Логопериодическая антенна своими руками

Логопериодическая антенна

Логопериодическая антенна — широкополосная направленная антенна, работающая в десятикратном и более широком диапазоне волн. По коэффициенту усилении антенна эквивалентна трех-четырехэлементной антенне «волновой канал». Может быть использована для приема сигналов многопрограммных телецентров при любых сочетаниях каналов метровых и дециметровых волн (каналы 1—41).

Один из простых вариантов антенны показан на рис.1. Антенна состоит из ряда параллельных вибраторов, подключенных к двухпроводной линии с последовательной переполюсовкой точек питания вибраторов. Длины вибраторов и расстояния между ними убывают в геометрической прогрессии в направлении к точкам подключения фидера. Позади самого длинного вибратора устанавливают короткозамыкающую перемычку, улучшающую согласование антенны с фидером и обеспечивающую симметрирование.

Вебинар «Новинки и решения Traco для промышленных и отраслевых приложений» (28.10.2021)

Кабель пропускают внутри одной из трубок двухпроводной линии и припаивают со стороны самого короткого вибратора, как показано на рис.1.

Характеристики антенны зависят от знаменателя геометрической прогрессии т, характеризующего скорость убывания длин вибраторов и расстояний между ними, и угла ф при вершине треугольника, в который вписаны вибраторы. Чем ближе т к единице и чем меньше ф, тем больше коэффициент усиления антенны, однако при этом возрастают ее габариты и масса. На практике принимают обычно т =0,8—0,9 и ф=30—40°, что позволяет получить достаточно высокий коэффициент усиления при относительно небольших габаритах и массе.

При выбранных т и ф размеры антенны можно определить графически исходя из Lmax и Lmin — максимальной и минимальной длин волн рабочей полосы частот. Сначала следует определить длину l1 первого (наибольшего) вибратора, которая должна составлять 0,55 Lmax, после чего начертить равнобедренный треугольник с основанием, равным длине первого вибратора в уменьшенном масштабе (например, 1 : 20 или 1 : 50), и выбранным углом ф при вершине. В дальнейшем все построения и расчеты следует выполнять с учетом этого же масштаба. Второй вибратор располагают на расстоянии d1 = (0,15—0,18) Lmax. Длина его l2 равна длине отрезка прямой, проведенной параллельно основанию на расстоянии ri,.

Третий вибратор располагают на расстоянии d2=d1т от второго, а длина его l3 равна длине отрезка прямой, проведенной на этом расстоянии от второго вибратора. Аналогично определяется длина четвертого вибратора, расположенного на расстоянии d3=d2т от третьего, и т. д. Последним является вибратор, длина которого будет меньше 0,45 Lmin.

На рис.2,а показаны размеры антенны на каналы 1—12, на рис.2,б — на каналы 1—5, на рис.2,в — на каналы 6—12. Пользуясь описанной методикой, можно рассчитать антенну на каналы 1—41, а также для другой требуемой полосы частот.

Коэффициент усиления антенны 6—7 дБ, уровень побочных лепестков—от —12 до —14 дБ, КБВ — более 0,5. Диаметр трубок двухпроводной линии 22 мм, расстояние между центрами 32 мм, диаметр вибраторов 12— 14 мм. Кабель снижения — с волновым сопротивлением 75 Ом.

Дополнение от Николая Большакова

Лично мною было собрано несколько подобных антенн для дециметрового диапазона телевидения. В качестве материала были ипользованы отрезки медной проволоки диаметром 0,8 — 1,5 мм и две пластинки из одностороннего фольгированного стеклотекстолита. Вибраторы из проволоки припаиваются к пластинам. Конструкция получается очень простой и легко повторяемой. Размеры антенны для диапазона 400-850 МГц приведены на рисунке ниже. На пластинки размером 25х220 мм припаиваете вибраторы из проволоки (обе части совершенно одинаковые), нижняя половинка поворачивается на 180 градусов относительно оси. Обе пластины соединяете через втулки (5-10 мм) винтами через отверстия на концах пластин. Винты должны быть изолированы от фольги. Кабель расположен между пластинами.

Размеры антенны для диапазона 850-950 МГЦ (радиотелефоны)

Номер
элемента
Общая длина
вибраторов, мм
Расстояние от
предыдущего
элемента, мм
Расстояние от
конца бума, мм
5 176 44
4 141 51 95
3 113 40 135
2 90 32 168
1 72 26 194

Теоретически параметры:
Коэффициент усиления — 8,3 Дб,
Волновое сопротивление — 60 Ом.

Логопериодическая антенна своими руками

Касательно темы приема цифрового телевидения мы не можем обойти вниманием популярную конструкцию — логопериодическую антенну. Многие анонимы часто путают логопериодическую антенну и антенну Уда-Яги. Внешне они довольно похожи, особенно издалека. Такой себе «ёршик на палке». Однако если посмотреть поближе, то выясняется, что ёршик на логопериодической антенне расположен на двух палках, а в Уда-Яги — на одной. Это не просто какое-то внешнее отличие. Логопериодическая антенна по принципу действия кардинально отличается от Уда-Яги и относится к совершенно другому классу сверхширокополосных антенн.

Антенна была изобретена и запатентована в 1952 году американским инженером Джоном Донлави в контексте гонки вооружений. Однако в связи с распространением в США цветного телевидения и широкого освоения ДМВ диапазона, логопериодическая антенна быстро заняла солидную долю рынка продаж телевизионных антенн и занимает до сих пор. Следует отметить, что всем известная логопериодическая вибраторная антенна (LPDA), которую мы рассматриваем в данной статье является только одним из возможных вариантов логопериодической антенны наряду с зубчатой , зигзагообразной и т.д. Дело в том, что логопериодическая структура является частным случаем большого класса сверхширокополосных антенн и может принимать совершенно разнообразные формы. Наиболее полно этот класс антенн исследовал и описал японский ученый Ясуто Мушияки ( подробнее об этом у И.Гончаренко ). Он доказал, что такая структура должна отвечать принципу самодополнительности и иметь волновое сопротивление Z = 0,5*Zo, где Zo — волновое сопротивление вакуума — понятие, являющееся фундаментальной физической константой, отражающей свойства фотона, не самого вакуума и не эфира! Рассматриваемая нами здесь LPDA, в отличии от Uda-Yagi не содержит пассивных элементов — рефлектора и директоров. Все вибраторы на «ёржике» являются активными в пределах рабочей полосы частот.

