Селективные антенные усилители ДМВ
При приеме телевизионных сигналов в диапазоне ДМВ многие владельцы телевизоров вынуждены использовать несколько разных антенн, что, порой, может породить специфические проблемы, связанные с суммированием сигналов. Решить их помогут антенные усилители, обеспечивающие не только усиление сигналов, но и их фильтрацию.
Одна из проблем, с которой телезрителям приходится иметь дело при просмотре телевизионных программ, - необходимость приема сигналов с разных направлений и с различными уровнями. Это вынуждает их применять две и более направленные антенны, а при малом уровне сигнала - активные антенны или антенные усилители , приходится включать сумматоры или разветвители телесигналов . К сожалению, все это часто не обеспечивает желаемое качество приема. Причина этого не обязательно кроется в плохом фидере или неудачном его согласовании. Если, например, у вас есть несколько антенн, рассчитанных на работу в одном диапазоне, то прием одного и того же сигнала, особенно мощного, будет возможен двумя и большим числом антенн. Однако в этом случае из-за различного времени распространения сигнала в фидерах появляется многоконтурность или размытость изображения, хотя уровень сигнала вполне достаточен для высококачественного приема.
Этот недостаток можно устранить, применив полосовые фильтры или селективные усилители, которые выделяют один или несколько сигналов, принимаемых одной из антенн, и подавляют мешающие. И так - после каждой антенны, фильтруя при этом разные каналы. Затем все сигналы суммируют. Для диапазона MB эту задачу решают использованием усилителей и фильтров, рассмотренных в . Для диапазона ДМВ описаний таких конструкций почти нет. Поэтому здесь описаны варианты селективных усилителей именно для диапазона ДМВ.
Следует, однако, обратить внимание на то, что применение фильтров не всегда целесообразно (хотя и допустимо). Дело в том, что, во-первых, фильтры вносят затухание, и при приеме слабых сигналов это может сказаться на качестве изображения. Во-вторых, АЧХ фильтров, особенно узкополосных, существенно зависит от их согласования с соединительными кабелями. Поэтому даже небольшие изменения в сопротивлении нагрузок могут сильно менять АЧХ и снижать качество приема. Чтобы устранить этот нежелательный эффект, на входе и выходе фильтра нужно установить усилительные каскады.
Принципиальная схема селективного усилителя для выделения одного или нескольких близко расположенных сигналов показана на рис. 1.
В устройстве применен полосовой фильтр из двух связанных контуров L2C7 и L3C9. На входе фильтра установлен усилительный каскад на транзисторе VT1, а на выходе - два каскада на транзисторах VT2 и VT3. Общий коэффициент усиления достигает 20...23 дБ, а полоса пропускания определяется полосовым фильтром.
Сигналы, принятые антенной, поступают на фильтр C1L1C2, который подавляет сигналы с частотой менее 450 МГц. Диоды VD1, VD2 защищают транзистор VT1 от мощных сигналов и электрических наводок от грозовых разрядов. С входного каскада сигнал проходит в первый контур L2C7. Чтобы получить необходимую его добротность, применено частичное включение (к отводу катушки L2). Для связи с контуром L3C9 включен конденсатор С8 (емкостная связь). Сигнал с части витков катушки L3 приходит на базу транзистора VT2, а после усиления - на базу транзистора VT3. АЧХ выходного усилителя с целью дополнительного повышения его избирательности можно скорректировать настройкой контура L4C11 в цепи обратной связи.
Диоды VD3, VD4 защищают усилитель от электрических разрядов со стороны телевизора. Они могут возникать из-за того, что импульсный блок питания современных аппаратов через конденсаторы небольшой емкости соединен с сетью 220 В. Питается усилитель от стабилизированного источника напряжения 12 В и потребляет ток около 25 мА. Диод VD5 защитит усилитель при подключении к нему источника питания в неправильной полярности. Если его планируется питать по отдельному проводу, то напряжение подают непосредственно на диод VD5, а если по кабелю снижения, вводят в усилитель развязывающие элементы L5, С16.
Все детали усилителя размещают на одной стороне печатной платы из двустороннего фольгированного стеклотекстолита, изображенной на рис. 2.
Вторая сторона платы оставлена почти полностью металлизированной. На ней лишь вырезаны площадки для входа, выхода и питающего напряжения (на рисунке они показаны штриховой линией). Металлизацию обеих сторон соединяют одну с другой по контуру платы припаянной фольгой. После настройки усилителя плату со стороны деталей закрывают металлической крышкой, припаяв ее к ней.
В усилителе можно применить транзисторы КТ382А.Б, а если не требуется высокой чувствительности, подойдет и КТ371А; диоды КД510А, КД521А.
Конденсаторы С7, С9, С11 - КТ4-25, остальные - К10-17, КМ, КЛС; резисторы - МЛТ, С2-10, С2-33, Р1-4. Выводы всех деталей должны быть минимальной длины.
Катушка L1 намотана проводом ПЭВ-2 0,4 на оправке диаметром 2,5 мм и содержит 2,8 витка. Катушки L2, L3 выполнены проводом ПЭВ-2 0,7 на оправке диаметром 3 мм. Длина намотки - 7 мм. Они имеют по три витка с отводом от середины первого витка. Катушка L4 намотана тем же проводом и содержит два витка, а катушка L5 - проводом ПЭВ-2 0,4 и имеет 15 витков, обе - на оправке диаметром 4 мм.
Конструкция конденсатора С8 показана на рис. 3. Он выполнен из двух пластин из жести или толстой фольги, которые припаивают к контактным площадкам платы. Изменяя расстояние между пластинами, меняют емкость конденсатора.
Налаживание усилителя начинают с установки и проверки необходимых режимов по постоянному току. Подбором резистора R1 добиваются напряжения 4...5 В на коллекторе транзистора VT1. Режим транзисторов VT2, VT3 получается автоматически.
Для настройки АЧХ усилителя используют панорамный индикатор. Конденсаторами С7 и С9 настраивают контуры на желаемые частоты. При указанных номиналах центральную частоту фильтра можно изменять от 500 до 700 МГц. Полосу пропускания устанавливают регулировкой емкости конденсатора С8. При этом в небольших пределах изменяется и коэффициент усиления усилителя. Подстройкой конденсатора С11 получают максимальный коэффициент усиления на требуемой частоте.
