Тестируемая антенна располагалась на мачте (5 м) в прямой видимости телецентра в зоне уверенного приема с использованием рельефа местности (возвышенность 30 м). Так же определялись параметры комбинированных МВ-ДМВ антенн в МВ диапазоне и оценочные характеристики некоторых ДМВ антенн. В таблице 1 приведены результаты измерений, выполненных по упрощенной методике, для антенн МВ диапазона.

Для измерения параметров антенн ДМВ применялась следующая методика: в качестве излучателя использовалась измерительная широкополосная ДМВ антенна (логопериодического типа), которая возбуждалась ВЧ-генератором (генераторный блок измерителя Х1-42). Уровень сигнала, развиваемого на выходе испытуемой антенны, измерялся измерителем уровня Sefram 7830. Для измерения КСВ использовался прибор Р4-11. Излучатель и приемная антенна располагались на расстоянии 20 м на высоте 2 м от земли. Влияние сигналов ТВ трансляции телецентра было незначительным, что обеспечивалось выбором измерительной площадки. Уровень сигналов ДМВ ТВ каналов (уровень помех) не превышал 40 дБмкВ. Отношение сигнал/помеха не хуже 28-30 дБ. Для калибровки использовались данные, полученные по первой методике измерений для полуволнового вибратора на частоту 191 МГц (8 канал) и измерительной логопериодической антенны ДМВ (Ку=9,5 дБ). В таблице 2 приведены результаты измерений характеристик антенн Triax ДМВ-диапазона. В таблице 3 приведены характеристики комбинированных МВ-ДМВ антенн фирмы Triax.

На рис. 2 приведены ДН (горизонтальная плоскость) в полярных координатах антенны Hinke A2015 на частотaх f=49,75 МГц и f=77,25 МГц (каналы 1и 3 OIRT). На рис. 3 приведены ДН антенны Triax TR 104842 на частотах f=175,25 МГц, f=191,25 МГц и f=215,25 МГц (каналы 6, 8, 11).

Автор признателен Корпорации Дженерал Сателайт, предоставившей для тестирования антенны Triax и Hinke. Автор благодарен заведующему лабораторией Санкт-Петербургского Технического Университета Шокало В.И. за помощь в подготовке и проведении измерений.