Конечно же реальная конструкция не эквивалентна идеальной теоретической модели, однако не будем дальше утомлять вас историей и теорией, а сразу перейдем к делу. Рассчитать антенну достаточно просто, методика расчета изложена в первом томе Ротхаммеля: §18.2 (со стр. 341). Рассчитать по этой методе можно с помощью нашего онлайн калькулятора и для этого вовсе не нужно знание MathCAD и C++ как запугивают анонима вот на этом сайте «креативные» копирайтеры. Но все же при таком расчете аноним может оказаться в тупике при выборе значений τ и σ. Поэтому в этой статье мы выкладываем готовую оптимизированную конструкцию из доступных материалов, которые можно найти в строительных магазинах. Это 15-элементная логопериодическая ДМВ антенна для приема DVB-T2. Входное сопротивление антенны 75 Ом, усиление во всем диапазоне ДМВ около 11 dBi, КСВ не больше 1,25, подавление заднего лепестка диаграммы направленности не хуже 14 dB. В качестве траверсы — собирающей линии используется дюралевый квадратный профиль 15х15 мм, элементы изготавливаются из алюминиевых полос 15х2 мм. Схема антенны (кликните для увеличения):

логопериодическая антенна для цифрового телевидения

логопериодическая телевизионнная антеннаВибраторы состоят из двух половин. Каждая половина крепится к «своей» части траверсы, верхней или нижней с чередованием. На чертеже обозначены размеры вибраторов «от конца до конца», а в скобках размер половинки с учетом напуска на траверсу («под отрез»). Каждый DIY-шник знает, что если измерять расстояния от одного до следующего элемента по очереди, то погрешности суммируются. Чтобы избежать этого, следует делать измерения вдоль таверсы от одной контрольной точки. Она на схеме обозначена как «0» и от нее идут расстояния до каждого элемента. В скобках для контроля указаны расстояния до предыдущего элемента антенны. крепление логопериодической антенны к мачтеТраверсы расположены на расстоянии 9 мм друг от друга с помощью трех-четырех пластиковых распорок. Конкретно эта конструкция не имеет короткозамкнутой перемычки за первым элементом на расстоянии λmax/8 как в описании у Ротхаммеля. Однако короткое замыкание между траверсами по постоянному току (как и заземление всей антенны через металлическую мачту) крайне необходимо для защиты от статики. Сделать это можно отнеся точку крепления антенны к мачте металлическим хомутом на расстояние 144 мм (λmax/4). В таком случае это короткое замыкание трансформируется к первому элементу в бесконечное сопротивление. подключение логопериодической антенны к фидеруДля отсечки тока фидер прокладывается внутри одной из траверс и подключается пайкой через лепестки возле последнего, самого короткого элемента, оплетка к той траверсе, через которую проложен фидер, центральная жила — к противоположной. Это место желательно изолировать от атмосферных осадков в пластиковый короб как на фото в шапке статьи. С антенной можно использовать бочкообразный проходной антенный усилитель, который следует располагать на мачте как можно ближе ко входу фидера в траверсу антенны.

Расчеты показывают, что простая замена полосковых элементов на трубки практически никак не отражается на характеристиках антенны. Поэтому в этой конструкции можно смело заменить полоски на трубки диаметром до 8 мм, запрессованные в центр соответствующей траверсы. Сохранить нужно только позиции элементов и общую длину каждого вибратора. Сверширокополосность LPDA невозбранно допускает такие вольности.

Антенна оптимизирована с помощью скрипта Н.Младенова и пересчитана в программе HFSS. Характеристики антенны собраны ниже (кликните на изображение для увеличения):

lpda-dvb-t2-05.png lpda-dvb-t2-06.png lpda-dvb-t2-07.png
Входной импеданс КСВ Усиление
lpda-dvb-t2-08.png lpda-dvb-t2-09.png lpda-dvb-t2-10.png
Подавление заднего лепестка Диаграмма направленности Эффективная площадь раскрыва

В заключении, друзья, давайте сравним логопериодическую антенну и Uda-Yagi. Они же внешне похожи, как мы отметили в начале статьи. Так какую же из них выбрать DIY-шнику для изготовления своими руками? Логопериодическая антенна имеет следующие достоинства:

  1. Сверхширокополосность. Перекрыть целиком весь диапазон ДМВ, причем с запасом, для нее не составляет труда. Более того, учитывая ее недостатки, о которых речь пойдет ниже, не имеет смысла использовать логопериодическую антенну в более узкой полосе. Гуглить по запросам типа — «логопериодическая антенна на частоту 544 МГц», — как делают некоторые, либо рассчитывать антенну на узкий диапазон, не имеет смысла.
  2. Постоянство характеристик в полосе пропускания. Входной импеданс, усиление, форма диаграммы направленности очень мало изменяются в рабочей полосе частот. Поэтому логопериодическую антенну можно в том числе использовать как образцово-измерительную.
  3. На предыдущих достоинствах базируется высокая повторяемость конструкции. Аккуратно изготовленная логопериодическая антенна с вероятностью 99% будет работать как надо. Uda-Yagi в этом отношении более капризна.