Изменением емкости конденсатора С8 можно добиться минимальной полосы пропускания усилителя в 10...12 МГц при одногорбой АЧХ. Это необходимо для выделения сигнала только одного телевизионного канала. Если же нужно выделить два смежных канала, то полосу пропускания увеличивают до 40...50 МГц (сближают пластины конденсатора С8) при двугорбой АЧХ с небольшой неравномерностью. Кроме того, на АЧХ фильтра оказывает влияние и расположение отводов катушек L2, L3.
Однако эфирная обстановка бывает сложной. Например, в Курске в диапазоне ДМВ вещание ведется на 31-м и 33-м каналах из одного места и с большой мощностью, а на 26-м и 38-м каналах - из другого места и с меньшей мощностью. Такой вариант довольно типичен для большинства городов страны. Поэтому для приема и выделения сигналов 31 -го и 33-го каналов можно применить уже описанный усилитель. Для приема же сигналов 26-го и 38-го каналов (или двух других с большим частотным разносом) такой усилитель не годится. Здесь необходим другой, который имеет две полосы пропускания, т. е. содержит два фильтра.
Принципиальная схема такого усилителя показана на рис. 4.
Сигнал с антенны через фильтр C1L1C2 поступает на первый усилительный каскад на транзисторе VT1. С его выхода сигнал разделяется и приходит на два независимых каскада на транзисторах VT2 и VT3, каждый из них нагружен на свой полосовой фильтр: L2C10-С12L3 и L4C13-C15L5. К фильтрам подключены усилительные каскады на транзисторах V4 и VT5, выходы которых работают на одну и ту же нагрузку. Общий коэффициент усиления этого устройства - 18...20 дБ, а потребляемый ток - примерно 40 мА.
В таком усилителе применяют те же детали, что и в рассмотренном выше. Чертеж его печатной платы с размещением деталей представлен на рис. 5.
Налаживание проводят аналогично. Подбором резисторов R11 и R12 устанавливают постоянное напряжение около 5 В на коллекторах транзисторов VT4 и VT5. Фильтры настраивают на желаемые частоты. Подстройкой конденсаторов С6 и С7 получают максимальное усиление на выбранных частотах.
Если необходимо сузить полосу пропускания и повысить избирательность фильтра, добиваются увеличения добротности контуров, используя более толстый посеребренный провод в катушках и подстроенные конденсаторы с воздушным диэлектриком, или увеличивают число контуров.
Литература
- Нечаев И. Активная антенна диапазона MB. - Радио, 1997, № 2, с. 6, 7.
- Нечаев И. Активная антенна МВ-ДМВ. - Радио,1998, № 4, с. 6 - 8.
- Нечаев И. Телевизионный антенный усилитель. - Радио, 1992, № 6, с. 38,39.
- Нечаев И. Комбинированные усилители ТВ сигналов. Радио, 1997, № 10, с. 12, 13.
- Нечаев И. Антенный усилитель ДМВ на микросхеме. - Радио, 1999, № 4, с. 8, 9.
- Нечаев И. Сумматоры телесигналов. - Радио. 1996, № 11, с. 12, 13.
- Нечаев И. Корректирующий антенный усилитель. - Радио, 1994, № 12, с. 8 -10.
Выше уже отмечалось, что установка антенного усилителя около телевизора между фидером и антенным входом телевизионного приемникаобеспечивает увеличение коэффициента усиления приемного тракта, т. е. улучшает чувствительность, ограниченную усилением.
Было показано, что при использовании современных телевизоров такой метод не приводит к улучшению изображения в условиях дальнего приема, так как требуется улучшение чувствительности, ограниченной не усилением, а шумами. Антенный же усилитель, обладая примерно таким же уровнем собственных шумов, как и телевизионный приемник, не улучшает чувствительности, ограниченной шумами.
Тем не менее использование антенного усилителя в некоторых случаях позволяет улучшить прием, но для этого он должен быть установлен не около телевизора, а около антенны, на мачте между антенной и фидером или в разрыв фидера, в непосредственной близости от антенны. В чем тут разница?
Дело в том, что сигнал, проходя к фидеру, претерпевает затухание, уменьшается его уровень. Затухание зависит от марки кабеля, из которого выполнен фидер. Кроме того, затухание тем больше, чем больше длина фидера и чем больше частота сигнала, т. е. номер канала, по которому принимается передача.
Когда антенный усилитель установлен около телевизора, на его вход поступает сигнал, уже ослабленный прохождением по фидеру, и отношение уровня сигнала к уровню шумов на входе антенного усилителя оказывается меньше, чем если бы антенный усилитель был установлен около антенны, когда сигнал не ослаблен фидером. При этом, конечно, проходя по фидеру, сигнал также ослабляется, но во столько же раз. ослабляются и шумы. В результате отношение сигнала к уровню шумов не ухудшается.
Телевизионные кабели разных марок характеризуются зависимостью удельного затухания от частоты. Удельным затуханием коаксиального кабеля принято называть такое, которое претерпевает сигнал определенной частоты, проходя по кабелю длиной 1 м.
Удельное затухание измеряется в дБ/м и приводится в справочниках в виде графических зависимостей» удельного затухания от-частоты или в виде таблиц. На рис. 1 приводятся такие кривые для некоторых марок коаксиального 75-омного кабеля.
Пользуясь ими, можно подсчитать затухание сигнала в кабеле при определенной его длине, на любом частотном канале метрового или дециметрового диапазона. Для этого нужно умножить полученное из рисунка значение удельного затухания на длину фидера, выраженную в метрах. В результате получится затухание сигнала в децибелах.
Рис. 1. Кривые удельного затухания коаксиальных кабелей.
Наиболее распространенный тип кабеля для фидера - РК 75-4-11, удельное затухание его 0,05...0,08 дБ/м в диапазоне 1-5-го каналов, 0,12...0,15 дБ/м в диапазоне 6-12-го каналов и 0,25...0,37 дБ/м в диапазоне 21-69-го каналов. Отсюда, при длине фидера 20 м затухание сигнала в фидере на 12-м канале составит всего 3 дБ, что соответствует уменьшению напряжения сигнала в 1,41 раза,а при длине фидера 50 м затухание на 12-м, канале составит 7,5 дБ (уменьшение я 2,38 раз).
