Хочу предложить вниманию радиолюбителей новую конструкцию высокочувствительной ёмкостной антенны, которую можно с успехом использовать в качестве приёмной на радиодиапазонах, а также на диапазонах цифрового ТВ-вещания.
Ёмкостные антенны известны с момента создания немецким учёным Генрихом Герцем первого искрового передатчика. «Вибратор Герца» – это ёмкостная нерезонансная антенна в виде двух стержней с металлическими шарами на них, подключенная к высоковольтной катушке Румкорфа.
Мощный толчок к конструированию резонансных ёмкостных антенн дал лишь в 21 веке американский инженер Тэд Харт, начавший строить ёмкостные антенны, укороченные в 20-40 раз по сравнению с полуволновым вибратором Герца. Известны случаи изготовления резонансных ёмкостных антенн, уменьшенных по отношению к полуволновому диполю в 100 раз! При этом эффективность столь сильно укороченных антенн конструкции Тэда Харта (он назвал их ЕН-антеннами) при работе на приём и на передачу почти не уступает эффективности полноразмерного диполя. Причина в том, что сокращение линейных размеров антенны и снижение вследствие этого её чувствительности на приём компенсируется способностью резонансного LC-контура усиливать сигнал в Q раз. Где Q – добротность контура, которая может составлять 10-100 и даже больше. При работе на передачу компенсация эффективности излучения столь малых антенн тоже достигается за счёт высокой добротности излучающего LC-контура. Правда, это выливается в то, что на излучающих пластинах антенны высокочастотное напряжение может достигать нескольких тысяч Вольт (!) при мощности передатчика 100 Ватт.
На фотографии Тед Харт со своей «ЕН-антенной», настроенной на частоту 14 МГц (λ – 20 м). Как мы видим, его ЕН-антенна в 20 раз (!) меньше полуволнового вибратора на эту же частоту.
Однажды мне пришла в голову мысль попробовать по такому же принципу изготовить высокочувствительную ёмкостную резонансную приёмную антенну на частоту первого пакета цифрового ТВ (для моего региона – это 490 МГц), размеры которой будут лишь в 2,5 раза меньше по сравнению с размерами полуволнового диполя.
Если предположить, что теоретически примерно во столько же раз должна уменьшиться чувствительность антенны на приём, то за счёт LC-резонанса в открытом колебательном контуре (!) с Q = 25 можно получить коэффициент усиления такой антенны – 10 дБ.
Вот что у меня получилось на практике:
Я взял пластину фольгированного стеклотекстолита и удалил с её середины часть фольги. Получился диполь из медных пластин с размером 63х32 мм каждая. Зазор между ними я сделал шириной 12 мм, хотя можно было сделать его и меньше. То есть, ширина плеч резонансного диполя для частоты 490 МГц у меня составляет 138 мм. Это меньше размеров стандартного полуволнового диполя в 2,2 раза (длина волны сигнала с частотой 490 МГц составляет 610 мм, полуволна, соответственно — 305 мм).
Укорочение диполя в 2,2 раза по сравнению с длиной полуволны ТВ-сигнала, дало возможность через добавление катушки индуктивности L между пластинами диполя C1 и C2 превратить его в резонансный открытый колебательный контур, который можно настроить на частоту приёма пакета цифрового ТВ — 490 МГц.
Чтобы выполнить эту задачу, между пластинами С1 и С2 я впаял проволочную катушку настройки L, имеющую 2 витка провода ПЭВ 0,5 мм. Витки настроечной катушки намотаны на оправе с диаметром 10 мм. Шаг намотки – 2,5 мм. Катушка связи, снимающая сигнал с настроечной катушки и передающая его малошумящему антенному усилителю представляет собой 1 неполный виток провода диаметром 9 мм. Антенный усилитель применён самый распространённый и самый доступный – SWA-9000/R. Его назначение не столько усилить сигнал, сколько напрочь исключить потерю части сигнала на пути его движения по кабелю от катушки связи к телевизору.
Размеры пластин, параметры настроечной катушки и витка связи были выбраны из расчёта, чтобы получить резонансную частоту 490 МГц при ширине пропускания не уже 8 МГц. Ровно такую ширину - 8 МГц имеет пакет цифрового ТВ.
При стабильной ёмкости пластин антенны-диполя подстройка на частоту 490 МГц открытого резонансного контура, коим является эта антенна, осуществляется изменением величины индуктивности настроечной катушки.
Суть настройки сводится к раздвиганию или сжатию (пальцами или деревянной палочкой) витков двухвитковой катушки и нахождению более выгодного положения витка связи.
Поскольку вслепую, наугад, такую настройку антенны сделать нереально, лучше всего для этого воспользоваться специальным прибором – векторным анализатором «NanoVNA», можно китайского производства, к кабелю которого припаивается 1-витковая катушка связи.
Во время настройки антенны эту 1-витковую катушку связи прибора надо расположить внутри двухвитковой катушки антенны, а далее все манипуляции проводить, следя за показаниями прибора.
Результат точной настройки антенны налицо.
Оказалось, что эта малюсенькая антенна, состоящая только из диполя, при точной настройке на частоту и на ширину полосы пропускания уверенно принимает пакет цифрового ТВ из глубины квартиры через окно, выходящее на противоположную сторону от телевышки, удалённой от моего дома на 8-9 км! Очевидно, принимается сигнал, отражённый от стен стоящих вдали домов и/или других объектов. И как показало время, приём стабильный в любое время суток и в любое время года!
Чтобы хоть как-то оценить эффективность своей антенны я приобрёл на ОЗОНе за 730 рублей нерезонансную 7-ми элементную антенну типа «волновой канал» промышленного изготовления (модель: BAS-1156-P), имеющую коэффициент усиления (за счёт узкой диаграммы направленности) – 11 дБ.
В ходе сравнения моей антенны и этой было установлено, что резонансный диполь по чувствительности превосходит нерезонансную 7-ми элементную антенну! Но, конечно же, уступает ей по широкополосности.
Вывод: где требуется работа на одной фиксированной частоте, лучше всего изготавливать резонансные ёмкостные антенны. Они и меньше по габаритам, и более чувствительные.
А если кто-то захочет в антенне типа «волновой канал» заменить петлевой или линейный вибратор на предложенную мной резонансную ёмкостную антенну-диполь, то получившийся гибрид будет обладать рекордной чувствительностью. Возьмите это на вооружение.
Итак, в чём ноу-хау этой антенны?
Резонансные ёмкостные антенны сегодня строят по рекомендациям Тэда Харта и его последователей с укорочением их размеров в 20-40 раз по сравнению с полуволновым диполем. При этом их эффективность на передачу и приём почти равна эффективности полуволнового диполя. Это хорошо для приёмопередающих антенн, которые используются для связи на фиксированных частотах.
А если кому-то нужна исключительно приёмная антенна на фиксированную частоту с хорошим коэффициентом усиления? Как мне, например, понадобилась...
Тогда резонансные ёмкостные антенны выгодно делать укороченными всего в 2-3 раза по сравнению с размерами полуволнового диполя.
10 мая 2023 г. Мурманск. Антон Благин
Оценили 63 человека
79 кармы