Но и недостатки тоже присутствуют, как же без них:

  1. Логопериодическая антенна с такой же длиной траверсы как правило имеет меньшее усиление, чем Uda-Yagi. А учитывая, что траверса сдвоенная, «расход железа на децибел усиления» у логопериодической антенны намного выше.
  2. Реальная эффективность логопериодической антенны падает с ростом частоты. Это происходит из-за того, что рабочая активная область логопериодической антенны не постоянна как у Uda-Yagi, а смещается с ростом частоты в сторону более коротких вибраторов. В результате, эффективная площадь раскрыва (aperture efficiency) снижается с ростом частоты. Эффективная площадь раскрыва, как мы отмечали, характеризует количество энергии принимаемой антенной. Очевидно, что с уменьшением этой площади, падает мощность и, соответственно, уровень сигнала на выходе логопериодической антенны с ростом частоты.
  3. Более сложная конструкция. Необходимо точно соблюдать промежуток и изоляцию между двумя траверсами и при этом сделать антенну достаточно прочной, что является довольно сложной задачей.
  4. Небольшой промежуток между траверсами может собирать пыль, грязь и подвержен воздействию атмосферных осадков. Это может привести к ухудшению работы и даже к полному отказу антенны при сильном дожде и мокром снеге.
Читайте также  Отзывы о стиральных машинах с вертикальной загрузкой

Как видим, недостатков у логопериодической антенны даже больше, чем достоинств и она проигрывает конкурентную борьбу с Uda-Yagi по очкам. Изготовление антенны с входным сопротивлением близким к теоретическому оптимуму 0,5*Zo = 188,5 Ом может помочь устранить только последний ее недостаток. Однако, возникающие при этом сложности согласования с фидером и недостатки присущие подобным схемам согласования способны свести на нет все достоинства данной антенны. Как итог, мы рекомендуем логопериодическую антенну только в случае если ваши мультиплексы расположены в разных концах ДМВ диапазона, либо вы сомневаетесь в своих DIY-шных скиллах и вам нужен надежный результат. В противном случае Uda-Yagi более предпочтительна. В случае покупки на рынке готовой промышленной антенны не все так однозначно. Капризная Uda-Yagi требует не только тщательного расчета и оптимизации, но при массовом производстве часто нуждается в измерениях и доводки уже в железе. Это довольно затратная процедура, которой многие производители пренебрегают. В итоге часто-густо рыночные яги не имеют никаких преимуществ перед подобными им логопериодическими.

Как сделать логопериодическую антенну для цифрового ТВ своими руками: размеры, чертежи

Логопериодическая антенна для цифрового ТВ примечательна тем, что способна ловить и ретранслировать разные частоты потокового сигнала. Названа она так потому, что в основе принципа ее действия лежит логарифмический закон. Она работает на разных диапазонах, и визуально выглядит как конструкция волнового типа. Сегодня такие устройства не пользуются высокой популярностью, хотя имеют достаточно много плюсов.

Виды логарифмических антенн

Если делить их по критерию конструкции, то отличается три группы:

  • простые — вектор направления не меняется, имеет классическую основу и разветвления в разные стороны, параллельные проводники, это наиболее бюджетный и простой вариант;
  • двойные — способны принимать ретрансляцию с двух сторон, и имеют уже два основания с разветвлениями;
  • плоские — принимают сигнал со всех сторон, чему способствуют широкие проводники и множество разветвлений.

К выбору такой антенны важно подойти серьезно, так как от типа зависит количество канала и качество сигнала. Если есть возможность, лучше конструировать плоские. Они обязательны, если вы живете в частном секторе или дачном поселке, особенно если в низком рельефе, так как тогда больше вероятности поймать хороший цифровой поток. Жителям многоквартирных домов и высоток подойдут плоские и двойные, так как в городах зачастую бесперебойный поток и удачное расположение вышек.

Изготовление логопериодической антенны для цифрового ТВ своими руками

Довольно часто у людей нет материальной возможности приобрести такую антенну. Поэтому рассказываем пошагово как сделать логопериодическую антенну для цифрового телевидения. Этапы будут такие:

  • подбор и покупка необходимых инструментов, расходных материалов;
  • создание чертежа продукта, в котором прописываются все параметры, соединения и нюансы;
  • создание проводника;
  • финальная сборка;
  • проверка, установка, настройка.

Если вы еще никогда не делали похожих устройств:

  • внимательно придерживайтесь пошаговой инструкции;
  • соблюдайте меры предосторожности;
  • перед подключением внимательно проверьте все контакты и проводник.

Необходимые материалы и инструменты

Список небольшой: проволоки медные разного диаметра, стеклотекстолитовые специальные пластины, паяльник, жестяные банки, нож канцелярский, фольгированная бумага или тонкая металлическая сетка. Все это продается в строительном магазине, поэтому покупка будет несложной.

Чертежи, схемы и ручной расчет

Если у Вас остались вопросы или есть жалобы — сообщите нам

Задать вопрос

От того, насколько точно и правильно вы нарисуете схему будущего устройства, зависит то, насколько точно вы его создадите. Ориентироваться важно на особенности конструкции:

  • вибраторы, направленные в разные стороны, присоединяются к центральной оси примерно перпендикулярно;
  • размер этих частей сбоку — примерно ⅓ от общей длины центральной оси;
  • применяется логарифмический закон размещения боковых вибраторов так, чтобы они принимали сигнал;
  • для расчета используйте параметры вспомогательных антенн и центральной оси;
  • на чертеже обязательно укажите точные размеры, и при замерах не отклоняйтесь от показателей.

Делаем проводник

Создание проводника условно распределяется на три этапа:

  • изготовление стержней — купите две одинаковые полые трубы;
  • соединение деталей — после замеров и изготовления всех компонентов, соединяем их между собой строго по чертежу;
  • подключение к питанию и ТВ.

Сборка антенны

Центральную часть и боковые соедините между собой при помощи паяльника. Разместите девайс на крыше или возвышенном месте. Зачастую это либо возле окна на фасаде, либо возле балкона.

Настройка и установка сборной конструкции

Если вы правильно соберете и установите девайс, то после включения к питанию он автоматически подключится. Чтобы выставить параметры, и трансформировать потоковое вещание на ТВ, приобретите ресивер ДВД Т2. Через него возможно выполнить настройку.