В дециметровом же диапазоне при длине фидера 20 м затухание окажется равным 5,0...7,4 дБ в, зависимости от номера канала, что соответствует уменьшению напряжения1 сигнала в 3,78...2,34 раз^, а при длине фидера 50 м - 12,5... 18,5 дБ, (уменьшение сигнала в 4,22...8,41 раза).
Таким образом, при длине фидера 50 м дарена 12-м канале сигнал, проходя по фидеру, уменьшается более чем вдвое, и отношение сигнал-шум на входе телевизора окажется уменьшенным также более чем вдвое. Если установить антенный усилитель до поступления сигнала в фидер, при этом же уровне входных шумов антенного усилителя, что и у телевизора, получится выигрыш в отношений сигнал-шум более чем вдвое.
Еще более существенный выигрыш получится при большей длине фидера или при приеме сигнала в дециметровом диапазоне. Необходимый и вполне достаточный коэффициент усиления антенного усилителя должен быть равен затуханию сигнала в фидере. Использовать антенные усилители с коэффициентом усиления больше требуемого нет смысла.
Выпускается несколько типов антенных усилителей. Наибольшее распространение получили антенные усилители метрового диапазона типа УТДИ-1-Ш (усилитель телевизионный диапазонный индивидуальный на частоты 1-1II диапазонов).
Они рассчитаны на все 12 каналов" метрового диапазона и содержат встроенный блок питания от сети переменного тока напряжением 220 В. Конструкция усилителя позволяет устанавливать его на мачте около антенны с питанием по фидеру без прокладки дополнительных проводов. Коэффициент усиления усилителя УТДИ-1-Ш не менее 12 дБ (4 раза по напряжению), а уровень его собственных шумов немного меньше уровня собственных шумов черно-белых и цветных телевизионных приемников.
Если усилители УТДИ-1 -III диапазонные и рассчитаны на усиление телевизионного сигнала по любому из 12 каналов метрового диапазона, то антенные усилители типа УТКТИ (усилитель телевизионный канальный транзисторный индивидуальный) одноканальные и рассчитаны на усиление сигнала только одного, вполне определенного частотного канала метрового диапазона.
Номер канала указывается после обозначения типа усилителя. Так, УТКТИ-1 означает, что усилитель рассчитан на усиление сигнала по первому частотному каналу, а УТКТИ-8 на усиление сигнала по восьмому каналу. Усилители типа УТКТИ также имеют встроенный блок питания от сети переменного тока напряжением 220 В.
Коэффициент усиления УТКТИ-1 - УТКТИ-5 не менее 15 дБ, а УТКТИ-6 - УТКТИ-12 не менее 12 дБ. Уровень собственных шумов усилителей этого типа несколько меньше, чем типа УТДИ-1-Ш. Мощность, потребляемая от сети переменного тока УТДИ-1-Ш, не превышает 7 Вт, а УТКТИ - 4 Вт.
В связи с тем, что в настоящее время все более широкое распространение получает телевизионное, вещание в дециметровом диапазоне, а затухание сигнала в фидере на этом диапазоне повышено, актуальным становится использование антенных усилителей, рассчитанных на этот диапазон. Например, усилителя типа УТАИ-21-41 (усилитель телевизионный антенный индивидуальный, рассчитанный на 21-41 каналы) с коэффициентом усиления не менее 14 дБ в диапазоне частот 470...638 МГц.
Ранее, несмотря на выпуск промышленных антенных усилителей, в журналах "Радио" и в сборниках "В помощь радиолюбителю" приводилось большое Количество описаний и схем антенных усилителей для самостоятельного изготовления, В последние годы такие публикации стали редкими. Так, в сборнике "В помощь радиолюбителю" выпуск 101, с. 24-31 приводится очень подробное описание узкополосного антенного усилителя с перестраиваемой амплитудно-частотной характеристикой О. Пристайко и Ю.
Позднякова. Настройка усилителя на один из каналов метрового диапазона осуществляется подстроечным конденсатором, полоса пропускания усилителя составляет 8 МГц, а коэффициент усиления 22...24 дБ. Питание усилителя производится постоянным напряжением 12 В. Такой усилитель имеет смысл использовать только в том случае, когда, осуществляется прием передач по одному определенному каналу, так как перестраивать усилитель, установленный на мачте нет возможности.
Широкополосный антенный усилитель МВ
Значительно чаще возникает потребность в широкополосном антенном усилителе, способном усилить сигналы всех телевизионных программ, принимаемых антенной. На рис. 2 показана принципиальная схема антенного усилителя , рассчитанного на усиление всех 12 метровых каналов, разработанного И. Нечаевым.
Рис. 2. Схема антенного усилителя МВ.
При напряжении 12 В коэффициент усиления составляет 25 дБ при токе потребления 18 мА. Усилитель собран на малошумящих транзисторах с коэффициентом шума около 3 дБ. Встречнопараллельно включенные диоды на входе предохраняют транзисторы усилителя от повреждения грозовыми разрядами. Оба каскада собраны по схеме с общим эмиттером.
Конденсатор С6 обеспечивает коррекцию частотной характеристики усилителя в области высших частот.
Выход усилителя подключается к фидеру, идущему к телевизору. По центральной жиле этой части фидера к усилителю подается питающее напряжение через дроссель Ы. Через такой же дроссель к центральному проводнику антенного гнезда телевизора подводится напряжение +12 В. Сигнал с антенного гнезда в телевизоре на вход селектора каналов при этом "должен подаваться через разделительный конденсатор емкостью 3000 пФ.
Дроссели наматывают на ферритовых цилиндрических сердечниках диаметром 3 мм и длиной 10 мм проводом ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,2 мм виток к витку. Каждый дроссель содержит по 20 витков. Перед намоткой сердечник нужно обернуть двумя слоями лавсановой пленки, а после намотки витки закрепляются полистироловым лаком или эмалитом.
Более подробное описание усилителя, чертеж печатной платы и размещение на ней деталей приводятся в журнале "Радио", 1992 г., № 6, с. 38-39.
