Народные умельцы сегодня умудряются изготавливать своими руками даже спутниковые параболические антенны, однако предметом данной статьи будет более простая телевизионная антенна, антенна типа «волновой канал», разработанная в 1926 году Синтаро Удо и Хидэцугу Яги из Университета Тохоку, что в японском городе Сэндай. Антенны данного типа просты в изготовлении и имеют хорошую направленность.
Телевидение стало цифровым, и мультиплексы передают сразу несколько каналов на одной частоте. Это сильно упрощает труд разработчику антенны, не нужно обеспечивать широкополосность, достаточно изготовить антенну на конкретную частоту.
Сегодняшний дециметровый диапазон телевещания в пределах от 300 до 900 МГц с горизонтальной поляризацией, позволяет осуществлять прием волны без прямой видимости телецентра, достаточно нацелиться на отраженный сигнал приемлемой мощности, и не важно, откуда происходит это отражение.
В качестве наружной антенны для приема телевизионного сигнала, проще всего изготовить антенну Удо-Яги ( антенна «волновой канал»), она как раз подойдет для решения поставленной задачи.
Антенна Удо-Яги имеет в своей конструкции несколько основных элементов: опору типа траверсы, на которую крепятся последовательно три составные части антенны — рефлектор, активный вибратор, директоры. Меньше количество директоров — шире рабочая полоса, но меньше коэффициент усиления, если директоров больше — рабочая полоса уже, но коэффициент усиления выше. Практически для приема на частотах от 170 до 240 МГц применяют пять директоров, а выше 470 МГц — 13 директоров.
Активный вибратор изготавливается около половины длины волны в длину, рефлектор длиной на несколько миллиметров больше полуволны, директоры же в длину меньше полуволны. Расстояния между активным вибратором и рефлектором и между активным вибратором и первым директором составляют около четверти длины волны.
Излучение антенны в целом складывается из суммы излучений составляющих её элементов. Наведённый в рефлекторе ток, от излучения активного вибратора, в свою очередь создает напряжение.
Напряжение для рефлектора отстает по фазе на 270 градусов от напряжения в активном вибраторе, поскольку длина рефлектора больше полуволны, и его сопротивление принимает индуктивный характер.
В итоге излучения и от активного вибратора и от рефлектора складываются в направлении рефлектора в противофазе, а в направлении активного вибратора — в фазе, и это приводит к двукратному усилению излучения в направлении активного вибратора антенны.
Подобным образом (как и рефлектор) функционируют директоры, но поскольку их длина меньше полуволны, то их сопротивление ближе по характеру к емкостному, поэтому излучение усиливается в направлении директоров. Дополнительные рефлекторы или директоры, каждый индивидуально, вносят свой вклад в прибавку усиления, но меньший, чем каждый предыдущий элемент. Для рефлектора ослабление действия каждого следующего выражено ярче, чем для директоров, поэтому обходятся, зачастую, одним рефлектором, а вот директоров устанавливают несколько.
Антенны данного типа можно использовать и для приема радио в FM - диапазоне, однако в силу вертикальной поляризации радио, элементы антенны должны будут располагаться не горизонтально, как для телевидения, а вертикально.
Элементы нужного размера (исключая активный вибратор) достаточно изготовить из кусков проволоки, затем укрепить их параллельно друг другу на траверсе. Сам активный вибратор будет представлять собой вытянутый прямоугольник, желательно с прямыми углами.
Ключевыми расстояниями здесь будут: между рефлектором и активным вибратором, между активным вибратором и первым директором, между первым и вторым директорами, между остальными директорами. Практически директоры должны иметь одинаковую длину, немного меньшую, чем длина активного вибратора. Длина рефлектора должна быть немного больше длины активного вибратора. Лучше всего элементы изготовить из медной проволоки, например из той, которая используется в четырех-жильных кабелях в качестве центральных жил.
Траверса лучше всего получается из полипропиленовой трубы или из дерева, главное здесь — прочность. Элементы антенны устанавливаются на болты горизонтально, поперек выбранного основания, параллельно друг другу. Если директоры должны быть достаточно длинными, то их лучше упрочнить, прикрепив дополнительно для жесткости те же полипропиленовые трубы или дерево. Элементы антенны должны располагаться в одной плоскости, и быть параллельны между собой и земле, то есть и плоскость, в которой будут установлены все приемные элементы, должна быть выставлена строго горизонтально.
За активным вибратором устанавливают мачту, которая фиксируется вертикально при помощи деревянных распорок или стальных проволочных растяжек, и ни в коем случае крепление мачты не должно попасть между активным вибратором и первым директором, иначе сигнал будет искажен. В качестве кабеля подойдет стандартный телевизионный кабель на 75 Ом.
Для расчета антенны «волновой канал» есть множество программ, однако для примера рассмотрим приблизительный расчет для частоты первого московского мультиплекса 559,25 МГц.
Длина и высота активного вибратора прямоугольной формы: 213 мм и 50 мм соответственно. Длина рефлектора 269 мм. Длина директоров — по 202 мм. Расстояние между рефлектором и активным вибратором — 119 мм. Расстояние между активным вибратором и первым директором — 70 мм. Расстояние между первыми двумя директорами — 131 мм. Расстояние между остальными директорами — 158 мм.
В разрыв активного вибратора подключается кабель, причем разрыв обычно делается равным от 15 до 30 мм для ДМВ — диапазона цифрового телевидения. Антенну устанавливают либо на мачте с распорками на крыше дома, как отмечалось выше, либо прямо в комнате.
Для фокусировки антенны используют направление прямой видимости передающей вышки, просто нацеливая на вышку антенну, либо применяют карту и компас. Если этого ничего нет в распоряжении, то просто нацеливают изготовленную антенну «волновой канал» так, чтобы сигнал в определенном ее положении был наиболее мощным, то есть смотрят, чтобы изображение на экране оказалось наиболее четким. После настройки антенну фиксируют в лучшем положении.
Если вы живете в городе, то скорее всего придется ловить отраженный сигнал, и совсем не обязательно ориентироваться на расположение телецентра. Вероятно, придется рядом с антенной на крыше установить дополнительно усилитель телевизионного сигнала. Но если речь идет о комнатной антенне, то просто сократите длину кабеля, дабы снизить потери, тогда усилитель может и не потребоваться.