Изготовление плоской и пространственной антенны на основе однонаправленной

Первый шаг — изготовление классического плоского девайса. Заготовки выполняются в двух вариантах — одна модель напоминает вторую.

Ориентируйтесь на точные замеры и показатели чертежей. После создания частей установите модели параллельно, закрепив медной спиралью. Далее их подключают к каждому элементу по очереди.
Сделайте полностью одинаковые заготовки в количестве трех. Расположите их в форме пирамиды, и надежно закрепите на оси.

Полученный девайс установите на фасад или крышу. Каждую часть подключите с помощью медных проволок. Соедините кабели между собой для подключения к системе электропитания.

Действие логопериодической антенны

Преимущества антенны типа ЛПА — высокий уровень улавливания частоты и относительная простота создания механизма в домашних условиях. Она дает достаточно обширный диапазон вещания. Принцип работы лежит в том, что соотношение между большой длиной волны и маленькой — 1 к 10 (один к десяти).
В интервале создается правильное сочетание антенны с фидером, а показатели усиления остаётся неизменным.

Расчет и изготовление логопериодической антенны для DVB-T2

Для приема цифрового ТВ нужна качественная антенна, одним из самых популярных вариантов является логопериодическая. Рассмотрим ее устройство, расчет и порядок самостоятельного изготовления.

Что значит «логопериодическая» и в чем ее сила

За годы, прошедшие со времен Герца, Маркони и Попова до наших дней, было разработано множество конструкций антенн. Однако большинство из них страдают общими недостатками:

  • принимают со всех направлений, но слабо;
  • ловят качественно, но не на всех диапазонах;
  • изменение длины принимаемой волны (или частоты сигнала) ведет к тому, что у узкополосных антенн коэффициент усиления резко снижается, а у широкополосных изменяется монотонно;

Главная проблема при конструировании антенн – это правильное построение диаграммы направленности (графика, определяющего степень и вектор принимаемого сигнала). В идеальной ситуации она должна быть либо четким кругом, либо одним длинным лепестком, вытянутым в направлении передатчика. На практике же достичь этого невозможно.

Один из способов борьбы с неравномерной диаграммой и падением коэффициента усиления – использование логопериодической антенны. Это конструкция, состоящая из двух основных стержней, направленных на источник передачи, и расположенных поперек вибраторов разной длины.

Устройство имеет широкий диапазон приема, при этом коэффициент усиления остается равномерным. Антенна отлично согласуется с фидером (кабелем, по которому происходит передача принятого сигнала на приемный тюнер).

Само название происходит от двух основных свойств этой антенны:

  • Логарифмической зависимости длины отдельных вибраторов друг от друга.
  • Их периодического расположения. Расстояние, на котором находятся проводники на основных стержнях, определяется тем диапазоном, в котором работает устройство. Размеры вибраторов и их удаленность от вершины треугольника подчиняются геометрической прогрессии.

Конструкцию с торчащими стержнями в несколько метров сделать сложно. Из-за этого для МВ обычно используются волновые каналы, рамочные приспособления из проволоки типа «биквадрат» или «триквадрат» и пр.

Конструкция

Логопериодическая антенна состоит из следующих элементов:

  • Два стержня, на которых крепятся вибраторы.
    Обычно они пустотелые, и в них пропускают антенный кабель-фидер, который в этом случае является дополнительным элементом антенны. Он пропускается через нижний стержень, петлей уходит наверх и заканчивается короткозамкнутой перемычкой. Это обеспечивает согласование и симметрирование, поскольку дополнительные контуры в конструкции не требуются.
  • Вибраторы – торчащие по бокам проводников переменной длины, подключенных с помощью переполюсовки.

Устройство логопериодической антенны

Характерными параметрами для таких антенн являются:

  • Знаменатель геометрической прогрессии , показывающий, как быстро убывает длина вибраторов от основания стержня к его концу. Чем меньше этот показатель, тем эффективнее телеантенна, однако при этом одновременно растут размеры и масса устройства.
  • Угол при основании треугольника, который в итоге образуют собранные вибраторы. Чем он меньше, тем лучше работа антенны. Однако это тоже увеличивает длину и массу, появляется риск возможной деформации.

Выбор формы

Классическая форма – треугольник, образованный двумя линиями вибраторов постепенно уменьшающейся длины (если считать от основания).Однако это не единственное решение.

Производители выпускают эти конструкции еще как минимум в двух форматах:

  • «Дельта».
    Антенна "Дельта"Производится уже лет тридцать на заводе в Санкт-Петербурге и представляет собой изогнутый единый вибратор треугольной формы из стальной проволоки. Схема дециметровой цифровой антенны подразумевает включение всех проводников-вибраторов в единую цепь. Так что «Дельта» в некоторых отношениях даже эффективнее классического стержня с «рогами»-вибраторами.
  • Пластина сложной формы (волновой канал).
    Симметричная логопериодическая антеннаПрименяется для внешних телеантенн дальнего действия, особенно если используется встроенный усилитель. Конструкция незамысловатая, отчасти поэтому ее так облюбовали производители. Подстраивается под длину волны за счет разных расстояний между вибраторами. Хорошо работает только для дальнего приема и в активном варианте (для среднего и ближнего поля важно чередование).
  • Линейная решетка симметричных вибраторов с монотонно изменяющейся длиной.
    Логопериодическая классическаяМожет быть изготовлена как в виде плоской конструкции, так и в форме решетки с двойной линией, образованной скрещенными проводниками. Это самый эффективный, но при этом конструктивно более сложный вариант антенны.
Читайте также  Отзывы о стиральной машине lg f12u1hdn5

Всеволновая логопериодическая

Помимо работы с короткими волнами дециметрового диапазона, такая антенна может принимать сигналы в широкополосном спектре. Это полезная функция, если планируется принимать «цифру» в формате DVB-T2 и подключать источник аналогового сигнала.