Другой антенный усилитель, рассчитанный на дециметровый диапазон 470...790 МГц (21...60 каналы), предложил А. Комок. Его принципиальная схема показана на. рис. 3. Коэффициент усиления этого усилителя в полосе пропускания составляет 30 дБ при питании напряжением 12 В, а ток потребления не превышает 12 мА.
Рис. 3. Схема антенного усилителя ДМВ.
Катушка фильтра верхних частот L1 наматывается проводом ПЭВ-2 диаметром 0,8 мм и содержит 2,5 витка.
Намотка производится на оправке диаметром 4 мм виток к витку, после чего катушка снимается с оправки. Питание, как и для усилителя Нечаева, подается по фидеру через дроссели описанной выше конструкции. Автор использовал в усилителе бескорпусные транзисторы, требующие тщательной герметизации.
Можно рекомендовать также применение корпусных транзисторов КТ399А, более доступных и устойчивых при изменениях климатических условий. Подробное описание этого усилителя помещено в журнале "Радиолюбитель11, 1993 г., № 5, с. 2.
Как было отмечено, основное назначение антенного усилителя -компенсация затухания сигнала в фидере. При использовании антенного усилителя чувствительность ограниченная шумами, т. е. способность принимать слабый сигнал, определяется отношением сигнал-шум уже не на входе телевизионного приемника, а на входе антенного усилителя. Поэтому при установке антенного усилителя около антенны для получения определенного значения чувствительности, ограниченной шумами, потребуется меньший уровень входного сигнала, чем при установке его около телевизора. Таким образом, удается с лучшим качеством принимать более слабый сигнал.
Применение антенного усилителя позволяет сознательно использовать фидеры такой большой длины, которые в отсутствие усилителя ослабили бы уровень сигнала до недопустимого. Необходимость применения длинного фидера иногда возникает в условиях закрытой местности, когда телевизионный приемник располагается в ложбине и приемная антенна, установленная около дома, оказывается закрыта находящимися па пути к передатчику холмами.
В то же время телевизионные антенны, установленные на расстоянии 100...200 м от этого здания, обеспечивают вполне уверенный прием с хорошим качеством изображения за счет того, что они не закрыты местной преградой. В таких условиях добиться нормального приема можно одним из двух способов: либо увеличением высоты антенной мачты, что обычно представляет собой очень трудную задачу, либо установкой антенны на открытой местности, на расстоянии 100...200 м от дома. Тогда для подключения антенны к телевизионному приемнику потребуется использование длинного фидера.
Легко подсчитать, что при фидере длиной 200 м кабель марки РК 75-4-11 на частоте 12-го канала создает затухание 30 дБ, что соответствует уменьшению напряжения сигнала в 31,6 раз, который, как правило, оказывается ниже порога чувствительности телевизионного приемника. Установка антенного усилителя, обладающего хотя бы таким же усилением, на выходе антенны позволит скомпенсировать затухание сигнала в длинном фидере и обеспечить нормальную работу телевизора.
Если усиления одного усилителя недостаточно, можно включить два усилителя последовательно один за другим. При этом результирующий коэффициент усиления будет равен сумме коэффициентов усиления усилителей, если они выражены в децибелах.
При очень большой длине фидера и необходимости усиления сигнала более чем на 30 дБ, когда приходится использовать два или несколько антенных усилителей, во избежание перегрузки или самовозбуждения не следует устанавливать все усилители в одном месте. В этих условиях первый, усилитель устанавливают на выходе антенны, т. е. на входе фидера, а последующие - в разрыв фидера примерно на одинаковых расстояниях один от другого. Эти расстояния выбирают так, чтобы затухание сигнала в отрезке фидера между двумя усилителями примерно равнялось коэффициенту усиления усилителя.
Из зависимостей удельного затухания от частоты для коаксиальных кабелей разных марок (рис. 1) можно сделать определенные выводы. Кабели марок РК 75-2-13 и РК 75-2-21 обладают достаточно большим удельным затуханием даже в метровом диапазоне волн, использовать их в дециметровом диапазоне не следует. Кабели марок РК 75-7-15, РК 75-9-13, РК 75-13-11 и РК 75-17-17 обладают меньшим удельным затуханием по сравнению с РК 75-4-11 особенно в дециметровом диапазоне.
Если при длине, фидера 50 м на частоте 620 МГц (39-й канал) кабель РК 75-4-11 вносит затухание 16 дБ (ослабление напряжения сигнала в 6,3 раз), то при тех же условиях кабель марки РК 75-9-13 вносит затухание 9,5 дБ (ослабление в 3 раза), а РК 75-13-1,1 - 7,25 дБ (ослабление в 2,3 раз). Таким образом, удачный выбор марки кабеля для фидера в дециметровом диапазоне может поднять уровень сигнала на входе телевизора в несколько раз даже без использования антенного усилителя.
Можно предложить достаточно простой совет по выбору кабеля: чем больше диаметр кабеля, тем меньшее затухание он вносит. В качестве телевизионного фидера всегда, используется коаксиальный кабель с волновыми сопротивлением 75 Ом.
Никитин В.А., Соколов Б.Б., Щербаков В.Б. - 100 и одна конструкция антенн.
Телеприем ДМВ имеет ряд особенностей:
1. ДМВ практически не огибает земную поверхность и обладают низкой проникающей способностью, поэтому зона уверенного приема ограничивается прямой видимостью между передающей и приемной антеннами.
2. В то же время ДМВ хорошо отражаются от земной поверхности и от ионизированных слоев атмосферы. Это делает возможным прием на значительном (300-500 км) удалении от телецентра. При этом прохождение ДМВ достаточно стабильно и не имеет замираний свойственных метровым волнам (MB).
3. Характерной особенностью ДМВ является так называемое волновое распространение, при котором сигнал может быть принят на расстоянии до нескольких тыс. км от телецентра. Оно имеет место над морской поверхностью в ясные дни весенних и летних месяцев.
4. Приемные антенны ДМВ имеют значительно меньше чем антенны MB геометрические размеры. При этом мала их эффективная площадь, а следовательно, и мощность сигнала, подаваемого на вход телеприемника.
5. Чувствительность телеприемников в диапазоне ДМВ значительно ниже, чем в диапазоне MB, что связано с плохими шумовыми параметрами селектора ДМВ.