Прием сигналов со всех диапазонов возможен в следующих случаях:

  • В конструкции встроены вибраторы длиной не менее метра .
  • Устройство имеет не только два штыря с вибраторами для дециметрового диапазона. У него как минимум пара «усов» с телескопическими штырями для приема метрового вещания.

Всеволновая логопериодическая антенна

Такая конструкция обычно характерна для комнатной антенны. На мачте или выносном настенном кронштейне трудно вручную раздвигать «телескопы» и ориентировать их в сторону передающей станции.

По той же причине почти не используются популярные в 60-х годах сферические телеантенны. У них очень интересные характеристики приема, но они слишком уж нетривиальны при расчетах, в конструировании и обслуживании. Проще рассчитать и изготовить волновой канал, плоский би- или триквадрат Харченко или логопериодическую антенну, чем подгонять сферу под частоты современного цифрового ТВ.

Как сделать самостоятельно

Основное применение этих антенн – прием дециметровых (ДМВ) сигналов. Обычная конструкция – это два параллельных стержня, на которых в противофазе друг к другу крепятся от 5 до 7 проводников-вибраторов равномерно уменьшающейся длины.

При необходимости эту антенну можно изготовить в домашних условиях. Самодельная конструкция требует дополнительных расчетов. Калькулятор можно найти ниже или воспользоваться формулами из любого учебника по радиотехнике. При этом на дату выпуска можно не смотреть: с 60-70-х годов XX века никаких глобальных открытий в этой области сделано не было.

Так что старыми формулами можно пользоваться безбоязненно.

Расчет логопериодической антенны

Вначале надо рассчитать размеры рабочих элементов устройства. Для этого воспользуйтесь онлайн-калькулятором:

Пояснения к расчету:

  • минимальная и максимальная рабочая частота — укажите диапазон, исходя из значений транслируемых мультиплексов для вашего региона;
  • входное сопротивление — оставьте 75 Ом;
  • диаметр элемента — укажите сечение вибраторов, которые планируете применять;
  • сторона собирающей линии — калькулятор рассчитывает значения для трубок квадратного сечения, нужно указать размер одной грани.

Вибраторы укорачиваются в геометрической прогрессии со знаменателем, равным τ . Работа антенны зависит от периода структуры τ и угла при вершине треугольника α , связанного с относительным интервалом σ .

Чем меньше угол α (и больше τ ), тем выше коэффициент усиления антенны. При этом увеличивается число вибраторов и общая длина конструкции. Поэтому при выборе периода структуры рекомендуем принимать значение τ 0,9.

Существует оптимальное значение относительного интервала σ для определенного τ — калькулятор посчитает его автоматически.

Полученные значения используйте при изготовлении антенны.

Изготовление проводника

Создание самодельной модели включает в себя:

  1. Изготовление стержней. Подбираются две проводящие трубки нужного диаметра, поскольку изготовить их сложно.
  2. Нарезка и попеременное присоединение вибраторов посчитанных размеров. Длина самых больших должна получиться около четверти (а в сумме – правый и левый – равна половине) длины волны нужного диапазона.
  3. Подвод питания к передней части, если используется усилитель.
  4. Проводку фидера внутри одного из стержней. В этом случае кабель играет роль четвертьволнового трансформатора.
  5. Пайка кабелей, подключение и поиск каналов.

Подключение вибраторов производится попеременно, как показано на схеме.

Соединение вибраторов логопериодической антенны

Чтобы не упустить из виду важные мелочи, посмотрите эту видеоинструкцию. Лучше чем на ней объяснить невозможно — все наглядно и понятно.

Настройка

При правильной сборке и использовании фидера волновым сопротивлением 75 Ом антенна не нуждается в дополнительной настройке. Достаточно ее правильно ориентировать.

Если же при сборке были допущены огрехи, то исправить их можно следующим образом:

  • Укорочением или наращиванием вибраторов.
    Обрезать можно с помощью кусачек, пилки по металлу или болгарки. Удлинить же можно, надставляя на короткие вибраторы трубки из такого же материала до соответствующей расчетам длины. После того как она достигнута, трубки крепятся клеем, запаиваются, заклепываются или же зажимаются плоскогубцами так, чтобы обеспечить надежный контакт.
  • Изменением расстояния между парами вибраторов .

Подключение усилителя SWA

В зоне, где прием телесигнала неуверенный, можно использовать антенный усилитель. Наиболее популярной маркой является SWA. Платы этой линейки выпускаются с разными коэффициентами усиления и канальными диапазонами.

Подключение выполняться одним из двух способов:

  • При питании по антенному кабелю.
    Здесь центральная жила кабеля зажимается одним винтом, а экран заворачивается и зачищается с помощью планки. Главное при этом – не допустить короткого замыкания экрана на центральную жилу;
  • При питании от внешнего адаптера.
    Здесь требуется переходник-адаптер («краб») с подходящими параметрами (для их проверки потребуется мультиметр). Он распаивается в соответствии с конструкцией антенны и спецификой ее подключения. Здесь требуются нетривиальные знания электротехники, поскольку единого стандарта устройств производители адаптеров не поддерживают и в разных случаях нужны индивидуальные расчеты.

Вместо заключения

Сборка логопериодической антенны – нетривиальная задача, доступная не всякому телемастеру. Тем не менее сделать эту работу даже с нуля может любой, имеющий минимальные знания в электротехнике.

Логопериодическая антенна своими руками

Собираемся рассказать, как сделать логопериодическую антенну. Логопериодические антенны относятся к числу частотно-независимых. Агрегаты работают в широком диапазоне, перекрывая спектр вещания. Напоминают внешним видом антенны типа волновой канал, только директоры переменной длины, подчиняющейся логарифмическому закону. Впервые идея предложена в 1957 году статьей Избелла, Дюамеля. В обыденности известно три вида устройств, читатели наверняка видели один – выложенный прилавками магазинов. Логопериодическая антенна изготавливается своими руками. Размеры вызнайте, понимайте имеющее важность, осознавайте возможности поблажку дать выдерживанию точности.

Виды логопериодических антенн

Редко встретим явление: самодельная логопериодическая антенна. Конструкция… логопериодические антенны трех типов:

Самодельная логопериодическая антенна

  1. Плоские. Напоминают непонятный круг, вырезаны беспорядочно (на первый взгляд) дорожки, секторы. Получается невиданная комбинация мишени, с кольцами поршней двигателя внутреннего сгорания, непонятно чем… В результате штуковина принимает-излучает волны.
  2. Пространственная логопериодическая антенна страшная внешним видом. Навевает ассоциации фантастического фильма: космические флагманы увешаны похожими штуковинами. Не исключено, режиссеры равнялись сабжектом. Выглядит просто фантастично, работает реально.
  3. Плоские однонаправленные логопериодические антенны то, что видим в магазинах. Торчащий вперед длинный стержень, по обеим сторонам усеянный, словно усами, поперечинами различной длины. Выглядит более упорядоченно, пониманию недостижимо.

Ошибочно думать, будто логопериодические антенны годятся ловить лишь телевидение. Дело в другом: конструкция изделий сложна, первые методики предлагали номограммы, руководствуясь которыми, мастерам-самоучкам много раз приходилось переделывать. Первые логопериодические антенны сложно настраивались. Вот почему интерес так и не развился до последнего времени, хотя известны свыше половины века. Конструкции для GSM, WiFi, других протоколов СВЧ имеются, давно предложены, неизвестны толком. Отказываетесь верить, попробуйте найти в интернете информацию, соотнесите результаты по биквадрату Харченко, сразу поймете ситуацию.

Решение задачи математически сталкивается напрямую с сонмом интегральных уравнений, по зубам редкостным ботаникам. Наиболее осведомленные авторы считают: разумно пользоваться просто готовыми конструкциями, самостоятельно разрабатывать, больше методом научного тыка. Понятно, первую задачу на бумаге решать утомительно, люди опытные рекомендуют попросту использовать различные языки программирования. Лучше всего подходят MathCAD и С++.

Конструкция логопериодической антенны

Конструкция логопериодической антенны

Конструкция логопериодической антенны поражает сложностью. Попробуем описать устройство. Начнем упрощенно, избегая запутать читателей.

Питание и закорачивание линии

  • Стержень напоминает траверсу волнового канала, дает раздельное питание левым и правым вибраторам. Находятся симметрично в противофазе.
  • Причем попеременно левый-правый ряд вибраторов меняются несущей (две, близко расположенные и параллельные). Например, первый левый вибратор принадлежит верхней несущей, первый правый – нижней. Со вторыми наоборот. Левый теперь находится на нижней, правый, – на верхней.
  • Количество вибраторов зависит от конструктива, длина самых больших (вмещены задней частью) составляет (в сумме левый и правый) половину длины волны крайней нижней частоты диапазона.
  • Питание подводится к передней части. Допустимо сделать проводом, проложенным внутри несущей, либо сразу присоединить симметричную линию к вершине. По первому случаю поясним: коаксиальный кабель ложится внутри одной направляющей, причем одной частью линии послужит направляющая. При выходе из носика центральная жила замыкается на вторую несущую. Получается, двухпроводная линия играет роль четвертьволнового симметрирующего трансформатора.
  • Закорачивание линии сделано позади самого длинного вибратора на расстоянии восьмой части длины волны нижней частоты диапазона. По отдельным сведениям, сделано из соображений согласования. Кстати, метод хорош тем, что вибраторы получаются замкнутыми на землю, следовательно, при ударе молнии первой сгорит оплетка кабеля (при отсутствии громоотвода).

Действие логопериодической антенны

Согласно теории, в логопериодической антенне постоянно имеется некая активная область, образованная вибраторами, где уровень тока выше 10 дБ. Частота начинает уменьшаться, зона перемещается в сторону вибраторов подлиннее. Повышение провоцирует обратный процесс. Немногие элементы линии работают равноценно. Некоторые отдыхают. Получается феноменальная широкополосность. Особенностью линии является то, что волна сначала доходит до вибраторов, имеющих размер, отличающийся от резонансного (меньший). По мере продвижения сигнала к «идеальному» вибратору часть мощности рассеивается. Удается укоротить самый длинный излучатель, снижая габариты логопериодической антенны.

Антенна в действии

Итак, читателям представляем простую вещь: дельной, простой методики расчета сегодня не придумано, любители покопаться в интегралах приглашаются к изданию Логопериодические вибраторные антенны 2005 года выпуска: подробно обмусоливаются тонкости. Несколько разделов посвящается программированию. Избегаем копать тонкости MathCAD, приводить расчет логопериодической антенны, предпочитаем С++, выводы покажем, чтобы читатели могли заняться проектированием:

  1. Диапазон работы антенны 470 – 790 МГц.
  2. Количество вибраторов 9 штук на сторону.
  3. Коэффициент геометрической прогрессии 0,895.
  4. Расстояние между вибраторами 0,17 метра.
  5. Входное сопротивление 75 Ом.
  6. Волновое сопротивление фидерной линии 97,143 Ом.
  7. Диаметр проводников фидерной линии 8 мм.
  8. Расстояние между проводниками (несущими) 10,768 мм.
  9. Расстояние от самого длинного вибратора до замыкания линии 72,556 мм.

Поясняем по поводу данных: длина самого длинного вибратора (левый + правый суммарно) должна быть равна половине длины волны самой низкой частоты (теория). Найдем параметр. Длину волны вычисляем по формуле, используемой со школьной скамьи 299792458 / 470000000 = 637,85 мм. Делим на четыре, пытаясь найти длину одного (левого, правого) вибратора, получаем 159,5 мм. Каждый последующий вибратор находите, домножая число коэффициентом из данных. Все концами лежат на линии, проведенной из некоего воображаемого центра, расположенного вдоль оси антенны, впереди. Расстояния домножаются коэффициентом. Начальное составляет 17 см.