Анализ перечисленных особенностей показывает принципиальную возможность дальнего и сверхдальнего приема телевидения в диапазоне ДМВ и два основных пути его реализации. Это - повышение эффективности антенной системы и реальной (ограниченной шумами) чувствительности телеприемника. Возможности повышения коэффициента усиления антенн ДМВ на практике ограничены сложностью их конструкции и согласования с фидером.
Увеличение чувствительности телеприемника требует переделки селектора ДМВ и обычно не дает желаемых результатов. Дело в том, что в диапазоне ДМВ велико затухание сигнала в кабеле, и при использовании антенн с малым усилением не удается получить на входе телеприемника существенного выигрыша в соотношении сигнал-шум.
Наиболее оптимальным путем является использование конструктивно простой антенны с усилителем, расположенным в непосредственной близости от неё. В этом случае возможно одновременное повышение и эффективности антенны и чувствительности телеприемника без его переделки.
Антенный усилитель должен иметь большой коэффициент усиления, малый коэффициент шума, широкий диапазон рабочих температур. При этом он должен быть несложен по конструкции, собран из доступных деталей, прост в настройке и несклонен к самовозбуждению.
В результате многолетних теоретических и экспериментальных исследований нам удалось создать оптимальную по перечисленным требованиям схему и конструкцию усилителя ДМВ. не имеющего промышленных и любительских аналогов
1. Антенный усилитель диапазона ДМВ.
Параметры и схема усилителя:
Усилитель обладает следующими параметрами:
Коэффициент усиления Ку и коэффициент шума Fш в диапазоне
470-630 МГц (21-40 каналы) - Ку? 30 дБ, Fш? 2,0 дБ;
630-790 МГц (41-60 каналы) - Ку? 25 дБ, Fш? 2,5 дБ;
790-1270 МГц (61-100 каналы) - Ку? 15 дБ, Fш? 3,5 дБ.
Входное и выходное сопротивление - 75 Ом
- напряжение питание - 9-12 В
- диапазон рабочих температур - (-30...+40) °С.
Схема усилителя приведена на рис. 1. Он содержит два каскада на транзисторах VT1 и VT2, включенных по схеме с общим эмиттером. Для получения максимального усиления эмиттеры транзисторов соединены непосредственно с общим проводом. Нагрузками каскадов являются широкополосные контуры L2, R2, L3, С4 и L4, R6, L5, С10, обеспечивающие согласование их входных и выходных сопротивлений. Контур L1, С1 является фильтром верхних частот (частота среза 400 МГц), служащим для устранения помех от телепередатчиков MB диапазона. Конденсаторы СЗ, С5, С7, С8 - блокировочные. Питание усилителя осуществляется по коаксиальному кабелю, соединяющему его с телевизором, через фильтр нижних частот L6, R8, С11. Непосредственно перед телевизором сигнал ДМВ и напряжение питания разделяются фильтром С12, L7, С13.
Режимы транзисторов по постоянному току задаются резисторами R1 и R5 так, чтобы получить оптимальные значения коллекторных токов I1 и I2 транзисторов VT1 и VT2. Ток I1 выбирается из условия получения минимального коэффициента шума первого каскада, а I2 - из условия получения максимального усиления второго каскада.
Детали и конструкция усилителя.
Все резисторы усилителя МЛТ-0,125. Конденсаторы С1, С2, С4- С7, С9, С10 - малогабаритные дисковые (типов КД, КД-1 и т.п.); СЗ, С8 и С11 - типа КМ-5б, КМ-6 и т.п.
Все катушки усилителя бескаркасные. Катушка L1 содержит 2,75 витка посеребренного провода диаметром 0,4-0,8 мм, её наружный диаметр 4 мм, межвитковое расстояние - 0,5 мм. Катушки L2- L5 представляют собой выводы резисторов R2 и R5, намотанные на оправку диаметром 1,5 мм, так чтобы межвитковое расстояние составляло 0,5 мм, и содержит по 1,5 витка. Направления намоток L2, L3 и L4, L5 должны быть одинаковы (т.е., например, L2 и L3 представляют собой катушку из 3-х витков, в разрыв которой включен резистор R2). Катушка L6 содержит 15-20 витков медного эмалированного провода диаметром 0,3 мм, намотанных виток к витку на оправку диаметром 3 мм. Дроссель L7 - стандартный типа ДМ-0,1 с индуктивностью более 20 мкГн. Стабилитрон VD1 - любой с напряжением стабилизации 5,5-7,5 в.
В усилителе могут быть использованы СВЧ малошумящие транзисторы с граничной частотой fгр. более 2 ГГц. Если усилитель будет работать в диапазоне 21-60 каналов, то можно применять транзисторы с fгр. более ГГц, а если - только в диапазоне 21-40 каналов, то - с fгр. более 800 МГц. при этом необходимо в первый каскад ставить транзистор с меньшим коэффициентом шума, а во второй - с большим коэффициентом усиления. В табл. 1 приведены параметры транзисторов, которые можно использовать в усилителе. Транзисторы расположены в порядке ухудшения параметров.
Не рекомендуется применять транзисторы КТ372 из-за их склонности к самовозбуждению и ГТ346 - из-за плохих шумовых параметров. Если используются р-п-р транзисторы, то необходимо изменить полярность источника питания усилителя.
Усилитель собран на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1-1,5 мм. Рисунок печатной платы и схема монтажа деталей на ней приведены на рис. 2. Плата рассчитана на использование транзисторов с планарными выводами (КТ3132, КТ3101, КТ391 и т.п.), которые припаиваются непосредственно к контактным площадкам со стороны фольги. Однако она допускает и монтаж транзисторов с другим расположением выводов (КТ399, КТ3128 и т.п.), но со стороны монтажа, для чего необходимо просверлить в плате соответствующие отверстия под выводы (см. ниже).
Выводы транзисторов должны иметь минимальную длину, особенно вывод эмиттера, который не должен превышать 4 мм. Выводы конденсаторов С4, С5, С7 и С10 должны быть не более 4 мм, а конденсаторы С1, С2, С6 и С9 - составлять 4-6 мм (они являются дополнительными индуктивностями, включёнными в контура). Одни из выводов конденсаторов С1 и С2 впаяны в плату, а другие - припаяны непосредственно к центральной жиле входного коаксиального кабеля. Конденсаторы С6 и С9 одним концом припаяны к очищенным от краски головкам резисторов R2 и R6. Другой конец С6 в плату, а С9 - припаян к центральной жиле выходного коаксиального кабеля. Конденсатор С2 одним концом впаян в плату, а другим концом припаян к катушке L1 на расстоянии 3/4 витка от верхнего по схеме конца. Резисторы R3, R4, R7 и R8 установлены вертикально.
Печатная плата помещена в прямоугольный герметичный корпус, разделённый на 4 части экранирующими перегородками (рис. 2, 4). Чертежи деталей корпуса приведены на рис. 3. Он состоит и боковой стенки 1, втулки 2, перегородки 3, 4 и крышек 5. Детали 1, 3, 4 и 5 изготовляют из листовой латуни (удобно использовать отожженную над газовой горелкой пластину фотоглянцевателя), детали 2 вытачиваются из латунного прутка. Втулки 2 рассчитаны на то, что вход и выход усилителя выполнены 75-омным коаксиальным кабелем с наружным диаметром по изоляции 4 мм. Можно использовать другой 75-омный кабель, но в этом случае необходимо соответственно изменить диаметры втулок 2 и отверстий в стенке корпуса 1.
Разделительный фильтр питания L7, С12, С13 монтируют в отдельной коробочке произвольной конструкции, на которой устанавливают входное антенное гнездо и выходной антенный штекер.
Питать усилитель можно от любого стабилизированного источника 9-12 В, например, от имеющихся в продаже блоков питания транзисторных приемников БП9В, Д2-15 и т.п.
Можно также смонтировать элементы фильтра внутри телевизора рядом с антенным входом ДМВ, а для питания усилителя использовать напряжение 12 В с селектора ДМВ.
Монтаж и настройка усилителя.
Собирают усилитель в следующей последовательности. Монтируют на плате все элементы кроме резисторов R1 и R5. Если используются транзисторы не с планарными выводам, то для них сверлят в плате отверстия, а в перегородках 4 делаются прямоугольные вырезы (на рис. 3 показаны штриховой линией). В плату впаиваются соответствующими выступами перегородки 3 и 4. Сгибают и спаивают боковую стенку корпуса 1. В неё герметично впаивают втулку 2. Входной 7 и выходной 8 коаксиальные кабели длиной по 80 см вставляют в отверстия втулок, оплетку разделяют на 2 части и припаивают к корпусу изнутри. Центральная жила кабелей должна выступать внутрь корпуса на 3-4 мм. Вставляют плату в корпус, так чтобы кромки перегородок 3, 4 и кромка стенки 1 лежали в одной плоскости (рис. 4), и пропаивают стыки перегородок между собой и корпусом. Кроме того в 10-ти точках припаивают нечетную плату к стенке 1. Места пайки показаны на рис. 2 и рис. 4. Припаиваются к центральным жилам кабелей элементы С1, L1 и С9, L6. Внимательно сверяют рис. 1, 2 и 4 правильности монтажа.
Далее производят настройку усилителя. Для этого по выходному кабелю 8 подают на усилитель питание. Измеряя напряжение U1 на резисторе R3 подбором резистора R1 устанавливают значение тока I1 (I1 = U1/R3) в соответствии с табл. 1 для транзистора первого каскада. Впаивают в плату подобранный резистор R1. Аналогичную процедуру проделывают для второго каскада, измеряя напряжение U2 на резисторе R7 и устанавливая ток I2 = U2/R7 в соответствии с табл. 1. Впаивают резистор R5. На рис. 1 величины R1 и R5 даны ориентировочно, реально они могут значительно отличаться от указанных. Проверяют отсутствие самовозбуждения усилителя. Для этого подключают параллельно R3 вольтметр и касаются пальцем вывода коллектора транзистора VT1. Если первый каскад не возбуждается, то показание вольтметра не изменится. Аналогично проверяют второй каскад. Устранить самовозбуждение (о его наличии свидетельствует резкое уменьшение тока транзистора при его касании пальцем) можно лишь заменой транзистора. Следует отметить, что усилитель не склонен к самовозбуждению - из нескольких десятков изготовленных усилителей возбуждался лишь один, собранный на транзисторах КТ372А. Проверяют потребляемый усилителем ток, которых должный быть равен: I1 + I2 = 10 мА; при необходимости подбирают резистор R8, так чтобы ток через стабилитрон VD1 составлял около 10 мА. Заключительной операцией является герметизация усилителя. Для этого крышки 5 пропаивают по периметру корпуса, а места ввода коаксиального кабеля дополнительно промазываю каким-либо герметиком, водостойким клеем и т.п. Затем усилитель крепят к мачте антенн.
2. Антенна ДМВ
Как указывалось выше, добиваться очень большого коэффициента усиления антенны ДМВ не имеет смысла, поскольку это ведет к неоправданному усложнению её конструкции. Однако и рассчитывать на дальний прием с малоэффективной антенной тоже не приходится.
Опыт конструирования и использования антенн ДМВ показывает, что наиболее простой и в то же время весьма эффективной является Z-антенна с рефлектором. Её отличительными особенностями является широкополостность, большой коэффициент усиления, хорошее согласование непосредственно с 75-омным коаксиальным кабелем и некритичность размеров.
Конструкция антенны для 21-60 каналов показана на рис. 5. Если антенна будет использоваться в диапазоне 61-100 каналов, то все её размеры необходимо уменьшить в 1,5 раза. Активное полотно 1 антенны изготавливается из алюминиевых полос и скрепляется «внахлест» винтами с гайками. В точках соприкосновения пластин должен быть надежный электрический контакт. На матче 6 (она может быть металлической или деревянной) полотно закрепляется при помощи стоек-опор 2 в точках С и D. Поскольку эти точки имеют нулевой относительно земли потенциал, то стойки 2 могут быть металлическими. Кабель 3 подсоединяется к точкам А и В (оплетка - к одной точке, а жила - к другой) и прокладывается вдоль полотна по нижней стойке 2 и по матче 6 к усилителю 7. Закрепляется кабель проволочными хомутиками. Полотно 1 может быть само по себе использовано как антенна. Её коэффициент усиления составляет 6-8 дБ. Однако лучше снабдить полотно рефлектором.
Простейший рефлектор 4 (рис. 5б) представляет собой плоский экран, изготовленный из трубок или отрезков толстого провода. Диаметр элементов рефлектора некритичен и может быть 3-10 мм. Антенна с плоским рефлектором имеет коэффициент усиления 8-10 дБ. Поднять коэффициент усиления до 15 дБ (эквивалентно 40-элементной антенне «волновой канал») позволяет сложный рефлектор типа «полуразвалившийся короб» (рис. 5в). Конструктивное исполнение такого рефлектора может быть самым различным, в зависимости от Ваших возможностей.
Пространственная ориентация антенны, изображённая на рис. 5 соответствует приему сигналов с горизонтальной поляризацией. Для приема вертикально-поляризованных сигналов необходимо полотно и рефлектор повернуть на 90°.
Усилитель ДМВ располагают в непосредственной близости от антенны (см. рис. 5). Вход усилителя с полотном антенны соединяют тем же кабелем, что заделан в усилитель. Входной кабель усилителя наращивают кабелем снижения. Желательно, чтобы он был как можно большего диаметра (от этого зависят потери в кабеле), использовать кабель диаметром 4 мм можно лишь в том случае, если его длина не превышает 10 м.
Соединения кабелей должно выполняться «ветик», так чтобы минимальным образом нарушалась коаксиальная структура фидера.
Если нет возможности изготовить описанную антенну, то усилитель может быть с несколько худшими результатами использован с промышленными наружными широкополосными антеннами ДМВ, например, типа, АТНГ(В)-5.2.21-41 (торговое название «ГАММА-1»).
Установка антенны определяется тем, на какой тип прохождения ДМВ вы рассчитываете. Если необходимо вести прием непосредственно за зоной обслуживания телецентра (60-200 км), то антенну следует установить так, чтобы в направлении прихода сигналов между ней и линией горизонта не было препятствий (дома, холмы и т.п.). Если же Вы ориентируетесь на сверхдальний прием при тропосферном или волновом распространении (при этом сигнал приходит «с неба» под углом 5-10° к горизонту), то не очень близко расположенные препятствия обычно помехой не является.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключение несколько слов о практических результатах приема ДМВ. Изготовление по прилагаемому описанию антенны с усилителем в течение нескольких лет использовался в г. Одессе для регулярного приема сигналов Кишиневского телецентра (расстояние - 160 км). За городом, в зоне радиотени для MB телецентра, уверенно принимаются сигналы маломощных ДМВ ретрансляторов, находящихся на противоположной стороне Одесского залива (расстояние - 60-80 км). В ясные дни весенних и летних месяцев с хорошим качеством ведется прием болгарской программы БТ2 из Варны (расстояние - 500 км) и турецкой программы TV2 из Стамбула (расстояние более 600 км).
Несмотря на бурное развитие кабельного и спутникового ТВ, эфирное телевещание рано списывать со счетов. Но для качественного сигнала последнего необходимо находиться в зоне покрытия. По мере удаления от телевышки качество сигнала падает, и число помех возрастает. В таких случаях хорошо помогает антенный усилитель для телевизионного приемника. Предланаем рассмотреть, что представляет собой это устройство, принцип работы, различные модификации, а также возможность создания усилителя ТВ сигнала для городской квартиры, загородного дома или дачи.
Что такое антенный усилитель и как он работает?
Это устройство, позволяющее усилить определенный диапазон телевизионных сигналов и снизить уровень помех, для получения максимально качественной «картинки». Помимо этого подобные усилители используются для снижения потерь в кабеле. Типовые структурные схемы таких устройств показаны ниже.
Как видно из представленных схем поступающий сигнал обрабатывается фильтром внешних частот, после чего понижается аттенюатором до необходимого уровня. Далее сигнал поступает в блок регулировки уровня наклона АЧХ, принцип действия которого во многом напоминает эквалайзер. И на последнем этапе производится усиление сигнала, после чего он поступает на телевизионный приемник.
Разновидности
Несмотря на многообразие оборудования данного типа, по функциональному назначению и диапазону усилители можно разделить на следующие виды:
Как выбрать хорошую антенну с усилителем?
Чтобы от приобретенного оборудования получить максимальную отдачу необходимо учитывать следующие факторы:
- Удаленность ближайшего ретранслятора телевизионного сигнала. Принято считать максимальным расстоянием 150 километров, но сильно усредненное значение, поскольку многое зависит как от типа местности, так и мощности телевизионной вышки. Например, находясь в низине можно не получать уверенный сигнал даже от близко расположенного ретранслятора. В этом случае исправить ситуацию поможет установка мачты под антенну.
- В каком частотном диапазоне будет работать оборудование. Необходимо учитывать, что характеристики широкодиапазонных антенн уступают узконаправленным. Это говорит о том, что для зоны уверенного приема вполне подойдет «всеволновка», соответственно, для получения сигнала с удаленного ретранслятора лучше предпочесть конструкцию под определенный диапазон частот (МВ, ДМВ, УКВ). Но здесь тоже необходимо учитывать особенности и характер местности, например, избавиться от отраженного сигнала можно только с помощью узконаправленной антенны.
Определившись с антенной, переходим к выбору усиливающего устройства для нее. Первое на что необходимо обратить внимание – коэффициент усиления (указывается в децибелах). Как правило, при расстоянии до 10 километров до ретранслятора, в усилителе нет необходимости.
Необходимо обратить внимание, что не стоит сильно увлекаться высоким показателем этого параметра, поскольку при высокой мощности может произойти «возбуждение» устройства, и как следствие этого, появятся помехи, проявляющиеся в виде «белого снега» на картинке. Ниже приведена таблица для оборудования SWA, в которой указаны основные характеристики для каждой модели, а также соотношение коэффициента усиления и дальности до источника сигнала.
Вторая важная характеристика – уровень шумов (указывается в децибелах) производимых устройством в процессе работы. Чем меньше этот показатель, тем лучше.
Естественно, что при выборе необходимо учитывать тип антенны, допускается устанавливать широкополосное устройство на узкодиапазонный приемник сигнала, но не наоборот.
Как сделать антенный усилитель своими руками – пошаговая инструкция
Приведем несколько типовых схем устройств для усиления телевизионного сигнала, начнем с самой простой.
Обозначения:
- VT – микросхема МАХ2633.
- R – 1 кОм.
- Конденсаторы С 1 , С 2 и С 3 – 1 нФ.
Схема запутывается от источника постоянного тока с напряжением от 2,8 до 5,2 вольт. Отличительные особенности: низкий уровень шума (около 2 дБ) и вполне приличный коэффициент усиления, порядка 13 дБ, при необходимости понизить который следует увеличить сопротивление R. Собранная схема не требует настройки. Приведенное устройство хорошо зарекомендовала себя при работе с комнатными антеннами теле- и радиоприемников. В интернете можно встретить описание данной схемы, как широкополосной, что не совсем верно, исходя из даташит МАХ2633 –предназначена для УКВ диапазона.
Теперь рассмотрим типовые транзисторные схемы, которые действительно являются широкополосными.
Обозначение:
- Транзистор VT1 – KT368.
- Сопротивления: R1 -100 Ом; R2 – 470 Ом; R3 – 51 кОм; R4 – 100 Ом.
Схема также отличается простотой и не требует настройки. КУ и частотные характеристики зависят от используемого транзистора. Устройства данного типа отличаются высоким коэффициентом усиления и невысокими частотными характеристиками (что исправляется в мульти вибраторных схемах с эмиттерной связью, при желании найти их несложно, но они более сложны в настройке). Питание осуществляется от источника с напряжением 9 вольт.
Вариант с подключением транзистора по схеме «общая база» обладает меньшим КУ, но зато более широким частотным диапазоном.
Обозначения:
- Транзистор VT1 – KT315.
- Сопротивления: R1 -51 Ом; R2 – 10 кОм; R3 – 15 кОм; R4 – 1 кОм.
- Емкости: C1- 1000 пФ; С2 – 33 пФ; С3 и С4 – 15 пФ.
Дроссель наматывается на ферримагнитном кольце, проницаемость которого 600Н. Для метрового диапазона необходимо сделать 300 витков, используемый для этой цели провод – ПЭВ Ø 0,1 мм.
Добиться большего КУ можно, если собрать устройство на двухкаскадной схеме, ее пример приведен ниже.
Обозначения:
- Транзисторы: VT1 и VT2 – ГТ311Д.
- Сопротивления: R1 – 680 Ом; R2 – 75 кОм; R3 – 1 кОм; R4 – 150 кОм.
- Емкости: C1, С2 и С4 – 100 пФ; С3 – 6800 пФ; С5 – 15 пФ; С6 – 3,3 пФ.
- Дроссели: L1 – 100 мкГн; L2 – 25 мкГн, L3 – представляет собой катушку на бескаркасной основе, диаметром 4 мм, намотаны 2,5 витка, используемый провод ПЭВ 2 Ø 0,8 мм.
Запитывается схема от источника с напряжением 12 вольт, настройка устройства не требуется.
Пошаговая инструкция по сборке будет общая для всех схем:
- Приобретаем все необходимые электронные компоненты.
- Подготавливаем инструменты и расходники.
- Изготавливаем печатную плату, навесная сборка и использование монтажных панелей нежелательно, поскольку в этом случае существенно увеличиться уровень шума.
- Запаиваем все элементы.
- Проверяем собранную конструкцию.
- Подключаем к собранному усилителю антенну и телевизионный приемник.
Как подключить антенный усилитель к телевизору?
Самый важный момент – антенные усилители для телевизора должны располагаться находиться как можно ближе к нему. Это связано с тем, что кабельные потери могут существенно повлиять на качество картинки. Требование касается как самодельных конструкций, так и серийных моделей, например BBK или Terra. Исключение могут быть только комнатные антенны, у которых короткая длина кабеля, но, как правило, такие устройства используют в зоне приема, где в усилителе нет необходимости.
Внимательно изучите руководство по подключению, которое прилагается к устройству.
Если подключение усилителя не принесло результатов, проверьте направленность антенны, а также его волновое соответствие.
Все манипуляции должны проводиться только с обесточенным оборудованием.
Не подключайте усилитель к внешней антенне, если она не оборудована грозозащитой. Собственно, такой приемник сигнала вообще нельзя использовать.
ГА Попов, г. Хмельницкий
Об антенных усилителях в розных журналах написано много. Но, несмотря на это, предлагаемый мною вариант антенного усилителя может представлять интерес.
При его реализации преследовалось две цели:
1) получить приемлемый коэффициент усиления для дальнейшего приема ДМВ;
2) сделать его незаметным для похитителей антенных усилителей, т.е. его размеры должны быть сведены до минимума, что позволяет поместить его вместе с кабелем снижения внутрь трубы-стойки крепления антенны.
Для миниатюризации использованы конденсаторы типа К10-17, резисторы типа ОМЛТ- 0,125, соответствующие транзисторы и печатный монтаж.
Принципиальная схема показана на рис.1 и особых пояснений не требует. Транзисторы VT1, VT2 типа 2Т3101А, 2Т31 ISA, 2T391A, 2Т3123А, 2Т3124А (т.е. с минимальным коэффициентом шума). Транзистор VT3 типа 2Т640, 2Т642, 2Т648 (буква особой роли не играет). Данные катушек индуктивности: L1 – 3 витка провода 0,6 мм (посеребренный
или луженый) на оправке 2,5 мм; L2 – 4 витка того же провода на оправке 1,8 мм; 13 – аналог L1.
Зависимость коэффициента усиления от частоты показана на рис.2. Коэффициент усиления для трехкаскадного усилителя около 35 дБ, коэффициент усиления для двухкаскадного усилителя 20 – 23 дБ.
Эскизное расположение деталей показано на рис.3. Собранный антенный усилитель помещают в собственный корпус. Удобнее всего для этого использовать трубку из меди или латуни соответствующего диаметра, которая затем вставляется внутрь трубы-стойки. Корпус-трубка должна быть луженой или выполнена из луженой жести. Усилитель тщательно герметизируют от попадания влаги путем аккуратной пайки корпуса, кабелей (или в дополнение к этому клеем БФ, эпоксидным клеем и т.п.).
Питание подается по тому же кабелю, что и снижение антенны. Режимы транзисторов при разных напряжениях питания сведены в таблицу.