Как объясняет автор идеи, в расчете по формулам выходили разные толщины вибраторов, некоторые не получали порции энергии в ходе работы (говорилось выше), по мере создания ДМВ логопериодической антенны, было решено проволоку взять толщиной 6 мм, расстояния, длины вышли следующие:

  1. Расстояние 0 мм, длина 145,1 мм.
  2. Расстояние 98,7 мм, длина 128,4 мм.
  3. Расстояние 186 мм, длина 113,6 мм.
  4. Расстояние 263,3 мм, длина 100,5 мм.
  5. Расстояние 331,7 мм, длина 89 мм.
  6. Расстояние 392,2 мм, длина 78,78 мм.
  7. Расстояние 445,8 мм, длина 69,7 мм.
  8. Расстояние 493,2 мм, длина 61,7 мм.
  9. Расстояние 535,2 мм, длина 54,6 мм.
Читайте также  Какой керамический обогреватель купить

Настраивается антенна изменением расстояния меж несущими. Варьируется удаление короткого замыкания линии от самого длинного вибратора. Берите размеры табличные, автор лучше знал, наверняка учел расстояния меж несущими и прочее. Рассматриваемая логопериодическая антенна отлично подходит цифровому мультиплексу, причем захватит все, подробнее сверяйтесь с Википедией. Для работы на прием телевидения следует расположить конструкцию, чтобы вибраторы находились в горизонтальной плоскости. В большом городе луч может прийти вовсе не с направления вышки, также под углом. Боитесь поймать – пробуйте наклонить логопериодическую антенну для достижения нужного эффекта.

Про питание рассказали, пропускайте кабель в одну из несущих, в районе носика обеспечьте соединение любой из них с оплеткой, второй — с жилой. Замыкается линия позади самого длинного вибратора. Теперь каждый читатель может самостоятельно сделать логопериодическую антенну по приведенным сведениям. Отдельной строкой идут конструкторские соображения. Ранее директор приваривали к траверсе, сегодня найдете иные методики.

Желаем аудитории удачи в экспериментах. Теперь знаете, как изготавливается логопериодическая антенна собственноручно. Напоминаем, рассмотренная конструкция далеко не самая простоя и требуется посмотреть диапазон по всем используемым частотам. Нет необходимости – создавайте четвертьволновые вибраторы (для цифровых мультиплексов), избегая дебрей. Проще собирается волновой канал, отличающийся от логопериодической антенны равными размерами вибраторов.

  • alt=»Всеволновая антенна своими руками» width=»120″ height=»120″ />Всеволновая антенна своими руками
  • alt=»Цифровая антенна своими руками» width=»120″ height=»120″ />Цифровая антенна своими руками
  • alt=»FM антенна своими руками» width=»120″ height=»120″ />FM антенна своими руками
  • alt=»ДМВ антенна своими руками» width=»120″ height=»120″ />ДМВ антенна своими руками

Когда-то рассчитывал по графикам (номограммам), пришел к следующим выводам.
1. Концы вибраторов должны лежать на линии и расстояния между вибраторами должны уменьшаться пропорционально длине вибраторов (отношение длины к расстоянию примерно от 0,5 до 0,8 , соответственно антенна будет “укороченной” или более “вытянутой”).
2. Коэффициент геометрической прогрессии может быть меньше или больше (от 0,8 до 0,95 примерно) , в зависимости от этого число элементов получится меньше или больше и соответственно длина антенны. При этом чем “длиннее” антенна – тем больше коэффициент усиления и выше направленность (в соответствии с законом – “за всё нужно платить” – за усиление нужно платить размерами и расходом металла..).
P.S. Можно делать не на весь ДМВ диапазон , а на “захват” тех каналов которые вам нужны.

А как же опубликованная антенна в журнале Радио 1990 год выпуск 8? Я не думаю, что автор рассчитал ее от фонаря. Вкратце, частота 470-790 МГц, длина антенны составляет 450мм, количество вибраторов 14.

Не могли бы вы дать алгоритм расчета антенны или рассказать, как рассчитать антенну на мечатной плате на самом первом рисунке?

В нашем городе Т2 идёт в 4-х потоках на 4-х каналах: 23, 25, 37, 39. То есть, в диапазоне 490-618 МГц. Сделал ЛПА с а=12 град. и т=0.97. Рассчитал все вибраторы в резонанс с нечётными каналами в указанном диапазоне плюс директор и рефлектор (через каждые 2 от 21 до 41 канала). Потом выбросил из середины “ненужные” вибраторы, оставил 2 группы: 4 – на 23-25 и 4 – на 37-39 каналы (плюс директоры и рефлекторы соответственно). Антенна прекрасно принимает, причём равномерно все 4 канала! Меньше материала и меньше труда!

Моя логопериодическая антенна отличается от этих. Сделал её лет 25 назад. Работает отлично, правда пришлось повернуть её в сторону, слишком сильный сигнал, телевизор не справляется.
Сделал её из двух алюминиевых трубок от лентяек (мыть полы) и из алюминиевой арматуры диаметром 10 мм. Изоляторы текстолитовые, дужка от кровати и стальная труба 3/4 для мачты.

Моя первая самодельная. Годилась только на приём, КСВ залезал за 4, уменьшить не получилось.

Логопериодическая антенна

Логопериодическая антенна (ЛПА) представляет собой специализированный тип высокочастотных приёмников. В отличие от всенаправленных волновых улавливателей, логопериодическая антенна принимает только в одном направлении, а в отличие от стандартных приёмников телесигнала направленного типа, часто видимых на крышах, эта антенна улавливает широкий диапазон частот. Эта модификация волновых приёмников чаще всего применяется для специализированных приборов, в частности её облюбовали радиолюбители, желающие принимать широкий спектр частот, однако это не исключает её применения в качестве УВЧ и УКВ телеантенн. Также этот тип антенн находился в центре исследований по экспериментальной передаче и приёму электроэнергии.

Их достижимая пропускная способность теоретически бесконечна, а фактическая ширина полосы пропускания зависит от габаритов наибольшего вибратора (отвечает за нижний частотный предел) и миниатюрности крайнего, наименьшего (отвечает за верхний предел частоты).

Конструкция логопериодической антенны

Как правило, эти улавливатели сконструированы из серии параллельных металлических трубок – вибраторов, более длинных у основания, и постепенно сужающихся к краю конструкции, образуя своего рода равнобедренный треугольник.

Поскольку частоты, которые может принимать антенна, базируются на физических размерах вибратора, большинство дециметровых антенн способны принимать сигналы в узком диапазоне. Логопериодические антенны преодолевают этот недостаток, используя набор дипольных элементов такого размерного ряда, в котором они различаются по длине и возможностям приёма, согласно логарифму.

Логарифмическая функция, в соответствии с которой ведётся расчёт логопериодической антенны, начинается с величины длины вибратора, необходимого для приёма волн наибольшей частоты. Одновременно она является длиной наименьших поперечных элементов ЛПА. Повторное логарифмирование определяет размер второго набора элементов, так чтобы их наименьшая принимаемая частота немного перекрывала максимальную принимаемую частоту первой пары. Эта процедура повторяется, и каждая последующая пара дипольных элементов увеличивается с каждой итерацией, пока антенна не сможет принимать все частоты, необходимые тому или иному оборудованию. Частотная периодичность характеристик и логарифмическая зависимость в расчёте этого приёмника волн и легли в основу его названия.

Ln+1/ Ln = dn+1/ dn = k,

где k – постоянная величина, а n и n+1 – порядковые номера дипольных пар.

Пары элементов ориентируются на одну ось параллельно друг другу по возрастанию, с наибольшим низкочастотным диполем в задней части антенны и самым коротким, с более высокой частотой приёма, расположенным спереди. Антенный кабель (коаксиал) с волновым сопротивлением 75 Ом проходит внутри одного из направляющих стержней ЛПА, причём их концы в месте входа фидера накоротко соединяются перемычкой из металла. Согласующее устройство в данном случае не требуется.

На практике с целью получения высокого коэффициента усиления на фоне умеренных габаритов ЛПА, значения периода принимают в пределах 0,7-0,9.

Поскольку фазы принимаемых сигналов на одной паре могут мешать другим диполям, то в конструкции применяют последовательную переполюсовку точек питания вибраторов. Благодаря ей диполи, в итоге, достигают разницы в 360 градусов, и приходят в соответствие друг с другом, что сказывается на повышении суммарного коэффициента ЛПА.

Логопериодические улавливатели также имеют некоторые проблемы с сопротивлением – суммарным электрическим сопротивлением между двумя элементами одной пары. Эти сложности отчасти решаются увеличением диаметров металлических трубок, из которых составлены поперечные элементы по мере нарастания их длины, что приводит к изменению сопротивления диполя. Другой метод, который используется для согласования сопротивления – это установка небольших согласующих трансформаторов разных значений для каждой пары поперечин, чтобы выровнять сопротивление всех активных элементов антенны.

В результате имеем принимающее устройство, способное «видеть» сигналы только в одном направлении, как антенна «волновой канал», имеющее мощность приёма, сравнимую с мощностью всенаправленной антенны, и которое принимает гораздо более широкий диапазон частот, чем любая из них.

Исходя из этой информации, можно сделать вывод, что конструкция ЛПА носит «самоподобный» характер, что присуще такому математическому явлению как фрактал. Конструктивные особенности ЛПА накладывают отпечаток на её стоимость (она выше цены на иные волновые приёмники), и также выражаются в уязвимости к повреждениям, что является недостатками этого типа устройств. Ещё одним минусом логопериодических приёмников является то, что на фоне их хороших электродинамических показателей в заданном частотном диапазоне, конструкция такой ЛПА для метрового диапазона получается громоздкой.

Виды логопериодических антенн

В большинстве волновых улавливателей, в соответствии с длиной волны, выраженно варьируются свойства усиления. ЛПА относятся к той разновидности антенн, которым присуща диаграмма направленности с неизменной формой в широком частотном диапазоне.

На сегодня можно встретить разнообразие вариантов конструктивного исполнения ЛПА, от плоских до пространственных моделей:

  • щелевая;
  • V-образная;
  • зигзагообразная;
  • трапециевидная;
  • дипольная матрица.

Многообразие модификаций ЛПА обусловлено возможностями трансформирования при дизайне конструкции для достижения нужных параметров. Все же, из множества видов конструкций логопериодических улавливателей, лидируют логопериодические устройства вибраторного типа, которые ввиду своей наглядности позволяют проще рассчитать их характеристики.

Всеволновая

Развитие техники широкополосных улавливателей стало следствием тенденции к расширению полосы частот и использованию в радиолокации широкополосных сигналов. Отсюда возникла потребность во всеволновых ЛПА. Последние успешно зарекомендовали себя в решении задач, связанных с необходимостью непрерывного перекрытия широкого частотного диапазона с неизменными характеристиками улавливателя во всем рабочем диапазоне. Такие требования предъявляются к антеннам, цель которых – индустриальное использование или применение для военных нужд.

Для всеволновых ЛПА характерны:

  • широкий диапазон частот;
  • умеренные габариты, относительно других ЛПА;
  • высокая чувствительность.

Дециметровая

ДМВ логопериодическая антенна является достойной альтернативой антенне «волновой канал», которая хоть и демонстрирует приемлемое соотношение сигнал-шум, но нуждается в согласующем устройстве, искажающем крайние фазовые характеристики в полосе пропускания либо излишне поглощающем сигнал. В этом ракурсе ЛПА для ДМВ диапазона выигрывает благодаря относительной простоте конструкции и хорошему согласованию с кабелем по всей ширине диапазона. Относительно помехоустойчивости – ЛПА, подобно рыбацкому неводу, «вылавливает» только полезный сигнал, пропуская через себя «мелочь» – ненужные сигналы. Очень рекомендуется для «цифры» на дачах.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: